建筑業(yè)技術工人供給側改革的BIM-L數(shù)據(jù)庫構建與運行研究

王臘銀

(西安建筑科技大學 管理學院，陜西 西安 710055)

目前，中國工程用工模式主要有專業(yè)工程分包、勞務作業(yè)分包、總包單位工程隊、總包單位工班勞務等四種[1]。無論哪種模式，專業(yè)技術工人都列為流動性最大、用工缺口最大、保障性最差的群體。隨著高等教育的普及，專業(yè)管理人員的供給數(shù)量已經趨于穩(wěn)定，但專業(yè)技術工人卻呈下降的趨勢。一方面，老一代技術工人因年齡和身體原因逐漸退出建筑市場；另一方面，職業(yè)技術教育的落后和青年技術工人儲備不足導致技術工人逐年減少。這些都帶來專業(yè)技術工人特別是高水平技術工人供給嚴重不足。同時，建筑業(yè)用工種類也呈現(xiàn)出新的態(tài)勢。隨著裝配式建筑的推廣和應用，原有的緊俏工種可能趨于平淡，粗放的低水平工人逐漸被淘汰，而緊缺的高水平技術工人將成為推動建筑產業(yè)化的中堅力量。

面對不斷變化的建筑市場，一方面需要建筑企業(yè)通過技術創(chuàng)新，降低對職業(yè)工人的需求量；另一方面需要地方政府加強職業(yè)培訓，增加對專業(yè)技術工人的供給量[2]。因此，地方政府如何在把握用工實況的前提下，使職業(yè)培訓更有針對性、同時避免區(qū)域內用工沖突并提高技術工人的使用效率，從而引導并實現(xiàn)建筑技術工人的系統(tǒng)開發(fā)和有效配置，成為當前建筑行業(yè)供給側改革的核心內容之一。而BIM技術的發(fā)展和成熟為解答這一問題提供了新的思路和方法。

現(xiàn)階段，BIM作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，已成為中國促進建筑領域生產方式變革的核心手段。住建部在《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確指出：“十三五”時期的主要任務是“全面提高建筑業(yè)信息化水平，著力增強BIM、大數(shù)據(jù)、智能化等信息技術集成應用能力”；要求在施工現(xiàn)場建設互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，廣泛使用無線網(wǎng)絡及移動終端，實現(xiàn)項目現(xiàn)場與企業(yè)管理的互聯(lián)互通；建立全國建筑工人信息管理平臺等。目前，中國建筑業(yè)在利用 BIM 平臺進行管線碰撞檢查、復雜節(jié)點深化設計等方面已經比較成熟，但將BIM與技術工人的開發(fā)和配置進行有效關聯(lián)尚缺乏較為成熟的理論與實踐。不過，BIM平臺的三維可視化模型和海量信息數(shù)據(jù)庫可以準確預測各工作部分專業(yè)技術工人的需求,實時動態(tài)監(jiān)測各項目施工現(xiàn)場人員的實際施工情況,并能夠捕捉每個專業(yè)技術工人的個人信息和技術架構，從而為高水平技術工人的輔助開發(fā)和優(yōu)化配置提供了可能。

一、研究綜述

國內外對建筑業(yè)人力資源的供給側研究主要圍繞配置和開發(fā)兩個方面。

人力配置方面的研究較多。從微觀層面，站在建筑企業(yè)角度探討單一項目人力的配置問題由來已久，內容較為豐富。一部分學者研究影響項目人員配置的核心因素。比如K．R．Persad等[3]通過建立回歸分析模型預測單個工程所需的工作時間，并認為工程造價和工程類別是預測工程人力需求，實現(xiàn)人員優(yōu)化配置的關鍵因素。一部分學者運用數(shù)學規(guī)劃方法解決人力資源優(yōu)化配置問題。比如Bassett[4]強調通過遞歸方法和啟發(fā)式算法分配項目和工作任務，并證明該方法可以有效地提高工人的技能使用效率，同時降低人力成本。Drezet L等[5]綜合考慮了人員多能力因素在項目人力資源配置中的作用，在此約束下構建整數(shù)規(guī)劃模型，并用貪婪算法和禁忌搜索方法加以求解。近些年，一些學者開始將其他領域的理論引入項目人力資源配置中。比如仲勇等[6]運用系統(tǒng)動力學對包括勞動力在內的項目資源配置進行建模和仿真，發(fā)現(xiàn)了建筑工程項目不同類型資源的配置重要性與系統(tǒng)影響性存在顯著差異。從中觀層面，關于項目群人力資源配置的研究不斷增多。其核心是從系統(tǒng)的角度運用數(shù)理模型解答多項目環(huán)境下多目標決策中人力資源的優(yōu)化配置問題。比如Kolisch[7]以最小化工期為目標，研究了多裝配項目的人員、設備等的調度問題。日本學者Yoshimura Masataka等[8]運用一種項目優(yōu)化系統(tǒng)，找到總收益最大的項目組合及人力資源在該類組合中的最優(yōu)分配方式。任秀等[9]引入關鍵鏈方法解答在多項目并行中共享人力資源的沖突管理問題，構建了一種緩解供求矛盾的項目群人力資源均衡模型，為共享人力資源提供了一種新的量化方法。侯艷輝等[10]以項目經理這一關鍵性人力資源為對象構建其勝任力模型，在項目優(yōu)先級和人員能級界定的基礎上，以多項目工期均衡和人工總成本最低為目標進行分配人員的兩階段優(yōu)化。當然，也有學者從宏觀層面研究某個區(qū)域的技術工人的配置問題，但總體較少。比如趙彬等[11]以重慶市建筑市場為背景，分析了施工企業(yè)技術工人的種類以及影響技術工人數(shù)量配置的主要因素，在對工程類別劃分的基礎上，構建了一般民用房屋建筑工程專業(yè)技術工人數(shù)量配備模型，并用重慶市數(shù)據(jù)加以驗證。

建筑業(yè)人力開發(fā)方面的研究多以技術工人職業(yè)培訓為基本內容。其中，一些學者探討建筑行業(yè)技術工人開發(fā)過程中各方的優(yōu)化策略。比如凌子山等[12]在分析農民工培訓現(xiàn)狀和存在問題的基礎上，從政府的角度提出通過完善地方性法規(guī)、增加財政支持、建立科學培訓模式來改善技術工人開發(fā)效率。任杰[13]針對建筑施工企業(yè)目前在人力資源開發(fā)中存在的問題及其形成的原因，從企業(yè)的角度提出了增強人力資源開發(fā)與管理競爭力的具體措施。另一些學者熱衷于尋找新的人力資源開發(fā)和經營模式。比如李諺斐等[14]在經濟學背景下提出了建筑業(yè)人力資源開發(fā)的人才培育與租賃模式，并從理論上論證了該模式在中國的可行性。徐宏斌[15]針對中小建筑企業(yè)人力資源的特點，建立了一種多層次全方位的人力資源開發(fā)新模式。近年的研究開始聚焦某類培訓的特性及優(yōu)化方案。梁競文[16]以九家大型央企為例從制度、監(jiān)管和責任三方面探討企業(yè)開展工程倫理教育的可行性。王新成等[17]采用演化博弈理論，研究影響施工企業(yè)提供安全技能培訓和建筑工人參加安全技能培訓項目意愿的因素。

綜上所述，現(xiàn)有的研究具有如下特點：其一，站在企業(yè)的角度較多，站在政府的角度較少；其二，研究人力配置的較多，研究人力開發(fā)的較少；其三，對建筑業(yè)人力資源的內涵描述較籠統(tǒng)，缺乏不同情景下的細分。同時，應用BIM技術總體研究技術工人供給側改革的暫未見到。究其原因，主要是政府對域內技術工人的具體情況把握不足，缺乏準確的數(shù)據(jù)；而建筑企業(yè)的用工形式使其對技術工人的開發(fā)缺乏積極性；并且BIM在建筑業(yè)技術工人配置及開發(fā)的應用上缺乏理論支持和實戰(zhàn)經驗。實際上，隨著建筑產業(yè)化進程的加快以及BIM技術的日益成熟，地方政府和企業(yè)攜手實現(xiàn)技術工人的有效配置和系統(tǒng)開發(fā)也是值得探索和嘗試的。本文正是以建筑業(yè)為背景，從宏觀角度探討B(tài)IM在技術工人有效開發(fā)中的可行路徑，以期為BIM在人力資源方面的應用提供理論依據(jù)。

二、BIM-L數(shù)據(jù)庫的構建及技術工人配置模型

在構建BIM-L的過程中，需要首先厘清三個關系：供給和需求的關系；配置和開發(fā)的關系；政府和企業(yè)的關系。其中，供給包含存量和增量；需求包括即期和遠期。供給量與各期需求匹配與否必須在有效配置的前提下客觀評價，從而對缺額部分進行系統(tǒng)開發(fā)。因此，配置為系統(tǒng)開發(fā)提供方向，開發(fā)為有效配置提供支撐。同時，政府引導、建筑企業(yè)協(xié)同是技術工人系統(tǒng)配置和有效開發(fā)的組織條件。在實現(xiàn)過程中，通過BIM-L平臺采集已完工程原始數(shù)據(jù)，根據(jù)相似性原理構建技術工人配置模型，從而為待建項目預測用工需求。

1.指標的選擇及BIM-L原始數(shù)據(jù)庫的構建

建筑市場專業(yè)技術工人的供求關系受到項目本身的特征以及技術工人的數(shù)量和質量兩方面的影響?？紤]到房屋建筑是建筑業(yè)中接納技術工人種類和數(shù)量最多的行業(yè)，本文僅以房屋建筑為例研究建筑業(yè)專業(yè)技術工人的配置標準，安裝工程、市政工程、園林綠化工程等其他行業(yè)可以參考制定。

從項目本身的特性來看，工程類別、工程規(guī)模、工程造價、機械化程度、技術復雜程度、施工工期、施工現(xiàn)場環(huán)境等都會影響技術工人的配置水平。具體地，在工程類別確定的情況下工程造價可綜合反映項目其他因素，工程規(guī)模一般用建筑面積表示，結構形式可以作為工程類別的細分因素，技術復雜程度往往受到施工現(xiàn)場環(huán)境的影響，而機械化程度與一定時期內施工技術水平密切相關，所以可以對以上影響因素進行融合。根據(jù)Wong J M等[18]對建筑業(yè)勞動力需求的經典預測模型，對需求量影響最大的四個因素分別是：工程類別、工程造價、技術復雜程度、施工現(xiàn)場環(huán)境情況。本文在識別項目特征時，以工程類別、工程規(guī)模、工程造價、技術復雜程度、施工現(xiàn)場環(huán)境作為主要因素。其中，工程類別決定了主要技術工人的類型，工程規(guī)模和工程造價決定了工人數(shù)量，技術復雜程度和施工現(xiàn)場情況決定了工人質量。

從專業(yè)技術工人的種類來看，根據(jù)2012年建設部發(fā)布的《職業(yè)技能鑒定規(guī)范工種目錄》并結合現(xiàn)場調研，房屋建筑工程的技術工人種類包括木工、抹灰工、油漆工、砌筑工、鋼筋工、混凝土工、模板工、架子工、防水工、水暖工、電工、電焊工、預應力工、裝配工等，同時還包括與施工機械密切相關的司索工、塔吊駕駛員、升降機或電梯駕駛員、塔吊或升降機安拆工、吊籃安拆工、挖機駕駛員、懸挖鉆機駕駛員等。為了更好地統(tǒng)計和反映技術工人施工實況，把一人兼多工的常見工種合并，并將當前由一個隊伍連續(xù)作業(yè)工種中的次要工種去掉，得到房屋建筑工程技術工人種類的初始域，即木工、抹灰工、砌筑工、鋼筋工、混凝土工、架子工、防水工、水電工、裝配工、土石方機械操作工、垂直運輸機械操作工等。并把所有工種按初級、中級、高級劃分技術等級。

從該地區(qū)一定時期內新增固定資產相關資料(招投標文件、合同、結算文件、決算文件等)中據(jù)實提取工程項目相關信息，重點收集工程類別、工程規(guī)模、工程造價、技術復雜程度、施工現(xiàn)場環(huán)境五項指標，并就每個項目的用工情況詳細記錄，若空缺可由項目經理或技術經濟相關負責人根據(jù)經驗填寫，把以上數(shù)據(jù)輸入BIM-L原始數(shù)據(jù)庫(BIM圖已繪)。其中，工程類別主要考慮結構形式和抗震等級，工程規(guī)模用建筑面積度量，工程造價以竣工結算價為準，技術復雜程度從低到高分五級評價，施工現(xiàn)場環(huán)境由好到壞分五級評價。當然，也可以根據(jù)各地區(qū)特色和需要增減評價指標。

2.技術工人配置模型

相似實例檢索方法是一種典型的利用以往實例和經驗推測求解新問題的機制[19]。本文基于BIM-L原始數(shù)據(jù)庫，構建了建筑技術工人配置模型(圖1)。首先，根據(jù)擬建工程項目的五大需求特征，確定它們的可拓域；其次，在可拓域范圍內，在BIM-L原始數(shù)據(jù)庫中檢索相似實例；再次，運用相似性函數(shù)評價檢索出的備選實例，找到最優(yōu)實例；最后,通過綜合調整系數(shù)獲得擬建項目各工種用工數(shù)據(jù)。

圖1 技術工人配置模型

(1)技術工人需求區(qū)間——可拓域的確定。根據(jù)用戶輸入的工程特征，BIM-L系統(tǒng)將生成各指標的可拓域。對絕對值指標(工程規(guī)模、工程造價等)，若工程特征值為ai，可拓域為Ai；對評價類指標(技術復雜程度、施工現(xiàn)場環(huán)境等)，若工程特征值為bj，則可拓域為Bj；對符合性指標(工程類別等)，若工程特征值為ck，無可拓域，需求區(qū)間為指標本身，記為Ck。對于初始設置的可拓域不滿，用戶可以根據(jù)各指標的重要性程度進行二次修改,但修改后的可拓域不能顯著影響技術工人的性能。詳見式(1)。

(1)

(2)基于相似性函數(shù)的備選實例評價方案。相似度函數(shù)是匹配實體之間相似性程度的一種定量度量指標，它是相似實例檢索方法的核心。在得到備選實例后，相似度函數(shù)構建的準確性直接影響最后的實例庫檢索結果。已知的相似性函數(shù)表達方式很多，包括杰卡德相關系數(shù)，適合計算離散型集合的相似度；余弦相似度，更加注重方向上的相似性而非距離上的；皮爾森相關系數(shù)，利用向量間的線性相關性表示用戶相似度；歐氏距離、曼哈頓距離等，都是計算多維數(shù)據(jù)空間距離的公式，過程中需要保證各維度指標在相同的刻度級別等。

余弦距離計算的是相似程度，而歐氏距離計算的是相同程度。對絕對值指標來說，相似程度更重要，可以用具體而微的工程項目來預測相似的擬建項目；對評價類指標，水平在同一層次上更重要，可以在BIM-L中檢索需求特征級別一致的已建項目。所以，對絕對值類指標(工程規(guī)模A1、工程造價A2等)的相似性，選擇余弦相似性函數(shù)；對評價類指標(技術復雜程度B1、施工現(xiàn)場環(huán)境B2等)的相似性，選擇歐式距離相似性函數(shù)。為了使不同量綱實現(xiàn)標準化，分別采用修正的余弦函數(shù)和標準化歐式距離。暫時只考慮已有的需求特征指標，后續(xù)可按需增減，并假設通過可拓域搜索，可得N個備選實例。

絕對值類指標(工程規(guī)模A1、工程造價A2等)相似性函數(shù)為：

(2)

評價類指標(技術復雜程度B1、施工現(xiàn)場環(huán)境B2等)相似性函數(shù)為：

(3)

式中，Sn為Bj的標準差。

對式(2)、式(3)進行歸一化處理,即令：

(4)

(5)

通過歸一化處理，得到相同的規(guī)律，即值越大，相似度越高。

各備選實例與擬建工程的綜合相似度為：

(6)

式中，fA、fB表示對擬建工程各類指標的看重程度。

三、基于BIM-L的建筑業(yè)技術工人有效配置和系統(tǒng)開發(fā)的運行路徑

1.基于BIM-L預測背景下的技術工人缺額開發(fā)路徑

一個地區(qū)的擬建項目在相關部門都有備案。把這些記錄匯總后錄入BIM-L進行分析，可以了解該地區(qū)在短期、中期、甚至長期的工程項目總量、各類工程的比例和特點等。在此基礎上，根據(jù)上一節(jié)建筑業(yè)技術工人的配置模型，利用BIM-L原始數(shù)據(jù)庫預測各擬建項目的用工數(shù)量和質量。同時，通過對在建項目的實時監(jiān)測動態(tài)補充BIM-L的用工數(shù)據(jù)，為建筑業(yè)技術工人的缺額開發(fā)提供準確的方向。技術工人缺額開發(fā)流程如圖2。

圖2 專業(yè)技術工人缺額開發(fā)流程

缺額開發(fā)目標確定后，需要制定具體的實施策略。一方面，當?shù)卣畱秘斦a助資金提供免費的建筑工人職業(yè)培訓，重點實現(xiàn)新施工工藝的推廣和緊缺工種的供給。另一方面，企業(yè)要發(fā)揮職業(yè)培訓的主體地位，采取自主培訓或委托培訓的方式?？偘髽I(yè)可以利用計提的培訓經費與長期協(xié)作的專業(yè)分包、勞務分包企業(yè)共同開展建筑工人的缺額開發(fā)，也可以按市場化要求委托社會團體、職業(yè)院校、專業(yè)培訓機構等社會力量承擔高水平專業(yè)技術工人的培訓。在專業(yè)技術工人缺額開發(fā)的過程中，最核心的問題是建立健全動態(tài)的監(jiān)督考核機制。通過BIM-L的三維監(jiān)測技術規(guī)范考核過程，通過BIM-L的動態(tài)數(shù)據(jù)收集與分析找到最有效的缺額培訓方法，并建立培訓信息系統(tǒng)管理各技術工人的培訓檔案。

考慮到建筑技術工人存在著明顯跨區(qū)域流動性的特點，地方政府在推動缺額開發(fā)時，可有限開放BIM-L原始數(shù)據(jù)庫給域內建筑勞務公司、委托培訓機構等，并敦促其與域內有用工缺口的建筑施工企業(yè)簽訂勞務派遣合同。根據(jù)技術工人缺額情況，有的放矢地供給質量合格的技術工人。

2.基于BIM-L監(jiān)測背景下的技術工人示范開發(fā)路徑

(1)制定典型工程項目的確定原則，并建立動態(tài)監(jiān)控體系。為了減少全面監(jiān)測的運營成本，需要對域內在建工程進行梳理，挑選有代表性的項目作為典型工地?？梢匝驖u進地多次采用ABC分析法，直到抓住“關鍵的少數(shù)”。首先對域內工程項目按照前述符合性特征進行分類，找到本地區(qū)主要工程類別；其次，以同一類別的不同工程項目為對象，找到各主要工程類別的典型工地。過程中，累計頻率指標可以選取建筑面積、工程造價等(圖3)。在確定了典型工程項目后，需運用實時監(jiān)控技術在BIM-L平臺下實現(xiàn)各關鍵工作面技術工人的作業(yè)監(jiān)控。可以選擇不同時段開啟監(jiān)控,可以根據(jù)不同工種，設定監(jiān)控點。重點監(jiān)控各工作面上不同作業(yè)人員的操作程序、工作效率和成果質量，并周期性地把相關的視頻、圖片等文件傳輸?shù)紹IM-L平臺進行數(shù)據(jù)處理和分析。

圖3 典型工程項目的確定方法

(2)技術工人示范開發(fā)流程。通過對典型工地各工種的作業(yè)監(jiān)控以及BIM-L平臺對相關數(shù)據(jù)的處理與分析，獲得各類工程項目各工種的最優(yōu)作業(yè)方案和最優(yōu)技術工人。這些作業(yè)方案和技術工人能夠在域內在建和擬建項目上發(fā)揮示范效應。對最優(yōu)作業(yè)方案，可在運用BIM-L技術處理后進行分解，制定出簡單易學的示范文本，作為專業(yè)技術工人示范開發(fā)的教程；對最優(yōu)技術工人，可通過演示、甚至在線教學的方式培訓其他技術水平較低的工人。具體操作中，政府基于提高地區(qū)就業(yè)數(shù)量和質量的目標會大力支持，并給予政策傾斜、財政補貼等來引導該開發(fā)體系的完善；企業(yè)作為示范開發(fā)主體，基于勞動力成本的節(jié)約和工作進度、質量的優(yōu)化也積極參與到技術工人示范開發(fā)中，接受監(jiān)控并提供一手數(shù)據(jù)。其示范開發(fā)流程如圖4。

圖4 專業(yè)技術工人示范開發(fā)流程

四、結語與展望

新常態(tài)下，要解決建筑業(yè)技術工人供給側難題，需要地方政府和建筑企業(yè)的相互協(xié)作，并通過有效配置和系統(tǒng)開發(fā)來實現(xiàn)。在這個過程中，BIM-L平臺的運用至關重要。本文正是將BIM與人力資源開發(fā)有效關聯(lián)的理論嘗試。旨在推動中國建筑行業(yè)技術工人的供給側改革向職業(yè)化和信息化方向邁進。

在隨后的研究中，將對BIM-L平臺的具體構建過程做系統(tǒng)科學的規(guī)劃;對地方政府和建筑企業(yè)在共建平臺時的嵌入模式做更加深入的研究;并對技術工人開發(fā)后的監(jiān)管和考評提出切實可行的辦法?？傊?，本文已經為BIM-L平臺下的建筑業(yè)技術工人配置及開發(fā)搭建了理論框架，但具體的實施方案和保障措施有待進一步完善。