社会网络视角下基于BIM的复杂工程组织沟通网络

陈桂香， 李明月

(河南工业大学 土木建筑学院， 河南 郑州 450001)

大型复杂工程项目涉及大量建筑信息数据及诸多利益相关者，项目组织结构复杂，因而容易出现信息传播效率低，组织成员信息沟通不畅等问题[1]。尤其是在项目施工阶段，投入量大、建设周期长、各专业精细化分工、协调关系复杂，有效的沟通管理是促进工程项目目标如期完成的重要措施[2,3]。信息技术的提升是沟通管理能力提升的直接影响因素，相较于其他行业，建筑行业的信息化进程远远不足，这是导致建筑业沟通管理难题的主要原因之一[4]。

随着BIM(Building Information Modeling)技术的发展和推广应用，BIM能够实现将建筑工程项目各相关信息集成，作为工程项目组织全生命周期沟通管理的信息平台。Badi等[5]认为基于BIM技术的工程项目信息化必将成为提升建筑行业生产效率和利润的有效途径之一。Grilo等[6]提出复杂建筑系统的信息集成和协调是通过BIM的实施来实现的。徐勇戈等[7]创建了BIM信息集成管理平台，并提出了基于BIM的组织集成模型，为项目参与方提供了信息共享和沟通的平台。BIM通过实现各参与方信息共享和协同工作，极大地提高了项目管理水平和生产效率，有助于改善复杂工程建设过程中的组织沟通水平。

BIM最显著的价值在于信息集成，而信息管理是大型复杂工程项目组织沟通管理的关注重点。现有文献多侧重于BIM在建筑工程领域的应用研究，较少涉及BIM如何改善组织沟通，BIM引入后将对复杂工程项目组织沟通网络结构产生怎样的影响。相较于传统的建设项目组织，BIM应用的同时会引入新的组织成员，具有代表性的有“设计方BIM技术负责人”“BIM建模工程师”和“施工方BIM应用负责人”等。这些新主体在组织沟通网络中的权利和重要性有待研究。鉴于此，本文以郑州市某两个地铁建设项目施工阶段为例，从社会网络视角研究BIM的引入如何影响复杂工程项目组织沟通网络。

1 SNA理论依据

社会网络分析(Social Network Analysis，SNA)借用图论和矩阵法等表现社会关系及其结构，能够同时对整个社会关系网络和该网络中的构成部分进行分析，近年来在项目管理研究领域逐渐得到重视[8]。潘华等[9,10]将社会网络分析与大型复杂工程项目组织结合进行了研究，给出研究程序框架及组织网络概念模型。SNA作为一种研究社会结构的基本方法，对大型复杂工程组织网络研究有重要参考价值。

社会网络是由一组行动者集合和他们之间所有的关系组成的一个整体[11]。SNA提供了广泛的方法和分析程序，可以有助于可视化网络中角色的变化，以及项目参与者之间关系模式的转变。为了研究BIM的引入对复杂工程组织沟通网络整体结构的影响以及所产生新主体在网络中的重要性地位，选择SNA中的网络凝聚力、行动者中心性、角色位置分析指标进行研究。

1.1 网络凝聚力

网络凝聚力描述了网络连接的程度，从整体层面反映出网络结构的特点。有凝聚力的团队表现出更高的同质性、信息共享性和高绩效性。社会网络分析法中描述网络凝聚力的分析指标主要有网络密度、联结强度和路径长度。

(1)网络密度(Density)。网络密度表示网络连接的紧密程度。密度值越大，表示网络中的行动者联系越紧密，网络的结构越稳定，但同时也会增大对行动者的约束[12]。网络密度Δ的计算公式如下：

(1)

式中：L为图中连线的数目；g为节点(行动者)的数目。

(2)联结强度(Tie Strength)。联结强度表示网络参与者之间的关系价值，用量化后的频率和质量的得分相乘作为衡量联系强度的指标[13]。

(3)路径长度(Geodesic Distance)。路径长度表示一对行动者之间的距离，反映了信息流从发送到接收的速度，根据从一个行动者到另一个行动者的最小连接数量来确定。路径越短代表信息传输速度快，效率越高。

1.2 行动者中心性

中心性是一组描述特定行动者“地位”和“权利”的指标。中心性指标主要包括程度中心性、中介中心性和亲近中心性。这三个指标对中心性衡量的侧重点不同，但都能反映每个行动者对整体网络的影响程度。

(1)程度中心性(Degree Centrality)。某节点的程度中心性就是指与该点直接相连的其他点的个数。程度中心性越大，表示与该点有直接联系的点越多，也说明其他相连的点受该点的影响越大。程度中心性CD计算公式如下：

(2)

式中：ni为网络中编号为i的节点成员；n为网络中节点的总数；xij为节点i与j是否有联系，有取1，无则取0。

(2)中介中心性(Betweenness Centrality)。中介中心性表示网络中某点连接其他点的最短路径的数量。中介中心性数值越大，表示对其相连节点信息传递的影响越大，约束控制力越强[14]。中介中心性CB计算公式如下：

(3)

式中：gjk为节点j到k的捷径数；gjk(ni)为其中途经节点ni的捷径数。

(3)亲近中心性(Closeness Centrality)。亲近中心性用来测量网络中某节点与其他节点距离的总和。数值越小则距离越短，说明该节点受网络中其他节点的约束越大，自主能力越弱。亲近中心性CC计算公式如下：

(4)

式中：dij为节点i与j之间的捷径距离。

1.3 角色分析

角色分析可以得出网络中哪些点具有相同的结构职位，也即结构同型性(Structural Equivalence)。SNA中可以用阿基米德距离(Euclidean Distance)计算结构同型性。节点之间的距离dij越小就表明结构越同型。计算公式如下：

(5)

式中：R为网络中的关系总数；k为网络中的节点(行动者)，且k≠i，j；r为网络中的关系。

2 复杂工程项目组织沟通网络的实证分析

2.1 案例选择

采用比较分析的方法，选择两个在建项目进行研究：一个应用了BIM技术，另一个则没有应用。考虑到地铁工程项目是大型复杂工程项目，且目前关于BIM技术在地铁工程的应用已日渐深入，因此选择郑州市两个在建地铁工程项目进行研究。因为每一条地铁线路被划分为很多标段，在建的项目部也有很多，为了使两个项目具有可比性，在项目部的选择上考虑以下几个条件：

(1)选择开工时间较早的项目部。开工较早的项目部成员之间经过一段时间的熟悉，已经形成了固定的工作流程和方式，更能反映出地铁工程施工过程中组织沟通的现状。

(2)选择车站施工项目部。地铁施工主要包括车站施工和区间施工，地铁区间施工多在户外作业，人员比较分散，不利于开展调研工作，而车站施工场地较为集中，便于调查问卷的发放和回收。

根据以上标准，最终选择应用了BIM技术的港区至许昌市域铁路工程迎宾大道车站施工项目部以及没有应用BIM技术的郑州地铁5号线京广南路车站施工项目部为调研对象。

2.2 确定网络边界和数据收集

网络边界的确定采用SNA研究中的“完全成员手册”方法，将两个建设项目施工阶段主要利益相关者的集合罗列出来。鉴于地铁项目的关系复杂性特点，综合考虑参建各方所涉及人员的重要性，最终仅选择京广南路车站施工项目部(非BIM项目)的14个参与者和迎宾大道车站施工项目部(BIM项目)的16个参与者作为研究主体，如图1所示(BIM相关参与者仅为BIM项目所有)。

图1 地铁工程施工阶段主要参与者

对图1中所选择的两个地铁项目施工阶段主要参与者进行问卷调查。所有的参与者受邀从预先选出的同项目的其他参与者中做出选择，在项目施工阶段与谁进行过信息交流，方式包括面对面的谈话，电子邮件，电话，以及通过BIM平台。还要求受访者根据他们交流的频率(0～4)和质量(1～3)进行评估。SNA问卷见表1。

表1 SNA问卷

注：频率(0=从不，1=月，2=半月，3=周，4=每日)/质量(1=低，2=中等，3=高)，例：4/3表示高质量的每日信息交换

由于SNA问卷的效度分析与一般统计问卷有所区别，因此一般的效度分析方法并不适用。对于SNA问卷数据的验证和筛选，理论上如果当行动者a认为他与行动者b没有联系时，则认为行动者b不应该选择他与行动者a有联系[15]。此外，还可以通过重复问卷设计、亲身观察法等方法确定问卷的有效性。

2.3 建立网络模型

基于收集的关系数据构建两个地铁工程项目施工阶段组织沟通网络模型，将数据整理成邻接矩阵，输入到UCINET 6.0软件运用Netdraw功能得到两个项目的整体社会网络结构图，见图2，3。总体看来，在施工阶段运用了BIM的地铁项目组织沟通网络比非BIM地铁项目组织沟通网络更紧密地连接在一起。

图2 BIM项目组织沟通整体网络

图3 非BIM项目组织沟通整体网络

3 网络模型分析

3.1 网络凝聚力分析

应用UCINET 6.0软件对两个地铁项目组织沟通网络的各项网络凝聚力指标进行计算，结果如表2所示。

表2 网络凝聚力指标计算结果

(1)计算整体网络密度时，因为两个项目组织网络均为加权有向网络，需对矩阵数据进行二值对称化处理转化成0/1关系矩阵，再计算得出。结果表明，在BIM项目的施工阶段，整体网络密度为0.5750，大于0.5，显示了较高水平的网络密度。较之于非BIM项目(密度为0.3846)，BIM项目的整体网络相对稠密，项目组织之间的联系更加紧密，项目各主要参与方之间的信息交流频率稍微高一些。

(2)联结强度代表了行动者联系的频率和质量。当联结强度的值为6时，被视为一个中间临界值，值高于6则被归类为强的关系强度。由结果可知，BIM项目的联系强度为54%，而非BIM项目仅为36%，说明BIM项目的参与者交换了更高频率和更高质量的信息。

(3)两个项目的路径长度几乎没有差别，都显示了较短的距离，证明了信息在网络中传播的效率较高。同时，BIM项目的路径长度为1.066，稍低于非BIM项目(1.092)，说明BIM的引入减少了路径长度，有助于信息的传播。

3.2 中心性分析

对两个地铁项目施工阶段组织沟通网络各项中心性指标进行计算，结果如表3所示。

表3 中心性指标计算结果

(1)总体来看，相较于非BIM项目，BIM项目中网络主要参与者的各项中心性指标整体高于非BIM项目，说明BIM的引入提高了组织网络的整体沟通水平，网络参与者之间表现出更频繁和更高质量的信息互换。

(2)在两个项目的沟通网络中，项目经理、总监理工程师、业主代表和项目副经理的各项中心性指标得分均居高，证明他们在网络中的地位显著，是主要信息中间人和通信中心，负责信息的传递并在网络参与者之间进行协调。其中，项目经理的各项中心度指标最高，在两个网络中均处于核心地位。证明其在沟通网络中的地位非常重要，对其他项目主要参与者的影响较大，并且具有很强的“桥梁”效应，成为信息传输的枢纽。

(3)对于BIM引入的新主体，设计方BIM技术负责人和BIM建模工程师的程度中心性均为8.000，中介中心性均为1.550，在网络中显示了中等水平的中心性，施工方BIM应用负责人的程度中心性为7.000，中介中心性为1.200，在网络中的中心性地位偏低。可见，这些BIM引入的新主体对网络中信息的传递起到了一定的媒介作用，但似乎并没有在组织网络中扮演重要的角色。此外，BIM相关人员的接近中心性指标均偏低，设计方BIM技术负责人和BIM建模工程师均为68.182，施工方BIM应用负责人为65.217，说明其在组织网络中的自主能力较弱，受网络中其他项目参与者的约束较大。

3.3 角色分析

图4为根据BIM项目组织的阿基米德矩阵转化的柱状图，阿基米德距离越短表明项目参与者结构越同型，扮演的角色越类似。设计方BIM技术负责人和BIM协调员的阿基米德距离为2.00，结构同型较高，此外，他们与现场BIM应用负责人可以归到一组，距离为2.687，说明BIM引入的新主体在项目组织沟通网络中扮演类似的角色。三位BIM引入的新主体是BIM技术在项目建设过程中应用的关键影响因素，他们与网络中其他成员的沟通效果会影响BIM的应用效果。

图4 BIM项目组织角色分析

4 结论与讨论

本文从社会网络视角，运用SNA丰富的分析工具并结合实际案例，从多个角度深入剖析了BIM在复杂工程组织沟通中的应用，扩展了BIM技术在复杂工程应用领域的认识。定量检验了BIM在组织沟通网络的应用效果并发现其中存在的问题。得到结论如下：

(1)运用BIM的项目组织沟通网络具有更强的网络凝聚力，表现出更稠密的网络密度、更强的联系和较短的路径长度。可见，BIM技术通过实现建筑信息化集成，减少了信息传递过程中的阻碍，缩短了信息传递的距离，促进了多专业协作和相互交流，避免了信息垄断在少数成员手中，使组织网络中信息更加均匀的传播，提高了项目组织沟通的整体质量。因此，证明了BIM可以作为建筑行业一种有效的沟通交流工具。

(2)BIM引入的新主体在组织沟通网络中发挥了一定的中介作用，且沟通网络中扮演职能类似的角色，但并没有占据核心位置。最关键的人物依然是项目经理、总监理工程师、业主代表。究其原因，与我国建筑行业BIM实际应用成熟度不高的现状有关。虽然目前很多大型工程项目采用了BIM技术，但是各方并没有完全意识到BIM所能带来的价值增值，加之新技术的应用会带来设计思维、业务流程的转型，这样的变革可能导致一些项目参与者对其的抵触情绪[16,17]。因此，BIM技术在项目建设过程中并没有得到充分应用，价值效益没有得到完全发挥。