BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素解釋結(jié)構(gòu)模型

郭 斌， 朱 軻， 馮 濤

(西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院， 陜西 西安 710055)

建筑信息模型(Buiding Information Modeling，BIM)是一個基于互操作性開放標(biāo)準(zhǔn)的共享數(shù)字表示[1]，其應(yīng)用的一個愿景就是允許來自多個本地設(shè)計(jì)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，允許新的集成的工作方式，成為協(xié)作工具[2]。2016年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，特別指出要加強(qiáng)建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營及全生命期內(nèi)應(yīng)用BIM等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的交互與共享，以及建立基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)各參與方之間在各階段、各環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，提高建設(shè)的效率與效益，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

BIM在中國最成熟的應(yīng)用是建筑服務(wù)系統(tǒng)的碰撞檢測與集成優(yōu)化[3]，而在其它方面的應(yīng)用則相對滯后。國外學(xué)者對于BIM阻礙因素的研究值得我國借鑒，Succar[4]認(rèn)為BIM在建筑行業(yè)實(shí)施和接受的最大障礙是業(yè)主的認(rèn)可和執(zhí)行，以及兼顧實(shí)現(xiàn)和管理成果均衡的實(shí)施框架。Kassem等[5]指出任何公司關(guān)于采用BIM的決策都是制度力量，內(nèi)部驅(qū)動因素和外部壓力的結(jié)果。Ghaffarianhoseini等[6]則表示不采用BIM的最重要原因包括需求，成本和互操作性問題。由于BIM的實(shí)施受多個跨學(xué)科建筑組織的協(xié)同作用[7]，因此，Bosch-Sijtsema等[8]首先從承包商的角度，指出承包商缺乏BIM知識和使用BIM的能力是實(shí)施BIM的主要障礙，且BIM實(shí)施的主要障礙與缺乏規(guī)范性有關(guān)。在最新的研究中，Bosch-Sijtsema等[9]通過分析BIM參與者和非BIM參與者對BIM職業(yè)發(fā)展的觀點(diǎn)，結(jié)果顯示，BIM參與者認(rèn)為阻礙他們發(fā)展的最主要原因是管理支持不足。以上文獻(xiàn)綜述，又再一次證實(shí)了BIM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是10%的技術(shù)問題加上90%的社會文化問題[10]的論述。

任何新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，都是一個優(yōu)勢與障礙相互碰撞的過程。目前，工程項(xiàng)目中BIM協(xié)同應(yīng)用并不理想，我國BIM應(yīng)用在某種程度上仍處于嬰兒階段[11]。因此，分析BIM協(xié)同應(yīng)用的阻礙因素之間的相互作用及其對BIM協(xié)同應(yīng)用的影響程度，是推動我國基于BIM技術(shù)的信息化建設(shè)進(jìn)程的重要基礎(chǔ)。本文擬通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀和分析，對阻礙BIM協(xié)同應(yīng)用的影響因素進(jìn)行識別，并運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)方法分析阻礙BIM技術(shù)應(yīng)用的影響因素之間的關(guān)系，確定并評價關(guān)鍵障礙因素及其內(nèi)在關(guān)系，為加速BIM協(xié)同應(yīng)用提供全面的認(rèn)識和清晰的方向，同時也為完善我國BIM研究提供參考。

1 BIM協(xié)同應(yīng)用的障礙因素識別

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)和邏輯學(xué)為一體，注重量化的綜合性知識體系。為保證所追蹤文獻(xiàn)的連續(xù)性、完整性以及時效性，本研究運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對2009—2019年SCI及CNKI數(shù)據(jù)庫收錄的有關(guān)BIM技術(shù)應(yīng)用的論文做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，共檢索到331篇與之相關(guān)的記錄，最終選取了具有代表性的31篇中英文期刊作為分析對象，其中英文文獻(xiàn)19篇，中文文獻(xiàn)12篇，且近5年文獻(xiàn)17篇，占文獻(xiàn)總數(shù)的55%，經(jīng)梳理，共確定了16個影響B(tài)IM協(xié)同應(yīng)用的關(guān)鍵障礙因素。BIM是一個社會技術(shù)系統(tǒng)[12]，受到各種社會技術(shù)組成部分的影響，包括利益相關(guān)者，任務(wù)，技術(shù)和系統(tǒng)[7]，本文從技術(shù)層面和社會文化層面對障礙因素進(jìn)行了分類和定義。BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素的識別、分類和定義如表1所示。

表1 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素的識別、分類與解釋

(續(xù)表)

從文獻(xiàn)中可以看出，大部分學(xué)者都將缺乏較完善的BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范看作是阻礙BIM技術(shù)應(yīng)用的最主要原因，是關(guān)鍵性的技術(shù)問題。作為第二大關(guān)注點(diǎn)的因素是項(xiàng)目中缺乏BIM綜合人才和專家，隨著BIM技術(shù)的不斷被應(yīng)用，BIM綜合人才及專家的數(shù)量不能滿足BIM市場的需求，導(dǎo)致BIM所創(chuàng)造出的效益達(dá)不到使用者的預(yù)期目標(biāo)，這將不利于BIM在我國的發(fā)展。任何先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，都需要使用者的認(rèn)可與檢驗(yàn)，缺乏業(yè)主以及高層管理者的決策支持成為眾多學(xué)者的第三大關(guān)注點(diǎn)。法律是有力的約束，相關(guān)BIM法律不健全將無法保障使用者的權(quán)益，道德風(fēng)險也將隨之而來。對于阻礙BIM協(xié)同應(yīng)用的其他因素，不再一一贅述。

通過對16個關(guān)鍵因素的重新分類與定義，總結(jié)出3個技術(shù)層面的因素和13個社會文化層面的因素。一個具體的技術(shù)問題是，BIM沒有帶來CAD(Computer Aided Design)替代圖板那樣的高效率，但對于尚處于發(fā)展階段的BIM技術(shù)，所帶來的綜合效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)存的缺陷所帶來的不便。同樣，社會文化層面的一個具體問題是，數(shù)據(jù)共享業(yè)存在較大問題，然而解決該問題的重點(diǎn)，不是單純的解決社會文化層面中的某一問題，而是需要結(jié)合技術(shù)層面與社會文化層面中的各個問題進(jìn)行綜合優(yōu)化，達(dá)到減少信息不一致才是目前推動BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用發(fā)展的重點(diǎn)。下文將對各個因素的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析，尋找出我國BIM應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

2 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素ISM構(gòu)建及分析

2.1 障礙因素ISM構(gòu)建

2.1.1 解釋結(jié)構(gòu)模型

解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)是美國Warfield教授[15]為分析復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型而開發(fā)的一種系統(tǒng)分析方法，它可以將模糊不清的問題轉(zhuǎn)化為直觀的具有良好結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型，為系統(tǒng)管理者提供決策參考與依據(jù)，且其在各領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。岳洪江等[16]應(yīng)用ISM分析得出社會科學(xué)成果轉(zhuǎn)化的根本因素和直接因素，指出改進(jìn)和管理的重點(diǎn)對象。顏卉等[17]利用解釋結(jié)構(gòu)模型建立了影響金融創(chuàng)新產(chǎn)品質(zhì)量因素之間的關(guān)系模型，得出直接和間接影響因素，并通過實(shí)例驗(yàn)證模型的有效性。本文應(yīng)用解釋結(jié)構(gòu)模型分析BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素之間的關(guān)系。

構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型的基本步驟如下：

(1)識別系統(tǒng)要素。確定研究對象系統(tǒng)，全面地對系統(tǒng)要素進(jìn)行收集和整理，篩選出最終的系統(tǒng)要素集O。

(2)建立鄰接矩陣。通過判斷系統(tǒng)要素集中各個要素之間是否存在直接關(guān)系，建立鄰接矩陣。若用aij表示第i行、第j列的要素Oi與要素Oj存在直接關(guān)系，則鄰接矩陣A可以表示為A=(aij)m×n，其中aij=1表示要素Oi對要素Oj有直接影響，aij=0表示要素Oi對要素Oj沒有直接影響。

(3)計(jì)算可達(dá)矩陣?？蛇_(dá)矩陣表示從一個要素到另一個要素是否存在連接的路徑，如果鄰接矩陣A滿足條件：(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1=M，則稱M為鄰接矩陣A的可達(dá)矩陣，通過以上矩陣運(yùn)算條件，求出該系統(tǒng)的可達(dá)矩陣M。

(4)對可達(dá)矩陣M進(jìn)行區(qū)域分解和級間分解。首先求出可達(dá)矩陣M的可達(dá)集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集N=R(Si)∩Q(Si)，然后根據(jù)分析結(jié)果對可達(dá)矩陣M進(jìn)行區(qū)域分解、級間劃分。

(5)建立系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型。在以上基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行層級分解，進(jìn)而得到研究對象系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型。

2.1.2 交叉影響矩陣相乘法

交叉影響矩陣相乘法(Matriced Impacts Croises Multiplication Appliqueeaun，MICMAC)應(yīng)用了矩陣相乘的原理，通過因素之間的關(guān)系矩陣，計(jì)算各因素的驅(qū)動力與依賴性，得到具有分層歸納效果的影響因素MICMAC分析圖，直觀地表現(xiàn)出各因素在系統(tǒng)中的實(shí)質(zhì)作用。該方法最基本的思想是：如果要素i對要素j有直接影響，要素j對要素k有直接影響，任何影響要素i的改變都能反映到要素k上，那么要素i和要素k之間就有間接影響關(guān)系。進(jìn)行MICMAC分析的目的是依據(jù)驅(qū)動力和依賴性把所有的系統(tǒng)要素分成4類，即自治要素、聯(lián)系要素、依賴要素和獨(dú)立要素[18]，從而提出相應(yīng)的對策和建議。其中，驅(qū)動力Di和依賴性Rj的大小，滿足以下兩個公式：

(1)

(2)

2.2 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素分析

通過與十位BIM參與者及研究學(xué)者的探討與交流，以及對大量文獻(xiàn)的梳理與總結(jié)，最終確定了BIM協(xié)同應(yīng)用中各個障礙因素的間直接影響關(guān)系，如表2所示。

表2 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素間直接影響關(guān)系

根據(jù)表2中所列的障礙因素及其直接影響因素，并依據(jù)其之間的關(guān)系，建立BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素間的鄰接矩陣，如表3所示。

表3 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素間鄰接矩陣

根據(jù)以上鄰接矩陣，得到BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素的解釋結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

(1)處于最底層的要素是我國目前推動BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用的基礎(chǔ)性要素，具有一定緊迫性，主要包括O6和O16這兩個要素。

(2)處于頂層的要素就是需要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)，分別是O3，O11，O12，如，當(dāng)增加BIM的培訓(xùn)與教育O16，則項(xiàng)目中的BIM綜合人才及專家數(shù)量就會增加O5，從而因傳統(tǒng)保守的思想對BIM的抵制將會減少，加深對BIM的理解O13，同時，隨著對BIM認(rèn)知水平的提升，以往對BIM高額成本的了解程度也會增加O9，并且在利益相關(guān)者之間會形成新的契約關(guān)系和框架O14，最終確立BIM標(biāo)準(zhǔn)合同示范文本O11，也即實(shí)現(xiàn)推動BIM協(xié)同應(yīng)用的最直接要素。

(3)處于底層和頂層之間的要素則起間接促進(jìn)作用。在中間層的要素中，包含三組相互作用和影響的要素，分別是：O8和O15二者之間，O13和O9二者之間，O7，O4和O10三者之間。在中間層的要素中，不存在完全獨(dú)立的要素，都會受到底層要素直接或間接的影響。

圖1 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素解釋結(jié)構(gòu)模型

2.3 主要障礙因素MICMAC分析

根據(jù)MICMAC分析的方法和步驟，得到具有驅(qū)動力和依賴性的主要障礙因素最終可達(dá)矩陣(見表4)，最終得到BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素的驅(qū)動力-依賴性矩陣(見圖2)。

表4 具有驅(qū)動力和依賴性的主要障礙因素最終可達(dá)矩陣

圖2 BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素的驅(qū)動力-依賴性矩陣

2.4 結(jié)果分析

通過綜合考慮我國與其他國家BIM協(xié)同應(yīng)用的障礙因素，經(jīng)MICMAC分析，得出以下結(jié)論：

(1)O6，O8，O15處于獨(dú)立要素集中，具有很強(qiáng)的驅(qū)動力，但依賴性弱，屬驅(qū)動變量，是基礎(chǔ)性的影響因素。同時，由圖1可知，O6，O8，O15處于解釋結(jié)構(gòu)模型的四、五層，幾乎不受其他要素的影響，是促進(jìn)BIM協(xié)同應(yīng)用的關(guān)鍵性驅(qū)動因素，也是解決我國BIM協(xié)同應(yīng)用水平低的首要因素。

(2)在識別的16個BIM協(xié)同應(yīng)用障礙因素中，都不屬于聯(lián)系要素，這說明選取的障礙因素都是穩(wěn)定的。

(3)依賴要素集包括：O3，O11，O12，O14，其中，O3，O11，O12屬于頂層要素，是提高BIM協(xié)同應(yīng)用水平的目標(biāo)性因素。處于依賴要素集中的障礙因素，都具有很強(qiáng)的依賴性但驅(qū)動力較弱，屬于依賴變量，是最直接的影響因素，因此在提高BIM協(xié)同應(yīng)用治理中，應(yīng)從系統(tǒng)的角度，綜合考慮各個因素的影響，一起實(shí)現(xiàn)治理的目標(biāo)。

(4)屬于自治要素的因素有：O1，O2，O4，O5，O7，O9，O10，O13，O16，這些因素的驅(qū)動力與依賴性都不高，屬于ISM中的中間層要素，受基礎(chǔ)層要素的影響，又為實(shí)現(xiàn)頂層要素的目標(biāo)提供動力。在自治要素集中，O1，O5，O16屬于具有較高驅(qū)動特征的因素，可在提高BIM協(xié)同應(yīng)用治理中，將其考慮到獨(dú)立要素中；O4，O7，O9，O10，O13屬于具有較高依賴特征的因素，可在提高BIM協(xié)同應(yīng)用治理中，將其考慮到依賴要素中；而O2在兩方面的特征都較弱，則需單獨(dú)考慮。

3 結(jié) 論

BIM作為建筑行業(yè)提高生產(chǎn)力的有力技術(shù)，不同國家對BIM技術(shù)應(yīng)用程度是不同的，面臨的阻礙也隨著不同的應(yīng)用階段而變化，但最終的發(fā)展趨勢是統(tǒng)一的，都趨向一個高度信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、協(xié)同化的狀態(tài)。我國BIM技術(shù)的發(fā)展，無論是在技術(shù)層面，還是在社會文化方面，都與我國作為AEC(Architecture-Engineering-Construction，建筑-工程-施工)大國的身份不符，本研究通過綜合我國與外國應(yīng)用BIM技術(shù)的障礙因素，運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)及交叉影響矩陣相乘法(MICMAC)，得到影響我國BIM協(xié)同應(yīng)用的三個關(guān)鍵性驅(qū)動因素：企業(yè)還未完全意識到BIM應(yīng)用帶來的增值效應(yīng)、缺乏業(yè)主以及高層管理者的決策支持以及缺乏政府和行業(yè)主管部門的政策支持。

BIM是已被證明具有提高建設(shè)效率、提升建筑產(chǎn)品質(zhì)量的信息技術(shù)，企業(yè)應(yīng)關(guān)注BIM技術(shù)帶來的長期效益，BIM技術(shù)的優(yōu)勢不僅限于應(yīng)用在某一階段，只有企業(yè)全面意識到BIM技術(shù)帶給自身的經(jīng)濟(jì)效益、帶給社會的環(huán)境效益、帶給整個行業(yè)的可持續(xù)效益，BIM技術(shù)的應(yīng)用水平將迅速提高。而業(yè)主作為工程建設(shè)的核心主體，其對BIM決策上的采納或應(yīng)用都是最直接的，業(yè)主與高層管理者之間對采納BIM技術(shù)的計(jì)劃，經(jīng)過一系列探討、咨詢、學(xué)習(xí)，最終進(jìn)入決策、實(shí)行階段，業(yè)主應(yīng)盡早啟動這一計(jì)劃，或加快該過程的進(jìn)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用。政府頒布的政策具有強(qiáng)制性，行業(yè)主管部門具有引領(lǐng)整個行業(yè)的作用，政府與行業(yè)主管部門的介入，對于加快BIM技術(shù)在我國的應(yīng)用將起決定性作用，從而也能更好地監(jiān)督整個建筑市場，減少參與主體間的道德風(fēng)險，提高組織間的協(xié)同水平。另外，在提高BIM技術(shù)應(yīng)用效率方面，應(yīng)加快BIM技術(shù)的研發(fā)與引進(jìn)，我國不僅需要引進(jìn)更高水平的BIM技術(shù)，更重要的是研發(fā)出適合我國的高水平BIM技術(shù)；BIM應(yīng)用主體應(yīng)建立有效的協(xié)同機(jī)制，如建立激勵機(jī)制、共享機(jī)制等，達(dá)到減少信息不對稱的目的；同時，政府和行業(yè)主管部門應(yīng)盡快建立一套符合我國的BIM標(biāo)準(zhǔn)，為BIM應(yīng)用主體提供統(tǒng)一的參考。

本研究有助于提高相關(guān)個體或組織應(yīng)用BIM的意識與積極性，為政府、業(yè)主及其他利益主體提供參考與借鑒。影響我國BIM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用的三個主要因素都屬于社會文化方面，都是關(guān)于利益相關(guān)者意識與決策的障礙因素，因此，接下來的研究將從影響B(tài)IM協(xié)同應(yīng)用的多個參與主體出發(fā)，研究影響各個協(xié)同主體決策的行為規(guī)律。