基于SEM的BIM應用推廣阻礙因素分析及對策研究

李夢夢，賴芨宇*，姚 超，孫曉丹

1.福建農林大學交通與土木工程學院，福建 福州 350002；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430056 3.福建建融工程咨詢有限公司，福建 福州 350001

建筑信息模型（building information modeling，BIM）是一種用數字化手段完整的表達建筑信息的技術。它具有信息完備性、信息關聯性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性八大特點［1］。運用BIM技術進行三維建模、碰撞檢測等多種作業，可以大量節省人力物力避免返工，合適的工程使用BIM技術不僅能縮短工期還能節省成本［2］。目前外國一些BIM軟件開發的比較齊全，在美國、西歐等地區的應用也已相當成熟，并且已經得到了廣泛的認同［3］。在我國，BIM技術還屬于一個新生事物，并未得到普及，市場空間和認可程度較小，政府正在努力推廣。盡管BIM有著巨大的優勢，但僅一些比較大的工程項目和一些很大的企業采用了BIM技術，而一些小的工程項目基本不會考慮采用BIM技術，一些小企業甚至根本不懂BIM到底是什么。因此尋找阻礙BIM推廣的因素，提出具有針對性的建議迫在眉睫。

國內許多學者及機構對BIM在企業中的應用推廣阻礙因素做了研究。何關培［4］通過對建設方、施工方、設計方三方的調查，發現影響BIM推廣的阻礙因素是工作流程的轉換不熟悉、抵觸新技術、思維轉換困難。何耀［5］通過對建筑公司的調研，得出BIM應用推廣的的阻礙主要因素為技術因素，BIM本土化程度低、建模信息不完整、軟件操作難度大等。梁定河等［6］提出BIM人才缺乏、數據沒有統一轉換標準、軟件兼容性差等是BIM應用阻礙的最大因素。潘佳怡等［7］通過文獻總結，得出BIM推廣的主要因素是缺乏統一BIM標準、爭議機制處理不完善、風險承擔無明顯劃分、專家聘請費用過高、設計效率低費用高。以上現狀和研究分別從技術、經濟、法律法規等因素對BIM的應用阻礙因素進行了分析，對于今后我國BIM推廣具有極其重要的借鑒意義，但是他們都是在小樣本的調查之后做的分析，并沒有對影響因素的大小進行比較及排序。

通過文獻閱讀和專家咨詢，對之前的一些研究成果和專家意見進行總結，對使用BIM的認知度、技術、政策法規、組織管理、經濟等多方面進行了完善和補充，對于過時的一些因素進行了剔除，然后綜合確認這些方面對BIM推廣的影響大小。運用結構方程模型（Structure Equation Model，SEM）進行數據分析，采用定性與定量分析相結合的辦法，在建立模型時給預測因子一個殘差，在評價的過程中解釋測量誤差，根據最后優化好的模型路徑系數的大小確定影響大小，進而對如何改善BIM在我國的應用推廣情況提出更有針對性建議。

1 確立指標體系

1.1 指標確立

通過大量文獻閱讀和專家咨詢初步設計了17個因素，然后根據小范圍的問卷調查結果，合并相關性較高的因素、刪除不必要的因素，添加了對BIM應用效益的認知度、模型的數據安全性、政府鼓勵政策、企業高層對BIM的支持、培訓費用，最后得到18個因素，并對這18個因素進行分類，得到認知度因素，技術因素、政策法律因素、組織管理因素、經濟因素5個大因素，將工作流程認知度等18個因素作為二級指標。

1.1.1 認知度因素 員工由傳統2D到3D的思維模式的轉變，建筑企業對BIM一系列軟件的認知度以及利用BIM對建筑全壽命周期管理的工作流程的轉變［4］，部分企業對BIM應用后產生的效益較為模糊。

1.1.2 技術因素 BIM一系列軟件本身不成熟，外國軟件在我國沒有得到完全的本土化，而我國研發的軟件尚不完善，這就導致模型數據的完整性得不到保證［5］；缺乏BIM人才，不僅包括熟練使用BIM軟件人才，還包括BIM管理人才、BIM研發再開發人才［6］。通過調查發現，部分企業也十分擔心模型的數據是否安全，會不會存在信息泄露的情況。

1.1.3 政策法律因素 BIM技術能不能得到推廣與政策法律是否成熟是息息相關的，無明確的法律責任界限，那么風險的分擔無法確定，將會出現爭議，而我國目前也沒有具體的BIM方面的爭議處理機制，但標準的合同范本會減少這些風險［8］。通過對部分建筑企業的調研，發現若是政府給出相應的鼓勵政策，他們也是愿意承擔部分風險去使用BIM技術。

1.1.4 組織因素 BIM技術能不能得到廣泛的應用還是取決于建筑企業自身情況，若沒相應的BIM工作流程管理團隊，也無合理的企業組織框架，那么使用BIM技術可能會出現信息傳遞紊亂，使BIM原本的優勢變成其短板，導致工期延期等后果；另外企業的高層直接決定了項目是否使用BIM 技術［9］。

1.1.5 經濟因素 BIM軟件對電腦配置要求比較高，同時BIM系列軟件費用比較昂貴；其次BIM軟件的操作難度系數大且內容較多，再加上目前市場上會BIM軟件的操作人員不多，培訓費用偏高；BIM模型的建立需要多方的配合，采用BIM的項目設計周期較長，設計費用較高，而最后產生的經濟效益也存在著不確定性，這就導致建筑企業不敢采用BIM技術［10］。

將上述5大因素作為一級指標，分別用RF、TF、PF、OF、EF表示，二級指標根據所對應的一級指標，分別表示為RF1、RF2等，如表1所示。

1.2 問卷設計與分析

問卷的發放形式由紙質問卷和網絡問卷形式發放，其中網絡問卷設置了一個IP指允許回答一次，避免了受訪者多次作答，影響可靠性。受訪者包括高校BIM的研究生、施工員、項目經理、設計人員、監管部門人員以及建筑相關的其他單位人員。紙質問卷都是去調研當面填寫及回收，發布對象包括BIM研發公司、咨詢公司、施工企業、設計單位、以及政府相關部門。本次調查問卷發放地區包括福州市、廈門市、三明市、武漢市、深圳市、重慶市、沈陽市等。紙質問卷共發放60份，回收52份，無無效問卷，網絡問卷發放140份，回收124份，有效問卷112份，回收率為88%，回收有效率為93.1%。

表1 觀測指標Tab.1 Observation indicators

1.3 調查數據的效度和信度檢驗

為了驗證評價指標結構的效度，采用軟件SPSS22.0中的因子分析對調查的數據對量表的效度和結構效度進行檢驗［11］。其KMO值為0.851，Bartlett球形檢驗結果如表2所示。

表2 Bartlett球形檢驗結果Tab.2 Bartlett spherical test results

由于KMO值的檢驗結果為0.851，大于0.5，滿足規定要求；顯著水平P為0.000，小于0.05，說明因素之間存在著一定的關聯性，故而因子分析的適應性得到了驗證。

對量表的結構效度進行驗證，其總量表的方差統計如表3所示。

表3 總量表的方差統計Tab.3 Variance statistics of total table

提取大于1的平方和載入，結果如表4所示。

表4 提取平方和Tab.4 Extracted sum of squares

用主成分分析法對總量表進行因子分析，結果抽取5個成分因子，這5個因子作為主因子，特征值大于1，積累的方差貢獻率為62.350%，大于50%，表明該量表通過結構效度檢驗，問卷的有效性得到了驗證。

為了驗證評價指標的信度，采用SPSS進行可靠性分析［12］，分析結果如下。

由表5可知，其Cronbach’s Alpha系數均大于0.6，而總的 Cronbach’s Alpha系數達到了0.876，說明此問卷數據具有很高的信度。

表5 信度檢驗結果Tab.5 Reliability test results

通過對問卷的效度和信度進行檢驗，最終結論證明此問卷的有效性和可靠性得到了驗證，說明問卷中各指標題項可以作為模型建立的變量，可以進行下一步的模型構建。

2 SEM的構建

2.1 因素影響分析

根據文獻閱讀及專家意見指導分析，提出以下假設：

H1：工作流程、BIM軟件、及應用BIM產生的經濟效益的認知度，對認知度因素產生正向影響，認知度因素對BIM的應用推廣產生正影響。如何選擇BIM軟件，及使用BIM的思維轉換影響設計人員對BIM的采納度，對產生效益的認知度決定了建設企業是否采用BIM。

H2：軟件的本土化程度、軟件功能的完整度決定了數據是否完整和兼容，影響著使用順暢度，而軟件數據的安全度對項目的技術的保密性、投資的隱私性有著重要作用，這些軟件技術因素對BIM影響呈正相關；BIM軟件操作的流暢度、BIM的二次開發、BIM管理人才這些人才技術因素均對BIM的應用推廣有著正影響。

H3：無標準BIM合同范本，對于各方職責權限不明確，風險承擔界限不明確，易出現爭議，而目前沒有完善的爭議處理機制，因此爭議處理機制、BIM標準合同范本、鼓勵政策及法律責任的明確性對政策法律因素產生正影響，政策法律因素對BIM的應用推廣有著正影響。

H4：合理的各方企業組織結構框架可以提高工作效率、節約成本，專業的BIM管理團隊可以保證整個工程項目順利的進行，而企業高層對BIM的支持度幾乎直接影響項目是否采用BIM，因此其對組織管理因素產生正影響，組織管理因素對BIM應用推廣有著正影響。

H5：軟件硬件費用、培訓費用、設計費用的降低將會使更多人去學習BIM知識，而產生的經濟效益大小則會直接影響投資者是否使用BIM技術，因此軟件硬件費用、培訓費用、設計費用及產生的經濟效益對經濟因素產生正向影響，經濟因素對BIM的應用推廣有著正影響。

2.2 SEM路徑圖的建立

運用AMOS22.0軟件對各個變量進行驗證性分析，采用最大似然法對模型進行參數估計，為了更加清晰的表示出觀測變量與潛在變量之間的關系，用路徑系數表示［13］。基于模型擬合指數，在不影響原結構方程模型邏輯的情況下，對模型進行適當的修正，改善模型配適度，以獲得配適度較好的模型，最終圖形如圖1所示。

圖1 BIM阻礙因素的SEMFig.1 SEM of BIM impeding factors

選取卡方CF與自由度df之比，適配度指數G，非基準適配度指數N，比較適配指數C，近似均方根誤差R，增量擬合指數I，比較擬合指數T等參數進行檢驗，從而考量模型的擬合優度［14］。經檢驗，修正之后的模型符合絕大多數指標的標準（見表6）。

表6 整體適配度Tab.6 Overall fitness

修正后模型路徑系數及其顯著性檢驗匯總如表7所示。

表7 修正后模型運行參數估計結Tab.7 Estimation of operation parameters of model after modification

2.3 模型結果分析

由圖1可以看到，觀測變量與潛變量之間的影響關系，潛變量與阻礙因素影響大小用路徑系數表示得很清楚［15］。將阻礙BIM應用推廣的因素的大小分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個級別（見表8）。

表8 影響級別分類表Tab.8 Classification of impact level

從整個模型及路徑系數可知，政策法律因素對BIM推廣的影響很大，技術因素及組織管理因素對BIM推廣的影響比較大，認知度因素及經濟因素對BIM推廣的影響一般大。政策法規因素為最大的影響因素，路徑系數高達0.94，說明政府方面在BIM的應用推廣中占著最主要的地位。剩余因素排序則分別為技術因素＞組織管理因素＞經濟因素＞認知度因素。

認知度因素中，工作流程的認知度及BIM應用效益認知度對認知度因素的路徑系數均大于0.6，呈正向顯著影響，BIM相關軟件的認知度對認知度因素呈正向影響，假設H1得到驗證。

技術因素中，模型的數據完整度、模型的數據安全性及BIM人才對技術因素的路徑系數均大于0.6，呈正向顯著影響，軟件適應性對技術因素呈正向影響，假設H2得到驗證。

政策法律因素中，爭議處理機制、法律責任界限的明確性、政府鼓勵政策、標準合同范本對政策法律因素的路徑系數均大于0.6，成正向顯著影響，假設H3得到驗證。

組織管理因素中，企業結構組織框架、企業高層對BIM的支持及專業BIM工作流程管理團隊對組織管理因素的路徑系數均大于0.6，呈正向顯著影響，假設H4得到驗證。

經濟因素中，軟件硬件費用、培訓費用、設計費用對經濟因素的路徑系數均大于0.6，對經濟因素呈正向顯著影響，產生的效益對經濟因素呈正向影響，假設H5得到驗證。

3 阻礙BIM應用推廣的研究對策

3.1 完善BIM相關法律

由分析結果可知，政策法規因素指標中，標準合同范本的制定及政府的鼓勵政策路徑系數最大，為0.67，而爭議處理機制及法律責任界限的明確度則分別為0.65、0.64。由于缺乏標準合同范本占著主導因素，因此政府應頒發BIM的應用標準和指南，作為規范性和指導性的文件。建立BIM技術標準和指南之后，為撰寫BIM標準合同范本提供了依據。由于BIM顛覆了傳統的工作流程，所以各參與方的責任和義務也會有所差別，在合同中明確各方面責任風險，可以減少爭議。由于爭議處理機制及法律責任界限的明確度的路徑系數分別為0.65、0.64，與標準合同范本的路徑系數0.67極為接近。所以政府部門需要盡快完善爭議處理機制，避免在出現爭議時無法處理。適當推出BIM相關保險問題，使風險能夠合理分擔，這樣有利于建筑業走向更健康的道路，使各企業蓬勃發展。

3.2 基于SEM的BIM技術應用阻礙因素分析

政府的鼓勵政策與標準合同范本路徑系數同為0.67，說明其與標準合同范本同樣重要。所以政府應制定一個完整的鼓勵機制去刺激建筑企業使用BIM技術。由于BIM設計周期長，設計成本也相應增高，且設計之后不容易更改，若政府強行要求項目不論大小必須采用BIM技術，小型項目將會出現虧損現象。因此政府應制定合理的BIM應用鼓勵機制，根據工程量的大小、建設周期、投資額等多方面因素來確定項目什么時候必須使用BIM，什么時候建議使用BIM，什么時候可以不使用BIM。對于應用BIM技術的項目，可以給出一定的扶持資金或政策優惠，對于使用BIM完成的優秀示范工程，可以頒發高含金量的獎項，以此使企業高層對BIM持樂觀態度。

3.3 大力培養BIM人才

技術因素指標中，BIM人才的的路徑系數最大，為0.75，目前市場BIM人才緊缺，說明大力培養BIM建模操作人才、研發人才及管理人才都對BIM的應用推廣有利。培養BIM人才不僅僅是培養熟練使用軟件建模的人才，還包括BIM施工管理人才。我國雖然已經對BIM技術進行了研究，但是具體BIM技術的施工操作流程和管理方式并沒有形成一套完整的體系和理論，且我國BIM管理人才也相當稀少。一些建筑項目在應用BIM技術時，由于沒有明確的BIM技術施工流程，一些工序的先后順序混亂，管理人員經驗不足，導致返工，最后不僅成本增加還誤工，BIM技術的優越性沒能體現出來，導致一些建筑企業望而生畏，不敢再去嘗試。因此，政府部門和有關技術人員需要在結合國外經驗的基礎上，研究適合我國建筑業特點的施工流程和管理辦法，培養優秀的BIM管理團隊和BIM應用戰略計劃人才。此外，還需大量培養BIM研發人員，進行BIM的二次開發。不管是基于操作結果類的開發還是基于數據利用類的開發，只有先掌握到技術才能讓我國的BIM技術達到領先狀態。

3.4 借鑒BIM成功案例組織結構框架

組織管理因素指標中，各方企業組織的結構框架路徑系數最大，為0.74。目前BIM在我國的應用并不成熟，大部分BIM的應用都是在做管線碰撞、施工模擬等，若要將BIM應用于壽命全周期，制定合理的組織框架極為重要。不合理的組織結構框架將導致工作流程混亂，信息傳遞慢，效率低下，進而導致管理成本增加。在沒有專業的BIM團隊的情況下，借鑒BIM成功案例的企業組織結構框架尤為重要，對案例進行了透徹的管理分析，繼而采用頭腦風暴法對自身企業組織結構框架進行整改，以減少因組織框架帶來的成本及效率問題。

4 結 語

BIM技術具有良好的發展前景已是共識，但一些因素也阻礙著BIM技術在我國的應用推廣，筆者通過閱讀大量的國內外文獻和專家咨詢，最終提取并歸類出BIM應用推廣的阻礙因素，運用SEM對這些因素進行分析，然后提出一些建議。研究的結論主要有：

1）利用大量文獻和專家咨詢，得到阻礙BIM在我國應用推廣的18個因素，并將這些因素歸為經濟、技術等5個范疇。

2）根據列出的18個因素設計問卷，并采用SEM對收集到的數據進行分析，得到阻礙因素最大的是政策法律因素，而影響政策法律因素最大的是缺乏標準合同范本和合理的鼓勵政策。

3）根據阻礙BIM應用推廣的主要障礙因素和次要因素，據此提出促進BIM在我國建筑行業應用的4個針對性因素建議。