基于BIM技術(shù)的智慧工地建設(shè)與評(píng)級(jí)方法研究

摘 要：本文將互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與軌道交通建設(shè)深度融合，建立了基于BIM技術(shù)的智慧工地管理及實(shí)施方案。智慧工地平臺(tái)架構(gòu)包括6個(gè)主要模塊、10個(gè)管理系統(tǒng)及BIM插件拓展系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軌道工程工地?cái)?shù)字化、智慧化的管理模式。利用DEMATEL分析法對(duì)BIM+智慧工地的應(yīng)用效果進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，確定各影響要素的影響程度及被影響程度，最終評(píng)分結(jié)果為“良好”。確定影響B(tài)IM+智慧工地綜合效益的核心要素，并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；智慧工地；DEMATEL法；綜合效益評(píng)價(jià)

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

在進(jìn)入新世紀(jì)后，全球信息技術(shù)在我國(guó)取得了巨大的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)逐步普及，超算、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增加，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及提高人民生活水平起到了巨大作用[1-2]。在這個(gè)背景下，我國(guó)政府提出了數(shù)字化中國(guó)的概念，將信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，凸顯信息技術(shù)的巨大價(jià)值，引領(lǐng)各行各業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。建筑產(chǎn)業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量中占據(jù)重要地位，提供了大量的就業(yè)崗位，占到GDP的17.0%，就業(yè)總數(shù)的12.0%，但信息技術(shù)在建筑產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用水平逐漸降低，已無(wú)法滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，因此建筑工程產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行[3]。

基于BIM技術(shù)的智慧工地在項(xiàng)目管理過(guò)程中可以提高管理效率，加速傳統(tǒng)項(xiàng)目管理體系向信息化、智能化、環(huán)境友好化轉(zhuǎn)型，使建筑工程產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[4]。

1 基于BIM技術(shù)的智慧工地建設(shè)

1.1 工程概況

某軌道交通BIM建設(shè)管理平臺(tái)基于軌道交通項(xiàng)目管理特點(diǎn)，結(jié)合本項(xiàng)目管理需求，定制化研發(fā)基于企業(yè)級(jí)的BIM建設(shè)管理平臺(tái)。以BIM模型和數(shù)據(jù)為核心，將軌道4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線、3號(hào)線2期及未來(lái)新線數(shù)據(jù)接入BIM建設(shè)管理平臺(tái)，同時(shí)對(duì)4號(hào)線、5號(hào)線、6號(hào)線平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化智能管理。

1.2 基于BIM技術(shù)的智慧工地平臺(tái)架構(gòu)

基于BIM技術(shù)，將關(guān)聯(lián)項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)流程、表單以及通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成管理智慧工地設(shè)施設(shè)備，形成一體化的管理平臺(tái)，最終達(dá)到數(shù)據(jù)分析決策、流程管理，達(dá)到智慧項(xiàng)目管控的目的。智慧工地平臺(tái)主要由Web端、移動(dòng)APP端及BIM插件組成，平臺(tái)所有功能均可在Web端操作，同時(shí)通過(guò)全平臺(tái)移動(dòng)APP進(jìn)行實(shí)施溝通，達(dá)到軌道交通項(xiàng)目智慧管理的目標(biāo)。

根據(jù)模塊化、平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的原則，現(xiàn)階段系統(tǒng)包括6大模塊，具體分為10個(gè)系統(tǒng)?；谖磥?lái)的發(fā)展需求，可通過(guò)BIM插件增拓展更多的模塊及系統(tǒng)?；贐IM技術(shù)的智慧工地平臺(tái)整體架構(gòu)見(jiàn)表1。

2 智慧工地建設(shè)綜合效益模型

2.1 效益評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

目前BIM+智慧工地應(yīng)用在我國(guó)還處于起步階段，暫未提出關(guān)于其應(yīng)用綜合效益的評(píng)價(jià)方法，且智慧工地建設(shè)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益難以進(jìn)行量化比較，因此評(píng)價(jià)智慧工程綜合效益是一項(xiàng)復(fù)雜的過(guò)程[5]。通過(guò)BIM+智慧工地在軌道交通項(xiàng)目中的應(yīng)用，結(jié)合智慧工地平臺(tái)架構(gòu)中的6大管理模塊，初步擬定從進(jìn)度管理、勞務(wù)管理、質(zhì)量管理、安全管理、綠色施工及物資管理6個(gè)方面入手，并對(duì)其管理系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)分，建立涵蓋目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的3級(jí)指標(biāo)體系，共24項(xiàng)指標(biāo)，如圖1所示。

2.2 基于DEMATEL的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

DEMATEL（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory）是一種系統(tǒng)分析方法，通過(guò)分析系統(tǒng)中各要素之間的邏輯關(guān)系和直接影響矩陣來(lái)確定要素間的因果關(guān)系和每個(gè)要素對(duì)目標(biāo)層的影響程度，對(duì)各要素間的相互關(guān)系進(jìn)行定量分析，確定各要素的權(quán)重。DEMATEL法具有4個(gè)重要指標(biāo)，影響度D，被影響度C，中心度M以及原因度R，影響度是要素對(duì)其他要素的綜合影響值，而被影響度是要素受其他要素的綜合影響值，中心度表示要素在評(píng)價(jià)體系中的位置及其作用，原因度表示要素對(duì)其他因素影響的程度。DEMATEL法通常包括以下計(jì)算步驟。

2.2.1 相互影響矩陣構(gòu)建

在決策模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與專(zhuān)家意見(jiàn)，將各要素之間的關(guān)系量化，一般采用0～4分制，0、1、2、3、4分別表示量要素間無(wú)影響、較小影響、一般影響、較大影響、大影響，以此構(gòu)建各要素間兩兩影響的關(guān)系矩陣O，如公式（1）所示。

（1）

式中：a（n-1）（m-1）為第（n-1）個(gè)因素對(duì)第（m-1）個(gè)因素的影響程度。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

計(jì)算關(guān)系矩陣O每列之和并取其最大值Κ，如公式（2）所示。用公式（3）對(duì)關(guān)系矩陣O進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）

O'=O/K" " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：K值為關(guān)系矩陣O每列之和的最大值；O'為標(biāo)準(zhǔn)化后的關(guān)系矩陣。

2.2.3 確定綜合影響矩陣

綜合影響矩陣是DEMATEL方法中的核心部分，表示各要素之間直接或間接的關(guān)系。綜合影響矩陣是標(biāo)準(zhǔn)化矩陣O'的冪級(jí)數(shù)和，可以用公式（4）計(jì)算綜合影響矩陣。

B=O'?（I-O'）-1 " " " " " " " " " " " "（4）

式中：B為綜合影響矩陣；I為單位矩陣。

2.2.4 DEMATEL四度計(jì)算

用公式（5）～公式（8）計(jì)算DEMATEL四度。

（5）

（6）

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

Ri=Di-Ci （8）

式中：a'ij為綜合影響矩陣B中的各要素影響程度計(jì)算結(jié)果。

2.2.5 權(quán)重計(jì)算

用公式（9）確定DEMATEL權(quán)重。

（9）

2.3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，將BIM+智慧工地的綜合應(yīng)用效果從高到低分為5個(gè)等級(jí)，并根據(jù)10分制量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)語(yǔ)集，見(jiàn)表2。

3 智慧工地建設(shè)綜合效益評(píng)價(jià)

3.1 綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果

針對(duì)軌道交通BIM+智慧工地平臺(tái)的應(yīng)用效果綜合評(píng)價(jià)，邀請(qǐng)10余名行業(yè)專(zhuān)家及平臺(tái)使用者對(duì)圖1中各要素的相互影響程度按0～4分制進(jìn)行賦值，以準(zhǔn)則層6個(gè)指標(biāo)為例，構(gòu)建各因素間兩兩影響的關(guān)系矩陣O并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見(jiàn)表3。

根據(jù)公式（5）～公式（9）確定準(zhǔn)則層各要素的綜合影響矩陣及DEMATEL法“四度”，見(jiàn)表4。

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理3個(gè)要素為結(jié)果要素，勞務(wù)管理、綠色施工、物資管理為原因要素。中心度最高的是進(jìn)度管理及質(zhì)量管理因素，也是最關(guān)鍵的因素。采用以上計(jì)算方法，確定指標(biāo)層各要素的DEMATEL法“四度”及權(quán)重值，見(jiàn)表5。

根據(jù)表5各要素指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果以及專(zhuān)家對(duì)BIM+智慧工地各要素評(píng)估結(jié)果的賦分值，對(duì)BIM+智慧工地的綜合應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，軌道交通BIM建設(shè)管理平臺(tái)的綜合效益得分為7.695分，評(píng)價(jià)結(jié)果為良好，平臺(tái)構(gòu)建基本完善，部分功能未達(dá)標(biāo)，有改進(jìn)空間。

3.2 智慧工地建設(shè)改進(jìn)措施

根據(jù)中心度及原因度建立笛卡爾坐標(biāo)系，繪制準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各要素因果關(guān)系圖，如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，準(zhǔn)則層中進(jìn)度管理及質(zhì)量管理兩個(gè)要素中心度較高，屬于準(zhǔn)則層中重要的影響因素，是BIM+智慧工地綜合效益評(píng)價(jià)中的核心影響因素；物資管理、綠色施工以及勞務(wù)管理的原因度較高，這3個(gè)因素的影響程度較高，對(duì)提高綜合效益可以起到驅(qū)動(dòng)作用。因此，在BIM+智慧工程建設(shè)過(guò)程中，提高物資管理、綠色施工以及勞務(wù)管理，可有效提高智慧工地建設(shè)的綜合效益，間接驅(qū)動(dòng)進(jìn)度管理及質(zhì)量管理要素。通常的措施包括①使用BIM技術(shù)制定設(shè)備管理清單，并將采購(gòu)的物資信息上傳至云端進(jìn)行保存，以便于快速查找設(shè)備的存放地點(diǎn)和相關(guān)信息。②通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信息傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、分析運(yùn)算設(shè)備、軟件系統(tǒng)等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知監(jiān)測(cè)，提高數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和有效性。③將BIM平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，使BIM智慧工地集成管控，包括人員考勤系統(tǒng)、塔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、危大專(zhuān)項(xiàng)管理系統(tǒng)等。④智慧工地對(duì)工程管理及工地現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行匯集、統(tǒng)計(jì)分析以及構(gòu)建智慧工地統(tǒng)一的資源管理和數(shù)據(jù)共享，以此使工地監(jiān)控與管理各環(huán)節(jié)協(xié)同，也可以保證工程施工過(guò)程的可視性、可追溯性、可控性。

4 結(jié)論

本文對(duì)某軌道交通BIM+智慧工地管理平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建，以BIM模型和數(shù)據(jù)為核心，建立涵蓋6個(gè)模塊、10個(gè)系統(tǒng)以及1個(gè)BIM拓展模塊的智慧工地建設(shè)管理思路與實(shí)施方案。為更好評(píng)價(jià)與優(yōu)化智慧工地平臺(tái)的應(yīng)用效果，利用DEMATEL分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響度D，被影響度C，中心度M、原因度R及權(quán)重w，識(shí)別軌道交通BIM+智慧工地平臺(tái)的應(yīng)用效果的主要因素，確定BIM+智慧工程建設(shè)的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)。同時(shí)，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

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