董靈莉，豐景春,3，楊志祥，王 婷，薛 松

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.河海大學(xué)項(xiàng)目管理研究所，江蘇 南京 211100；3.河海大學(xué)國際河流研究中心，江蘇 南京 211100； 4.杭州市南排工程建設(shè)管理服務(wù)中心,浙江 杭州 310020)

根據(jù)美國建筑科學(xué)研究院研究成果，建筑業(yè)無效工作高達(dá)57%，高于制造業(yè)無效工作(26%)31%，建筑信息模型(Building Information Modeling， BIM)是減少建筑業(yè)無效工作的有效手段，為此需要引入歐美等國家廣泛應(yīng)用的BIM[1]。我國為推動BIM應(yīng)用，中央及地方政府相繼發(fā)布相關(guān)政策性文件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011—2018年包含“BIM”等相關(guān)詞匯的有效文件共347份[2]。這充分表明了我國對BIM的重視和極大推廣。BIM在水利工程碰撞檢測、三維展示等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但BIM的應(yīng)用范圍沒有涵蓋水利工程全生命周期及各參建方，而且投入與產(chǎn)出不匹配、效率過低，究其原因之一是沒有厘清影響B(tài)IM應(yīng)用的關(guān)鍵因素。為有效促進(jìn)BIM在水利工程中的應(yīng)用，本文據(jù)此開展關(guān)于BIM在水利工程中應(yīng)用的影響因素研究。

國內(nèi)學(xué)者張建新[3]定義BIM是一種建筑集成概念，即以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的集成項(xiàng)目全生命周期所有數(shù)據(jù)的一種技術(shù)概念。目前，建筑業(yè)關(guān)于BIM的研究主要集中于設(shè)計(jì)、施工等方面的應(yīng)用效果，關(guān)于BIM在建筑領(lǐng)域應(yīng)用影響因素研究主要成果如下：Marshall-Ponting等[4]和Tse等[5]認(rèn)為對BIM應(yīng)用影響最大的是BIM標(biāo)準(zhǔn)。Howard等[6]指出軟件的復(fù)雜性是影響B(tài)IM采用的主要障礙。Enshassi等[7]認(rèn)為缺乏使用和培訓(xùn)不足是阻礙BIM應(yīng)用的因素。Azhar[8]、 Matarne等[9]分別討論了中國和約旦AEC行業(yè)BIM的當(dāng)前趨勢、益處和未來挑戰(zhàn)。Migilinskas等[10]提出缺乏高層的支持是BIM采用的最大障礙。Herr等[11]提出了一個(gè)新的擴(kuò)展模型來描述BIM采用過程。Chiu等[12]探討了BIM在建筑服務(wù)工程使用的障礙。Huang等[13]研究了當(dāng)前BIM在綠色建筑推廣中最迫切的障礙。何清華等[14]結(jié)合項(xiàng)目實(shí)例，探討分析了BIM在我國建筑業(yè)應(yīng)用中的主要障礙。Olawumi等[15]研究得出三個(gè)關(guān)鍵因素是行業(yè)的抗等拒、對新技術(shù)的適應(yīng)期長、對BIM工作流程缺乏理解。豐景春等[16]分析了BIM在國外應(yīng)用過程中的主要障礙。趙穎萍[17]從TOE和UTAUT視角下研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境和技術(shù)因素對BIM的應(yīng)用性有直接影響。秦璇等[18]對中意兩國BIM采納障礙因素進(jìn)行了對比研究。楊高升等[19]研究發(fā)現(xiàn)資金支持和組織學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是組織提升BIM采納的關(guān)鍵。以上研究成果集中于對關(guān)鍵、直接因素等的確定，缺乏對因素關(guān)系的深入分析，且較少涉及水利行業(yè)。關(guān)于BIM在水利工程中應(yīng)用的研究成果主要如下：蒯鵬程等[20]以福建省某面板堆石壩為例，分析了BIM在水利工程全生命周期中的應(yīng)用效果。姜楠等[21]認(rèn)為結(jié)合BIM與VB技術(shù)可以有效提高水利工程的施工效率。田林鋼等[22]分析了BIM在水利工程中應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面存在的問題，但缺乏對各問題因素關(guān)系深入的分析。閆文杰等[23]以BIM和RFID集成技術(shù)對水利工程施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，可有效提高施工安全管理效率。張?jiān)茖幍萚24]運(yùn)用云物元理論，對水利工程BIM應(yīng)用效益進(jìn)行了評價(jià)。

綜上所述，現(xiàn)有研究雖涉及BIM在水利工程中應(yīng)用的障礙，但缺乏對各因素的深入研究。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納并深入分析BIM在水利工程中應(yīng)用的影響因素。首先改進(jìn)解釋結(jié)構(gòu)模型的采用，借鑒了DEMATEL與ISM相結(jié)合時(shí)所采用的影響程度打分方法，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合MICMAC，確定各因素的驅(qū)動力和依賴性，對BIM在水利工程中應(yīng)用的影響因素相互關(guān)系進(jìn)行深度分析。

1 BIM應(yīng)用影響因素的提取

采用文獻(xiàn)計(jì)量法識別因素。在文獻(xiàn)閱讀中發(fā)現(xiàn)影響B(tài)IM應(yīng)用因素主要包括BIM本身、行業(yè)、環(huán)境等方面，為明確BIM因素的界限，將BIM應(yīng)用因素劃分為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織、人員、行業(yè)、法律6類。綜上，將因素篩選步驟分為3步：①提取歸納影響因素；②劃分類別；③計(jì)算各因素出現(xiàn)的頻率，剔除頻率極低因素。根據(jù)上述篩選步驟，最終確定了19項(xiàng)子因素，如表1所示。

表1 BIM影響因素

2 基于ISM模型的BIM應(yīng)用影響因素層級確定

解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)用于描述影響因素之間是否存在相關(guān)性。本文通過構(gòu)建BIM影響因素的解釋結(jié)構(gòu)模型來分析各因素之間的層級關(guān)系，為促進(jìn)BIM在我國水利工程深入應(yīng)用提供依據(jù)。

2.1 BIM影響因素之間關(guān)系的確定

通過Delphi來確定影響因素之間的關(guān)系，邀請12位BIM相關(guān)工作人員對BIM應(yīng)用影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行打分，每位專家按照無影響0、低影響1、中影響2、高影響3的原則進(jìn)行打分。對得到的12份數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均處理得到相互關(guān)系矩陣，進(jìn)行驗(yàn)證之后，取閾值2.3。取值試驗(yàn)表明，取2.3作為劃分影響因素有無關(guān)系的閾值，所得到的影響因素之間的層次級別以及層級關(guān)系更清晰明顯。本文在以往傳統(tǒng)0、1打分基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使研究更加準(zhǔn)確、客觀。

2.2 鄰接矩陣A和可達(dá)矩陣M的建立

鄰接矩陣A是系統(tǒng)內(nèi)兩兩要素之間關(guān)系的數(shù)字化表示。為構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型，以上述得到的影響因素相互關(guān)系為依據(jù)建立鄰接矩陣。鄰接矩陣A的元素用aij表示，轉(zhuǎn)化規(guī)則如下：

式中：Si為第i個(gè)影響因素；Sj為系統(tǒng)要素。若存在任何一條通路從要素Si指向要素Sj，則稱Si可達(dá)Sj?？蛇_(dá)矩陣M描述的是一個(gè)Si與另一個(gè)系統(tǒng)要素Sj之間是否存在連接的通路，以鄰接矩陣A為基礎(chǔ)，運(yùn)用布爾矩陣運(yùn)算法則，建立可達(dá)矩陣M，若矩陣A能夠滿足以下條件：

A+I≠(A+I)2≠(A+I)3≠…≠(A+I)k-1≠(A+I)k=(A+I)k+1=M

(2)

式中：n為鄰接矩陣的階數(shù)；k為影響因素編號，k

(A+I)6=(A+I)7=M

(3)

2.3 BIM影響因素層級關(guān)系的確定

2.3.1影響因素的ISM模型構(gòu)建

為建立ISM模型，需對各因素進(jìn)行層級劃分。首先從可達(dá)矩陣中提取出可達(dá)集R(Si)和先行集Q(Si)?？蛇_(dá)集是指所有要素Si可以到達(dá)的要素所形成的集合，用R(Si)表示，記為

R(Si)={Sj|Sj∈N,rij=1}

(4)

式中：R(Si)為可達(dá)矩陣中的系統(tǒng)要素Si行中所有元素為1的列所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)組成集合；N為所有要素的集合；rij為可達(dá)矩陣的元素。先行集是指所有到達(dá)要素Si的要素所形成的集合，用Q(Si)表示，記為

Q(Si)={Si|Si∈N,rij=1}

(5)

式中：Q(Si)為可達(dá)矩陣中系統(tǒng)要素Sj列中所有元素為1的行所對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)組成集合。基于此，將可達(dá)集和先行集提取出來，首先確定首層因素集，確定因素集的計(jì)算規(guī)則為

L1={Si|R(Si)∩Q(Si)=R(Si)} (i=0,1,…,k)

(6)

對可達(dá)矩陣首層因素的可達(dá)集、先行集以及交集進(jìn)行歸納，如表2所示。根據(jù)R(Si)∩Q(Si)=R(Si)的條件進(jìn)行層級分解，從表可知R(S2)∩Q(S2)=R(S2)、R(S5)∩Q(S5)=R(S5)、R(S6)∩Q(S6)=R(S6)、R(S7)∩Q(S7)=R(S7)，故S2、S5、S6、S7為首層影響因素。將S2、S5、S6、S7從上表中去掉，得到第二層情況，依次進(jìn)行劃分，直至產(chǎn)生最后一層因素。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建ISM模型如圖1所示。

圖1 影響因素的ISM模型

表2 首層因素的可達(dá)集合和先行集合

2.3.2影響因素層次分析

a.直接影響因素層(頂層)。包括軟件兼容性、配置及升級費(fèi)用、培訓(xùn)員工費(fèi)用和時(shí)間，收益。這4個(gè)因素是影響B(tài)IM應(yīng)用的直接影響因素。

b.核心影響因素層(2～4層)。包括BIM軟件完善程度、BIM應(yīng)用模式、BIM軟件本土化程度、BIM軟件開發(fā)程度、BIM的應(yīng)用計(jì)劃和方案、人員思維模式、組織內(nèi)部各參與方的協(xié)調(diào)工作能力、BIM應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn)。該層在系統(tǒng)中起到傳遞影響的作用，屬于中間影響因素。①如果參與工程項(xiàng)目各方的協(xié)調(diào)工作能力不是很高，BIM的使用就會失去應(yīng)有的價(jià)值，企業(yè)則會采取措施對BIM應(yīng)用計(jì)劃和方案做出調(diào)整。若工程項(xiàng)目中缺乏應(yīng)用BIM的工程案例和經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)在使用BIM上會缺乏足夠的指導(dǎo)性，故會反復(fù)調(diào)整BIM的應(yīng)用計(jì)劃和方案以求達(dá)到最好。②組織內(nèi)部采用BIM的應(yīng)用計(jì)劃和方案直接影響B(tài)IM的應(yīng)用模式。各企業(yè)內(nèi)部制定的BIM應(yīng)用計(jì)劃和方案，影響著BIM在各階段的使用方式，即對BIM的應(yīng)用模式產(chǎn)生直接的影響。③由模型結(jié)構(gòu)可知BIM軟件功能完善程度和BIM應(yīng)用模式導(dǎo)致BIM技術(shù)帶來的收益不明確。若BIM軟件在功能方面還未完善，使用方會對BIM的使用效果產(chǎn)生懷疑，BIM技術(shù)所帶來的效益也就不確定。BIM如何應(yīng)用則會直接影響企業(yè)對員工的培訓(xùn)方式，進(jìn)而培訓(xùn)的時(shí)間和費(fèi)用會不同。

c.根本影響因素層(底層)。法律責(zé)任界限、BIM標(biāo)準(zhǔn)合同文本、BIM知識產(chǎn)權(quán)、行業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和指南、行業(yè)主管部門的支持力度、對BIM的認(rèn)識、BIM人才數(shù)量。該層因素作為系統(tǒng)的根本因素，對上層其他因素產(chǎn)生直接或間接的影響。擁有完善的法律環(huán)境、政府部門的強(qiáng)大支持，BIM方面足夠的專家人才將在外部環(huán)境上對促進(jìn)BIM在我國水利工程的應(yīng)用提供強(qiáng)有力的支持。

3 BIM影響因素的MICMAC分析

3.1 MICMAC模型的構(gòu)建

本文以構(gòu)建的ISM模型為基礎(chǔ)，進(jìn)一步建立MICMAC模型，對19項(xiàng)因素進(jìn)行更深入的分析。MICMAC模型能夠識別各影響因素的驅(qū)動力和依賴性。根據(jù)驅(qū)動力和依賴性兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)值大小，將要素分為自治類、聯(lián)系類、依賴類、驅(qū)動類。依據(jù)分類結(jié)果，可以找到BIM深入應(yīng)用的策略。各因素的驅(qū)動力和依賴性可以通過對可達(dá)矩陣的行和列分別求和的方法來確定，如表3所示。

表3 各因素驅(qū)動力和依賴性

一般來說，若因素具有較強(qiáng)的驅(qū)動力，表示其對其他因素有著巨大的影響；若因素具有較強(qiáng)的依賴性，表示其深受其他因素的強(qiáng)烈影響。據(jù)表3可得，S1、S2、S5、S8、S16屬于自治類因素；S3、S4、S6、S7、S9、S10、S13屬于依賴類因素；S11、S12、S14、S15、S17、S18、S19屬于驅(qū)動類因素，為系統(tǒng)的關(guān)鍵因素?？梢?，該結(jié)果與ISM結(jié)果基本一致。

3.2 基于MICMACBIM的影響因素結(jié)果分析

a.自治類因素：軟件功能、軟件兼容性、軟硬件配置及升級費(fèi)用、各參與方的協(xié)調(diào)工作能力、應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn)屬于該類因素。該類因素的驅(qū)動力和依賴性較弱，比較容易克服。

b.依賴類因素：軟件本土化程度、軟件自主開發(fā)程度、培訓(xùn)員工費(fèi)用和時(shí)間、BIM帶來的收益、BIM的應(yīng)用計(jì)劃和方案、應(yīng)用模式、人員思維模式轉(zhuǎn)變能力屬于該類因素。MICMAC模型顯示，S7的依賴性最強(qiáng)，深受BIM軟件功能完善程度、BIM應(yīng)用模式的影響。從獨(dú)立類和依賴類因素可知，S2、S5、S6、S7的驅(qū)動力最弱，對其他因素的影響較弱，是ISM模型中的表層因素。

c.聯(lián)系類因素：在本文構(gòu)建的ISM模型中不具備這種層級關(guān)系的因素。

d.驅(qū)動力因素：對BIM的認(rèn)識、BIM專家人才的數(shù)量、行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和指南、行業(yè)主管部門的支持力度、法律責(zé)任界限、BIM標(biāo)準(zhǔn)合同示范文本、BIM模型的知識產(chǎn)權(quán)屬于該類因素。驅(qū)動力因素具有較強(qiáng)的驅(qū)動力，位于ISM模型的底層，屬于根本影響因素。

3.3 MICMAC模型與ISM模型的內(nèi)在聯(lián)系

根據(jù)上述MICMAC模型結(jié)果的分析，可發(fā)現(xiàn)MICMAC模型中的驅(qū)動力因素、依賴類因素分別與ISM模型中的根本因素、直接因素相對應(yīng)。以上內(nèi)在聯(lián)系可從兩個(gè)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分析。

a.ISM模型中的底層因素屬于系統(tǒng)中的根本因素，對其他因素往往有著較大的影響；而MICMAC模型中的驅(qū)動類因素具有較強(qiáng)的驅(qū)動力，對其他因素的影響較大。因此，ISM模型中的底層因素往往與MICMAC模型中的驅(qū)動類因素一一對應(yīng)。

b.位于ISM模型頂層的因素即直接因素，深受其他因素的影響，而對其他因素的影響較小；MICMAC模型中的依賴類因素具有較強(qiáng)的依賴性，較弱的驅(qū)動力，不易影響其他因素，卻受其他因素的強(qiáng)烈影響。故ISM模型中的直接因素往往與MICMAC模型中的依賴類因素相對應(yīng)。

4 結(jié) 論

a.對BIM的認(rèn)識、BIM專家人才的數(shù)量、行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和指南、行業(yè)主管部門的支持力度，法律責(zé)任界限、BIM標(biāo)準(zhǔn)合同示范文本、BIM模型的知識產(chǎn)權(quán)位于系統(tǒng)的底層，具有較強(qiáng)的驅(qū)動力和較低的依賴性，對其他因素產(chǎn)生較大的影響，需對該類因素給予高度重視。行業(yè)主管部門應(yīng)加大對BIM的支持力度，在教育和軟硬件配置方面給予企業(yè)一定的支持，出臺相應(yīng)的鼓勵和優(yōu)惠政策。完善相關(guān)法律合同示范文本、明確法律責(zé)任、建立保護(hù)BIM模型知識產(chǎn)權(quán)機(jī)制將會在法律環(huán)境方面促進(jìn)BIM在我國水利工程更深入的應(yīng)用。

b.軟件兼容性、軟硬件配置及升級費(fèi)用、培訓(xùn)員工費(fèi)用和時(shí)間、BIM帶來的收益具有較弱的驅(qū)動力和較強(qiáng)的依賴性，是影響B(tài)IM應(yīng)用的直接因素。該類因素深受其他因素的影響，說明該類因素的解決需通過對其他因素進(jìn)行解決。比如BIM帶來的收益的提升可通過完善軟件功能來解決。

本文模型分析是以主觀分析為基礎(chǔ)的定性分析模型，在分析上還存在很多局限性，未來應(yīng)結(jié)合定量分析法對本研究做進(jìn)一步的改進(jìn)，為促進(jìn)BIM在我國水利工程的應(yīng)用提供更有力的理論依據(jù)。