基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素研究

薛 松，黃國華，徐寧梓，張珍珍

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.河海大學(xué)項目管理研究所，江蘇 南京 211100；3.江蘇省“世界水谷”與水生態(tài)文明協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 211100)

水利工程是民生工程，與群眾生活息息相關(guān)。EPC模式在國內(nèi)外大型復(fù)雜工程項目中得到廣泛應(yīng)用，也成為我國水利行業(yè)發(fā)展的必然選擇。水利工程EPC項目建設(shè)實踐表明，生產(chǎn)效率并未出現(xiàn)本質(zhì)提升，也沒有取得預(yù)期的項目價值增值。2018年美國《工程新聞紀(jì)錄》榜單顯示，中國總承包企業(yè)利潤低于國際承包商，一方面是因為未采用適配于EPC的管理方法，另一方面則是由于“信息孤島”現(xiàn)象。2011年，《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》發(fā)布，提出利用BIM技術(shù)推進建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。BIM價值巨大，其深度應(yīng)用與發(fā)展，將帶來工程建設(shè)領(lǐng)域的一場變革。因此，把BIM理念和技術(shù)與EPC模式相結(jié)合，有利于水利工程項目全生命周期各階段、各專業(yè)、各參建方之間的信息與知識共享，提升多方的協(xié)同工作能力，實現(xiàn)EPC項目價值增值。項目價值增值是各利益相關(guān)方一致的追求，研究價值增值影響因素有助于闡明EPC項目增值機理，為實現(xiàn)EPC項目價值增值提供理論依據(jù)。理論和實務(wù)界共同聚焦于基于BIM的水利工程EPC項目價值增值問題，如何利用BIM技術(shù)促進項目價值提升以及項目價值增值的影響因素等問題是研究的關(guān)鍵。

EPC模式應(yīng)用及價值研究對實施EPC模式有指導(dǎo)性作用。Moreau等[1]提出應(yīng)用于EPC項目設(shè)計過程的信息管理策略能夠提高項目績效。Yeo等[2]從供應(yīng)鏈管理角度入手為EPC項目提出改進框架，從工程項目角度出發(fā)，提出了項目價值鏈的概念。Kelly等[3]提出要使EPC項目各參與方的信息暢通，必須提高信息化水平。豐景春等[4]提出需要對EPC項目進行信息化管理，使項目的不同參與方能夠通過統(tǒng)一的信息平臺實現(xiàn)信息的暢通。BIM在國際上的使用較為廣泛，Ding等[5]提出一個BIM應(yīng)用框架，討論如何利用BIM集成項目建設(shè)過程中的各類信息。Daytalab等[6]探索在項目建設(shè)的過程中如何搭建軟件平臺，設(shè)計了建筑系統(tǒng)各組成部分與BIM平臺的互操作，通過兩種技術(shù)的協(xié)同實現(xiàn)效益最大化。國內(nèi)目前對BIM的研究仍處于初始階段，何清華等[7]對BIM技術(shù)進行研究綜述，探討B(tài)IM技術(shù)在工程建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。孫杰[8]認(rèn)為BIM技術(shù)能夠很好地彌補二維CAD的缺點，提出將BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項目中，并對基于BIM的工程項目管理流程進行探究。有相關(guān)學(xué)者研究了EPC模式與BIM的結(jié)合，張德凱等[9]總結(jié)BIM技術(shù)的價值，對比目前各種管理模式的優(yōu)缺點，指出EPC模式能夠充分發(fā)揮BIM技術(shù)的作用。施靜華[10]提出BIM技術(shù)在EPC項目中應(yīng)用，為國際EPC項目管理提供了新思路。張云寧等[11]從經(jīng)濟、能源、技術(shù)、管理4個維度，構(gòu)建水利工程BIM應(yīng)用效益評價指標(biāo)體系。丁繼勇等[12]運用TOE框架和匹配理論，分別討論了水利水電工程組織場域BIM擴散的主要影響因素。一些學(xué)者對工程項目與價值鏈的結(jié)合進行了研究，Polat等13]認(rèn)為建筑材料的采購和庫存對項目的準(zhǔn)時制生產(chǎn)尤為重要，因此需要在工程項目中應(yīng)用供應(yīng)鏈管理。唐文哲等[14]通過研究提出需要對EPC項目進行一體化的供應(yīng)鏈管理，為各項目參與方提供可以信息共享的途徑。段志成等[15]認(rèn)為在工程項目中，總承包商是核心，總承包商通過與各分包商的協(xié)同合作，構(gòu)造了一條完整的工程項目供應(yīng)鏈，提高工程項目效率。姜陣劍[16]將價值網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于建筑施工企業(yè)，通過價值網(wǎng)絡(luò)建立可持續(xù)發(fā)展的建筑企業(yè)協(xié)同發(fā)展模式。馬俊樂[17]分析了在建筑行業(yè)中如何基于價值網(wǎng)絡(luò)將BIM充分運用于建筑行業(yè)，實現(xiàn)集成化和協(xié)同管理。

以上研究表明，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)意識到BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項目管理的重要性。目前，已有文獻大多探討B(tài)IM技術(shù)的應(yīng)用前景以及具體的應(yīng)用情景，如BIM技術(shù)在設(shè)計階段的碰撞檢測[18]等。還有部分學(xué)者，研究BIM技術(shù)采納與適應(yīng)性[19]、BIM數(shù)據(jù)共享與交換[20]等。鮮有學(xué)者從BIM應(yīng)用層面探討B(tài)IM技術(shù)與EPC項目價值增值的作用機理及關(guān)鍵影響因素識別。鑒于此，筆者從學(xué)術(shù)文獻和訪談記錄的原始數(shù)據(jù)入手，基于扎根理論，從宏觀、中觀、微觀三個不同的角度，識別出基于BIM的水利工程EPC項目價值增值的影響因素，采用集成DEMATEL-ISM方法解析關(guān)鍵因素之間的影響作用機理，為構(gòu)建項目價值增值路徑提供理論支撐。

1 機理分析與研究設(shè)計

1.1 價值增值機理分析

EPC模式下，項目價值主要體現(xiàn)在勘察、設(shè)計、采購、施工、竣工、驗收等各階段活動中。在設(shè)計階段，總承包商根據(jù)業(yè)務(wù)提供“項目參與人員的協(xié)同努力、BIM技術(shù)支持能力、企業(yè)內(nèi)部BIM能力、管理組織建設(shè)”的需求和資料，委托設(shè)計單位按照工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開展限額設(shè)計和設(shè)計優(yōu)化，EPC項目價值初始形成。當(dāng)設(shè)計完成后，就進入EPC項目采購和實施階段。采購階段是為EPC項目價值創(chuàng)造提供必需的物資資源、人力資源、技術(shù)資源等重要保障。施工階段的重要輸出是提供合格的項目產(chǎn)品，項目產(chǎn)品是EPC項目價值創(chuàng)造的載體。項目產(chǎn)品的驗收與交付，完成了EPC項目價值的最終實現(xiàn)。在此之前的項目價值形成、項目價值創(chuàng)造都是為了最終的項目產(chǎn)品價值交付。EPC項目參與方的價值創(chuàng)造活動作用于項目價值鏈的不同階段和節(jié)點，EPC項目價值的最大體現(xiàn)即為EPC項目產(chǎn)品。實現(xiàn)項目價值以項目完成為基本前提，因此與項目建設(shè)相關(guān)的要素，如建設(shè)成本及項目效益，均為衡量項目價值的重要組成部分。

依托于BIM平臺，通過物資流、資金流、人員流的整合，加快各階段間信息流動，減少界面矛盾，能夠更加合理化配置資源，達(dá)到全部動態(tài)最優(yōu)，從而實現(xiàn)項目產(chǎn)品價值的傳遞、轉(zhuǎn)移和增值。BIM技術(shù)為項目資料收集、處理、共享提供了有效平臺，各參與方須協(xié)同合作，推進BIM平臺更新項目信息，有助于各利益相關(guān)方對項目的全局把控。DB模式下，項目價值主要體現(xiàn)在設(shè)計、施工等各階段活動中，利用BIM合理配置資源，實現(xiàn)的僅僅為設(shè)計、施工兩階段的價值增值。DBB模式下，工程項目嚴(yán)格按照D-B-B的順序進行，因此利用BIM僅可實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的價值增值，而無法實現(xiàn)階段并行時創(chuàng)造新的價值。而EPC模式下，基于BIM平臺，不僅能實現(xiàn)項目各階段的項目增值，同時通過信息流的傳遞，減少界面矛盾，實現(xiàn)階段并行下的項目增值?；贐IM的水利工程EPC項目價值增值過程如圖1所示。

圖1 基于BIM的水利工程EPC項目價值增值過程

1.2 研究設(shè)計

1.2.1扎根理論

扎根理論是一種質(zhì)性研究方法，歸納分析數(shù)據(jù)并形成概念框架。該方法具有靈活的準(zhǔn)則、規(guī)范的方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦?、建?gòu)的理論源于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的分析與提煉等優(yōu)勢。近年來，我國大力推廣EPC模式、BIM技術(shù)、智慧水利等應(yīng)用，出臺了一系列政策文件。同時，建設(shè)領(lǐng)域大量的工程實踐經(jīng)驗與教訓(xùn)，也為EPC項目價值增值研究提供了基礎(chǔ)資料。以深度訪談記錄和已有文獻作為原始數(shù)據(jù)，通過扎根理論的方法識別項目價值增值的影響因素，能夠更好地彌補現(xiàn)有文獻研究寬度不足的缺陷。

1.2.2DEMATEL-ISM方法

決策實驗室分析法(DEMATEL)[21]運用矩陣工具和圖論，通過專家評分判斷各因素間的邏輯關(guān)系，計算各因素的影響程度和被影響程度。解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)[22]綜合運用圖論、集合論的知識，將復(fù)雜系統(tǒng)分解為多級遞階結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)要素相互關(guān)系和對整體的影響。DEMATEL-ISM二者的綜合集成[23]，系統(tǒng)層次劃分更為直觀，適合分析決策復(fù)雜系統(tǒng)問題。

為了更好地研究基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素，利用扎根理論對大量訪談記錄和文獻記錄進行編碼，得出影響水利工程EPC項目價值增值的內(nèi)生性因素集。構(gòu)建DEMATEL-ISM模型，確定影響因素之間的相互影響關(guān)系，分析基于BIM的EPC項目價值增值影響因素的影響機理。研究思路如圖2所示。

圖2 研究思路

2 價值增值影響因素識別

2.1 收集資料

對內(nèi)涵和外延尚不明確的理論概念適于采用基于扎根理論的質(zhì)性研究[24]，本文采用扎根理論進行基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素研究。訪談對象選擇對水利工程項目建設(shè)的全過程以及BIM技術(shù)在項目中的應(yīng)用有清晰的了解、有一定的工作年限和項目經(jīng)驗的專家共計20人，其中不同項目參與方15人，該領(lǐng)域研究人員5人。訪談重點圍繞BIM對水利工程EPC項目價值增值的影響因素，訪談內(nèi)容圍繞兩個主題展開，開放式訪談提綱如表1所示。

表1 開放式訪談提綱

此外，在中國知網(wǎng)進行檢索，得到90篇相關(guān)文獻。其中2/3作為初始編碼的樣本，其余的1/3作為樣本，用來進行之后的飽和度檢驗。在對深度訪談記錄進行整理后，形成了約3萬字的文字資料。隨機選取2/3作為初始編碼的樣本，剩余的1/3進行飽和度檢驗。

2.2 基于扎根理論的資料分析

2.2.1開放式編碼

開放式編碼的目的是為了整合收集到的資料，并進行梳理。將無用的語句刪除，留下對編碼有效的資料，對整理好的資料進行概念化的翻譯，為主軸編碼提供依據(jù)。本次訪談得到了預(yù)期的效果，對提前設(shè)計的相關(guān)問題進行了充分的提問。結(jié)束后整理出本次訪談的內(nèi)容，受文章篇幅所限，開放式編碼過程及結(jié)果未予展示。

2.2.2主軸編碼

由開放性編碼結(jié)果所獲得的范疇和概念數(shù)量多、差異大，需要對所得結(jié)果進一步進行二級編碼，即主軸編碼。通過研究開放式編碼得到的概念，追溯原始語句，尋找各范疇之間可能存在的關(guān)系，抽象得出相應(yīng)的主軸。在進行二級編碼的過程中可以發(fā)現(xiàn)，18位參與訪談人員都提出政策的推動、BIM市場需求等因素是BIM對EPC項目價值的影響因素之一；其次，項目參與方的溝通合作、項目參與人員的協(xié)同努力、企業(yè)內(nèi)部及外部合作企業(yè)的BIM專業(yè)技能等因素也能對EPC項目價值產(chǎn)生很大的影響；最后，16位訪談人員表示BIM技術(shù)支持能力、BIM與其他先進技術(shù)的結(jié)合等微觀因素對EPC項目價值也有很大的影響。因此，筆者抽象出上述不同范疇，整理結(jié)果反饋回專家，依據(jù)反饋意見二次討論，得出最終結(jié)論。如編碼命名標(biāo)準(zhǔn)、模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、庫的創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)等均屬于BIM對EPC項目價值增值的影響因素中的BIM應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)因素，因此將這幾個副范疇歸納成一個主范疇。最終得到17個主范疇，受文章篇幅所限，主軸編碼結(jié)果未予展示。

2.2.3選擇性編碼

比較各個主范疇的關(guān)系，進行系統(tǒng)性分析，從影響因素的主范疇中挖掘核心范疇，將識別出的影響因素分成宏觀、中觀、微觀3個維度。通過深入挖掘，選擇性編碼后形成的各主范疇之間存在下列典型關(guān)系：首先，宏觀因素是根本，政策的推動、BIM標(biāo)準(zhǔn)、法律責(zé)任界限的明確等因素影響著BIM在項目中的使用。中觀因素是保障，如協(xié)調(diào)工作復(fù)雜性、BIM能力、管理組織建設(shè)等對項目建設(shè)全生命周期環(huán)節(jié)的整體價值產(chǎn)生影響。微觀因素是基礎(chǔ)，如BIM技術(shù)的支持能力、BIM與其他先進軟件的結(jié)合等影響著項目單個環(huán)節(jié)的內(nèi)在價值，從而也影響B(tài)IM對項目價值增值。選擇性編碼結(jié)果如表2所示。

表2 選擇性編碼結(jié)果

2.2.4理論飽和度檢驗階段

利用預(yù)留的資料再次重復(fù)進行上面的步驟，完成飽和度的檢驗。飽和度檢驗結(jié)果顯示，不存在與先前BIM對EPC價值的影響因素沖突的范疇，說明通過編碼得到的結(jié)果已經(jīng)足夠。因此，理論上已飽和。

3 基于DEMATEL-ISM的價值增值影響因素分析

3.1 問卷調(diào)查

共發(fā)放問卷100份，回收74份，剔除無效問卷，有效問卷61份。采用Cronbach’sα分析法進行信度檢驗，從表3的正式量表信度檢驗結(jié)可以看出，問卷整體信度為0.917，且變量宏觀因素、中觀因素、微觀因素的信度系數(shù)均處于0.8以上。由此可見，問卷的穩(wěn)定性和可靠性很高，調(diào)查樣本數(shù)據(jù)可用于進一步的討論研究。

表3 正式量表信度檢驗結(jié)果

3.2 基于DEMATEL-ISM的BIM應(yīng)用影響因素研究

通過集成DEMATEL-ISM方法，分析基于BIM的EPC項目價值增值影響因素的影響機理，具體步驟如下：

3.2.1構(gòu)建直接影響關(guān)系矩陣

標(biāo)度因素間的影響程度，分析兩兩指標(biāo)之間的直接影響關(guān)系，根據(jù)公式(1)構(gòu)建直接影響關(guān)系矩陣V，如表4所示。

表4 直接影響矩陣

(1)

式中：Vij為因素i對因素j的直接影響程度；i為整數(shù)，取值范圍為1≤i≤n；j為整數(shù)，取值范圍為1≤j≤n；當(dāng)i=j時，因為不考慮因素自身的影響，Vij=0。

3.2.2計算各影響因素的影響度、被影響度、中心度、原因度

將得到的V矩陣各行求和，比較各行取和數(shù)值，取其中最大值，設(shè)為M。構(gòu)造規(guī)范化直接影響矩陣X，X的元素為V矩陣各個元素都除以M。

(2)

構(gòu)造綜合影響矩陣Z。采取Z=X(I-X)-1相近計算，計算式如下：

Z=X(I-X)-1

(3)

式中I為單位矩陣?；诰C合影響矩陣，依據(jù)式(4)～(7)計算影響度A、被影響度B、中心度M和原因度U，結(jié)果見表5，依據(jù)表5繪制原因結(jié)果如圖3所示。

表5 中心度與原因度

圖3 原因結(jié)果

(4)

(5)

M=Ai+Bj

(6)

U=Ai-Bj

(7)

3.2.3建立可達(dá)矩陣

在得到Z的基礎(chǔ)上，用下式計算得到整體影響矩陣H：

H=I+Z=(hij)nn

(8)

根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域已有的研究成果進行多次取值分析，依據(jù)試算結(jié)果，邀請多位專家考慮合理性及最優(yōu)性，得到最適配于本研究的閾值計算模型。

λ=α+β

(9)

式中：α、β分別為綜合影響矩陣Z中所有元素的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。最終確定本文所需的λ值為0.14。

依據(jù)式(10)構(gòu)建可達(dá)矩陣K如表6所示。

表6 可達(dá)矩陣

K=(Kij)nn

(10)

3.2.4構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)

對可達(dá)矩陣K劃分層級，識別影響因素層次。驗證可達(dá)集P和先行集Q的交集R與可達(dá)集P是否相同，其中R=P∩Q。如果交集R等于可達(dá)集P，則代表這個影響因素屬于這個層級。每識別完一個層級，需在K中劃去該層級行、列，用剩下的矩陣再次重復(fù)該過程，直到所有影響因素都被劃去。其中，最先被劃去的即為識別出的第一層級。以此類推，直至構(gòu)建出完整的層級結(jié)構(gòu)模型，層級劃分結(jié)果見表7。

表7 層級劃分

根據(jù)層級分析的結(jié)果，構(gòu)建ISM模型，如圖4所示。

圖4 ISM模型圖

3.3 結(jié)果分析

3.3.1按照影響因素中心度分析

通過表6可知，中心度排名前3位的為a12、a7、a10，可以看出這3個因素在基于BIM的EPC項目價值增值的過程中作用尤為突出。因此，為了實現(xiàn)基于BIM的水利工程EPC項目價值增值，需要對這3個因素進行重點關(guān)注和改進。結(jié)合ISM層級結(jié)構(gòu)圖，可以看到a10處于層級結(jié)構(gòu)中的第一層，對于項目的價值增值起到直接影響的作用，a12和a7分別屬于中層和深層影響因素，與其他因素聯(lián)系緊密，在系統(tǒng)中的重要性可見一斑，因此a12、a7、a10應(yīng)列為影響EPC項目價值增值的重要因素。

3.3.2按照影響因素原因度分析

原因因素易影響其他因素，主動性較強。a1、a2、a3、a4、a5、a7、a15、a17屬于原因因素，其中，a4在原因度排名中處于第一位，說明它最容易影響其他因素而不易被其他因素所影響。

結(jié)果因素易受其他因素的影響，有較強的被動性。a6、a8、a9、a10、a11、a12、a13、a14、a16屬于結(jié)果因素。

3.3.3影響因素層級結(jié)構(gòu)分析

由層級結(jié)構(gòu)圖可知，基于BIM的EPC項目價值增值的影響因素是一個有著6層遞階層級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的系統(tǒng)。處于層級結(jié)構(gòu)圖頂層的是表層影響因素，共有5個，分別是a3、a5、a6、a10、a15。中間層共9個因素，分別是a8、a9、a12、a1、a2、a11、a13、a16、a14。處于次底層的是深層影響因素a7、a17；處于最底層的是根源影響因素a4，處于模型最底層的影響因素在系統(tǒng)中屬于根本性問題，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的其他所有因素產(chǎn)生直接或間接的影響，是水利工程EPC項目價值增值需要關(guān)注的重點問題。

基于上述結(jié)論，針對基于BIM的水利工程EPC項目價值增值，從BIM技術(shù)支持能力、企業(yè)重視及投入程度、管理組織建設(shè)和BIM市場需求等4個方面，提出以下對策建議：

a.提高BIM技術(shù)支持能力。開發(fā)更強大的BIM軟件功能，提高BIM的協(xié)同應(yīng)用、應(yīng)用軟件功能完備性和結(jié)果正確性、易用性、軟件可靠性。提高BIM技術(shù)應(yīng)用能力，如各專業(yè)協(xié)同設(shè)計、設(shè)計效果可視化、碰撞檢測等以及BIM平臺能力如信息獲得的及時性、共享信息的準(zhǔn)確性。培養(yǎng)BIM人才，加強對項目建設(shè)人員的BIM技能的培訓(xùn)，將BIM技術(shù)作為能夠大幅提高生產(chǎn)效率的主要動力。

b.企業(yè)加大對BIM技術(shù)的重視及投入程度。想要在企業(yè)內(nèi)部使用BIM，需要對BIM技術(shù)有一定的前期投入。對BIM的投入包括購買BIM軟硬件費用、對項目人員進行BIM技術(shù)的培訓(xùn)費用、聘請BIM專業(yè)人員的費用、構(gòu)建適應(yīng)BIM技術(shù)的業(yè)務(wù)流程等。

c.完善管理組織建設(shè)。應(yīng)該創(chuàng)建BIM技術(shù)團隊，為團隊內(nèi)的所有人員組織BIM技術(shù)相關(guān)的學(xué)習(xí)。組建BIM技術(shù)小組，在全項目范圍內(nèi)推廣使用BIM技術(shù)，使BIM技術(shù)真正融合進項目管理過程中。

d.通過激勵措施提高BIM市場需求。需要建立科學(xué)規(guī)范的基于BIM的利益分配政策和激勵措施，從而對項目各參與方產(chǎn)生激勵，推動各方真正將BIM理念和技術(shù)應(yīng)用到項目建設(shè)中去，從而提高BIM市場需求。

4 結(jié) 語

本文將BIM理念及技術(shù)引入水利工程EPC項目中，通過扎根理論對90篇相關(guān)文獻和20份訪談記錄進行編碼處理，從宏觀、中觀、微觀3個不同的角度，提取出基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素的17個內(nèi)生性因素，并利用集成DEMATEL-ISM方法分析基于BIM的水利工程EPC項目價值增值關(guān)鍵因素影響機理，最后在結(jié)果分析基礎(chǔ)上提出針對性建議。

本文研究仍存在一定的局限性，目前基于BIM的水利工程EPC項目價值增值理論研究不多，且真正參與基于BIM的水利工程項目建設(shè)全過程的人員也有限。參與訪談人員僅能就自己深入?yún)⑴c階段的內(nèi)容進行交流，存在一定的主觀性，偏差不可避免。此外，如何對基于BIM的水利工程EPC項目價值增值效果進行評估，有待于進一步研究。