基于關(guān)鍵成本影響因素分析的BIM應(yīng)用推進(jìn)對(duì)策

解濤瑞， 佘健俊， 宋家仁

(南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 211800)

2015年6月16日，住建部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，旨在引導(dǎo)和推動(dòng)BIM(Building Information Modeling)技術(shù)應(yīng)用，是第一個(gè)國(guó)家層面上的具有重大意義的針對(duì)BIM技術(shù)推進(jìn)的具體政策。隨著技術(shù)、環(huán)境和溝通需求的增加，BIM正以其計(jì)算、協(xié)同、共享、可視等能力精益建筑業(yè)的生產(chǎn)方式與流程，促進(jìn)兩化融合，愈來(lái)愈受到人們廣泛的關(guān)注。

目前在學(xué)術(shù)界，學(xué)者們對(duì)BIM技術(shù)本身的研究方興未艾，如Kang等[1]在研究中提出軟件體系結(jié)構(gòu), 有效集成BIM和GIS(Geographic Information System)用于基礎(chǔ)設(shè)施管理。Karan等[2]考慮到BIM和地理空間分析在設(shè)計(jì)和施工前階段的管理規(guī)劃過(guò)程的集成，具有實(shí)在的效益，但是，這種整合受到來(lái)自全國(guó)各地的地理空間和BIM領(lǐng)域缺乏互操作性的影響，并通過(guò)兩個(gè)場(chǎng)景的例子，對(duì)所提出的方法的潛在用途進(jìn)行了驗(yàn)證。McArthur[3]利用BIM的框架及其細(xì)則的同時(shí)，對(duì)復(fù)雜的學(xué)校建筑物專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了BIM模型，并以評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)案例研究，研究結(jié)果表明，這些BIM模型可以有效地用于改善樓宇管理和性能。Irizarry等[4]對(duì)BIM和GIS集成在建筑供應(yīng)鏈管理中的可視化監(jiān)控方面進(jìn)行了研究。Becerik-Ggerber等[5]研究行業(yè)推行BIM應(yīng)用于建筑運(yùn)維的利益水平，識(shí)別BIM之于建筑設(shè)施管理(Facility Management，F(xiàn)M)潛在的應(yīng)用領(lǐng)域和初步的數(shù)據(jù)流程需求以支持BIM的成功實(shí)施。

但縱觀全生命周期，BIM實(shí)施的表現(xiàn)本身是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，與BIM技術(shù)并行發(fā)展的是要探究它的增量成本議題。由于國(guó)外BIM技術(shù)應(yīng)用興起較早，因而研究也很全面，如Ahn等[6]對(duì)四位BIM專(zhuān)家關(guān)于BIM應(yīng)用成本的深度訪談，他們認(rèn)為BIM實(shí)施的成本包括BIM工程師、軟件及硬件成本。McConnell[7]在其研究中通過(guò)文獻(xiàn)綜述記錄了BIM應(yīng)用(設(shè)備、軟件、培訓(xùn)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施、法律、人為錯(cuò)誤、標(biāo)準(zhǔn)化缺失)的成本。Giel 等[8]在研究中將與BIM設(shè)備軟件、培訓(xùn)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施相關(guān)的成本占項(xiàng)目總成本的比值稱(chēng)為資本化率，并設(shè)定高達(dá)5%。資本化率是包括與設(shè)備、軟件、培訓(xùn)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施相關(guān)的成本。Seo等[9]在對(duì)韓國(guó)建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所的基于BIM的集成設(shè)計(jì)過(guò)程采用了成本效益分析時(shí)，從建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用兩個(gè)維度識(shí)別了一系列BIM成本因素，其中建設(shè)成本包括硬件、軟件、人力資源和其他成本；維護(hù)費(fèi)用包括設(shè)備維修(升級(jí)、耗材)、系統(tǒng)維護(hù)(升級(jí))、運(yùn)營(yíng)管理以及公共空間購(gòu)置費(fèi)用、設(shè)備公用成本(水電費(fèi))。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此也進(jìn)行了一系列研究，比如陸偉勝等[10]發(fā)現(xiàn)BIM在AEC(Architecture Engineering Construction)過(guò)程實(shí)施導(dǎo)致了額外成本，包括硬件和BIM軟件許可證的初始資本投資，并且包括更新硬件和軟件的運(yùn)行成本，以及發(fā)展領(lǐng)域知識(shí)的成本等。趙彬等[11]指出BIM應(yīng)用投入主要包括軟件、硬件、公司和項(xiàng)目層BIM組織管理費(fèi)用等。張志明等[12]從施工企業(yè)角度研究了BIM在施工項(xiàng)目應(yīng)用的投入成本，認(rèn)為BIM應(yīng)用成本包含BIM團(tuán)隊(duì)建立、軟硬件平臺(tái)、前期建模工作等的投入。

通過(guò)上述文獻(xiàn)綜述發(fā)現(xiàn)：近些年國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)方面的研究成果頗多，主要集中在軟件體系結(jié)構(gòu)、互操作性、技術(shù)集成、數(shù)據(jù)流程、實(shí)施框架等；也有部分將技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的研究，大多運(yùn)用問(wèn)卷調(diào)查、專(zhuān)家訪談、案例分析法等明晰其成本構(gòu)成，但尚無(wú)研究運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對(duì)影響因素進(jìn)行深入分析?，F(xiàn)行BIM推廣環(huán)境下，探究其成本發(fā)生的過(guò)程及機(jī)理顯得迫在眉睫。由此，本文基于前人的研究成果，從BIM應(yīng)用成本角度出發(fā)，明晰其基本構(gòu)成，詳細(xì)分析并歸納影響因素，利用DEMATEL法萃取關(guān)鍵因素，提出相關(guān)對(duì)策建議，以積極穩(wěn)妥地推進(jìn)BIM更好的發(fā)展。

1 BIM應(yīng)用成本構(gòu)成及其影響因素識(shí)別與分析

1.1 BIM應(yīng)用模型體系與工作流程

模型體系構(gòu)成與工作方式?jīng)Q定了BIM工作量及其應(yīng)用范圍與深度，揭示了BIM模型的建立、應(yīng)用及管理過(guò)程，是成本分析的基礎(chǔ)。

建筑信息模型應(yīng)包含工程項(xiàng)目全壽命期中一個(gè)或多階段的多個(gè)任務(wù)信息模型及相關(guān)的共性模型元素和信息，并可在項(xiàng)目全壽命期各階段、各任務(wù)和各相關(guān)方之間共享和應(yīng)用。模型整體結(jié)構(gòu)分為任務(wù)信息模型以及共性的資源數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)模型元素、專(zhuān)業(yè)模型元素四個(gè)層次。BIM模型的層次結(jié)構(gòu)及工作流程如圖1，2所示。

圖1 BIM模型的層次結(jié)構(gòu)

1.2 BIM應(yīng)用成本構(gòu)成與影響因素分析

1.2.1 BIM應(yīng)用成本構(gòu)成分析

通過(guò)對(duì)BIM應(yīng)用成本的文獻(xiàn)綜述，本文重點(diǎn)借鑒Ahn等[6]對(duì)四位BIM專(zhuān)家關(guān)于BIM應(yīng)用成本深度訪談的結(jié)果，從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)階段出發(fā)，BIM應(yīng)用成本構(gòu)成如表1所示?；谀Ｐ偷母黜?xiàng)費(fèi)用由各承包方在投標(biāo)報(bào)價(jià)中體現(xiàn)，并由業(yè)主方負(fù)責(zé)。

圖2 BIM應(yīng)用工作流程

過(guò)程分類(lèi)設(shè)計(jì)階段建造階段運(yùn)營(yíng)階段模型建立、應(yīng)用軟件成本√(設(shè)計(jì)模型)√(完善或重新建立施工作業(yè)模型)√(針對(duì)運(yùn)營(yíng)需求從竣工模型構(gòu)建或編輯運(yùn)營(yíng)模型)硬件成本√√√人力成本√√√模型管理人力成本√(專(zhuān)人管理)√(專(zhuān)人管理)√(專(zhuān)人管理)其他成本BIM數(shù)據(jù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)費(fèi)用、數(shù)據(jù)或技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)成本等;設(shè)備公用成本(水電費(fèi)),合同締結(jié)難度加大發(fā)生的成本等

1.2.2 BIM應(yīng)用成本影響因素識(shí)別與分析

上述已從BIM建立、應(yīng)用及管理分別分析了其應(yīng)用成本構(gòu)成，此部分影響因素的分析也須與其相呼應(yīng)。本部分重新建立3個(gè)新的分析維度：即從項(xiàng)目管理、BIM技術(shù)基礎(chǔ)條件以及建設(shè)環(huán)境層面對(duì)上述每條因素進(jìn)行總結(jié)與歸納，從而初步理論得出以下BIM應(yīng)用成本影響因素(共11個(gè))，詳細(xì)分析如表2所示。

表2 BIM應(yīng)用成本的影響因素

2 基于DEMATEL方法的BIM應(yīng)用成本關(guān)鍵影響因素研究

2.1 DEMATEL基本原理與適用性分析

DEMATEL(Decision-Making and Trial Evaluation Laboratory)，即決策實(shí)驗(yàn)室法，它是一種運(yùn)用圖論與矩陣論來(lái)研究復(fù)雜系統(tǒng)因素間的交互影響，剝離結(jié)果因素，對(duì)于因素簡(jiǎn)化處理極其有效的科學(xué)方法[13]。對(duì)BIM應(yīng)用成本影響因素的識(shí)別與分析，現(xiàn)階段借助于一批長(zhǎng)時(shí)間研究工程信息化管理等專(zhuān)家的學(xué)識(shí)與智慧，以及具有BIM咨詢(xún)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)管理者的經(jīng)驗(yàn)，以保證專(zhuān)家數(shù)量及構(gòu)成的合理性，再利用DEMATEL法就可確定關(guān)鍵影響因素。構(gòu)建各因素間的直接影響矩陣V：

(1)

式中：vij為因素i對(duì)因素j的直接影響程度；i為整數(shù)，1≤i≤n；j為整數(shù)，1≤j≤n；n為影響因素個(gè)數(shù)。當(dāng)i=j時(shí)，因?yàn)椴豢紤]因素自身的影響，vij=0

直接影響程度可采用0～1，0～4等標(biāo)度確定。規(guī)范化直接影響矩陣V，得到標(biāo)準(zhǔn)化直接影響矩陣X，然后X相加得到綜合影響矩陣Z，在此基礎(chǔ)上就可計(jì)算出每個(gè)因素對(duì)其它因素的影響度A和被影響度B，每個(gè)因素的中心度M和原因度U，即因素在系統(tǒng)中的地位。步驟及計(jì)算公式如下[14]：

(1)計(jì)算X

規(guī)范化處理V，以分析因素間的間接影響。計(jì)算式為：

(2)

式中：0 ≤xij≤1。

(2)計(jì)算Z

綜合矩陣Z由規(guī)范化后的直接影響矩陣X1,X2,…,Xn相加構(gòu)成的。計(jì)算式為：

Z=X1+X2+…+Xn=(zij)n×n

(3)

當(dāng)n趨近無(wú)窮大時(shí)，可采取Z=X(I -X)-1相近計(jì)算，I 為單位矩陣。

(3)計(jì)算A和B

A為該因素對(duì)其他所有因素的綜合影響值，等于Z中的行之和。B為該因素受其它所有因素的綜合影響值，等于Z中的列之和。計(jì)算式為：

(4)

(5)

式中：1≤i≤n, 1≤j≤n

(4)計(jì)算M和U

M代表該因素在系統(tǒng)中的重要性程度，等于Z中的行和與列和之和。U代表該因素與其他因素的因果關(guān)系程度，等于Z中的行和與列和之差。若為正，代表該因素對(duì)其他因素的影響大，稱(chēng)原因因素；若為負(fù)，則代表該因素受其他因素的影響大，稱(chēng)結(jié)果因素。計(jì)算式為：

M=Ai+Bj

(6)

U=Ai-Bi

(7)

式中：1≤i≤n, 1≤j≤n

2.2 因素間相互關(guān)系及其在系統(tǒng)中地位的確定

選擇專(zhuān)家30人(高校數(shù)字建造方向以及可持續(xù)建造方向教師8人；業(yè)主方10人，設(shè)計(jì)單位6人，施工單位4人，咨詢(xún)/監(jiān)理單位2人)作為此次專(zhuān)家群體，采用0 ～ 4 標(biāo)度對(duì)因素間的直接關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行打分。定義“0”“1”“2”“3”“4”分別表示“無(wú)影響”“影響較弱”“影響弱”“影響強(qiáng)”“影響很強(qiáng)”。

2.2.1 構(gòu)建V

對(duì)打分結(jié)果取平均值作為對(duì)應(yīng)因素的直接影響程度，構(gòu)造V如表3所示。

表3 BIM應(yīng)用成本影響因素直接影響矩陣

2.2.2 計(jì)算X和Z

根據(jù)前述方法，可計(jì)算得到規(guī)范化矩陣X和Z，由于篇幅所限，計(jì)算從略。

2.2.3 計(jì)算A和B，M和U

根據(jù)前述方法，運(yùn)用MATLAB軟件編程，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 BIM應(yīng)用成本影響因素綜合影響關(guān)系

2.3 原因-結(jié)果圖繪制及結(jié)果分析

2.3.1 原因-結(jié)果圖繪制

借助MATLAB軟件編程，可繪制生成各因素所在位置圖，如圖3所示。

圖3 BIM應(yīng)用成本影響因素的原因-結(jié)果圖

2.3.2 結(jié)果分析

根據(jù)綜合影響關(guān)系表(表4)和原因-結(jié)果圖(圖3)可以得出如下結(jié)論：

中心度排名前5位：c10，c5，c8，c7，c11

原因度排名前5位：c11，c2，c8，c6，c1

原因度為負(fù)的有：c4，c9，c10，c7，c3

中心度是評(píng)價(jià)因素重要性的指標(biāo)。從上圖可以看出中心度前5位的是市場(chǎng)發(fā)育程度c10、知識(shí)共享c5、軟件之間關(guān)系c8、軟件成熟度c7、激勵(lì)政策c11。相應(yīng)的中心度為：6.185，5.859，5.174，5.057，5.037。這5個(gè)因素在BIM應(yīng)用成本系列影響因素中具有很重要的作用。

原因度是評(píng)價(jià)對(duì)其它因素重要性的指標(biāo)，原因度為正說(shuō)明因素對(duì)其它因素影響較大，為原因因素，原因度為負(fù)說(shuō)明容易受其它因素影響，為結(jié)果因素。原因度前5位的因素是：激勵(lì)政府適宜性c11、項(xiàng)目規(guī)模c2、軟件間關(guān)系c8、族庫(kù)完善性c6、項(xiàng)目復(fù)雜程度c1、相應(yīng)的原因度為：1.279，1.104，0.624，0.338，0.330。說(shuō)明這5個(gè)因素容易影響其它因素。

原因度為負(fù)的因素為：信任關(guān)系c4、技術(shù)交易費(fèi)用c9、市場(chǎng)發(fā)育程度c10、軟件成熟度c7、學(xué)習(xí)BIM意愿c3，相應(yīng)的原因度為：-1.515，-1.122，-0.763，-0.296，-0.281。說(shuō)明這些因素受其它因素影響。

3 相關(guān)對(duì)策建議

從結(jié)果分析第1部分可知，影響B(tài)IM應(yīng)用成本方面的重點(diǎn)因素是市場(chǎng)發(fā)育程度、知識(shí)共享、軟件之間互用性、軟件成熟度及激勵(lì)政策的適宜性。為此提出如下建議。

3.1 健全建筑市場(chǎng)環(huán)境發(fā)育，為業(yè)主方提供優(yōu)質(zhì)承包人

現(xiàn)今市場(chǎng)中擁有BIM技術(shù)實(shí)力的承包商占少數(shù)，各類(lèi)承包商良莠不齊，建設(shè)市場(chǎng)發(fā)育仍不健全，對(duì)BIM技術(shù)引入后的合同計(jì)價(jià)問(wèn)題仍有待深入研究，業(yè)主方面臨BIM實(shí)施后工程造價(jià)不確定的風(fēng)險(xiǎn)。沒(méi)有適宜的BIM應(yīng)用生命周期環(huán)境，市場(chǎng)亦沒(méi)有形成良好的預(yù)期。

因此，必須從交易入手，進(jìn)一步加大基于BIM技術(shù)的招投標(biāo)及合同計(jì)價(jià)問(wèn)題研究，明確雙方責(zé)權(quán)利，營(yíng)造良好的建筑市場(chǎng)，引導(dǎo)各方有序競(jìng)爭(zhēng)，由合理低價(jià)者中標(biāo)，讓業(yè)主方選出優(yōu)質(zhì)的承包商，同時(shí)也可以減緩承包人的“道德風(fēng)險(xiǎn)”，從而為業(yè)主方減少費(fèi)用。

3.2 促進(jìn)項(xiàng)目人員知識(shí)共享，降低BIM管理成本

當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)知識(shí)共享程度較低，各自為戰(zhàn)現(xiàn)象仍然屢見(jiàn)不鮮。而B(niǎo)IM技術(shù)引入后，對(duì)BIM技術(shù)有著深入的學(xué)習(xí)和了解的相關(guān)人員，若愿意將其知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)及見(jiàn)解傳授給別人，相互影響，形成群體學(xué)習(xí)分享氛圍，則可以打破成員間知識(shí)壁壘，改善項(xiàng)目后續(xù)的協(xié)調(diào)，有利于合作方的溝通。

因此，建議各利益相關(guān)方從企業(yè)文化、人員觀念入手，加大BIM技能培訓(xùn)力度，使成員樹(shù)立知識(shí)共享的意識(shí)，從而有利于BIM建立、應(yīng)用及管理成本的降低。

3.3 提高軟件之間互用性,降低BIM信息傳遞成本

2007年，麥格勞希爾建筑公司發(fā)表的建筑行業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)專(zhuān)題報(bào)告中顯示，58%的用戶表示會(huì)在決定購(gòu)買(mǎi)項(xiàng)目管理軟件時(shí)考慮信息互用及兼容性的因素。BIM價(jià)值的最大化的實(shí)現(xiàn)途徑是借助貫穿于項(xiàng)目周期的信息及數(shù)據(jù)傳遞。在項(xiàng)目越來(lái)越復(fù)雜的今天，再大型的軟件廠商也難以提供解決工程項(xiàng)目所有問(wèn)題的軟件產(chǎn)品。很多項(xiàng)目應(yīng)用的軟件來(lái)自各有特色的廠商。況且從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，依靠一個(gè)廠商支持的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。

因此，應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)情及工程實(shí)踐發(fā)生的問(wèn)題，高?；蜓芯吭旱葯C(jī)構(gòu)深入開(kāi)展IFC(Industry Foundation Classes)標(biāo)準(zhǔn)的研究及推廣工作，與國(guó)際接軌，建立符合國(guó)情的 BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系。并更多地提高不同廠商軟件之間的互用性，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證信息在各階段的正常傳遞，降低信息管理成本。

3.4 政府制定適宜的激勵(lì)政策，彌補(bǔ)業(yè)主方的收益損失

2015年6月16日，住建部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求各級(jí)住房城鄉(xiāng)建設(shè)主管部門(mén)要結(jié)合實(shí)際，制定BIM應(yīng)用配套激勵(lì)政策和措施。當(dāng)前業(yè)主方不愿主動(dòng)推行BIM的重要原因之一就是BIM技術(shù)具有正的外部性[15]，BIM的目標(biāo)始終追求協(xié)同工作和信息共享，可促進(jìn)建筑業(yè)進(jìn)步，縮小與制造業(yè)的差距，外部性的存在造成業(yè)主方收益不完整，部分收益轉(zhuǎn)化成全社會(huì)的收益。政府作為社會(huì)利益的代表人，應(yīng)適時(shí)出臺(tái)配套的激勵(lì)政策與辦法，明確激勵(lì)的條件及監(jiān)管機(jī)制，比如設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)基金扶持一批項(xiàng)目落地，滿足一定條件后業(yè)主方可以申報(bào)獎(jiǎng)勵(lì)，并設(shè)置限額。鼓勵(lì)業(yè)主方從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)全部應(yīng)用BIM技術(shù)。政府可以對(duì)BIM項(xiàng)目進(jìn)行減稅、提供低利率貸款、提供審批優(yōu)先服務(wù)、土地出讓優(yōu)惠等措施，提高業(yè)主方實(shí)施BIM的動(dòng)力，幫助業(yè)主方減少損失，降低BIM管理成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

BIM技術(shù)作為新興的信息化技術(shù)，在建設(shè)項(xiàng)目管理中具有重要的意義，BIM的發(fā)展需要技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的深度結(jié)合。本文在深入綜述BIM研究最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，從BIM應(yīng)用成本分析切入，并基于對(duì)成本的構(gòu)成分析從項(xiàng)目管理維度、BIM技術(shù)基礎(chǔ)條件維度、建設(shè)環(huán)境維度三個(gè)層面對(duì)其影響因素進(jìn)行分類(lèi)歸納，應(yīng)用DEMATEL方法確定關(guān)鍵影響因素，研究發(fā)現(xiàn)：市場(chǎng)發(fā)育水平、知識(shí)共享、軟件互用性以及政府的激勵(lì)政策是影響B(tài)IM應(yīng)用成本的主要因素，最后據(jù)此提出相關(guān)對(duì)策建議，以期為業(yè)主方成本優(yōu)化提供依據(jù)，也為政府制定產(chǎn)業(yè)政策提供參考，從而進(jìn)一步推進(jìn)我國(guó)建設(shè)工程更加卓有成效地應(yīng)用BIM技術(shù)。

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