近年来,随着智能建造、智慧城市的不断推进,BIM技术在建设工程中的应用越来越广泛。工程技术进步,软硬件功能的不断提升为BIM技术推广提供了强大支撑。从辅助深化设计、碰撞检查为主的3D模型交付,4D工程进度模拟,到5D进度造价信息的融合,都是BIM技术在工程应用的体现。早在2007年,美国国家建筑信息模型标准(NBIMS)规定了BIM成熟度测量工具,这是第一个BIM成熟度评价标准。此后,荷兰科学研究组织(TNO)开发出了BIM快速扫描(Quick Scan)工具对BIM应用能力进行考核。国外学者Giel和Isaa开发的BIM能力评价框架(Owner’s BIMCAT)工具对业主BIM技术应用能力的成熟度进行评价。近年来大量国内学者也展开了关于BIM技术应用能力的评价研究。王天伟对施工企业BIM技术的应用能力进行了评价。李凌洋和李晨阳运用扎根理论构建了BIM工作室应用能力评价指标体系。

这些研究为BIM技术的应用和管理提供了参考,国内关于BIM应用能力的研究多是针对施工企业、设计单位等单一责任方应用能力的评价,而针对工程咨询机构BIM技术应用能力的研究还很少。工程咨询机构作为一个独立于各个参建方的利益主体,可以很好地起到承接的作用,将各参与方串联起来。较多的建设工程业主方都会委托工程咨询机构提供BIM技术的咨询服务。不同于设计、施工单位等单一责任主体,工程咨询机构BIM技术的应用贯穿于项目实施全生命周期,具有集约性、高效性、经济性等特点。在项目设计阶段,工程咨询机构运用BIM技术对初始阶段的设计资料进行整合,构建初始阶段BIM模型;在项目施工阶段,工程咨询机构将各参建单位提供的BIM信息(设计变更、施工进度信息、造价信息)集成到BIM模型,能够实现工程全生命周期中的信息集成,参建各方可通过工程咨询机构所提供的BIM模型直观交底,提高信息流通的效率。此外,工程咨询机构通过所构建的BIM模型为项目实施过程中的参建方提供其所需的各种信息数据,可及时提供变更信息,减少索赔事件的发生,从而为业主节省造价和工期。工程咨询机构BIM技术的应用能力对BIM技术在工程项目中能否发挥价值起着决定性作用。因此,有必要针对工程咨询机构的BIM技术应用能力展开研究。

在构建工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标体系时,应遵循以下原则:①完备性原则:评价体系要具有代表性、先进性、全面性。②客观性原则:构建的应用能力评价指标要客观,指标能客观反映应用能力的水平。③可操作性原则:所选定的指标可操作性要强,指标数据要便于搜集,便于量化,这有助于统计和处理数据。

本研究构建的工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标形成于以下三个过程:首先,浏览各级人民政府发布的BIM技术应用及BIM项目交付标准的指导性文件,如北京住建委发布的《北京市推进建筑信息模型应用工作的指导意见(征求意见稿)》;浙江省住建委发布的《建筑信息模型(BIM)应用统一标准》,以及河南省住建厅发布的《民用建筑信息模型应用标准》,这些政策性文件均对BIM技术应用的指标和标准进行了规定。其次,搜集、阅读、整理最新的关于BIM应用能力评价的科研成果,在政策性文件和现有研究的基础上确定初步评价指标体系。最后,通过对相关咨询机构BIM应用情况进行跟踪调查,走访一线工程咨询机构BIM从业人员,丰富和完善工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标,最终确定工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标体系。

工程咨询机构作为全过程咨询项目的参与方之一,需要为项目从立项到竣工验收的各阶段提供BIM技术服务,满足项目设计、施工等各个阶段的不同需求。工程咨询机构所提供的BIM信息关系到项目能否在各阶段平稳衔接;工程咨询机构BIM技术能力决定其能为项目提供支持的深度和丰富性,决定其解决项目实施过程中各种问题的能力;工程咨询机构良好的组织构架可以为项目的实施提供便利性;而工程咨询机构的发展潜力决定企业在今后能否跟上行业发展的趋势以及技术的革新。因此,综合以上考虑,工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标体系包括信息、技术、组织、潜力在内的四个一级指标,以及信息管理维度,信息过程控制维度,软件设施维度等在内的8个二级指标。由于工程咨询机构BIM技术的应用贯穿于整个项目的实施过程,在指标体系的构建中,应充分考虑工程咨询机构BIM技术应用与建设项目全生命周期的特点。因此,在信息过程控制二级指标中,设置了包括C₄全生命周期数据交互方式、C₅全生命周期信息集成度、C₆全生命周期信息共享程度、C₇全生命周期信息互操性在内的三级指标。根据工程咨询机构所应用的BIM平台需要较高的开放性,需针对不同业主的需求,定制专属模块的特点,设置了包括C₈平台开放程度、C₉产品集成能力、C₁₀定制软件开发能力和C₁₁产品丰富度等在内的软件设施二级指标。这些指标都是工程咨询机构BIM技术应用能力评价指标体系所特有的。具体指标体系如表1所示。

工程咨询机构BIM技术应用的评价指标体系涵盖了28个指标,这些评估指标的相对重要性在总体评价中有所不同,指标的权重分配直接影响评价的结果。在以往的评价研究中,指标的权重分配多运用专家打分,层次分析法等,这些方法是主观分配权重的方法,带有主观性,评估结果容易受到人为因素的影响。熵权法作为客观确定权重的方法,经常被用于工程项目的管理评价中,熵权是利用无序列的程序对信息的有效程度进行度量,然后依据各个指标的信息在整体综合评价的大小并进行权重赋值的方法。熵权法通过数学模型对所收集的数据进行处理,从而对各个指标的权重进行熵权赋值,这可以有效避免主观因素的影响,客观的反映每个指标的重要性。在工程咨询机构BIM技术应用能力评价的研究中,通过熵权法确定权重使得数据的有效性得到提升,熵权法确定权重的步骤如下:

(1)指标标准化。鉴于评价指标值的范围有所不同,需要对指标值进行无量纲处理。

式中:i代表评价指标,i=1,2,…,28;j代表评价主体,j=1,2,…,n;x_ij是第j个评价主体第i个评价指标的原始指标值;f_ij是指标值x_ij的标准化值。

(2)确定指标熵权。指标熵权的计算步骤如下:

式中:u_i是指标x_i的熵值,w_i是指标i的熵权。

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)模型是Hwang和Yoon于1981年首次提出,用于解决多目标的决策和评价。TOPSIS模型是一种以距离为评价标准的综合评价方法,与其他方法相比,TOPSIS模型对评价主体数量、指标个数和数据分布没有严格要求,可以充分利用评价指标中的原始数据对主体进行评价。同时,TOPSIS模型可以实现不同评价对象横向和纵向的比较,具有操作简单、真实可靠的优点。在工程咨询机构BIM技术应用能力的评价中,很难确定一套客观有效的评判依据和标准对多个工程咨询机构BIM技术的多指标应用能力进行排序时,TOPSIS模型的出现很好的解决了这个问题。此外,改进的TOPSIS模型针对评价对象与正、负理想解的评价公式进行了改进,通过在目标空间中定义一个测度,以此测量目标靠近正理想解和远离虚拟最劣解的程度为标准进行评价,更具科学性。因此,本研究选取改进的熵权TOPSIS模型对工程咨询机构BIM技术的应用能力进行评价。改进的TOPSIS模型计算步骤如下:

(1)指标数据归一化。运用公示(4)对原始指标数据X_ij=|x_ij|进行指标归一化处理。

公式中,x_ij是评价指标原始值,r_ij是原始指标值x_ij的归一化值。

(2)构建加权的决策矩阵。根据各指标的熵权向量构建加权规范化决策矩阵Y。

Y=R·W=|y_ij|_mn(5)

(3)正、负理想解的计算,引入虚拟最劣理想解。

y⁺={maxy_ij|i=1,2,…,m}={y₁⁺,y₂⁺,…,y_m⁺}(6)

y^-={miny_ij|i=1,2,…,m}={y₁^-,y₂^-,…,y_m^-}(7)

y^*=2y^--y⁺(8)

其中,y⁺为正理想,y^-为负理想解,y^*为虚拟最劣解。

(4)确定欧式距离。

式中,d_j⁺为第j个评价主体与y⁺的欧氏距离,d_j⁺为第j个地区与y^*的欧式距离。

(5)确定贴近度。TOPSIS模型中贴进度表示评价主体与最佳结果的贴近程度,贴进度水平越高表示评价主体距离最优结果越近,表明评价结果越好。

根据现有研究,将贴近度划分为4个等级标准。具体评价标准如表2所示

目前行业中运用BIM技术作项目咨询的工程咨询机构大致分为以下四类,第一类是以BIM软件公司下属的工程咨询机构,例如上海A工程咨询机构。第二类是以造价咨询机构为前身,在公司的发展过程中增加BIM业务的工程咨询机构,例如武汉B工程咨询有限公司。第三类是新兴的BIM工程咨询机构,例如上海C工程咨询有限公司。第四类是将产学研相结合,将研究运用到实践的科研机构,例如D大学设计院。本文选取上述具有代表性的四个工程咨询机构为研究对象,通过走访一线从业人员、深入访谈公司领导层及工程项目客户反馈的方式收集研究数据。

根据本文构建的模型对初始数据进行处理。根据公式(1)～(3),计算指标的熵权。计算结果见表3。

各个二级指标所占总比重如图1所示。

根据公式(4)～(8)对数据进行加权化处理得出最优、最劣解,计算结果见表4。

根据公式(9)～(11)计算出各个指标数据的贴进度,计算结果如表5所示。

从整体的贴进度可以看出,随着科学技术的进步和各个企业间交流的不断深入,BIM行业的整体应用水平已经有了明显的提升,四家工程咨询机构的BIM应用能力均达到了中等水平。其中,上海A工程咨询有限公司整体贴进度最高,处于优秀等级,而武汉B工程咨询有限公司的整体贴进度最低,但也达到中级水平。D大学设计院和上海C工程咨询公司都达到了良好的水平。通过对比四家工程咨询机构整体的贴进度水平,我们不难发现工程咨询机构的BIM技术应用能力区域间的发展还存在一定的差距,上海等经济发达地区整体BIM应用能力水平高于内陆地区。

单从四家工程咨询机构的贴进度水平来看,D大学设计院的行政组织维度的贴进度水平最高,达到优秀水平,而信息过程控制和软件设施这两个维度的贴进度水平最低,仅为良好水平。D大学设计院作为科研机构,在信息管理、行政组织、生产服务和科研能力四个维度中均达到了优秀的等级,而在软件设施方面仍有明显的不足。这主要是因为该机构以科研为主,相比较于社会产值的输出更加注重科研的投入。上海A公司工程咨询有限公司的信息管理、软件设施、生产服务和行政组织维度的贴进度水平最高,均达到优秀水平,而企业管理维度的贴进度水平最低,仅为良好水平。作为BIM行业的第一批从业机构,上海A工程咨询有限公司在信息管理、软硬件设施、生产服务维度能力提升等方面做的最好并达到优秀等级,在企业管理维度仍存在提升的空间。上海C工程咨询有限公司在信息过程控制维度的贴进度最高,达到了优秀水平,信息管理、硬件设施、生产服务和科研能力维度的贴进度水平均处于中等水平。该公司主要服务于中小项目的建设,在某些特定业务上有着较好的能力和水平,但在业务能力提升和科研的投入等维度与业内领先水平存在不小的差距。武汉B工程咨询企业各个维度的贴进度水平均不高,仅有硬件设施和生产服务两个维度达到了中等水平,科研能力维度处于低级水平,其他维度的贴进度处于中级水平。该企业作为造价为主要业务的工程咨询机构,在BIM技术方面没有很大的投入,仅满足企业基本的业务需求。

目前,我国建筑行业的现代化经济体系正在逐渐形成,建筑行业正在经历由“低质低效”向“高质高效”的转变,BIM技术的出现加快了这一转变进程。在国家相关部门政策及资金的推动下,我国BIM技术水平也得到长足发展,为智能建造、智慧城市的推进提供支持。为探究目前我国BIM技术应用能力现状,本文从工程实际出发,构建了工程咨询机构BIM技术应用能力评价体系,并运用改进的熵权TOPSIS模型对四家典型的工程咨询机构的BIM技术应用能力进行评价。研究结果显示,目前,我国工程咨询机构的BIM技术应用能力区域间的发展还存在一定的差距,上海等经济发达地区的整体水平高于内陆地区。本研究结果为工程咨询机构BIM技术应用能力的评价提供依据,并有助于发现工程咨询机构在BIM技术发展和运用上的不足,为今后建筑业信息化的发展提供参考。