基于灰色系统理论的水利水电工程BIM信息交互成熟度模型研究

孙少楠，沈 春

(华北水利水电大学水利学院，河南 郑州 450045)

0 引言

水利水电工程传统建设管理运作方式具有设计阶段与施工及运维阶段相分离、纸质载体的信息传递方式和阶梯性管理等特点，使得设计方和施工方对工程有着千差万别的理解，信息在传递过程中大量流失［1-2］，不利于工程管理及时间、成本的控制。BIM技术能够有效改善传统信息管理工作中的弊端，通过模型参数信息进行整体的信息管理，可以有效克服时间和空间上的障碍，实现建设项目在整个生命周期中不同参与方之间的有效沟通。

Cong Liang［3］进行了多功能 BIM 成熟度模型研究，并成功用于工程、企业、工业中;Jae-sung Lee［4］通过将BIM成熟度模型划分为11种不同的结构模型和40种详细指标，进行重要性、权重、等级的划分，总结研究可用于多个对象目标的成熟度模型，用于诊断设计公司BIM成熟度指标;崔晓［5］建立了BIM整体应用成熟度评价指标体系和指标能力判别方法，甄别出BIM应用情况成熟度级别中的薄弱环节，确定了成熟度级别的评定方式。综上，BIM技术的出现为水电行业的信息传递带来了新的变革，但对于BIM技术应用于水电工程进行信息交互的评价标准仍不完善。

灰色系统理论能够解决信息不完备、不确定的问题［6］。为了评价水电项目BIM信息交互能力，本文研究建立水利水电BIM信息成熟度模型，制定符合水利水电工程的成熟度指标体系，引入灰色评价模型［7］，对成熟度进行量化和评价以验证工程使用BMI技术的合理性与全面性。

1 水利工程BIM信息成熟度模型的构建

1.1 水利工程BIM技术信息交互能力分析

影响建设项目信息的因素多种多样，由于项目参与方在建设项目全生命周期中的职责和作用不同，在不同阶段、不同环境受到的不同的影响，因此需要和产生的信息也不同，三者都需通过信息进行密切的交流。信息交互质量是企业管理水平和状态的映射，信息交互质量评价就是信息使用者对使用相应的方法的反应程度［8］。BIM技术带来的信息交互方式能从全生命周期的角度对各个阶段的信息进行分析，建立BIM数据之间的信息提取、关联及扩展，保证不同阶段不同参与方信息之间的传达和交互，实现整个生命周期中的信息有效集成和应用。

水利水电工程BIM信息成熟度模型是用于测评运用BIM技术进行水利工程信息交互的一种方法，可用于测评水利行业信息管理的能力和水平，诊断差距与问题之所在［9］，并针对问题提出改进措施帮助各参与方提高信息传递效率，最大化地提高信息利用水平。严格来讲，信息交互的成熟度指运用BIM技术进行信息交互的能力，通过指标的细化，寻找出使用BIM技术在信息传递过程中存在的问题，有针对性地进行目标改善，进而加以改进并不断优化［10］。

1.2 水利工程BIM应用成熟度模型的建立

1.2.1 成熟度模型等级划分

结合能力成熟度模型(CMM)基本理论，进行水利工程BIM技术信息交互成熟度模型的构建，将各参与方在建设项目信息管理中使用BIM技术进行的能力和情况从混乱到规范再到优化的过程有序分为初始级、可重复级、已定义级、已管理级、优化级五个阶段，形成一个逐级递增，不断升级的过程，每个阶梯的上升都代表着信息水平发生质的变化，整个水平向更高更成熟的等级迈进。水利工程BIM信息交互的成熟度模型等级结构示意如图1所示。

1.2.2 成熟度模型指标体系

分析我国运用BIM技术进行信息交互的现状，影响其能力的因素大致分为信息因素、组织因素、交互方式因素三大类。由此建立BIM信息交互成熟度模型指标评价体系，评价目标由一、二级评价指标构成，即 U={U1，U2，…，Ui};Ui={Ui1，Ui2，…，Uij}，(i=1，2，3)，如图2所示。信息因素是维持BIM正常运行时的内在属性，此阶段要求BIM信息模型必须足够丰富，并且准确性要求高，使之成为有用的、可靠的信息。组织结构的形式与信息传递方式具有密切的联系，这种联系在于通过组织效率影响信息传递效率。交互方式反映BIM应用的外部环境。

图1 水利水电工程BIM信息交互的成熟度模型等级结构示意

图2 水利水电工程BIM信息交互成熟度模型指标评价体系

2 水利水电工程BIM成熟度评价模型求解步骤

2.1 确定评价标准和样本矩阵

(1)根据前文对成熟度等级的讨论，将评价矩阵标准分为“优化级”“已管理级“已定义级”“可重复级”和“初始级”5个等级，打分采用10分制，评价等级取值依次为A=(9，7，5，3，1)。

(2)假设共有r位专家参加评价，把第s位专家对第j个指标的评价量样本记为lsj，考虑n个因素，各因素专家分值记为其分值记为λrn。

2.2 确定评价灰类

记评估灰类为e，根据评价等级，评价灰类共5类，即e=1，2，3，4，5，相应的灰数为=(1，2，3，4，5)=(9，7，5，3，1，)，各灰类对应的白化权函数如下:

3 案例分析

某大型水电站工程运用BIM技术进行项目管理。该工程各专业整合信息模型如图3所示。该工程包含信息量较大，运用BIM技术对模型进行了大量的信息分类、信息提取、信息整合工作，并综合考虑各种因素，对模型中未包含的信息进行了补充和完善，细化到施工人员能对照模型直接进行交流的层次，对信息的传达和交互起到了推波助澜的作用［11］。

4 模型的应用研究

4.1 获得样本矩阵

根据评分标准，共邀请了10位专家组成专家评价小组对该案例进行评价，具体打分结果参见表1。

4.2 计算灰色模糊评判矩阵

由评价灰类可得，U11的灰色评价权向量为(0.2198，0.2527，0.2324，0.1660，0.1291)。

从而得到灰色模糊矩阵为:

表1 评价样本矩阵

4.3 确定指标的权重集合W

由二级指标灰色评价权可得参考数列:U0=［9，9，8，9，8，10，9，8，8，9］，继而推出绝对差序列(由于篇幅所限未作详细过程)。

对于j=1，2，…，n;s=1，2，…，r，由绝对差序列可得

令分辨系数ρ=0.5，利用关联系数计算公式，即可计算出指标j在第s位专家上的关联系数

利用公式可求出关联度，从而进行关联度归一化，得到指标的权重集合为W=(0.058 4，0.062 5，0.074 4，0.064 1，0.068 0，0.052 4，0.066 8，0.058 7，0.053 6，0.065 9，0.048 8，0.054 3，0.038 8，0.058 4，0.051 2，0.064 3)

4.4 综合运算

根据前面的计算结果，可得出模糊评价矩阵为B=W·R=(0.233 5，0.252 5，0.217 0，0.166 8，0.130 1)，综合评价结果为5.584 5，处于“已定义级”。

从上述结果不难看出，案例在信息表现形式上达到了较高的成熟度，对工程管理更加全面，信息传递上也可满足各方沟通的需要;但在交互方式上，平台的使用情况仍不够完善。整体看来，该案例运用BIM技术进行信息交互的水平良好但仍需提高，距离“优化级”还有一定的距离。

5 结论

本文在分析现阶段水利水电工程BIM信息交互能力的基础上，对水利水电工程的成熟度进行等级划分，建立涵盖信息因素、组织因素、交互方式因素的评价指标，并运用灰色系统理论对工程案例进行成熟度评价，确定下一步信息质量改进的目标，有利于企业形成核心竞争优势的信息质量管理体系，为持续提高和改进BIM技术的进一步应用与发展提供了理论依据。

［1］钟登华，李景茹，黄河，等．可视化仿真技术及其在水利水电工程中的应用研究［J］．中国水利，2003(1):67-70．

［2］王少星．基于BIM技术的工程项目信息管理研究［D］．北京:北方工业大学，2016．

［3］LIANG C， LU W， ROWLINSON S， et al．Development of a multifunctional BIM maturity model［J］．Journal of Construction Engineering and Management，2016，142(11):6-16．

［4］LEE J S，OCK J H．A Study on the evaluation items of BIM process maturitymeasurement model［J］．Korean Journal of Computational Design and Engineering，2016，21(3):281-295．

［5］崔晓．BIM应用成熟度模型研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2012．

［6］邓聚龙．灰色系统综述［J］．世界科学，1983(7):1-5．

［7］江新，胡小彬，刘晓培．项目群管理成熟度灰色评价模型研究［J］．人民长江，2013，44(1):100-104．

［8］王侃昌，高建民，高智勇，等．企业信息质量成熟度模型研究［J］．计算机集成制造系统，2007，13(2):282-286．

［9］潘吉仁，林知炎，贾广社．建筑企业组织项目管理成熟度模型研究［J］．土木工程学报，2009(12):183-188．

［10］COOKE-DAVIES T J， ARZYMANOW A．The maturity of project management in different industries:an investigation into variations between project management models［J］．International Journal of Project Management，2003，21(6):471-478．

［11］余雯婷，李希胜．基于BIM技术的建筑设施管理信息提取与应用［J］．土木工程与管理学报，2016，33(1):85-89．