基于BIM技術的工程項目績效評價方法研究

林依豪1 徐 明2 饒平平1 項江繁3 王翔宇 王喜春

(1.上海理工大學 土木工程系, 上海 200093； 2.楊浦區規劃和土地管理局, 上海 200090；3.上海市金山區朱涇鎮城市綜合管理中心, 上海 201500； 4.上海延華智能科技(集團)股份有限公司, 上海 430073)

1 引言

BIM技術借助于計算機技術，將工程項目中包含材料信息、幾何數據等相關建筑信息的構件有機地整合起來，形成一個建筑信息數據庫，并根據信息數據庫中所有構件的參數信息建立工程項目三維數據模型。設計師和工程師通過三維數據模型，能夠充分掌握各種建筑信息，能夠及時應對未知問題，為協同工作提供堅實的基礎[1]。BIM技術的綜合應用不僅提高了工程質量和施工效率，降低了項目的總體成本，為建筑業的發展帶來了巨大的利益，還加快了建筑行業的科技發展，推動了工程建設領域的轉型[2]。

BIM技術于2008年在國內廣泛的流傳。經過十年的發展，各建筑參建方從對BIM技術的不確定趨勢的觀望態度，轉變到施工企業開始積累和探索BIM技術在全生命周期中施工階段項目管理應用，并逐步改善傳統粗放型的管理模式，向精細化項目管理模式轉變[3]。與此同時，政府部門也開始探索基于BIM技術的公共服務管理平臺，提升政府監管水平和相關建設單位以及設計單位的管理能力。在BIM技術發展的十年間，大多數建筑企業和建筑各參建方都一致認同BIM技術能為項目運行帶來巨大的價值，甚至，有些企業夸大了BIM技術的優勢，認為BIM技術可以解決一切問題。僅僅是感官上認為BIM技術可以解決許多工程難題，對于如何高效地使用BIM技術，怎么利用BIM技術能帶來更高的價值，應用BIM技術能產生哪些經濟價值點都沒有清晰的認識。當然，也有一部分企業對于運用BIM技術到底值不值都產生了疑問。

為了推動BIM技術更好地實施落地，量化BIM技術對工程項目的推進作用，明確BIM應用目標與應用結果的指向關系。本文根據BIM技術對工程項目績效的影響，結合績效評價方法，構建基于BIM技術的工程項目績效評價體系[4-5]。

2 工程項目績效評價指標

通過對上海市63個BIM試點項目進行調研(調研結果如圖1所示)，BIM技術對工程項目績效所產生影響主要集中在縮短工期、節約成本、提高質量、提高管理效率、提高安全性以及數據資產的積累六個方面。其中認為提高質量以及提高管理效率，共計57個，占比高達90%。

圖1 BIM試點項目調研結果

根據文獻歸納及調研結果，結合項目 “三控、三管、一協調”[6]，本文從進度控制能力、成本控制能力、質量控制能力、安全管理能力及管理效率五個方面進行項目績效評價[7]，并構建如表1所示的層次結構模型。

表1 工程項目績效評價指標結構模型

3 構建工程項目績效評價模型

3.1 工程項目績效評價方法

基于BIM技術的工程項目的評價過程是抽象的。建筑各參建方對BIM應用的能力或者實踐經驗不同，都會給項目績效價值來源帶來許多不確定性。因此，本文提出一種復合型評價方法(如圖2所示)。首先，通過搜集國內外核心期刊中提及的應用價值點、績效評價指標及實際工程項目中BIM應用價值點和改變量，建立層次分析結構模型。將復雜的評價對象分成若干個小對象，按照對象之間的聯系逐個劃分層級。接著，建立決策矩陣用于數據處理，以確定每個層級的權重指標。需要注意的是，決策矩陣需滿足一致性檢驗，否則需重新構建決策矩陣[8]。最后，使用模糊綜合評價法，構造模糊綜合評價矩陣，并進行工程績效的綜合評價。

圖2 工程項目績效評價方法流程圖

基于BIM技術的工程項目績效評價方法結合了層次分析法和模糊綜合評價法的優點，并加入文獻統計和工程實踐數據的方式，從而降低了層次分析法的主觀性，大大提高了評估體系的準確性和全面性。

3.2 層次分析法確定指標權重

層次分析法結合了定性分析與定量分析的特點，將人的主觀判斷轉化成定量的客觀依據。層次分析法的基本原理是將一件事分解成多個系統，然后使這些系統之間相互制約和關聯，再根據數學原理將其劃分層幾個層級，最后通過分析計算，得出最終結果。其基本步驟共分為四步[9-10]：

(1)構建評價問題的層次結構模型。層次結構模型一般分為目標、準則和方案層三個層級。目標層包括的是評價決策的目標，準則層主要涵蓋決策對象的若干影響因素，方案層則是為了達到目標層而提出的各種方案和措施。基于BIM技術的工程項目績效評價的層次結構模型如圖3所示；

圖3 層次結構模型

(2)構造判斷矩陣。判斷矩陣是通過層級之間的兩兩對比，并賦值產生的矩陣,判斷矩陣的形式如下:

其中，bij表示對于準則A而言，方案層B中的元素bi與bj元素比較得到的二者之間的相對重要程度。bi、j的取值可以是根據資料、歷史統計數據或是專家意見和經驗來確定的。本文引入9分位標度法進行要素間的定量描述。

(3)計算各層級之間的排列順序。在確定判斷矩陣之后，對層次結構進行排序，分別計算每個判斷矩陣每個方案層所對應準則層、目標層的權重。計算步驟如下：

1)將判斷矩陣歸一化為下列結果：

2)將每一列經歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為(Wi為各要素的權重)：

(4)一致性檢查

一個正確的判斷矩陣，其重要性排序是有一定邏輯規律的。例如，當A比C更重要，而B稍微比C重要時，很明顯A必須比B更重要。如果判斷結果與之相違背，那么判斷將是不合理的。因此，在實際操作中需要進行一致性檢查。只有通過一致性檢驗，才能認為判斷矩陣計算的權重和結果分析是合理的。

在進行一致性檢查時，需計算判斷矩陣的一致性指標C.I.，隨機一致性比率C.R.以及判斷矩陣的最大特征值λmax。

基于此，本文利用層次分析法確定各評價指標權重。根據專家評判以及數據統計結果，構造出6個判斷矩陣。如表2-7所示。

表2 準則層要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=5.384，隨機一致性比率C.R.=0.077<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

表3 進度控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣λmax=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表4 成本控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表5 質量控制能力要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=3.029，隨機一致性比率C.R.=0.014<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

判斷矩陣的最大特征值λ=2，隨機一致性比率C.R.=0<0.1，故判斷矩陣具有完全一致性。

表7 管理效率要素判斷矩陣

判斷矩陣的λmax=3.036，隨機一致性比率C.R.=0.03<0.1，故判斷矩陣具有可以接受的一致性。

3.3 模糊綜合評價

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學理論的評價方法，它利用隸屬度理論對隱藏信息進行數字化處理。 并最終作出較為科學且貼近實際的綜合性評價[11]。 具體步驟如下：

4 案例分析

本文以已完成驗收的某個BIM試點項目為例，進行工程績效評價分析，工程基本情況如表8所示。

表8 工程基本情況

(續)

根據層次分析法計算結果得：

W=(0.232,0.296,0.130,0.096,0.246)

WT=(0.25,0.75)

WC=(0.5,0.5)

WQ=(0.405,0.481,0.114)

WS=(0.5,0.5)

WE=(0.327,0.413,0.260)

根據各自權重得出一級指標綜合評價：

ST=WT·RT=(0.625,0.3,0.075,0)

SC=WC·RC=(0.525,0.425,0.05,0)

SQ=WQ·RQ=(0.5,0.42,0.08,0)

SS=WS·RS=(0.22,0.78,0,0)

SE=WE·RE=(0.6,0.3,0.1,0)

所以，工程項目績效評價矩陣為：

S=(0.494,0.445,0.061,0)

根據最大隸屬度原則，本項目整體績效評價結果為優。從五個層面結果來看，進度控制能力、成本控制能力、質量控制能力及管理效率表現結果均為優，僅安全管理能力為良。因此，需要適當加強項目安全管理的能力。

5 結論

本文運用綜合評價理論和信息技術評價方法，分析了BIM應用的工程績效評價問題，得出以下結論：

(1)本文通過對63個BIM試點項目進行專家調研，并結合文獻應用及BIM試點項目資料分析，共總結出一級指標5項，二級指標12項，并基于此構建工程績效評價層次結構模型。

(2)本文根據專家調研結果，深入分析工程績效評價中BIM技術所產生的價值，并利用層次分析法確定各個指標權重系數。最后，通過模糊綜合評價法建立模糊矩陣，處理數據并得出最終評價結果。

(3)在全行業應用BIM技術的環境下，業界普遍認為BIM技術可以帶來較高的經濟價值，但是該觀點缺少強有力的評價體系支撐。本文選取BIM試點項目進行工程績效評價，驗證了評價模型的可行性，為構建科學、完善、合理的BIM應用的工程項目績效評價體系奠定了良好的基礎。