基于设计方驱动的BIM应用模式及效益评价研究

牛立军，董华林

(华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046)

近年来，国家大力推行经济数字化建设，推动产业数字化变革，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二零三五年远景目标建议》中明确提出“发展数字经济，推进数字产业化和产业数字化，推动数字经济和实体经济深度融合打造具有国际竞争力的数字产业集群”。2019年水利部印发《关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体方案的通知》，指导水利行业顺应党中央的决策推进数字化进程[1]。2021年国家统计局颁布第33号令《数字经济及其核心产业统计分类(2021)》，正式将建筑信息模型(Building Information Modeling,简称BIM)技术列入数字经济及其核心产业。各省住房和城乡建设厅也相继发布了BIM设计资费标准。由此可见BIM技术已成为设计行业数字化转型的技术旗帜之一。BIM技术在设计过程中具有三维可视化、信息集成化以及工作协同化等优势，BIM技术可针对设计的具体流程：前期场地分析与方案设计、中期方案的深化设计、后期施工图以及详图设计，提供坚实支撑[2-3]。采用何种应用模式将BIM技术与现有的设计流程有机融合，实现改善设计效率，增强企业生存竞争力，增加设计收益的目标是设计企业要面临的机遇和挑战。

在建筑行业大力推行BIM技术的背景下，各方学者对BIM技术应用层面的研究较多，而针对BIM应用效益的研究还很薄弱。目前国内BIM技术在建设项目上的应用模式，依主体不同分为业主方驱动、建设方驱动、设计方驱动及咨询方驱动四种模式。赵彬、董娜等对国内业主驱动的BIM应用现状进行了归纳分析，建立了业主视角的综合评价体系，对不同的BIM应用模式所达到的效益进行分析，意在为业主选择不同的应用模式提供参考[4-5]。孙保磊、付海峰针对BIM技术全生命周期管理的实施模式进行研究，提出了项目全生命周期BIM实施的目标评价指标体系，为建设方制定BIM项目管理实施方案提供参考[6]。乾海坤、孙钢柱探究了现阶段我国咨询单位BIM技术应用现状，构建了工程咨询单位BIM技术应用能力综合评价体系[7]。

由现有的BIM应用效益研究可知，针对设计方的探究还较少，本文综合考虑设计方、上游业主方以及下游施工方之间的联系，构建适应于设计方驱动的BIM应用效益评价指标体系，并以此对BIM应用模式进行评价分析，以期为设计方BIM应用模式的选择和未来发展的方向提供参考。

一、设计驱动的BIM应用模式研究及效益评价指标体系构建

(一) 设计驱动的BIM应用模式研究

选取国内设计方驱动下BIM应用的典型项目，如南京市苏宁睿城项目、北京中信集团总部大楼、白云站交通枢纽、杨房沟水电站、河南省出山店水库等，通过对其应用阶段和应用点进行分析，得出国内设计方驱动的BIM应用项目的特点为：建设类型多样、应用范围广泛，但缺少规范化的解决方案。

依据BIM技术介入阶段的不同，将设计方BIM应用模式分为全程参与型和后期追加型。对以杨房沟水电站为代表全过程使用BIM技术的项目进行研究，得出全程参与型是自方案设计阶段便引入BIM技术。该模式以三维信息模型为出发点和设计源，借助BIM技术三维可视化、专业协同化以及模型-工程数据-图纸三位一体化的特性完成设计方案。通过碰撞检测、结构计算、优化分析等数据模块完成设计优化。该设计模式下的设计成果是BIM工程数字信息模型，其优点是将工程图纸及工程数据以模型交付的方式交付给业主，增加业主方对设计的认可度，减轻业主后期应用BIM技术管理的负担[8]。

对以北京广联达信息大厦项目为代表的后期追加应用BIM技术的项目研究得出，后期追加型是由设计方在施工图设计阶段，针对深化设计及优化分析等需求，依不同专业不同目标进行的BIM技术应用，一般有绿色节能分析、碰撞检测、阳光日照分析、耗能分析等[9]。该模式下BIM设计成果是分专业相互孤立的，其优点为：对设计人员的技术水平要求较低，设计初期成果产出率高。

(二) BIM应用效益维度划分

本次效益评价的主体为全程参与型以及后期追加型。考虑到设计效益评价的特点，指标体系选取设计流程的三个阶段，即方案设计、初步设计、施工图设计，剖析设计方应用BIM的效益[10-11]。通过对上海市建筑信息模型技术应用与发展报告、中国水利信息化行业“十四五”前景规划及发展趋势分析报告(2020—2026)以及中国建筑施工行业信息化发展报告(2015)——BIM深度应用与发展等报告的分析，确定设计方应用BIM技术的效益具体体现在设计质量、设计进度、设计投入和企业竞争力四个维度。由此建立设计方BIM应用效益评价维度矩阵。

(三)指标体系构建

设计方BIM应用效益评价指标体系的建立需遵循整体性、系统性、科学性、层次性以及客观性原则。已确定评价对象为设计方，对两种设计方驱动的BIM应用模式的效益评价指标体系，将从设计阶段的三个角度和设计院发展的四个层面上展开[12]。构建的设计方BIM技术应用效益评价指标形成于以下三个阶段。

首先，浏览各级人民政府发布的BIM技术应用及交付标准和BIM技术服务计费参考依据。如住建部颁发的《建筑工程信息模型应用统一标准》《河南省民用建筑信息模型应用标准》《浙江省建筑信息模型(BIM)技术推广应用费用计价参考依据》以及《河南省房屋建筑和市政基础设施工程信息模型(BIM)技术服务计费参考依据》，从这些文件中归纳出对设计方BIM设计交付成果的评价指标，进一步得出立足于设计方的评价指标。如模型创建、现状场地建模与分析、可视化交底等指标，主要为服务于施工方而设定，其对应的设计方指标可归纳为模型信息丰富度(C6)、设计优化耗时程度(C9)、方案变更耗时程度(C10)等，虚拟仿真漫游、可视化校审等为服务于业主方而设定的指标可转化为业主满意度效益(C23)。

其次，对业主驱动的BIM应用模式及施工驱动的BIM应用模式进行文献分析，总结出设计方需满足的上下游软性指标，如设计人员工资(C14)、软件费用(C15)、硬件设施费(C16)、规费(C18)等指标。

最后，通过对相关设计院BIM技术应用效益情况进行走访调查，听取设计人员的实际意见，完善评价指标，增加设计实际工作中评判设计质量的指标，如初设方案修改程度(C1)、深化设计错误返工程度(C2)、施工图遗漏程度(C3)、投资估算误差程度(C4)、设计概算误差程度(C5)，设置评判设计进度的指标，如方案修改耗时程度(C7)、投资估算工作量(C8)、设计概算工作量(C11)、各专业设计一致程度(C12)、各专业设计协同程度(C13)，最终形成设计方BIM应用效益评价指标体系。

设计方作为工程项目的实际参与者之一，其负责的设计阶段需为项目整体性考虑。BIM技术在设计方的应用模式应在保证自身设计效益的前提下，兼顾上游业主方及下游施工方的利益。考虑设计方BIM应用效益评价指标体系包括设计质量、设计进度、设计投入、企业竞争力四个一级指标，并将方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段的指标囊括进二级指标中。如评判应用BIM技术设计质量的深化设计错误返工程度(C2)和施工图遗漏程度(C3)，评价设计进度的方案优化耗时程度(C9)和方案变更耗时程度(C10)，评价设计投入的软件费用(C15)和员工培训费(C17)以及评价企业竞争力的人才培养效益(C22)和业主满意度效益(C23)，具体指标体系如表1所示。

表1 设计方BIM应用效益评价指标体系

二、熵权TOPSIS模型

(一)熵权法

熵权法是通过对某个评价指标的离散度进行计算从而确定其重要性。设计方BIM应用效益评价指标体系涵盖了23个指标，这些评价指标在总体评价中所占的重要性各不相同，指标价值系数越高，其对评价结果的贡献度越大，权重也就越大。作为客观确定权重的方法之一，熵权法通过对信息的有效程度进行度量，而后依据各个指标在综合评价中所占份额进行权重赋值，客观地反映各个指标的重要性。

(二)TOPSIS模型

TOPSIS模型是一种通过计算检测对象与最佳解和最坏情况解之间的距离——相对接近度，达到指标评价目的的综合决策评估分析方法。在设计方BIM应用效益评价中，由于不同BIM应用模式的特点不同，其所需的评价机制需要适应不同模式所侧重的要点，TOPSIS模型能有效地完成这一任务。依据现有研究，将贴近度设置为四个等级，具体评价标准如表2所示。

表2 BIM应用效益评价标准

三、设计驱动的BIM应用效益评价

(一)数据来源

通过走访三所应用BIM技术成熟的甲级设计院、两所正在发展中的乙级设计院，共收集了13个正在进行或已结项的项目数据。从这13个实际项目的设计流程中筛选出相关的研究数据。

(二)数据处理

依据建立的设计方BIM应用效益评价指标体系及综合评价模型，对全程参与型和后期追加型两种设计方应用BIM技术的模式进行评价分析，应用熵权分析法对数据进行处理。其指标熵权如表3所示。

表3 评价指标归一化值及熵权

由表3可知，各二级指标对整个应用效益评价所起到的影响程度，其中规费(C18)、项目获奖效益(C20)等指标影响程度较高，初设方案修改程度(C1)、各专业设计一致程度(C12)等指标影响程度较小。应用TOPSIS方法对数据进行加权处理，得出各评价指标对整体评价的实际影响值，并对所得值进行分析，求得最大值与虚拟最劣值。计算结果如表4所示。

表4 评价指标加权化数据

由表4可知各二级指标评判两种BIM应用模式的实际值以及评判区间，根据公式可计算出各二级指标的贴近度，进而揭露两种应用模式的应用效益。计算结果如表5所示。

表5 两种应用模式的贴近度评价结果

(三)结果分析

第一，总体上，从两种应用模式的贴近度分布范围上看，全过程参与模式分布在较高和高两个层次，后期追加模式分布在中等和较高两个阶段，且在企业竞争力这一指标上全过程参与模式的贴近度为满值，如图1所示。以发展性的眼光观测，可将后期追加模式视为设计方为发展成为全过程参与模式而采取的过渡模式。

图1 全过程参与模式及后期追加模式贴近度

第二，设计质量及设计进度方面。业主方和建设方的利益主要绑定在设计质量和设计进度两个目标维度上。由图1可知，在设计质量这一指标上全过程参与模式的优势显著，其更能满足两方的利益。而对于设计进度这一指标，由于设计阶段分为方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段，且后期追加型模式的介入阶段处于设计后期，所以不能仅仅依据综合贴近度对其进行评价。由图2可知，全过程参与模式在初步设计阶段的进度效益并不显著低于后期追加型模式。而在方案设计及施工图设计阶段其优势尽显，进度效益高于后期追加型模式。对两种模式的运行方式分析可知，全过程参与的模式在设计上主要依靠BIM三维信息模型。设计前期建立模型，加载设计数据的工作量庞大，这就导致设计进度相对拖延；而在设计后期，针对设计优化和设计方案变更，只需修改对应的设计数据即可完成全部工作任务，设计进度相对较快。

图2 两种模式在三个设计阶段的贴近度

第三，设计投入和企业竞争力方面。对于设计方自身而言，最为关心的在于设计投入和企业竞争力两个方面。由图1可知，在设计投入上全过程参与模式高于后期追加型模式，由图3可知，这主要由于设计人员的培训费用和硬件软件费用增加导致，这一点是应用新技术的必然结果。但将视角转向另一指标即可发现，应用全过程参与模式对企业竞争力的提升是革命性的，即将指标拉到满值，反观后期追加型模式仅为中等。由此可知，全过程参与模式在设计投入上固然较大，但其在企业未来发展上的回报亦是深远的。

图3 两种模式下的设计投入

四、结语

国内对于设计行业应用BIM技术的研究刚刚起步，对应用BIM技术的效益评价也主要针对于业主方。现阶段各设计方的BIM应用模式均是在广泛的实践基础上积累而来的，在实际应用过程中存在着过程繁琐、发展方向不明的问题。因此从文献分析和设计实际出发，分析了现阶段主要的BIM应用模式，构建了设计方BIM应用效益评价体系，并运用熵权TOPSIS模型对两种典型应用模式进行综合评价。研究结果显示，为促进设计方的长远高效发展，应加强对设计人员的BIM技术培训，并组建完整的BIM团队；扩大BIM技术在设计中的参与度，逐步实行BIM设计全过程参与。