基于TOPSIS和灰色相關(guān)性的“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

金長(zhǎng)宏，詹 能

（安徽建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，合肥 231500）

0 引言

隨著BIM熱在國(guó)內(nèi)不斷發(fā)酵，業(yè)內(nèi)不斷提出BIM的各種第三方應(yīng)用理念，“BIM+VR”技術(shù)便是其中的一種，BIM即建筑信息模型，它不但能夠在虛擬中建立出建筑的仿真模型，并且還能夠在其中賦予其與建設(shè)工程項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)信息，而VR技術(shù)能夠模擬出一個(gè)虛擬仿真的三維空間。BIM技術(shù)使得建設(shè)工程在前期從平面走向三維立體，而VR的存在使得BIM這樣一個(gè)集成建筑工程所有數(shù)據(jù)的信息體以一個(gè)全新的方式呈現(xiàn)，使得建設(shè)工程各個(gè)參與方在信息交互過(guò)程中更加方便、高效、真實(shí)。

“BIM+VR”技術(shù)一經(jīng)提出便得到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注，但該技術(shù)在建設(shè)工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)。本文根據(jù)該技術(shù)研究現(xiàn)狀，構(gòu)建“BIM+VR”技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，旨在使得應(yīng)用“BIM+VR”技術(shù)的建設(shè)工程項(xiàng)目能夠提前發(fā)出預(yù)警和有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1 “BIM+VR”技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的建立

依據(jù)目前國(guó)內(nèi)“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，綜合考慮該技術(shù)對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的影響，遵循全面、科學(xué)、合理、獨(dú)立的選擇原則，為使針對(duì)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)而選取的指標(biāo)體系更加完善，本文選取了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、人力資源風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)共5個(gè)指標(biāo)，對(duì)我國(guó)建設(shè)工程項(xiàng)目應(yīng)用“BIM+VR”技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析。具體指標(biāo)如圖1所示[2]。

圖1 “BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

首先，BIM技術(shù)依托于一系列應(yīng)用軟件，比如revit、navisworks、bentley等，這些軟件在使用方式和方法上很多方面都和國(guó)內(nèi)本土軟件有著不同，對(duì)于用慣了國(guó)內(nèi)軟件的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)會(huì)有不適應(yīng)感，并且BIM相關(guān)軟件在操作層面上還缺乏一些便捷性，軟件的操作效率會(huì)相應(yīng)地下降。雖然國(guó)內(nèi)為了更好地適應(yīng)BIM技術(shù)，進(jìn)行了很多二次插件的開發(fā)，希望借此使BIM技術(shù)能夠更好被國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員所接受，但是據(jù)了解，目前很多插件的應(yīng)用都存在著數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)失真使其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值大大降低。其次，“BIM+VR”技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中，還需要保證BIM軟件中導(dǎo)出與VR設(shè)備的交互式文件具有高度的保真率，而某些用戶在使用VR設(shè)備時(shí)會(huì)感受到一定的眩暈感，為了得到更好的交互式效果，需要使其在視網(wǎng)膜上投射極少量的圖像，以保證高度的還原性，否則將會(huì)導(dǎo)致體驗(yàn)感變差并且產(chǎn)生延遲、眩暈感。最后，“BIM+VR”技術(shù)若在建設(shè)項(xiàng)目中使用，還需要各個(gè)參與方達(dá)到一定的技術(shù)要求，倘若某一方在技術(shù)層面達(dá)不到要求，可能會(huì)在工作交接過(guò)程中出現(xiàn)偏差或是口徑不一致的現(xiàn)象，由此可以看出技術(shù)應(yīng)用能力是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中不可忽略的影響因素之一。

1.2 應(yīng)用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

新型技術(shù)的推廣依賴政府與企業(yè)的支持，外來(lái)引入軟件在國(guó)內(nèi)應(yīng)用落地還存在一個(gè)適應(yīng)的過(guò)程，業(yè)主方（甲方）對(duì)其不是十分了解，不能很好地發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于建設(shè)方（乙方）來(lái)說(shuō)，既然甲方對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用不做要求，那么乙方也不會(huì)主動(dòng)去進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。并且現(xiàn)階段該技術(shù)普及率還較低，只有一些一線大城市應(yīng)用情況較好，其余城市還在嘗試性接觸、觀望中，政府和企業(yè)有待大力推行。

1.3 人力資源風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)人才流失嚴(yán)重。近幾年，一些高校才逐漸將BIM技術(shù)作為一門主修課程搬上課堂，設(shè)計(jì)單位和相關(guān)應(yīng)用單位招聘的都是土木或造價(jià)專業(yè)從業(yè)者，這些人都是半路出家開始學(xué)習(xí)BIM技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)積累較少。正在從事BIM技術(shù)的從業(yè)者受各種因素影響并不能完美實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)所帶來(lái)的應(yīng)用價(jià)值，開始將目光轉(zhuǎn)向其他行業(yè)，無(wú)疑對(duì)該技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。

1.4 經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)

任何新技術(shù)的興起與普及都可能會(huì)產(chǎn)生一定的損失，這是無(wú)法避免的一個(gè)過(guò)程?！癇IM+VR”技術(shù)應(yīng)用落地背后存在的前期投資也是一筆無(wú)法避免的花銷，由于是新興技術(shù)，應(yīng)用企業(yè)需要培養(yǎng)一批相關(guān)“BIM+VR”技術(shù)從業(yè)人員。該軟件對(duì)于電腦配置有著較高的要求，電腦設(shè)備也需要更新?lián)Q代以支持正常業(yè)務(wù)運(yùn)作，還需要購(gòu)買VR相關(guān)設(shè)備，短期投資費(fèi)用較高且經(jīng)濟(jì)效益不明顯，目前行業(yè)內(nèi)運(yùn)用該技術(shù)并不成熟，企業(yè)員工剛培訓(xùn)完就進(jìn)行一些實(shí)際項(xiàng)目的技術(shù)應(yīng)用并不現(xiàn)實(shí)，企業(yè)內(nèi)部資源經(jīng)驗(yàn)積累還不夠，還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間來(lái)摸索，因此，不能在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)累積凈現(xiàn)金流量出現(xiàn)正值。

1.5 管理風(fēng)險(xiǎn)

新技術(shù)的誕生必然會(huì)導(dǎo)致原有管理模式的改變，以建設(shè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，由于新技術(shù)帶來(lái)了一定的便捷性，會(huì)導(dǎo)致原有EPC項(xiàng)目各個(gè)階段的工作內(nèi)容和工作量均發(fā)生一定的改變，所以公司對(duì)于內(nèi)部的考核制度、獎(jiǎng)懲制度、任務(wù)分配辦法也必須做出相應(yīng)的調(diào)整，若缺乏完備的工作指引，必然會(huì)導(dǎo)致后續(xù)工作出現(xiàn)一定的混亂，從而給項(xiàng)目順利的實(shí)施造成巨大的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2 “BIM+VR”技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的建立

針對(duì)分析論證得出的“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特點(diǎn)，本文引入基于灰色關(guān)聯(lián)度改進(jìn)的TOPSIS模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。TOPSIS法是通過(guò)計(jì)算多個(gè)目標(biāo)評(píng)價(jià)問(wèn)題中各個(gè)目標(biāo)之間的擬合度來(lái)反映出各個(gè)項(xiàng)目之間與正負(fù)理想方案之間的相似程度，但是該種方法存在著一個(gè)缺點(diǎn)，它并不能體現(xiàn)各個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)部各種評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化與正、負(fù)理想方案之間的區(qū)別，而灰色關(guān)聯(lián)度可以有效地說(shuō)明上述兩者之間的區(qū)別；在這種背景下，采用將TOPSIS法與灰色關(guān)聯(lián)度分析法結(jié)合起來(lái)的方式，彌補(bǔ)相互之間的不足，構(gòu)建出TOPSIS+灰色關(guān)聯(lián)度雙評(píng)價(jià)模型，采用此種方法對(duì)“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使得最終的評(píng)價(jià)結(jié)果具有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膮⒖純r(jià)值[4]。應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析步驟如下。

第一步標(biāo)準(zhǔn)化原數(shù)據(jù)，然后使用熵加權(quán)方法確定每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指示器的權(quán)重，獲得最終矩陣。

①構(gòu)建矩陣。對(duì)包含n個(gè)評(píng)價(jià)索引的m個(gè)樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)應(yīng)的索引值為rij(i=1,2,....…m;j=1,2…n)，其指標(biāo)矩陣R=(rij)m×n。

②指標(biāo)矩陣規(guī)范化。根據(jù)式（2）對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，最終得到無(wú)量綱化指標(biāo)矩陣Xij=(xij)m×n。

③確定指標(biāo)權(quán)重。熵重量法用于確定每個(gè)索引的重量。根據(jù)熵的定義，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值bj為

j表示第一個(gè)方案在初始風(fēng)險(xiǎn)下的比例，第j個(gè)索引的熵權(quán)重為

指標(biāo)權(quán)重列向量為

式中vi表示指標(biāo)權(quán)重。

④指標(biāo)矩陣加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化。將與歸一化索引矩陣相對(duì)應(yīng)的索引權(quán)重相乘，獲得加權(quán)的歸一化矩陣Y為

第二步確定評(píng)估樣本的正理想解和負(fù)理想解，計(jì)算樣本和正理想樣本及負(fù)理想樣本的歐幾里德距離和灰度相關(guān)性。

①確定正理想解與負(fù)理想解。通過(guò)找到每個(gè)索引的最大值和最小值，根據(jù)構(gòu)成正和負(fù)理想解的原理計(jì)算正理想解和負(fù)理想解。

②計(jì)算歐幾里德距離。假設(shè)樣本到正負(fù)理想解之間的歐幾里德距離分別為，則可得到：

③計(jì)算樣本到正、負(fù)理想解的灰色關(guān)聯(lián)度，計(jì)算第一個(gè)與索引相關(guān)的樣本與灰色的正、負(fù)理想樣本的相關(guān)系數(shù)。

第i個(gè)樣本與正、負(fù)理想樣本之間的灰色相關(guān)性為

第三步根據(jù)符合度的計(jì)算，對(duì)樣品進(jìn)行排序優(yōu)化。

①無(wú)量綱化處理。

式中e1和e2反映了進(jìn)行決策時(shí)的偏好程度，且e1+e2=1，e1和e2的數(shù)值可根據(jù)情況合理進(jìn)行選擇。分別反映了樣本與正、負(fù)理想解的擬合程度。

③計(jì)算相對(duì)擬合度。相對(duì)擬合度反映了待評(píng)樣本與正理想解或負(fù)理想解在態(tài)勢(shì)變化上的接近程度。

式中δi表示相對(duì)擬合度。

④樣本優(yōu)劣排序。根據(jù)各個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果，依據(jù)δi的大小對(duì)樣本進(jìn)行排序，δi越大，表示待評(píng)樣本越貼近正理想樣本，樣本越優(yōu)；反之，δi越小，則表示樣本越劣[5]。

3 案例分析

3.1 構(gòu)建加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

由于“BIM+VR”技術(shù)在各個(gè)地區(qū)發(fā)展程度不一樣，一二線城市普及率和應(yīng)用成熟度會(huì)優(yōu)于三四線城市?；诖?，本文分別從華中、華北、華南、西北、東北、西南地區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)省份，且剔除其中應(yīng)用成熟度較高和較差的省份，對(duì)“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用情況做調(diào)查研究。通過(guò)線上線下訪問(wèn)相關(guān)BIM從業(yè)者、設(shè)計(jì)單位、BIM咨詢公司等，請(qǐng)相關(guān)專家按照0-1評(píng)分法分別從技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、人力資源風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)方面對(duì)該技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行打分。具體結(jié)果見表1[6]。根據(jù)式（2）-（6）使用熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見表2。

表1 評(píng)分結(jié)果

表2 指標(biāo)權(quán)重

在得到指標(biāo)權(quán)重以后，根據(jù)式（7），可求加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Y為

3.2 計(jì)算歐幾里德距離和灰色關(guān)聯(lián)度

根據(jù)式（8）和（9）分別確定同一屬性指標(biāo)的正理想解及負(fù)理想解，結(jié)果見表3。

表3 計(jì)算結(jié)果

歐幾里德距離是根據(jù)加權(quán)歸一化矩陣分別使用公式（10）和（11）計(jì)算的，根據(jù)公式（12）-（14）得到灰色的相關(guān)性。結(jié)果如表4所示。

表4 歐幾里德距離和灰色關(guān)聯(lián)度

3.3 計(jì)算相對(duì)擬合度

歐幾里德距離和灰度相關(guān)性根據(jù)公式（15）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化（參照表5），然后根據(jù)公式（16）計(jì)算樣本接近正、負(fù)理想解的程度，其中取e1=e2=0.5（表6），最后根據(jù)式（17）計(jì)算相對(duì)擬合度（表8），最終對(duì)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果進(jìn)行排序[7]。

表5 處理后的歐幾里得距離和灰色關(guān)聯(lián)度

表6 樣本與正理想解及負(fù)理想解的接近程度

表7 評(píng)價(jià)結(jié)果

由表7可知，5個(gè)被評(píng)價(jià)的“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用省份得分從高到低依次是A、E、D、B、C。

4 結(jié)果分析

一般來(lái)說(shuō)，最終結(jié)果越接近正理想解，樣品越好，但是使用灰色相關(guān)性得到改善的TOPSIS方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果越小樣品越好，樣品越接近正確的理想解，相應(yīng)的省份應(yīng)用該技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性較高。表7顯示C省風(fēng)險(xiǎn)最低，A省得分最高，所以A省應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)較大。

5 結(jié)論

本文秉持科學(xué)合理的態(tài)度，選取了5個(gè)省份對(duì)“BIM+VR”技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)專家打分，綜合考慮選用灰色相關(guān)性改進(jìn)的TOPSIS方法，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的計(jì)算，得出A省應(yīng)用該技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性較高，C省風(fēng)險(xiǎn)性最小?；疑嚓P(guān)性與TOPSIS結(jié)合的方法比較于其他評(píng)價(jià)方法而言，具有一定嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性，可通過(guò)該方法對(duì)不同省份應(yīng)用技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性大小進(jìn)行排序，為相關(guān)企業(yè)選擇相應(yīng)省份應(yīng)用技術(shù)提供一定的參考價(jià)值，運(yùn)用模型進(jìn)行必要的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[8]。

由熵權(quán)法計(jì)算得到的權(quán)重可以看出，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和人力資源風(fēng)險(xiǎn)為0.200 9，經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)為0.201 4，三者權(quán)重之和為0.603 2，占比3/5，由此得出應(yīng)用該技術(shù)的時(shí)候需要對(duì)以上3個(gè)指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注，在項(xiàng)目開始之前做好前期資金投入的資金儲(chǔ)備，能夠支撐項(xiàng)目正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于BIM相關(guān)技術(shù)人員的選擇也要考慮實(shí)踐性而不僅停留在理論階段，后期也要注重BIM技術(shù)的更新，組織相關(guān)技術(shù)人員定期集中培訓(xùn)[9]。