基于DEM模型的BIM+智慧工地應(yīng)用研究

摘 要：通過分析當(dāng)前BIM+智慧工地建設(shè)及推廣過程中遇到的問題，本研究對(duì)BIM+智慧工地推行中的影響因素進(jìn)行了梳理。研究基于文獻(xiàn)分析法，識(shí)別了16個(gè)BIM+智慧工地推廣影響因素，同時(shí)確定了人員、技術(shù)、企業(yè)及環(huán)境4個(gè)維度，構(gòu)建了BIM+智慧工地推行影響因素指標(biāo)體系。利用DEMATEL模型確定各因素的中心度及原因度，并進(jìn)行了因素的重要性及關(guān)聯(lián)性分析。結(jié)合灰色聚類分析法，進(jìn)一步明確各因素的重要性。結(jié)果表明，企業(yè)及環(huán)境兩個(gè)維度對(duì)BIM+智慧工地推廣具有關(guān)鍵性的影響，而市場(chǎng)需求、政策扶持及企業(yè)認(rèn)可度是BIM+智慧工地推廣過程中需要重點(diǎn)解決的問題。

關(guān)鍵詞：BIM+智慧工地；DEM模型；智慧工地推廣；因素分析

中圖分類號(hào)：TU 71" " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著信息技術(shù)及人工智能技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的變革，以建筑信息模型技術(shù)為代表性的高新信息技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)、管理、施工、維護(hù)等各個(gè)周期，為建筑行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展帶來了全新的活力[1]。BIM技術(shù)通過創(chuàng)建和使用數(shù)字化的建筑信息模型，可以對(duì)建筑工程項(xiàng)目全生命周期繼續(xù)科學(xué)有效管理，BIM+智慧工地概念逐步形成，為建筑業(yè)帶來新的發(fā)展方向[2]。

推廣BIM+智慧工地，能夠提高施工效率，降低成本，保障施工安全，提高工程質(zhì)量，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的信息共享和資源優(yōu)化配置，還能夠推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，這也是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑[3]。然而，我國(guó)建筑業(yè)經(jīng)過多年粗放型的發(fā)展模式后，對(duì)BIM+智慧工地推廣較少，缺乏BIM+智慧工地的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，且激勵(lì)機(jī)制、監(jiān)管等方面尚不完整，導(dǎo)致建筑業(yè)企業(yè)積極性較差。

1 BIM+智慧工地推行現(xiàn)狀及影響因素分析

1.1 BIM+智慧工地推行現(xiàn)狀

目前，BIM+智慧工地相關(guān)政策及法規(guī)正在不斷完善，對(duì)BIM+智慧工地的研究也在不斷深入，但在BIM+智慧工地的推廣及使用方面仍存在較大困難。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在我國(guó)32個(gè)省市自治區(qū)中，已有22個(gè)地區(qū)提出了相應(yīng)的BIM+智慧工地建設(shè)方案，占比為68.75%，在實(shí)際推行過程中存在極大困難。建筑業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支護(hù)產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過40余年的粗放型發(fā)展，已形成固有的發(fā)展模式，且從業(yè)人口基數(shù)較大，缺乏相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，各級(jí)政府在推廣方式、激勵(lì)政策及監(jiān)管措施方面未形成完善的政策體系，建筑業(yè)企業(yè)在BIM+智慧工地的建設(shè)方面缺乏指導(dǎo)性意見及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建筑企業(yè)的積極性較低，導(dǎo)致BIM+智慧工地的普及并不理想。

1.2 BIM+智慧工地推行影響因素分析

因素識(shí)別與分析是解決問題時(shí)常用的方法，通過確定影響某個(gè)特定結(jié)果及現(xiàn)象的各種因素，并采用一定的方法分析這些因素的作用和重要性。目前常見的因素分析方法有頭腦風(fēng)暴法、文獻(xiàn)分析法、過程分析法、專家評(píng)議法等，其中，文獻(xiàn)分析法通過系統(tǒng)地回顧和分析現(xiàn)有文獻(xiàn)來識(shí)別研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵因素，具有方便、安全、高效率及低成本的優(yōu)點(diǎn)。以“智慧工地”“BIM+智慧工地”“BIM技術(shù)”“智慧工地推廣”“BIM技術(shù)應(yīng)用”“智慧工地發(fā)展”“Smart construction site”“BIM+Smart Construction Site”“BIM technology”“Promotion of Smart Construction Sites”“Application of BIM technology”等為關(guān)鍵詞，在國(guó)內(nèi)外主流數(shù)據(jù)庫CNKI（中國(guó)知網(wǎng)）、萬方網(wǎng)、維普網(wǎng)、Web of science、IEEE Xplore、SpringerLink、Google Scholar等網(wǎng)站中進(jìn)行高頻詞匯檢索，共識(shí)別3525篇文獻(xiàn)，其中2019—2023年的文獻(xiàn)占比約為66.3%，說明BIM+智慧工地的研究熱度較高。在對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀、整理，剔除相關(guān)性較差、重復(fù)性高及年代較久的文獻(xiàn)后，共得到122篇有效文獻(xiàn)，最終將BIM+智慧工地推行影響因素分為4個(gè)維度和16個(gè)影響指標(biāo)，并對(duì)其進(jìn)行分析，構(gòu)建了BIM+智慧工地推行影響因素清單，如圖1所示。

2 BIM+智慧工地推廣模型構(gòu)建及分析

2.1 DEMATEL模型構(gòu)建

決策實(shí)驗(yàn)室方法（Decision-making Trail and Evaluation Laboratory，DEM）是一種運(yùn)用圖論和矩陣工具進(jìn)行系統(tǒng)因素分析的方法，主要用于解決現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜、困難的問題[4-5]。DEM模型通常包括4個(gè)主要指標(biāo)[6]，見表1。

基于圖1所識(shí)別的BIM+智慧工地推行影響因素清單，采用函詢及問卷調(diào)查的方式，對(duì)各影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行量化處理。量化處理的方式一般采用0～5分制度，0、1、2、3、4及5分分別表示兩個(gè)因素之間影響程度為無、較小、中等、較大及非常影響，從而得到表示各因素之間的兩兩影響程度的關(guān)系矩陣O。以人員、技術(shù)、企業(yè)及環(huán)境4個(gè)維度為例，構(gòu)建關(guān)系矩陣O，如公式（1）所示。

（1）

式中：O為關(guān)系矩陣。

用公式（2）計(jì)算關(guān)系矩陣O每列之和的最值K，并計(jì)算關(guān)系矩陣O的標(biāo)準(zhǔn)化形式O'，如公式（3）所示。

（2）

（3）

式中：O'為關(guān)系矩陣O的標(biāo)準(zhǔn)化形式；K為關(guān)系矩陣O的列和的最大值。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣O'用公式（4）計(jì)算得到綜合影響矩陣B。

（4）

式中：B為綜合影響矩陣，I為與標(biāo)準(zhǔn)化矩陣O'相同階數(shù)的單位矩陣。

根據(jù)綜合影響矩陣，用公式（5）～公式（8）計(jì)算影響度、被影響度、中心度及原因度。

（5）

（6）

Mi=Di+Ci " " " " " " " " " " " " " " （7）

Ri=Di-Ci （8）

式中：bij為綜合影響矩陣B中的各元素；Di、Ci、Mi及Ri為各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度。

用公式（9）計(jì)算各指標(biāo)的DEMATEL權(quán)重。

（9）

人員、技術(shù)、企業(yè)及環(huán)境4個(gè)維度的DEMATEL四度計(jì)算結(jié)果見表2。

同理，計(jì)算圖1中崗位需求U11、人員數(shù)量U12、技術(shù)水平U13、……、企業(yè)認(rèn)可度U44等指標(biāo)的DEMATEL四度，見表3。

2.2 基于DEMATEL模型的影響因素分析

根據(jù)表2及表3計(jì)算結(jié)果可知，人員、技術(shù)、企業(yè)及環(huán)境4個(gè)維度中環(huán)境及技術(shù)的中心度最高，說明環(huán)境因素及技術(shù)因素是BIM+智慧工地推廣過程中的主要影響因素，企業(yè)因素及環(huán)境因素的原因度R＞0，為原因要素；而人員因素及技術(shù)因素的原因度R＜0，為結(jié)果要素。對(duì)各因素進(jìn)行細(xì)化分析，由二級(jí)因素的DEMATEL四度分析結(jié)果可知， U13、U43、U14、U23、U31、U44、U12、U41及U32等因素的中心度較高，均大于1.70，同時(shí)U43、U31、U44、U41及U32等因素屬于原因要素，這幾個(gè)因素在BIM+智慧工地推廣過程起著決定性作用。以各因素中心度為橫坐標(biāo)，原因度為縱坐標(biāo)，形成各要素因果關(guān)系圖，如圖2所示。

由圖2可知，在一級(jí)指標(biāo)中，企業(yè)因素U3及環(huán)境因素U4的原因度及中心度較高，二級(jí)指標(biāo)中U43、U31、U44、U41及U32的原因度及中心度較高，這些因素不僅是影響B(tài)IM+智慧工地推廣的主要因素，也是在BIM+智慧工地推廣過程中需要解決的問題。

2.3 BIM+智慧工地推廣評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

聚類分析是研究多元數(shù)據(jù)分類的重要分類方法，其基本思想是以距離或相似程度為度量尺寸對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對(duì)相同類型的樣本屬性采取相似的改進(jìn)措施，提高改進(jìn)策略的有效性。最常用的距離度量方法是歐幾里得距離，假設(shè)由n個(gè)評(píng)價(jià)因子確定指標(biāo)xi、xj，即：xi=[xi1、xi2、…、xin]、xj=[xj1、xj2、…、xjn]，那么可以用公式（10）計(jì)算指標(biāo)xi與xj的歐幾里得距離d。

（10）

傳統(tǒng)的聚類方法不考慮各指標(biāo)在聚類過程中的相對(duì)重要性，因此導(dǎo)致計(jì)算的歐式距離相似度并不準(zhǔn)確。各指標(biāo)的相似度不僅依賴于其性質(zhì)的相似性，還與指標(biāo)的重要性密切相關(guān)，因此通過加權(quán)的歐式距離來計(jì)算更為準(zhǔn)確，用公式（11）計(jì)算加權(quán)的歐式距離dw。

（11）

式中：dw為加權(quán)的歐式距離；wk為每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，即DEM權(quán)重。

將表3中各指標(biāo)的DEMATEL四度作為評(píng)價(jià)因子，采用改進(jìn)的加權(quán)歐式距離，用公式（11）進(jìn)行灰色聚類分析，確定各指標(biāo)的相似程度，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析，形成BIM+智慧工地推行影響因素聚類樹，如圖3所示。

由圖3可知，聚類樹將 BIM+智慧工地推行影響因素分為3類，即主要因素、次要因素及一般性因素，聚類分析的結(jié)果與DEMATEL模型的劃分結(jié)果基本相似，但聚類分析的結(jié)果更為精確。市場(chǎng)需求、政策扶持及企業(yè)認(rèn)可度是BIM+智慧工地推行推廣過程中的主要影響因素，對(duì)結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。在此過程中，政府與企業(yè)扮演著重要角色，政府應(yīng)制定和實(shí)施一系列支持政策，鼓勵(lì)施工企業(yè)采用BIM+智慧工地的施工及管理方案，而企業(yè)應(yīng)增加智慧工地的研發(fā)投入，重視信息技術(shù)人員的培訓(xùn)和教育，提高團(tuán)隊(duì)熟練度和創(chuàng)新能力，滿足市場(chǎng)對(duì)BIM+智慧工地解決方案的需求。

3 結(jié)論

本文聚焦BIM+智慧工地建設(shè)及推廣過程中的難點(diǎn)，對(duì)BIM+智慧工地推行中影響因素進(jìn)行分析與梳理，采用文獻(xiàn)分析法從人員、技術(shù)、企業(yè)及環(huán)境4個(gè)維度識(shí)別16個(gè)影響B(tài)IM+智慧工地推廣的因素，構(gòu)建BIM+智慧工地推行影響因素指標(biāo)體系。采用DEMATEL數(shù)學(xué)模型，對(duì)各因素的重要性及關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，將DEM權(quán)重與加權(quán)聚類分析相結(jié)合，確定各因素因素分級(jí)。計(jì)算結(jié)果表明，企業(yè)及環(huán)境因素是影響B(tài)IM+智慧工地推廣的關(guān)鍵性因素，而市場(chǎng)需求、政策扶持及企業(yè)認(rèn)可度是BIM+智慧工地推行推廣過程中的主要影響因素。

參考文獻(xiàn)

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