近年来, 关于BIM的研究呈现明显的增长趋势。针对BIM技术层面问题的研究发展日趋成熟, 为BIM技术在建设工程项目全生命周期各阶段、各领域应用奠定基础。然而, BIM应用效果却各有不同, 已有文献从不同角度研究了导致BIM技术应用效果差异的各类影响因素。Won等认为:在技术与工具类影响因素方面, 与交互操作性相关的技术支持、协同管理工具等是影响BIM技术成功实施的重要技术因素;在组织流程类影响因素方面, 项目参与方信息共享的意愿、项目参与方之间协同的有效性、适用于BIM的组织结构、持续性的投资等是影响BIM应用的关键因素;在政策及环境类影响因素方面, 软件供应商的长期策略、企业或业主的BIM技术需求、BIM投资回报率等因素对BIM应用产生影响。 可见, 技术与工具类、组织与流程类、政策与环境类等是影响BIM应用效果的关键因素, 其中协同管理的贡献被反复强调。因此, 本文对BIM协同管理的影响因素进行识别和验证, 以提高建设工程项目中BIM协同管理的应用广度和深度, 增强BIM的实际应用价值, 实现BIM潜在优势。

1 BIM协同管理的影响因素识别

Tornatzky和Klein (1982) 认为, 组织对一项创新技术的采纳及革新过程主要受到技术、组织和外部环境三个方面特征因素的影响, 从而提出经典的技术-组织-环境的框架模型。该模型给本文提供了BIM协同管理影响因素的分类方法。

1.1 确定协同因素集

协同管理的影响因素作为协同因素是协同论的核心概念, 是指在系统演化过程中从无到有地变化, 影响着系统各要素由一种相变状态转化为另一种相变状态的集体协同行为, 并能演化出新结构形成的参量。 根据参考文献和工程经验, 本文设定协同因素集U=u_i, 针对基于BIM的协同管理建设工程项目, u_i包括:BIM应用水平、组织、过程、资源、数据、业主项目管理团队水平、管理方法、激励、环境、政策, 即:

1.2 计算判断矩阵

将协同因素集中的每一个因素相对重要性用数值表示, 并用矩阵形式呈现。相对重要性判断, 有以下几个数值:1 (表示前后两者重要性相同) , 3 (表示前者比后者稍重要) , 5 (表示前者比后者明显重要) , 7 (表示前者比后者很重要) , 9 (表示前者比后者极端重要) 。 同时, 邀请30位来自政府部门、业主单位、设计单位、施工单位、监理单位的专家对遴选的协同因素重要性进行排序, 并对收回的排序结果进行处理, 对两两因素的相对重要性进行分析, 其打分表见表1。

1.3 权重系数计算

根据判断矩阵, 分别计算指标要素的相对权重系数: 通过计算权重系数, 得出特征向量:

1.4 一致性检验

信度分析又被称为可靠性分析, 主要用于检验构成变量的各个指标的一致性、稳定性和可靠性。依据矩阵理论, m阶对称的一致性矩阵具有唯一非零的最大特征根λ_max, 并且λ_max=m, 当判断矩阵不能保证具有完全的一致性时, 其特征根也将发生变化。因此, 利用判断矩阵特征根的变化来判断矩阵的一致性程度是可行的。 判断原则:一致性比值用CR评定, 若CR<0.1, 则通过一致性检验, 符合标准。 (1) 最大特征根: (2) 一致性指标: (3) 一致性比值: 其中, RI的确定参考表2。 可见CR<0.1, 因此符合一致性检验。

1.5 协同因素的确定

根据计算得出的权重系数, 对于协同因素的重要性排序为:组织>数据>过程>业主项目管理团队水平>资源>管理方法>BIM应用水平>政策>环境>激励。首先由于管理方法、BIM应用水平、政策、环境、激励五大协同因素所占权重远远小于组织、数据、过程、业主项目管理团队水平、资源。其次, 作为外部影响因素的政策和环境是协同管理内部力量不可控的影响因素;管理方法作为实施项目管理过程中采取的管理方法受到管理组织结构的制约;BIM应用水平与基于BIM协同的业主项目管理团队水平亦有相关性。因此, 根据协同因素重要性和独立性, 下文将组织、数据、过程、业主项目管理团队水平、资源作为主要协同因素进行讨论。 表1 判断矩阵的实际打分 下载原表 表2 随机一致性指标RI值 下载原表

2 BIM协同管理的分析模型

2.1 设定评价等级

首先, 根据排序后的协同因素, 设定新的协同因素集合为: U′= (组织、数据、过程、业主项目管理团队水平、资源) 然后, 针对上述协同因素集合U′进行重要性等级评价, 用V表示, 一般设为五级:V= (v₁, v₂, v₃, v₄, v₅) , 其中v₁, v₂, v₃, v₄, v₅分别表示最大、较大、一般、较小、最小, 即: V= (最大, 较大, 一般, 较小, 最小)

2.2 分配要素权重

确定权重一般有两类方法:一类是凭经验主观臆测, 另一类是利用数学方法测定。将协同因素的权重进行重新分配后, 得出各协同因素的权重分配, 综合考虑后, 各评价要素的权重分配为:

2.3 确定模糊关系矩阵

协同因素集合和评价等级集合之间的关系, 即从U′到V的模糊关系, 可用模糊判断矩阵加以描述, 用R表示: R中的元素r_ij (i=1, 2, …, n;j=1, 2, …, m) 表示从因素u_i着眼, 评判能被评为v_j的隶属度。R由以下两个步骤确定: (1) 组织专家评判组, 对协同因素给出评判等级; (2) 整理评判结果, 求出因素u_i各等级评价的隶属度。若有v_i1个专家认为要素u_i“最大”, v_{i 2}个专家认为“较大”, ……, v_i5个专家认为“最小”, 则要素u_i各等级评价隶属度为:r_i1=v_i1/N, r_i2=v_i2/N, r_i3=v_i3/N, r_i4=v_i4/N, r_i5=v_i5/N。其中, N为专家人数。

2.4 建立评价模型

利用模糊数学的合成矩阵建立评价模型, 即 其中, 合成算子“”的选择考虑对协同因素依权重大小均衡兼顾, 因此合成算子采用M (·, ○) 计算协同要素价值评价结果。

3 BIM协同管理的实证研究

通过以上BIM协同管理影响因素识别和结构分析模型的论述, 以实际工程项目为实证对象, 论证该研究方法的有效性和实用性。选取一新建项目为实例, 该项目规划用地面积约4公顷, 容积率不超过1.0, 建筑高度不超过40米, 总建筑面积约为46550m²。

3.1 项目的BIM协同管理影响因素分析

通过组织、数据、过程、团队水平和资源协同要素在实际应用项目中的具体体现, 更直观地阐述协同管理的内容和模式。

(1) 组织因素

本项目由业主主导, 下设BIM总承包单位的组织模式 (见图1) 。由总承包单位对设计、施工、平台、运维、顾问等分包进行统一管理, 在BIM技术与实际工程结合, 加强BIM技术的推进力度, 为BIM协同管理提供了基本保障。 图1 业主自主管理模式

(2) 数据因素

数据因素是项目协同管理的实质性内容。本项目首先建立了以“数据交换流程、数据交换内容和数据交换格式”为核心的数据标准体系, 提出以“基准模型-偏差分析-变更管理”为主线的信息管理思路, 用于描述项目基于BIM协同管理的数据交换框架。同时, 数据协同的实现方式上选用数据库为基础, 开发面向参建各方的BIM协同管理平台, 采用“一母库、多子库”并存的方式, 为满足项目与角色的协同管理需求。

(3) 过程因素

过程因素是项目应用BIM技术的阶段分析, 是项目协同管理效果好坏影响因素之一。本项目以全过程BIM应用、辅助项目的协同管理为出发点, 从项目的规划方案设计阶段→初步设计阶段→施工图设计阶段→施工前准备阶段→施工阶段→竣工交付阶段开展全过程BIM应用, 理清各阶段之间的传递要素, 实现全过程进度管理、投资控制和质量管理目标。

(4) 团队水平因素

BIM团队水平决定BIM应用水平的高低。本项目组建有一支专职的BIM团队, 由项目的设计单位、施工单位、监理单位等参建单位的专业工程师共同组成, 有效地把工程项目、BIM技术和工程管理结合在一起。

(5) 资源因素

本项目在资源协同管理上, 根据资源受限项目调度模型的概念, 将资源协同管理的基本要素归纳为分解任务、约束资源和管理目标。根据项目管理分解的任务, 建立具有分解任务和约束资源关联的资源计划, 以管理目标为准线, 对资源计划进行修正、审批和执行反馈。

3.2 项目协同管理综合评价

该应用项目在BIM协同管理综合评价阶段, 选取十名专家组成专家评判组, 对协同因素集U中的各因素进行评价, v_j结果如表3所示。 表3 专家评价 下载原表 根据表3, 计算模糊关系矩阵R如下: 根据公式 (6) , 计算该项目的协同因素评价结果为: 计算结果显示, 29.8%认为协同因素价值“最大”, 33.2%认为“较大”, 21.7%认为一般, 9.9%认为“较小”。按照最大隶属度原则, 协同要素价值评价结果为“较大”。 B是一个5维向量, 考虑评判集上的考核评分列向量C, 则协同因素价值评价结果将为一个明确的代数值。设定评判等级“最大”为5分, “较大”为4分, “一般”为3分, “较小”为2分, “最小”为1分, 则C= (5, 4, 3, 2, 1) ^T, 于是协同因素价值评价的最终得分为: 可以看出, 协同因素价值评价的得分为3.721分, 协同价值接近“较好”。

4 结论与展望

基于目前BIM技术应用水平的成熟度和美国土木工程协会 (ASCE) 关于BIM应用影响因素分析, 本文进一步聚焦研究问题:针对BIM协同管理作为BIM应用价值的核心体现, 采用专家打分法和模糊数学分析方法, 提出建设工程管理领域BIM协同管理影响因素, 并建立该因素集模糊分析模型。通过实际工程的实例验证, 可见:该分析方法为更好地推进建设工程项目BIM协同管理提供了量化工具, 可为实际应用借鉴。 建设工程项目BIM协同管理影响因素和模型分析是一个以实际应用为导向需要不断完善的研究过程。虽然文中提出组织、数据、过程、团队水平、资源等五个主要因素, 但BIM协同管理影响因素会不断发展变化, 这仍是一个需要不断识别和更新的过程。