基于ISM的BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素分析

李宜君 LI Yi-jun

（北京建筑大學(xué)，北京 100044）

0 引言

住建部出臺(tái)的《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》等多項(xiàng)相關(guān)政策，體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)建筑工業(yè)化與智能建造的重視程度。以往關(guān)于智能建造與建筑工業(yè)化的研究多以BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化的應(yīng)用為主，基于BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化的應(yīng)用影響因素關(guān)系分析類(lèi)研究較少?；谝酝墨I(xiàn)的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化的應(yīng)用影響因素，通過(guò)解釋結(jié)構(gòu)模型發(fā)現(xiàn)應(yīng)用影響因素之間的關(guān)系，對(duì)有根本層導(dǎo)向因素需求的建筑工業(yè)化工程項(xiàng)目引進(jìn)BIM技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素的識(shí)別與篩選

采用文獻(xiàn)分析法查閱相關(guān)文獻(xiàn)，篩選出14篇涉及BIM技術(shù)建筑工業(yè)化應(yīng)用的核心期刊和國(guó)家級(jí)期刊的有效文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)有效參考文獻(xiàn)提取關(guān)鍵因素，將工程項(xiàng)目階段中的設(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)維階段作為其1級(jí)指標(biāo)，將識(shí)別出的影響因素作為10個(gè)2級(jí)指標(biāo)，詳見(jiàn)表1。

表1 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素描述及其來(lái)源

2 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素ISM模型的構(gòu)建

2.1 建立鄰接矩陣

矩陣內(nèi)各元素aij的數(shù)值轉(zhuǎn)換規(guī)則為：

通過(guò)專(zhuān)家訪談進(jìn)行修正的BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素的相互關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素的相互關(guān)系

根據(jù)表2中BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素間的相互關(guān)系，可以建立鄰接矩陣A，如表3所示。

表3 鄰接矩陣A

其中，鄰接矩陣中各元素?cái)?shù)值的轉(zhuǎn)換規(guī)則為：

當(dāng)i=j時(shí)，則aij=1；

當(dāng)i≠j時(shí)，若Fi與Fj之間的關(guān)系為V，則aij=1，aji=0；若Fi與Fj之間的關(guān)系為A，則aij=0，aji=1；若Fi與Fj之間的關(guān)系為X，則aij=aji=1；若Fi與Fj之間的關(guān)系為O，則aij=aji=0。

2.2 建立可達(dá)矩陣

根據(jù)工程系統(tǒng)分析中的布爾代數(shù)運(yùn)算法則，即A1=（A+I），An=（A+I）n，其中I為單位矩陣；當(dāng)A1=（A+I）≠A2≠…≠An-1=An時(shí)，R=An-1即為可達(dá)矩陣。通過(guò)matlab編程軟件矩陣運(yùn)算可得A1≠A2≠A3=A4，即R=A3為可達(dá)矩陣，見(jiàn)表4。

表4 可達(dá)矩陣R

根據(jù)可達(dá)矩陣R，分析可得可達(dá)矩陣的可達(dá)集、先行集，見(jiàn)表5。

表5 各元素的可達(dá)集合和先行集合

基于ISM模型的BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素重排序縮減可達(dá)矩陣R*，詳見(jiàn)表6。

表6 重排序縮減可達(dá)矩陣R*

3 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素ISM模型的分析

根據(jù)重排序縮減可達(dá)矩陣，找到同一層次的影響因素和不同層次之間的連接關(guān)系，通過(guò)箭頭連接，形成相應(yīng)的ISM模型，如圖1所示。

圖1 應(yīng)用因素的ISM模型

3.1 BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素層次分析

第1層中的因素為表層直接因素。排除建筑物構(gòu)件運(yùn)維故障、施工方案優(yōu)化、建筑工業(yè)化工程計(jì)價(jià)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)這3個(gè)因素是影響B(tài)IM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用的直接影響因素。

第2層的因素為中間層動(dòng)力因素。第2層元素中的建筑構(gòu)件維護(hù)管理和運(yùn)維管理可視化都是運(yùn)維階段的應(yīng)用因素，它們都對(duì)排除建筑物構(gòu)件運(yùn)維故障有著直接影響，并且通過(guò)提升建筑物建筑構(gòu)件維護(hù)管理、運(yùn)維管理可視化的能力會(huì)相應(yīng)提升排除建筑物構(gòu)件運(yùn)維故障的工作效率（見(jiàn)圖1）。節(jié)約建筑物運(yùn)維能耗、排除建筑物構(gòu)件運(yùn)維故障等因素都會(huì)對(duì)建筑構(gòu)件維護(hù)管理有著一定的制約作用。

第3層中的因素為中間層動(dòng)力因素。節(jié)約建筑物運(yùn)維能耗位于ISM模型的中間層，既制約了建筑構(gòu)件維護(hù)管理，又受到預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題、提升信息數(shù)據(jù)交互和精準(zhǔn)度、施工模擬因素的約束。從圖1中可得，由于節(jié)約建筑物運(yùn)維能耗位于ISM模型中的中間層，徑直影響了建筑構(gòu)件維護(hù)管理。而第4層中的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題、提升信息數(shù)據(jù)交互和精準(zhǔn)度、施工模擬等因素都可能對(duì)節(jié)約建筑物運(yùn)維能耗產(chǎn)生直接作用。

第4層中的因素為根本層導(dǎo)向因素。說(shuō)明第4層中的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題、提升信息數(shù)據(jù)交互和精準(zhǔn)度、施工模擬對(duì)其他應(yīng)用因素均有影響（見(jiàn)圖1）。說(shuō)明這些因素屬于BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化應(yīng)用影響因素中的最根本應(yīng)用因素，并且這4個(gè)因素在此ISM模型中屬于強(qiáng)連通塊，即根本層的4個(gè)因素之間可以相互作用。

3.2 ISM底層因素對(duì)BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化的重要性分析

預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)（F1）：裝配式建筑設(shè)計(jì)在推動(dòng)建筑工業(yè)化方面有著十分重大的影響作用，而預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)又對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著重要影響。BIM技術(shù)參與建筑工業(yè)化的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)BIM技術(shù)平臺(tái)對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行建模，滿足甲方、設(shè)計(jì)方、施工方的各方需求，提前發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，提升項(xiàng)目質(zhì)量與減少因預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)失誤所帶來(lái)的項(xiàng)目損失。由此可見(jiàn)基于BIM技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)為推動(dòng)建筑工業(yè)化進(jìn)程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題（F3）：周文波等人曾提出基于BIM技術(shù)的碰撞檢查，可以排除建筑工業(yè)化涉及的項(xiàng)目中建筑物構(gòu)件鋼筋之間、構(gòu)件與現(xiàn)澆部分之間的排布及連接問(wèn)題[15]。傳統(tǒng)二維圖紙無(wú)法展示各專(zhuān)業(yè)交互后的三維立體情況：比如樓梯凈高比較緊張的位置是否有梁穿過(guò)，從而導(dǎo)致碰頭問(wèn)題的出現(xiàn)；走廊凈高有要求的情況下，結(jié)構(gòu)梁與管道的之間的構(gòu)件連接情況是否會(huì)影響走廊凈高等；地下人防區(qū)的管道、梁的構(gòu)件布置是否會(huì)對(duì)其他非人防區(qū)產(chǎn)生影響等，通過(guò)BIM技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行三維演示時(shí)能夠更加直觀的發(fā)現(xiàn)上述問(wèn)題，減少不必要的試錯(cuò)成本，提升建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)、施工效率。龔越等人指出通過(guò)BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)，根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)預(yù)先進(jìn)行碰撞檢查，并對(duì)問(wèn)題部位的構(gòu)件進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)或優(yōu)化施工，保證工程項(xiàng)目的高效協(xié)同，提升建筑工業(yè)化設(shè)計(jì)品質(zhì)[16]。由此可見(jiàn)，在建筑工業(yè)化涉及的工程項(xiàng)目中，基于BIM技術(shù)平臺(tái)預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題的重要性。

提升信息數(shù)據(jù)交互和精準(zhǔn)度（F4）：建筑工業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)程中需要多方參與溝通，通過(guò)BIM技術(shù)平臺(tái)，能夠使信息更加準(zhǔn)確傳遞和提升信息傳遞的效率。隨著建筑工業(yè)化生產(chǎn)方式與BIM技術(shù)的結(jié)合，提升了項(xiàng)目各方的信息交流效率，也改善了信息數(shù)據(jù)交互的精準(zhǔn)度，從而更好的促進(jìn)了建筑工業(yè)化的工作效率和工作質(zhì)量。通過(guò)BIM技術(shù)交互平臺(tái)，構(gòu)建新型建筑構(gòu)件信息庫(kù)，實(shí)時(shí)收集和監(jiān)測(cè)建筑構(gòu)件信息，減少人工錄入失誤，提升錄入信息準(zhǔn)確度，保證建筑信息交互和精準(zhǔn)度。因此，對(duì)于有著精準(zhǔn)信息交互需求的建筑工業(yè)化項(xiàng)目更加需要BIM技術(shù)的引進(jìn)。

施工模擬（F6）：通過(guò)施工模擬可以使施工工藝比較復(fù)雜的工程項(xiàng)目進(jìn)行施工預(yù)演，對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)、材料堆放、施工工序等進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，提升施工質(zhì)量，減少施工沖突。工期把控精準(zhǔn)性是建筑工業(yè)化工程項(xiàng)目時(shí)常需要面對(duì)的問(wèn)題，通過(guò)施工模擬，提前發(fā)現(xiàn)施工場(chǎng)地、施工人員的時(shí)間排布，可以有效的把控施工進(jìn)度。而對(duì)于較為危險(xiǎn)的施工場(chǎng)地，進(jìn)行施工模擬可以提前發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的危險(xiǎn)部分，提前準(zhǔn)備相應(yīng)的施工安全措施以保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管控；模擬現(xiàn)場(chǎng)施工建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接，對(duì)于涉及建筑工業(yè)化的工程項(xiàng)目，施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件組裝的物料堆積及組裝流程、施工技術(shù)人員安排等都需要進(jìn)行提前布置和安排。通過(guò)BIM技術(shù)平臺(tái)，模擬現(xiàn)場(chǎng)施工構(gòu)件連接，提前發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題，減少施工錯(cuò)誤和提升施工效率，保證施工安全；預(yù)演施工吊裝方案，通過(guò)BIM技術(shù)平臺(tái)對(duì)涉及建筑工業(yè)化項(xiàng)目中的吊裝方案進(jìn)行預(yù)演模擬，模擬施工場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝方案的不足之處，提前發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝過(guò)程中的問(wèn)題，提升施工現(xiàn)場(chǎng)工作效率。

因此對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，難以管控的工程項(xiàng)目引進(jìn)BIM技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的施工模擬對(duì)于促進(jìn)工程項(xiàng)目建筑工業(yè)化本身有著十分重要的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)文獻(xiàn)研究找到BIM技術(shù)提升建筑工業(yè)化的10個(gè)應(yīng)用影響因素，并通過(guò)解釋結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用影響因素中找到其根本導(dǎo)向因素：預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)、預(yù)先發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接問(wèn)題、提升信息數(shù)據(jù)交互和精準(zhǔn)度、施工模擬等這4個(gè)因素。對(duì)照這4個(gè)根本導(dǎo)向因素，在涉及建筑工業(yè)化的項(xiàng)目處于預(yù)制構(gòu)件比較復(fù)雜、預(yù)制構(gòu)件連接操作難度大、建筑構(gòu)件信息繁雜、施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況下時(shí)可以優(yōu)先考慮引進(jìn)BIM技術(shù)，推動(dòng)BIM技術(shù)在建筑工業(yè)化項(xiàng)目中的應(yīng)用。