基于关键成本影响因素分析的BIM应用推进对策

解涛瑞， 佘健俊， 宋家仁

(南京工业大学 土木工程学院， 江苏 南京 211800)

2015年6月16日，住建部发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，旨在引导和推动BIM(Building Information Modeling)技术应用，是第一个国家层面上的具有重大意义的针对BIM技术推进的具体政策。随着技术、环境和沟通需求的增加，BIM正以其计算、协同、共享、可视等能力精益建筑业的生产方式与流程，促进两化融合，愈来愈受到人们广泛的关注。

目前在学术界，学者们对BIM技术本身的研究方兴未艾，如Kang等[1]在研究中提出软件体系结构, 有效集成BIM和GIS(Geographic Information System)用于基础设施管理。Karan等[2]考虑到BIM和地理空间分析在设计和施工前阶段的管理规划过程的集成，具有实在的效益，但是，这种整合受到来自全国各地的地理空间和BIM领域缺乏互操作性的影响，并通过两个场景的例子，对所提出的方法的潜在用途进行了验证。McArthur[3]利用BIM的框架及其细则的同时，对复杂的学校建筑物专门开发了BIM模型，并以评价数据呈现案例研究，研究结果表明，这些BIM模型可以有效地用于改善楼宇管理和性能。Irizarry等[4]对BIM和GIS集成在建筑供应链管理中的可视化监控方面进行了研究。Becerik-Ggerber等[5]研究行业推行BIM应用于建筑运维的利益水平，识别BIM之于建筑设施管理(Facility Management，FM)潜在的应用领域和初步的数据流程需求以支持BIM的成功实施。

但纵观全生命周期，BIM实施的表现本身是一个悬而未决的问题，与BIM技术并行发展的是要探究它的增量成本议题。由于国外BIM技术应用兴起较早，因而研究也很全面，如Ahn等[6]对四位BIM专家关于BIM应用成本的深度访谈，他们认为BIM实施的成本包括BIM工程师、软件及硬件成本。McConnell[7]在其研究中通过文献综述记录了BIM应用(设备、软件、培训、开发、实施、法律、人为错误、标准化缺失)的成本。Giel 等[8]在研究中将与BIM设备软件、培训、开发和实施相关的成本占项目总成本的比值称为资本化率，并设定高达5%。资本化率是包括与设备、软件、培训、开发和实施相关的成本。Seo等[9]在对韩国建筑设计事务所的基于BIM的集成设计过程采用了成本效益分析时，从建设成本和维护费用两个维度识别了一系列BIM成本因素，其中建设成本包括硬件、软件、人力资源和其他成本；维护费用包括设备维修(升级、耗材)、系统维护(升级)、运营管理以及公共空间购置费用、设备公用成本(水电费)。与此同时，国内学者对此也进行了一系列研究，比如陆伟胜等[10]发现BIM在AEC(Architecture Engineering Construction)过程实施导致了额外成本，包括硬件和BIM软件许可证的初始资本投资，并且包括更新硬件和软件的运行成本，以及发展领域知识的成本等。赵彬等[11]指出BIM应用投入主要包括软件、硬件、公司和项目层BIM组织管理费用等。张志明等[12]从施工企业角度研究了BIM在施工项目应用的投入成本，认为BIM应用成本包含BIM团队建立、软硬件平台、前期建模工作等的投入。

通过上述文献综述发现：近些年国内外学者对BIM技术方面的研究成果颇多，主要集中在软件体系结构、互操作性、技术集成、数据流程、实施框架等；也有部分将技术与经济相结合的研究，大多运用问卷调查、专家访谈、案例分析法等明晰其成本构成，但尚无研究运用数学模型对影响因素进行深入分析。现行BIM推广环境下，探究其成本发生的过程及机理显得迫在眉睫。由此，本文基于前人的研究成果，从BIM应用成本角度出发，明晰其基本构成，详细分析并归纳影响因素，利用DEMATEL法萃取关键因素，提出相关对策建议，以积极稳妥地推进BIM更好的发展。

1 BIM应用成本构成及其影响因素识别与分析

1.1 BIM应用模型体系与工作流程

模型体系构成与工作方式决定了BIM工作量及其应用范围与深度，揭示了BIM模型的建立、应用及管理过程，是成本分析的基础。

建筑信息模型应包含工程项目全寿命期中一个或多阶段的多个任务信息模型及相关的共性模型元素和信息，并可在项目全寿命期各阶段、各任务和各相关方之间共享和应用。模型整体结构分为任务信息模型以及共性的资源数据、基础模型元素、专业模型元素四个层次。BIM模型的层次结构及工作流程如图1，2所示。

图1 BIM模型的层次结构

1.2 BIM应用成本构成与影响因素分析

1.2.1 BIM应用成本构成分析

通过对BIM应用成本的文献综述，本文重点借鉴Ahn等[6]对四位BIM专家关于BIM应用成本深度访谈的结果，从设计、施工、运营阶段出发，BIM应用成本构成如表1所示。基于模型的各项费用由各承包方在投标报价中体现，并由业主方负责。

图2 BIM应用工作流程

过程分类设计阶段建造阶段运营阶段模型建立、应用软件成本√(设计模型)√(完善或重新建立施工作业模型)√(针对运营需求从竣工模型构建或编辑运营模型)硬件成本√√√人力成本√√√模型管理人力成本√(专人管理)√(专人管理)√(专人管理)其他成本BIM数据平台开发费用、数据或技术风险成本等;设备公用成本(水电费),合同缔结难度加大发生的成本等

1.2.2 BIM应用成本影响因素识别与分析

上述已从BIM建立、应用及管理分别分析了其应用成本构成，此部分影响因素的分析也须与其相呼应。本部分重新建立3个新的分析维度：即从项目管理、BIM技术基础条件以及建设环境层面对上述每条因素进行总结与归纳，从而初步理论得出以下BIM应用成本影响因素(共11个)，详细分析如表2所示。

表2 BIM应用成本的影响因素

2 基于DEMATEL方法的BIM应用成本关键影响因素研究

2.1 DEMATEL基本原理与适用性分析

DEMATEL(Decision-Making and Trial Evaluation Laboratory)，即决策实验室法，它是一种运用图论与矩阵论来研究复杂系统因素间的交互影响，剥离结果因素，对于因素简化处理极其有效的科学方法[13]。对BIM应用成本影响因素的识别与分析，现阶段借助于一批长时间研究工程信息化管理等专家的学识与智慧，以及具有BIM咨询服务经验的企业管理者的经验，以保证专家数量及构成的合理性，再利用DEMATEL法就可确定关键影响因素。构建各因素间的直接影响矩阵V：

(1)

式中：vij为因素i对因素j的直接影响程度；i为整数，1≤i≤n；j为整数，1≤j≤n；n为影响因素个数。当i=j时，因为不考虑因素自身的影响，vij=0

直接影响程度可采用0～1，0～4等标度确定。规范化直接影响矩阵V，得到标准化直接影响矩阵X，然后X相加得到综合影响矩阵Z，在此基础上就可计算出每个因素对其它因素的影响度A和被影响度B，每个因素的中心度M和原因度U，即因素在系统中的地位。步骤及计算公式如下[14]：

(1)计算X

规范化处理V，以分析因素间的间接影响。计算式为：

(2)

式中：0 ≤xij≤1。

(2)计算Z

综合矩阵Z由规范化后的直接影响矩阵X1,X2,…,Xn相加构成的。计算式为：

Z=X1+X2+…+Xn=(zij)n×n

(3)

当n趋近无穷大时，可采取Z=X(I -X)-1相近计算，I 为单位矩阵。

(3)计算A和B

A为该因素对其他所有因素的综合影响值，等于Z中的行之和。B为该因素受其它所有因素的综合影响值，等于Z中的列之和。计算式为：

(4)

(5)

式中：1≤i≤n, 1≤j≤n

(4)计算M和U

M代表该因素在系统中的重要性程度，等于Z中的行和与列和之和。U代表该因素与其他因素的因果关系程度，等于Z中的行和与列和之差。若为正，代表该因素对其他因素的影响大，称原因因素；若为负，则代表该因素受其他因素的影响大，称结果因素。计算式为：

M=Ai+Bj

(6)

U=Ai-Bi

(7)

式中：1≤i≤n, 1≤j≤n

2.2 因素间相互关系及其在系统中地位的确定

选择专家30人(高校数字建造方向以及可持续建造方向教师8人；业主方10人，设计单位6人，施工单位4人，咨询/监理单位2人)作为此次专家群体，采用0 ～ 4 标度对因素间的直接关联程度进行打分。定义“0”“1”“2”“3”“4”分别表示“无影响”“影响较弱”“影响弱”“影响强”“影响很强”。

2.2.1 构建V

对打分结果取平均值作为对应因素的直接影响程度，构造V如表3所示。

表3 BIM应用成本影响因素直接影响矩阵

2.2.2 计算X和Z

根据前述方法，可计算得到规范化矩阵X和Z，由于篇幅所限，计算从略。

2.2.3 计算A和B，M和U

根据前述方法，运用MATLAB软件编程，计算结果如表4所示。

表4 BIM应用成本影响因素综合影响关系

2.3 原因-结果图绘制及结果分析

2.3.1 原因-结果图绘制

借助MATLAB软件编程，可绘制生成各因素所在位置图，如图3所示。

图3 BIM应用成本影响因素的原因-结果图

2.3.2 结果分析

根据综合影响关系表(表4)和原因-结果图(图3)可以得出如下结论：

中心度排名前5位：c10，c5，c8，c7，c11

原因度排名前5位：c11，c2，c8，c6，c1

原因度为负的有：c4，c9，c10，c7，c3

中心度是评价因素重要性的指标。从上图可以看出中心度前5位的是市场发育程度c10、知识共享c5、软件之间关系c8、软件成熟度c7、激励政策c11。相应的中心度为：6.185，5.859，5.174，5.057，5.037。这5个因素在BIM应用成本系列影响因素中具有很重要的作用。

原因度是评价对其它因素重要性的指标，原因度为正说明因素对其它因素影响较大，为原因因素，原因度为负说明容易受其它因素影响，为结果因素。原因度前5位的因素是：激励政府适宜性c11、项目规模c2、软件间关系c8、族库完善性c6、项目复杂程度c1、相应的原因度为：1.279，1.104，0.624，0.338，0.330。说明这5个因素容易影响其它因素。

原因度为负的因素为：信任关系c4、技术交易费用c9、市场发育程度c10、软件成熟度c7、学习BIM意愿c3，相应的原因度为：-1.515，-1.122，-0.763，-0.296，-0.281。说明这些因素受其它因素影响。

3 相关对策建议

从结果分析第1部分可知，影响BIM应用成本方面的重点因素是市场发育程度、知识共享、软件之间互用性、软件成熟度及激励政策的适宜性。为此提出如下建议。

3.1 健全建筑市场环境发育，为业主方提供优质承包人

现今市场中拥有BIM技术实力的承包商占少数，各类承包商良莠不齐，建设市场发育仍不健全，对BIM技术引入后的合同计价问题仍有待深入研究，业主方面临BIM实施后工程造价不确定的风险。没有适宜的BIM应用生命周期环境，市场亦没有形成良好的预期。

因此，必须从交易入手，进一步加大基于BIM技术的招投标及合同计价问题研究，明确双方责权利，营造良好的建筑市场，引导各方有序竞争，由合理低价者中标，让业主方选出优质的承包商，同时也可以减缓承包人的“道德风险”，从而为业主方减少费用。

3.2 促进项目人员知识共享，降低BIM管理成本

当前我国建筑行业知识共享程度较低，各自为战现象仍然屡见不鲜。而BIM技术引入后，对BIM技术有着深入的学习和了解的相关人员，若愿意将其知识、经验及见解传授给别人，相互影响，形成群体学习分享氛围，则可以打破成员间知识壁垒，改善项目后续的协调，有利于合作方的沟通。

因此，建议各利益相关方从企业文化、人员观念入手，加大BIM技能培训力度，使成员树立知识共享的意识，从而有利于BIM建立、应用及管理成本的降低。

3.3 提高软件之间互用性,降低BIM信息传递成本

2007年，麦格劳希尔建筑公司发表的建筑行业的协同设计专题报告中显示，58%的用户表示会在决定购买项目管理软件时考虑信息互用及兼容性的因素。BIM价值的最大化的实现途径是借助贯穿于项目周期的信息及数据传递。在项目越来越复杂的今天，再大型的软件厂商也难以提供解决工程项目所有问题的软件产品。很多项目应用的软件来自各有特色的厂商。况且从长远看，依靠一个厂商支持的数据标准也具有较高的风险性。

因此，应结合我国国情及工程实践发生的问题，高校或研究院等机构深入开展IFC(Industry Foundation Classes)标准的研究及推广工作，与国际接轨，建立符合国情的 BIM 标准体系。并更多地提高不同厂商软件之间的互用性，完善相关标准，保证信息在各阶段的正常传递，降低信息管理成本。

3.4 政府制定适宜的激励政策，弥补业主方的收益损失

2015年6月16日，住建部印发《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，要求各级住房城乡建设主管部门要结合实际，制定BIM应用配套激励政策和措施。当前业主方不愿主动推行BIM的重要原因之一就是BIM技术具有正的外部性[15]，BIM的目标始终追求协同工作和信息共享，可促进建筑业进步，缩小与制造业的差距，外部性的存在造成业主方收益不完整，部分收益转化成全社会的收益。政府作为社会利益的代表人，应适时出台配套的激励政策与办法，明确激励的条件及监管机制，比如设立专项基金扶持一批项目落地，满足一定条件后业主方可以申报奖励，并设置限额。鼓励业主方从设计、施工、运营全部应用BIM技术。政府可以对BIM项目进行减税、提供低利率贷款、提供审批优先服务、土地出让优惠等措施，提高业主方实施BIM的动力，帮助业主方减少损失，降低BIM管理成本。

4 结 语

BIM技术作为新兴的信息化技术，在建设项目管理中具有重要的意义，BIM的发展需要技术与经济的深度结合。本文在深入综述BIM研究最新进展的基础上，从BIM应用成本分析切入，并基于对成本的构成分析从项目管理维度、BIM技术基础条件维度、建设环境维度三个层面对其影响因素进行分类归纳，应用DEMATEL方法确定关键影响因素，研究发现：市场发育水平、知识共享、软件互用性以及政府的激励政策是影响BIM应用成本的主要因素，最后据此提出相关对策建议，以期为业主方成本优化提供依据，也为政府制定产业政策提供参考，从而进一步推进我国建设工程更加卓有成效地应用BIM技术。

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