BIM情境下工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)提升路徑的系統(tǒng)動力學(xué)分析

毛小強，李 蔚，毛晨虹

(浙江財經(jīng)大學(xué) a.建設(shè)處；b.公共管理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)指的是一套技術(shù)和組織解決方案，旨在加強建筑行業(yè)的組織間協(xié)作，并提高建筑計劃與設(shè)計、生產(chǎn)與施工、運營與維護的效率和質(zhì)量[1]。在一定程度上，BIM技術(shù)的成熟度，代表了建筑信息化的程度?，F(xiàn)階段，我國工程建設(shè)面臨著信息集成、協(xié)同和共享性差，信息傳遞效率和利用價值低，協(xié)同主體協(xié)同度以及建設(shè)效率不高的現(xiàn)狀，并且工程項目的成功實施在很大程度上取決于信息在參與各方之間傳遞與交流的效率和有效性[2]。因此亟需一個信息集成、共享、協(xié)同的技術(shù)環(huán)境，解決信息問題，促進管理協(xié)同，提高企業(yè)績效水平。BIM概念，作為提高效率，降低成本，減少能源需求和環(huán)境污染，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[3]的技術(shù)方法，作為信息化建造與管理的重要技術(shù)平臺和施工各個階段總體協(xié)同管理的有效手段[4]，將有效解決這一問題。

BIM情境下工程建設(shè)的實現(xiàn)是協(xié)同管理問題，而并非是技術(shù)問題[5]，工程項目協(xié)同管理是BIM技術(shù)應(yīng)用在工程項目管理領(lǐng)域的主要作用[6]。從系統(tǒng)學(xué)角度看,協(xié)同管理就是要通過對有若干子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)進行時間、空間和功能結(jié)構(gòu)的重組,產(chǎn)生一種具有“競爭-合作-協(xié)調(diào)”的能力[7]。由于工程建設(shè)的多主體性，企業(yè)通過分工協(xié)作形成的協(xié)同效應(yīng)能成倍增加產(chǎn)出[8]，實現(xiàn)工程建設(shè)的增值。大量研究表明，協(xié)同效應(yīng)越強團隊協(xié)作程度越高[8,9]，協(xié)同效應(yīng)對于企業(yè)績效具有顯著的正向影響[10]。

文獻中對于BIM情境下工程建設(shè)的研究多從BIM的優(yōu)越性方面，從利益相關(guān)者之間的關(guān)系角度，而對于工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)的研究卻很少。本文基于系統(tǒng)動力學(xué)，從協(xié)同學(xué)的角度，研究BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)，目的在于提高協(xié)同主體的協(xié)同意識和對BIM技術(shù)的重視，提升工程建設(shè)的管理效率，實現(xiàn)企業(yè)績效水平的升值與增值，以及實現(xiàn)BIM技術(shù)與工程項目的價值效應(yīng)。

1 工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)

1.1 工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)的定義

協(xié)同視角下，工程建設(shè)存在大量的集體行為，具有產(chǎn)生更多協(xié)同效應(yīng)的潛力。美國戰(zhàn)略管理學(xué)家Igor·Ansoff指出：協(xié)同是基于資源共享的企業(yè)之間形成共生共長、互助互促的關(guān)系[11]。由于工程項目涉及多階段、多專業(yè)、多參與方，使得工程建設(shè)存在著多種組織關(guān)系和復(fù)雜的價值交換關(guān)系[12]，形成了一個復(fù)雜的協(xié)同建造系統(tǒng)。因此，本文將工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)定義為：在整個建設(shè)系統(tǒng)中，各協(xié)同主體以協(xié)同思想為指導(dǎo)，基于信息技術(shù)協(xié)作平臺，綜合運用管理方法和手段，促使在整個建設(shè)系統(tǒng)中的人、財、物、技術(shù)、信息、知識等資源按照協(xié)同方式進行整合，實現(xiàn)資源的最優(yōu)化組合與配置，進而形成一個在結(jié)構(gòu)、功能等方面遠遠超越原有組織系統(tǒng)的、具有新的生命的系統(tǒng)[13]，達到協(xié)同效應(yīng)的目的。

1.2 協(xié)同主體的識別

BIM技術(shù)為工程建設(shè)的協(xié)同管理提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，它有效地促進項目參與者在整個項目生命周期中的協(xié)作和溝通[14]。而工程建設(shè)的本質(zhì)是相關(guān)的“人(利益相關(guān)者)”“物(機械設(shè)備、材料、能源)”“資金”與“環(huán)境(政策環(huán)境、施工環(huán)境、周圍環(huán)境、生態(tài)環(huán)境)”在整個建設(shè)期內(nèi)或者在整個生命周期內(nèi)在時間軸上的協(xié)同[15]。BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)，實質(zhì)上是多利益參與主體之間的協(xié)同。利益相關(guān)者的定義最具代表性的是Freeman的觀點，他認為：利益相關(guān)者是能夠影響一個組織目標(biāo)的實現(xiàn)，或者受到一個組織實現(xiàn)其目標(biāo)過程影響的所有個體和群體。本文將BIM情境下工程建設(shè)全生命周期過程(決策階段、實施階段和使用階段)中，參與決策與受決策影響的個人或團體(組織)，視為利益相關(guān)者。根據(jù)利益相關(guān)者理論以及工程建設(shè)項目全壽命周期的劃分，將協(xié)同主體劃分為決策協(xié)同主體、設(shè)計協(xié)同主體、管理協(xié)同主體、施工協(xié)同主體、供貨協(xié)同主體、運營協(xié)同主體、監(jiān)管協(xié)同主體。

2 工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建

由耗散結(jié)構(gòu)理論可知，一個遠離平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，通過不斷地與外界環(huán)境進行物質(zhì)、能量和信息的交換，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部某個參量的變化達到一定的閾值時，系統(tǒng)將產(chǎn)生自組織現(xiàn)象，即由無序到有序、較低有序到較高有序，并形成一種表現(xiàn)在功能、空間和時間上的新的有序穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[16]。BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)可以通過達到耗散結(jié)構(gòu)的途徑來實現(xiàn)自身的有序化，提高整個系統(tǒng)的協(xié)同度，從而達到工程建設(shè)的最終目的——增值，進而實現(xiàn)系統(tǒng)整體的發(fā)展與演化[17]。BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)滿足耗散結(jié)構(gòu)的四個基本條件[18]：(1)系統(tǒng)處于遠離平衡態(tài)；(2)系統(tǒng)具有開放性；(3)系統(tǒng)內(nèi)不同要素存在非線性作用；(4)系統(tǒng)存在漲落作用。因此，可以通過系統(tǒng)動力學(xué)對BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)進行研究，建立協(xié)同主體系統(tǒng)的動力學(xué)模型。

2.1 BIM情境下協(xié)同主體系統(tǒng)框架構(gòu)建

鑒于工程建設(shè)的多主體性，BIM的價值取決于用戶[19]，協(xié)同主體作為BIM技術(shù)的使用者，其價值在于實現(xiàn)1+1>2的協(xié)同效應(yīng)。各個協(xié)同主體通過對BIM技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上改變了傳統(tǒng)建筑業(yè)的信息流，并且BIM技術(shù)應(yīng)用的一個愿景就是允許來自多個本地設(shè)計模型的數(shù)據(jù)之間的互操作性，允許新的集成的工作方式，成為協(xié)作工具[20]。BIM技術(shù)具有可視性、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性以及可出圖性等特點，能有效減少協(xié)同主體間的沖突矛盾、降低重復(fù)勞動與成本[21]、提高協(xié)同效率。另外，由于工程建設(shè)、協(xié)同主體間關(guān)系、BIM技術(shù)三者本身的復(fù)雜性，因此存在生產(chǎn)力提升的潛力也更大；同時，這三者也是系統(tǒng)邊界內(nèi)容的重要組成部分。如圖1所示，BIM情境下的協(xié)同主體系統(tǒng)框架——“BIM-協(xié)同主體”框架，是以BIM為信息集成中心，以決策主體、設(shè)計主體、管理主體、施工主體、供貨主體、運營主體和監(jiān)管主體為協(xié)同主體，通過信息的交換與傳輸，在協(xié)同主體之間產(chǎn)生互動耦合。

圖1 BIM情境下協(xié)同主體系統(tǒng)框架

2.2 模型邊界變量的確定

BIM情境下，BIM協(xié)同支持水平不僅受BIM成熟度的影響，管理意識和管理水平也制約著技術(shù)應(yīng)用效果[22]，同時，Jung等[23]也指出管理的有效性是BIM成功的一個原因。鑒于BIM技術(shù)在我國仍處于起步階段，因此成本在選擇創(chuàng)新技術(shù)方法時起著影響決策過程的重要作用[24]，故引入?yún)f(xié)同主體BIM效益期望水平變量。同時，BIM在一定程度上改變了工程建設(shè)的協(xié)同方式，BIM協(xié)同優(yōu)化率是協(xié)同方式優(yōu)化水平的重要影響因子。

工程建設(shè)是具有團隊生產(chǎn)性質(zhì)的聯(lián)合生產(chǎn)，由于多方合作與合作雙方之間信息的不對稱，道德風(fēng)險在任何一方都可能存在[25]。在工程建設(shè)中決策主體與監(jiān)管主體之間、決策主體與施工主體之間、決策主體與運營主體之間普遍存在的“委托-代理”關(guān)系，以及監(jiān)管主體與施工主體之間的監(jiān)管與被監(jiān)管的關(guān)系，是道德風(fēng)險的主要來源。協(xié)同主體的努力水平[26]是影響工程建設(shè)協(xié)同主體間道德風(fēng)險的一個重要指標(biāo)，一個協(xié)同主體的低努力水平，可能導(dǎo)致多個協(xié)同主體更低效的道德風(fēng)險行為，以及一個更低的協(xié)同效應(yīng)水平。解決道德風(fēng)險的一個有效可行的途徑就是建立完善的激勵制度[27]，而解決這個問題的根本途徑是減少市場的信息不對稱程度[28]。對于激勵力量的衡量，美國心理學(xué)家弗魯姆于1964年提出了期望理論。該理論認為，激發(fā)的力量來自效價與期望的乘積，本文將效價看做是協(xié)同主體對達到某種預(yù)期成果的偏愛程度，同時也考慮協(xié)同主體的期望程度[29]。此外，由于協(xié)同主體間的互補知識，合作對利益的影響大于競爭的影響[30]，合作程度將影響協(xié)同主體的協(xié)同效應(yīng)水平。協(xié)同效應(yīng)是協(xié)同度的函數(shù)，吳偉[31]僅將協(xié)同效應(yīng)看做是協(xié)同效應(yīng)因子和激勵子系統(tǒng)的投入(協(xié)同度)的乘積，激勵子系統(tǒng)的完善程度，會影響工程建設(shè)協(xié)同主體的協(xié)同意識。由于不同協(xié)同主體在同一階段或不同階段所占權(quán)重不同，因此賦予協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)。本文擬將多個變量納入模型邊界變量中。

2.3 工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)因果回路圖的建立

系統(tǒng)動力學(xué)認為，系統(tǒng)的行為模式與特性主要取決于其內(nèi)部的動態(tài)結(jié)構(gòu)與反饋機制[32]。BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)是一個動態(tài)的、非平衡的、開放的自組織系統(tǒng)，由協(xié)同主體間復(fù)雜的非線性相互作用構(gòu)成了多個一階正、負反饋回路，形成一個復(fù)雜的組合反饋回路。系統(tǒng)動力學(xué)模型建立的基礎(chǔ)是因果關(guān)系的構(gòu)建，它可以清楚地描述系統(tǒng)的動態(tài)運行及邏輯關(guān)系。由相關(guān)模型邊界變量及其相互關(guān)系，建立工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)因果回路圖，如圖2所示。由于激勵力的產(chǎn)生是效價和期望值的乘積，如果效價和期望值不同向變化，則很難判斷激勵力的增加或減少，因此為簡化表示，假設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平和BIM協(xié)同支持水平正向影響協(xié)同主體效價、協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)期望水平和協(xié)同主體BIM效益期望水平。

圖2 BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)因果回路圖

在該因果回路圖中，通過完善企業(yè)間的激勵制度，達到減少道德風(fēng)險率和增加協(xié)同主體協(xié)同度的目的，從而提高協(xié)同主體協(xié)同度和協(xié)同效應(yīng)水平，進而又能反饋到激勵制度的完善程度。協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)的提高也使得協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)期望水平和協(xié)同主體效價增加，二者的增加是形成激勵力的基礎(chǔ)，激勵力是激發(fā)人行為的心理過程，進而實現(xiàn)協(xié)同主體協(xié)同意識、協(xié)同主體協(xié)同度和協(xié)同效應(yīng)水平的增加；同時，協(xié)同主體BIM效益期望水平的增加，不僅會提高協(xié)同主體管理意識，也會產(chǎn)生激勵力，從而提高協(xié)同主體管理意識、管理水平、BIM協(xié)同支持水平和協(xié)同主體BIM效益期望水平。其他正、負反饋回路不再一一贅述。

2.4 系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建

因果回路圖只能描述反饋結(jié)構(gòu)中變量之間的影響和作用，不能表示不同性質(zhì)變量的區(qū)別。而在系統(tǒng)流圖中，由狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量和外生變量共同構(gòu)成的反饋系統(tǒng)，能清晰地反應(yīng)影響反饋系統(tǒng)動態(tài)性能的累積效應(yīng)。根據(jù)工程建設(shè)協(xié)同主體系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)的因果回路圖，建立BIM情境下工程建設(shè)多主體協(xié)同效應(yīng)系統(tǒng)流圖，如圖3所示。在該系統(tǒng)流圖中，協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)是表示某一協(xié)同主體在協(xié)同主體系統(tǒng)中的重要程度。BIM協(xié)同優(yōu)化率，指的是投入BIM技術(shù)來進行人財物投入所產(chǎn)生的綜合效益、程度的表示，即BIM技術(shù)投入與綜合效益之比。協(xié)同意識系數(shù)是協(xié)同主體協(xié)同意識的影響系數(shù)。協(xié)同方式優(yōu)化率表示對原有協(xié)同方式進行優(yōu)化的投入，與優(yōu)化后的協(xié)同方式帶來的協(xié)同效益之比。協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)因子是協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平的影響因子。BIM協(xié)同支持水平表示BIM技術(shù)能夠支持的協(xié)同管理和技術(shù)分析的能力。協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平是指協(xié)同主體在多種協(xié)同因素的作用下，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)時的效益水平。在圖中可以看出存在多個某一變量對于另一變量的影響因子，本文就存在的多個影響因子不一一敘述。該系統(tǒng)流圖不僅體現(xiàn)了變量間的復(fù)雜關(guān)系，也體現(xiàn)了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2.5 系統(tǒng)動力學(xué)模型分析

圖4 協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平因果圖

由圖4可知，協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平是協(xié)同效應(yīng)水平變化量的函數(shù)，而影響速率變量的因子包括：BIM協(xié)同支持對協(xié)同效應(yīng)因子、協(xié)同主體協(xié)同度因子、協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)因子、協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)。協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)是普遍存在的，但其對于協(xié)同效應(yīng)的影響是不能忽略的，由于工程信息的龐雜性，在一定程度上，信息就是效益，各個協(xié)同主體實現(xiàn)信息共享最大化與綜合效益最大化的協(xié)同，是協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)對于協(xié)同效應(yīng)的最大貢獻。

協(xié)同效應(yīng)是協(xié)同主體協(xié)同度與協(xié)同效應(yīng)因子共同作用的結(jié)果[32]，對于協(xié)同主體協(xié)同度的因果關(guān)系，如圖5所示。協(xié)同主體協(xié)同度是激勵機制、激勵力、協(xié)同方式優(yōu)化以及道德風(fēng)險率的函數(shù)。激勵制度對協(xié)同主體協(xié)同度具有直接或間接的作用，體現(xiàn)在激勵制度對于協(xié)同度的和對信息對稱、協(xié)同意識的影響因子；由協(xié)同主體效價和協(xié)同效應(yīng)期望形成的激勵力，能提高協(xié)同主體的協(xié)同意識，進而提高協(xié)同主體協(xié)同度。協(xié)同方式的優(yōu)化，一方面體現(xiàn)在BIM技術(shù)對于信息流的集成與共享，能減弱或消除協(xié)同主體間的信息摩擦，增強信息碰撞，提高信息利用效率，從而提高協(xié)同主體協(xié)同度；另一方面體現(xiàn)在協(xié)同主體的管理創(chuàng)新，無論是自主創(chuàng)造還是引進已有的管理理念或管理方法、管理結(jié)構(gòu)、管理過程和管理技能[33]，對于促進協(xié)同主體協(xié)作、提高生產(chǎn)力和組織績效[34]都有重要意義。在多個影響因子的作用下，各個協(xié)同主體之間產(chǎn)生耦合效應(yīng)，能提高協(xié)同主體間協(xié)同度，從而影響工程建設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平，進而能夠?qū)崿F(xiàn)工程建設(shè)的增值與升值。

圖5 協(xié)同主體協(xié)同度因果圖

同樣，由圖6可知，BIM協(xié)同支持水平是BIM協(xié)同支持水平變化量的函數(shù)。在BIM成熟度因子以及協(xié)同主體管理意識、管理水平因子的作用下，也即從技術(shù)和管理兩方面，有助于實現(xiàn)較高協(xié)同支持水平的BIM技術(shù)。同時，影響B(tài)IM協(xié)同支持水平變化量還有協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)，協(xié)同主體對于BIM的權(quán)重不僅體現(xiàn)在協(xié)同主體對BIM技術(shù)的支持、引進、運用與發(fā)展，還體現(xiàn)在協(xié)同主體對于BIM技術(shù)人才和管理人才的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在各個協(xié)同主體的努力水平?；凇癇IM-協(xié)同主體”框架的動力學(xué)模型，形成了一種人機交互系統(tǒng)，促進協(xié)同主體管理意識與水平，提高BIM成熟度，從而正向影響B(tài)IM協(xié)同支持水平變化量，實現(xiàn)較高的BIM協(xié)同支持水平和協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平。

圖6 BIM協(xié)同支持水平因果圖

BIM情境下的協(xié)同主體系統(tǒng)是一個社會技術(shù)系統(tǒng)[35]，是10%的技術(shù)問題與90%的社會文化問題[5]，協(xié)同管理是提高系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)的關(guān)鍵。由圖7可以看出，在協(xié)同主體系統(tǒng)中，協(xié)同主體意識是管理水平的主要影響因素；同時，協(xié)同主體BIM效益期望水平、協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平和激勵力這三個影響因子又作用于管理意識。協(xié)同主體管理意識正向影響協(xié)同主體管理水平，協(xié)同主體管理水平提高，能減少協(xié)同主體間矛盾，促進協(xié)同主體對工程建設(shè)的控制和管理，提高協(xié)同主體協(xié)同水平。

圖7 協(xié)同主體管理水平因果圖

3 結(jié) 論

本文通過對協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)的系統(tǒng)分析，得出影響B(tài)IM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)的重要因素，首先，成熟的BIM技術(shù)與較高的協(xié)同管理水平是提高BIM協(xié)同支持水平的動力因素，高協(xié)同支持水平的BIM技術(shù)是實現(xiàn)高協(xié)同效應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，完善激勵機制、優(yōu)化協(xié)同方式、增強激勵力和降低道德風(fēng)險率是提高協(xié)同主體協(xié)同度的重要影響因子，同時也是提高協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)水平的重要基礎(chǔ)。另外，基于工程建設(shè)的7個協(xié)同主體，提高BIM情境下工程建設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)需要所有協(xié)同主體的共同努力，需要把握好協(xié)同主體權(quán)重因子，才能實現(xiàn)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)的共贏。

此外，本文也存在一定的局限性，由于賦予了協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)，這使得涉及多個協(xié)同主體的多個變量，包括各個協(xié)同主體的期望水平、效價、協(xié)同水平、努力水平等，以及信息對稱程度、協(xié)同主體間矛盾程度、協(xié)同方式優(yōu)化水平等變量的衡量，變得很難去定量化，且對于權(quán)重系數(shù)的賦予也沒有一個統(tǒng)一的或者特定的標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，通過以上分析，如何定量分析工程建設(shè)協(xié)同主體協(xié)同效應(yīng)和協(xié)同主體權(quán)重系數(shù)的賦予標(biāo)準(zhǔn)，這將是接下來可進一步研究的兩個問題。