BIM协同应用障碍因素解释结构模型

郭 斌， 朱 轲， 冯 涛

(西安建筑科技大学 管理学院， 陕西 西安 710055)

建筑信息模型(Buiding Information Modeling，BIM)是一个基于互操作性开放标准的共享数字表示[1]，其应用的一个愿景就是允许来自多个本地设计模型的数据进行共享，允许新的集成的工作方式，成为协作工具[2]。2016年，住房和城乡建设部发布《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》，特别指出要加强建筑工程设计、施工、运营及全生命期内应用BIM等信息技术，实现信息的交互与共享，以及建立基于BIM、物联网等技术的服务平台，实现各参与方之间在各阶段、各环节的协同工作，提高建设的效率与效益，实现建筑业的可持续发展。

BIM在中国最成熟的应用是建筑服务系统的碰撞检测与集成优化[3]，而在其它方面的应用则相对滞后。国外学者对于BIM阻碍因素的研究值得我国借鉴，Succar[4]认为BIM在建筑行业实施和接受的最大障碍是业主的认可和执行，以及兼顾实现和管理成果均衡的实施框架。Kassem等[5]指出任何公司关于采用BIM的决策都是制度力量，内部驱动因素和外部压力的结果。Ghaffarianhoseini等[6]则表示不采用BIM的最重要原因包括需求，成本和互操作性问题。由于BIM的实施受多个跨学科建筑组织的协同作用[7]，因此，Bosch-Sijtsema等[8]首先从承包商的角度，指出承包商缺乏BIM知识和使用BIM的能力是实施BIM的主要障碍，且BIM实施的主要障碍与缺乏规范性有关。在最新的研究中，Bosch-Sijtsema等[9]通过分析BIM参与者和非BIM参与者对BIM职业发展的观点，结果显示，BIM参与者认为阻碍他们发展的最主要原因是管理支持不足。以上文献综述，又再一次证实了BIM技术的实现是10%的技术问题加上90%的社会文化问题[10]的论述。

任何新技术的产生与发展，都是一个优势与障碍相互碰撞的过程。目前，工程项目中BIM协同应用并不理想，我国BIM应用在某种程度上仍处于婴儿阶段[11]。因此，分析BIM协同应用的阻碍因素之间的相互作用及其对BIM协同应用的影响程度，是推动我国基于BIM技术的信息化建设进程的重要基础。本文拟通过对国内外相关文献的阅读和分析，对阻碍BIM协同应用的影响因素进行识别，并运用解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)方法分析阻碍BIM技术应用的影响因素之间的关系，确定并评价关键障碍因素及其内在关系，为加速BIM协同应用提供全面的认识和清晰的方向，同时也为完善我国BIM研究提供参考。

1 BIM协同应用的障碍因素识别

文献计量学是集数学、统计学、文献学和逻辑学为一体，注重量化的综合性知识体系。为保证所追踪文献的连续性、完整性以及时效性，本研究运用文献计量学方法对2009—2019年SCI及CNKI数据库收录的有关BIM技术应用的论文做了详细的统计分析，共检索到331篇与之相关的记录，最终选取了具有代表性的31篇中英文期刊作为分析对象，其中英文文献19篇，中文文献12篇，且近5年文献17篇，占文献总数的55%，经梳理，共确定了16个影响BIM协同应用的关键障碍因素。BIM是一个社会技术系统[12]，受到各种社会技术组成部分的影响，包括利益相关者，任务，技术和系统[7]，本文从技术层面和社会文化层面对障碍因素进行了分类和定义。BIM协同应用障碍因素的识别、分类和定义如表1所示。

表1 BIM协同应用障碍因素的识别、分类与解释

(续表)

从文献中可以看出，大部分学者都将缺乏较完善的BIM应用标准和规范看作是阻碍BIM技术应用的最主要原因，是关键性的技术问题。作为第二大关注点的因素是项目中缺乏BIM综合人才和专家，随着BIM技术的不断被应用，BIM综合人才及专家的数量不能满足BIM市场的需求，导致BIM所创造出的效益达不到使用者的预期目标，这将不利于BIM在我国的发展。任何先进技术的发展，都需要使用者的认可与检验，缺乏业主以及高层管理者的决策支持成为众多学者的第三大关注点。法律是有力的约束，相关BIM法律不健全将无法保障使用者的权益，道德风险也将随之而来。对于阻碍BIM协同应用的其他因素，不再一一赘述。

通过对16个关键因素的重新分类与定义，总结出3个技术层面的因素和13个社会文化层面的因素。一个具体的技术问题是，BIM没有带来CAD(Computer Aided Design)替代图板那样的高效率，但对于尚处于发展阶段的BIM技术，所带来的综合效益要远远高于现存的缺陷所带来的不便。同样，社会文化层面的一个具体问题是，数据共享业存在较大问题，然而解决该问题的重点，不是单纯的解决社会文化层面中的某一问题，而是需要结合技术层面与社会文化层面中的各个问题进行综合优化，达到减少信息不一致才是目前推动BIM技术协同应用发展的重点。下文将对各个因素的关系进行系统分析，寻找出我国BIM应用的关键因素。

2 BIM协同应用障碍因素ISM构建及分析

2.1 障碍因素ISM构建

2.1.1 解释结构模型

解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)是美国Warfield教授[15]为分析复杂系统的结构模型而开发的一种系统分析方法，它可以将模糊不清的问题转化为直观的具有良好结构关系的模型，为系统管理者提供决策参考与依据，且其在各领域都有十分广泛的应用。岳洪江等[16]应用ISM分析得出社会科学成果转化的根本因素和直接因素，指出改进和管理的重点对象。颜卉等[17]利用解释结构模型建立了影响金融创新产品质量因素之间的关系模型，得出直接和间接影响因素，并通过实例验证模型的有效性。本文应用解释结构模型分析BIM协同应用障碍因素之间的关系。

构建解释结构模型的基本步骤如下：

(1)识别系统要素。确定研究对象系统，全面地对系统要素进行收集和整理，筛选出最终的系统要素集O。

(2)建立邻接矩阵。通过判断系统要素集中各个要素之间是否存在直接关系，建立邻接矩阵。若用aij表示第i行、第j列的要素Oi与要素Oj存在直接关系，则邻接矩阵A可以表示为A=(aij)m×n，其中aij=1表示要素Oi对要素Oj有直接影响，aij=0表示要素Oi对要素Oj没有直接影响。

(3)计算可达矩阵。可达矩阵表示从一个要素到另一个要素是否存在连接的路径，如果邻接矩阵A满足条件：(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1=M，则称M为邻接矩阵A的可达矩阵，通过以上矩阵运算条件，求出该系统的可达矩阵M。

(4)对可达矩阵M进行区域分解和级间分解。首先求出可达矩阵M的可达集合R(Si)、先行集合Q(Si)和交集N=R(Si)∩Q(Si)，然后根据分析结果对可达矩阵M进行区域分解、级间划分。

(5)建立系统的解释结构模型。在以上基础上，对其进行层级分解，进而得到研究对象系统的解释结构模型。

2.1.2 交叉影响矩阵相乘法

交叉影响矩阵相乘法(Matriced Impacts Croises Multiplication Appliqueeaun，MICMAC)应用了矩阵相乘的原理，通过因素之间的关系矩阵，计算各因素的驱动力与依赖性，得到具有分层归纳效果的影响因素MICMAC分析图，直观地表现出各因素在系统中的实质作用。该方法最基本的思想是：如果要素i对要素j有直接影响，要素j对要素k有直接影响，任何影响要素i的改变都能反映到要素k上，那么要素i和要素k之间就有间接影响关系。进行MICMAC分析的目的是依据驱动力和依赖性把所有的系统要素分成4类，即自治要素、联系要素、依赖要素和独立要素[18]，从而提出相应的对策和建议。其中，驱动力Di和依赖性Rj的大小，满足以下两个公式：

(1)

(2)

2.2 BIM协同应用障碍因素分析

通过与十位BIM参与者及研究学者的探讨与交流，以及对大量文献的梳理与总结，最终确定了BIM协同应用中各个障碍因素的间直接影响关系，如表2所示。

表2 BIM协同应用障碍因素间直接影响关系

根据表2中所列的障碍因素及其直接影响因素，并依据其之间的关系，建立BIM协同应用障碍因素间的邻接矩阵，如表3所示。

表3 BIM协同应用障碍因素间邻接矩阵

根据以上邻接矩阵，得到BIM协同应用障碍因素的解释结构模型，如图1所示。

(1)处于最底层的要素是我国目前推动BIM技术协同应用的基础性要素，具有一定紧迫性，主要包括O6和O16这两个要素。

(2)处于顶层的要素就是需要实现的最终目标，分别是O3，O11，O12，如，当增加BIM的培训与教育O16，则项目中的BIM综合人才及专家数量就会增加O5，从而因传统保守的思想对BIM的抵制将会减少，加深对BIM的理解O13，同时，随着对BIM认知水平的提升，以往对BIM高额成本的了解程度也会增加O9，并且在利益相关者之间会形成新的契约关系和框架O14，最终确立BIM标准合同示范文本O11，也即实现推动BIM协同应用的最直接要素。

(3)处于底层和顶层之间的要素则起间接促进作用。在中间层的要素中，包含三组相互作用和影响的要素，分别是：O8和O15二者之间，O13和O9二者之间，O7，O4和O10三者之间。在中间层的要素中，不存在完全独立的要素，都会受到底层要素直接或间接的影响。

图1 BIM协同应用障碍因素解释结构模型

2.3 主要障碍因素MICMAC分析

根据MICMAC分析的方法和步骤，得到具有驱动力和依赖性的主要障碍因素最终可达矩阵(见表4)，最终得到BIM协同应用障碍因素的驱动力-依赖性矩阵(见图2)。

表4 具有驱动力和依赖性的主要障碍因素最终可达矩阵

图2 BIM协同应用障碍因素的驱动力-依赖性矩阵

2.4 结果分析

通过综合考虑我国与其他国家BIM协同应用的障碍因素，经MICMAC分析，得出以下结论：

(1)O6，O8，O15处于独立要素集中，具有很强的驱动力，但依赖性弱，属驱动变量，是基础性的影响因素。同时，由图1可知，O6，O8，O15处于解释结构模型的四、五层，几乎不受其他要素的影响，是促进BIM协同应用的关键性驱动因素，也是解决我国BIM协同应用水平低的首要因素。

(2)在识别的16个BIM协同应用障碍因素中，都不属于联系要素，这说明选取的障碍因素都是稳定的。

(3)依赖要素集包括：O3，O11，O12，O14，其中，O3，O11，O12属于顶层要素，是提高BIM协同应用水平的目标性因素。处于依赖要素集中的障碍因素，都具有很强的依赖性但驱动力较弱，属于依赖变量，是最直接的影响因素，因此在提高BIM协同应用治理中，应从系统的角度，综合考虑各个因素的影响，一起实现治理的目标。

(4)属于自治要素的因素有：O1，O2，O4，O5，O7，O9，O10，O13，O16，这些因素的驱动力与依赖性都不高，属于ISM中的中间层要素，受基础层要素的影响，又为实现顶层要素的目标提供动力。在自治要素集中，O1，O5，O16属于具有较高驱动特征的因素，可在提高BIM协同应用治理中，将其考虑到独立要素中；O4，O7，O9，O10，O13属于具有较高依赖特征的因素，可在提高BIM协同应用治理中，将其考虑到依赖要素中；而O2在两方面的特征都较弱，则需单独考虑。

3 结 论

BIM作为建筑行业提高生产力的有力技术，不同国家对BIM技术应用程度是不同的，面临的阻碍也随着不同的应用阶段而变化，但最终的发展趋势是统一的，都趋向一个高度信息化、标准化、集成化、协同化的状态。我国BIM技术的发展，无论是在技术层面，还是在社会文化方面，都与我国作为AEC(Architecture-Engineering-Construction，建筑-工程-施工)大国的身份不符，本研究通过综合我国与外国应用BIM技术的障碍因素，运用解释结构模型(ISM)及交叉影响矩阵相乘法(MICMAC)，得到影响我国BIM协同应用的三个关键性驱动因素：企业还未完全意识到BIM应用带来的增值效应、缺乏业主以及高层管理者的决策支持以及缺乏政府和行业主管部门的政策支持。

BIM是已被证明具有提高建设效率、提升建筑产品质量的信息技术，企业应关注BIM技术带来的长期效益，BIM技术的优势不仅限于应用在某一阶段，只有企业全面意识到BIM技术带给自身的经济效益、带给社会的环境效益、带给整个行业的可持续效益，BIM技术的应用水平将迅速提高。而业主作为工程建设的核心主体，其对BIM决策上的采纳或应用都是最直接的，业主与高层管理者之间对采纳BIM技术的计划，经过一系列探讨、咨询、学习，最终进入决策、实行阶段，业主应尽早启动这一计划，或加快该过程的进程，进而实现BIM技术在我国的广泛应用。政府颁布的政策具有强制性，行业主管部门具有引领整个行业的作用，政府与行业主管部门的介入，对于加快BIM技术在我国的应用将起决定性作用，从而也能更好地监督整个建筑市场，减少参与主体间的道德风险，提高组织间的协同水平。另外，在提高BIM技术应用效率方面，应加快BIM技术的研发与引进，我国不仅需要引进更高水平的BIM技术，更重要的是研发出适合我国的高水平BIM技术；BIM应用主体应建立有效的协同机制，如建立激励机制、共享机制等，达到减少信息不对称的目的；同时，政府和行业主管部门应尽快建立一套符合我国的BIM标准，为BIM应用主体提供统一的参考。

本研究有助于提高相关个体或组织应用BIM的意识与积极性，为政府、业主及其他利益主体提供参考与借鉴。影响我国BIM技术协同应用的三个主要因素都属于社会文化方面，都是关于利益相关者意识与决策的障碍因素，因此，接下来的研究将从影响BIM协同应用的多个参与主体出发，研究影响各个协同主体决策的行为规律。