基于灰色系統理論的水利水電工程BIM信息交互成熟度模型研究

孫少楠，沈 春

(華北水利水電大學水利學院，河南 鄭州 450045)

0 引言

水利水電工程傳統建設管理運作方式具有設計階段與施工及運維階段相分離、紙質載體的信息傳遞方式和階梯性管理等特點，使得設計方和施工方對工程有著千差萬別的理解，信息在傳遞過程中大量流失［1-2］，不利于工程管理及時間、成本的控制。BIM技術能夠有效改善傳統信息管理工作中的弊端，通過模型參數信息進行整體的信息管理，可以有效克服時間和空間上的障礙，實現建設項目在整個生命周期中不同參與方之間的有效溝通。

Cong Liang［3］進行了多功能 BIM 成熟度模型研究，并成功用于工程、企業、工業中;Jae-sung Lee［4］通過將BIM成熟度模型劃分為11種不同的結構模型和40種詳細指標，進行重要性、權重、等級的劃分，總結研究可用于多個對象目標的成熟度模型，用于診斷設計公司BIM成熟度指標;崔曉［5］建立了BIM整體應用成熟度評價指標體系和指標能力判別方法，甄別出BIM應用情況成熟度級別中的薄弱環節，確定了成熟度級別的評定方式。綜上，BIM技術的出現為水電行業的信息傳遞帶來了新的變革，但對于BIM技術應用于水電工程進行信息交互的評價標準仍不完善。

灰色系統理論能夠解決信息不完備、不確定的問題［6］。為了評價水電項目BIM信息交互能力，本文研究建立水利水電BIM信息成熟度模型，制定符合水利水電工程的成熟度指標體系，引入灰色評價模型［7］，對成熟度進行量化和評價以驗證工程使用BMI技術的合理性與全面性。

1 水利工程BIM信息成熟度模型的構建

1.1 水利工程BIM技術信息交互能力分析

影響建設項目信息的因素多種多樣，由于項目參與方在建設項目全生命周期中的職責和作用不同，在不同階段、不同環境受到的不同的影響，因此需要和產生的信息也不同，三者都需通過信息進行密切的交流。信息交互質量是企業管理水平和狀態的映射，信息交互質量評價就是信息使用者對使用相應的方法的反應程度［8］。BIM技術帶來的信息交互方式能從全生命周期的角度對各個階段的信息進行分析，建立BIM數據之間的信息提取、關聯及擴展，保證不同階段不同參與方信息之間的傳達和交互，實現整個生命周期中的信息有效集成和應用。

水利水電工程BIM信息成熟度模型是用于測評運用BIM技術進行水利工程信息交互的一種方法，可用于測評水利行業信息管理的能力和水平，診斷差距與問題之所在［9］，并針對問題提出改進措施幫助各參與方提高信息傳遞效率，最大化地提高信息利用水平。嚴格來講，信息交互的成熟度指運用BIM技術進行信息交互的能力，通過指標的細化，尋找出使用BIM技術在信息傳遞過程中存在的問題，有針對性地進行目標改善，進而加以改進并不斷優化［10］。

1.2 水利工程BIM應用成熟度模型的建立

1.2.1 成熟度模型等級劃分

結合能力成熟度模型(CMM)基本理論，進行水利工程BIM技術信息交互成熟度模型的構建，將各參與方在建設項目信息管理中使用BIM技術進行的能力和情況從混亂到規范再到優化的過程有序分為初始級、可重復級、已定義級、已管理級、優化級五個階段，形成一個逐級遞增，不斷升級的過程，每個階梯的上升都代表著信息水平發生質的變化，整個水平向更高更成熟的等級邁進。水利工程BIM信息交互的成熟度模型等級結構示意如圖1所示。

1.2.2 成熟度模型指標體系

分析我國運用BIM技術進行信息交互的現狀，影響其能力的因素大致分為信息因素、組織因素、交互方式因素三大類。由此建立BIM信息交互成熟度模型指標評價體系，評價目標由一、二級評價指標構成，即 U={U1，U2，…，Ui};Ui={Ui1，Ui2，…，Uij}，(i=1，2，3)，如圖2所示。信息因素是維持BIM正常運行時的內在屬性，此階段要求BIM信息模型必須足夠豐富，并且準確性要求高，使之成為有用的、可靠的信息。組織結構的形式與信息傳遞方式具有密切的聯系，這種聯系在于通過組織效率影響信息傳遞效率。交互方式反映BIM應用的外部環境。

圖1 水利水電工程BIM信息交互的成熟度模型等級結構示意

圖2 水利水電工程BIM信息交互成熟度模型指標評價體系

2 水利水電工程BIM成熟度評價模型求解步驟

2.1 確定評價標準和樣本矩陣

(1)根據前文對成熟度等級的討論，將評價矩陣標準分為“優化級”“已管理級“已定義級”“可重復級”和“初始級”5個等級，打分采用10分制，評價等級取值依次為A=(9，7，5，3，1)。

(2)假設共有r位專家參加評價，把第s位專家對第j個指標的評價量樣本記為lsj，考慮n個因素，各因素專家分值記為其分值記為λrn。

2.2 確定評價灰類

記評估灰類為e，根據評價等級，評價灰類共5類，即e=1，2，3，4，5，相應的灰數為=(1，2，3，4，5)=(9，7，5，3，1，)，各灰類對應的白化權函數如下:

3 案例分析

某大型水電站工程運用BIM技術進行項目管理。該工程各專業整合信息模型如圖3所示。該工程包含信息量較大，運用BIM技術對模型進行了大量的信息分類、信息提取、信息整合工作，并綜合考慮各種因素，對模型中未包含的信息進行了補充和完善，細化到施工人員能對照模型直接進行交流的層次，對信息的傳達和交互起到了推波助瀾的作用［11］。

4 模型的應用研究

4.1 獲得樣本矩陣

根據評分標準，共邀請了10位專家組成專家評價小組對該案例進行評價，具體打分結果參見表1。

4.2 計算灰色模糊評判矩陣

由評價灰類可得，U11的灰色評價權向量為(0.2198，0.2527，0.2324，0.1660，0.1291)。

從而得到灰色模糊矩陣為:

表1 評價樣本矩陣

4.3 確定指標的權重集合W

由二級指標灰色評價權可得參考數列:U0=［9，9，8，9，8，10，9，8，8，9］，繼而推出絕對差序列(由于篇幅所限未作詳細過程)。

對于j=1，2，…，n;s=1，2，…，r，由絕對差序列可得

令分辨系數ρ=0.5，利用關聯系數計算公式，即可計算出指標j在第s位專家上的關聯系數

利用公式可求出關聯度，從而進行關聯度歸一化，得到指標的權重集合為W=(0.058 4，0.062 5，0.074 4，0.064 1，0.068 0，0.052 4，0.066 8，0.058 7，0.053 6，0.065 9，0.048 8，0.054 3，0.038 8，0.058 4，0.051 2，0.064 3)

4.4 綜合運算

根據前面的計算結果，可得出模糊評價矩陣為B=W·R=(0.233 5，0.252 5，0.217 0，0.166 8，0.130 1)，綜合評價結果為5.584 5，處于“已定義級”。

從上述結果不難看出，案例在信息表現形式上達到了較高的成熟度，對工程管理更加全面，信息傳遞上也可滿足各方溝通的需要;但在交互方式上，平臺的使用情況仍不夠完善。整體看來，該案例運用BIM技術進行信息交互的水平良好但仍需提高，距離“優化級”還有一定的距離。

5 結論

本文在分析現階段水利水電工程BIM信息交互能力的基礎上，對水利水電工程的成熟度進行等級劃分，建立涵蓋信息因素、組織因素、交互方式因素的評價指標，并運用灰色系統理論對工程案例進行成熟度評價，確定下一步信息質量改進的目標，有利于企業形成核心競爭優勢的信息質量管理體系，為持續提高和改進BIM技術的進一步應用與發展提供了理論依據。

［1］鐘登華，李景茹，黃河，等．可視化仿真技術及其在水利水電工程中的應用研究［J］．中國水利，2003(1):67-70．

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［7］江新，胡小彬，劉曉培．項目群管理成熟度灰色評價模型研究［J］．人民長江，2013，44(1):100-104．

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［11］余雯婷，李希勝．基于BIM技術的建筑設施管理信息提取與應用［J］．土木工程與管理學報，2016，33(1):85-89．