基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素研究

薛 松，黃國華，徐寧梓，張珍珍

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100； 2.河海大學項目管理研究所，江蘇 南京 211100；3.江蘇省“世界水谷”與水生態文明協同創新中心，江蘇 南京 211100)

水利工程是民生工程，與群眾生活息息相關。EPC模式在國內外大型復雜工程項目中得到廣泛應用，也成為我國水利行業發展的必然選擇。水利工程EPC項目建設實踐表明，生產效率并未出現本質提升，也沒有取得預期的項目價值增值。2018年美國《工程新聞紀錄》榜單顯示，中國總承包企業利潤低于國際承包商，一方面是因為未采用適配于EPC的管理方法，另一方面則是由于“信息孤島”現象。2011年，《2011—2015年建筑業信息化發展綱要》發布，提出利用BIM技術推進建筑行業轉型升級。BIM價值巨大，其深度應用與發展，將帶來工程建設領域的一場變革。因此，把BIM理念和技術與EPC模式相結合，有利于水利工程項目全生命周期各階段、各專業、各參建方之間的信息與知識共享，提升多方的協同工作能力，實現EPC項目價值增值。項目價值增值是各利益相關方一致的追求，研究價值增值影響因素有助于闡明EPC項目增值機理，為實現EPC項目價值增值提供理論依據。理論和實務界共同聚焦于基于BIM的水利工程EPC項目價值增值問題，如何利用BIM技術促進項目價值提升以及項目價值增值的影響因素等問題是研究的關鍵。

EPC模式應用及價值研究對實施EPC模式有指導性作用。Moreau等[1]提出應用于EPC項目設計過程的信息管理策略能夠提高項目績效。Yeo等[2]從供應鏈管理角度入手為EPC項目提出改進框架，從工程項目角度出發，提出了項目價值鏈的概念。Kelly等[3]提出要使EPC項目各參與方的信息暢通，必須提高信息化水平。豐景春等[4]提出需要對EPC項目進行信息化管理，使項目的不同參與方能夠通過統一的信息平臺實現信息的暢通。BIM在國際上的使用較為廣泛，Ding等[5]提出一個BIM應用框架，討論如何利用BIM集成項目建設過程中的各類信息。Daytalab等[6]探索在項目建設的過程中如何搭建軟件平臺，設計了建筑系統各組成部分與BIM平臺的互操作，通過兩種技術的協同實現效益最大化。國內目前對BIM的研究仍處于初始階段，何清華等[7]對BIM技術進行研究綜述，探討BIM技術在工程建筑領域的應用。孫杰[8]認為BIM技術能夠很好地彌補二維CAD的缺點，提出將BIM技術應用于工程項目中，并對基于BIM的工程項目管理流程進行探究。有相關學者研究了EPC模式與BIM的結合，張德凱等[9]總結BIM技術的價值，對比目前各種管理模式的優缺點，指出EPC模式能夠充分發揮BIM技術的作用。施靜華[10]提出BIM技術在EPC項目中應用，為國際EPC項目管理提供了新思路。張云寧等[11]從經濟、能源、技術、管理4個維度，構建水利工程BIM應用效益評價指標體系。丁繼勇等[12]運用TOE框架和匹配理論，分別討論了水利水電工程組織場域BIM擴散的主要影響因素。一些學者對工程項目與價值鏈的結合進行了研究，Polat等13]認為建筑材料的采購和庫存對項目的準時制生產尤為重要，因此需要在工程項目中應用供應鏈管理。唐文哲等[14]通過研究提出需要對EPC項目進行一體化的供應鏈管理，為各項目參與方提供可以信息共享的途徑。段志成等[15]認為在工程項目中，總承包商是核心，總承包商通過與各分包商的協同合作，構造了一條完整的工程項目供應鏈，提高工程項目效率。姜陣劍[16]將價值網絡理論應用于建筑施工企業，通過價值網絡建立可持續發展的建筑企業協同發展模式。馬俊樂[17]分析了在建筑行業中如何基于價值網絡將BIM充分運用于建筑行業，實現集成化和協同管理。

以上研究表明，國內外學者已經意識到BIM技術應用于工程項目管理的重要性。目前，已有文獻大多探討BIM技術的應用前景以及具體的應用情景，如BIM技術在設計階段的碰撞檢測[18]等。還有部分學者，研究BIM技術采納與適應性[19]、BIM數據共享與交換[20]等。鮮有學者從BIM應用層面探討BIM技術與EPC項目價值增值的作用機理及關鍵影響因素識別。鑒于此，筆者從學術文獻和訪談記錄的原始數據入手，基于扎根理論，從宏觀、中觀、微觀三個不同的角度，識別出基于BIM的水利工程EPC項目價值增值的影響因素，采用集成DEMATEL-ISM方法解析關鍵因素之間的影響作用機理，為構建項目價值增值路徑提供理論支撐。

1 機理分析與研究設計

1.1 價值增值機理分析

EPC模式下，項目價值主要體現在勘察、設計、采購、施工、竣工、驗收等各階段活動中。在設計階段，總承包商根據業務提供“項目參與人員的協同努力、BIM技術支持能力、企業內部BIM能力、管理組織建設”的需求和資料，委托設計單位按照工程技術標準規范開展限額設計和設計優化，EPC項目價值初始形成。當設計完成后，就進入EPC項目采購和實施階段。采購階段是為EPC項目價值創造提供必需的物資資源、人力資源、技術資源等重要保障。施工階段的重要輸出是提供合格的項目產品，項目產品是EPC項目價值創造的載體。項目產品的驗收與交付，完成了EPC項目價值的最終實現。在此之前的項目價值形成、項目價值創造都是為了最終的項目產品價值交付。EPC項目參與方的價值創造活動作用于項目價值鏈的不同階段和節點，EPC項目價值的最大體現即為EPC項目產品。實現項目價值以項目完成為基本前提，因此與項目建設相關的要素，如建設成本及項目效益，均為衡量項目價值的重要組成部分。

依托于BIM平臺，通過物資流、資金流、人員流的整合，加快各階段間信息流動，減少界面矛盾，能夠更加合理化配置資源，達到全部動態最優，從而實現項目產品價值的傳遞、轉移和增值。BIM技術為項目資料收集、處理、共享提供了有效平臺，各參與方須協同合作，推進BIM平臺更新項目信息，有助于各利益相關方對項目的全局把控。DB模式下，項目價值主要體現在設計、施工等各階段活動中，利用BIM合理配置資源，實現的僅僅為設計、施工兩階段的價值增值。DBB模式下，工程項目嚴格按照D-B-B的順序進行，因此利用BIM僅可實現各環節的價值增值，而無法實現階段并行時創造新的價值。而EPC模式下，基于BIM平臺，不僅能實現項目各階段的項目增值，同時通過信息流的傳遞，減少界面矛盾，實現階段并行下的項目增值。基于BIM的水利工程EPC項目價值增值過程如圖1所示。

圖1 基于BIM的水利工程EPC項目價值增值過程

1.2 研究設計

1.2.1扎根理論

扎根理論是一種質性研究方法，歸納分析數據并形成概念框架。該方法具有靈活的準則、規范的方法、嚴謹的程序、建構的理論源于經驗數據的分析與提煉等優勢。近年來，我國大力推廣EPC模式、BIM技術、智慧水利等應用，出臺了一系列政策文件。同時，建設領域大量的工程實踐經驗與教訓，也為EPC項目價值增值研究提供了基礎資料。以深度訪談記錄和已有文獻作為原始數據，通過扎根理論的方法識別項目價值增值的影響因素，能夠更好地彌補現有文獻研究寬度不足的缺陷。

1.2.2DEMATEL-ISM方法

決策實驗室分析法(DEMATEL)[21]運用矩陣工具和圖論，通過專家評分判斷各因素間的邏輯關系，計算各因素的影響程度和被影響程度。解釋結構模型(ISM)[22]綜合運用圖論、集合論的知識，將復雜系統分解為多級遞階結構，分析系統要素相互關系和對整體的影響。DEMATEL-ISM二者的綜合集成[23]，系統層次劃分更為直觀，適合分析決策復雜系統問題。

為了更好地研究基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素，利用扎根理論對大量訪談記錄和文獻記錄進行編碼，得出影響水利工程EPC項目價值增值的內生性因素集。構建DEMATEL-ISM模型，確定影響因素之間的相互影響關系，分析基于BIM的EPC項目價值增值影響因素的影響機理。研究思路如圖2所示。

圖2 研究思路

2 價值增值影響因素識別

2.1 收集資料

對內涵和外延尚不明確的理論概念適于采用基于扎根理論的質性研究[24]，本文采用扎根理論進行基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素研究。訪談對象選擇對水利工程項目建設的全過程以及BIM技術在項目中的應用有清晰的了解、有一定的工作年限和項目經驗的專家共計20人，其中不同項目參與方15人，該領域研究人員5人。訪談重點圍繞BIM對水利工程EPC項目價值增值的影響因素，訪談內容圍繞兩個主題展開，開放式訪談提綱如表1所示。

表1 開放式訪談提綱

此外，在中國知網進行檢索，得到90篇相關文獻。其中2/3作為初始編碼的樣本，其余的1/3作為樣本，用來進行之后的飽和度檢驗。在對深度訪談記錄進行整理后，形成了約3萬字的文字資料。隨機選取2/3作為初始編碼的樣本，剩余的1/3進行飽和度檢驗。

2.2 基于扎根理論的資料分析

2.2.1開放式編碼

開放式編碼的目的是為了整合收集到的資料，并進行梳理。將無用的語句刪除，留下對編碼有效的資料，對整理好的資料進行概念化的翻譯，為主軸編碼提供依據。本次訪談得到了預期的效果，對提前設計的相關問題進行了充分的提問。結束后整理出本次訪談的內容，受文章篇幅所限，開放式編碼過程及結果未予展示。

2.2.2主軸編碼

由開放性編碼結果所獲得的范疇和概念數量多、差異大，需要對所得結果進一步進行二級編碼，即主軸編碼。通過研究開放式編碼得到的概念，追溯原始語句，尋找各范疇之間可能存在的關系，抽象得出相應的主軸。在進行二級編碼的過程中可以發現，18位參與訪談人員都提出政策的推動、BIM市場需求等因素是BIM對EPC項目價值的影響因素之一；其次，項目參與方的溝通合作、項目參與人員的協同努力、企業內部及外部合作企業的BIM專業技能等因素也能對EPC項目價值產生很大的影響；最后，16位訪談人員表示BIM技術支持能力、BIM與其他先進技術的結合等微觀因素對EPC項目價值也有很大的影響。因此，筆者抽象出上述不同范疇，整理結果反饋回專家，依據反饋意見二次討論，得出最終結論。如編碼命名標準、模型創建標準、庫的創建標準等均屬于BIM對EPC項目價值增值的影響因素中的BIM應用統一標準因素，因此將這幾個副范疇歸納成一個主范疇。最終得到17個主范疇，受文章篇幅所限，主軸編碼結果未予展示。

2.2.3選擇性編碼

比較各個主范疇的關系，進行系統性分析，從影響因素的主范疇中挖掘核心范疇，將識別出的影響因素分成宏觀、中觀、微觀3個維度。通過深入挖掘，選擇性編碼后形成的各主范疇之間存在下列典型關系：首先，宏觀因素是根本，政策的推動、BIM標準、法律責任界限的明確等因素影響著BIM在項目中的使用。中觀因素是保障，如協調工作復雜性、BIM能力、管理組織建設等對項目建設全生命周期環節的整體價值產生影響。微觀因素是基礎，如BIM技術的支持能力、BIM與其他先進軟件的結合等影響著項目單個環節的內在價值，從而也影響BIM對項目價值增值。選擇性編碼結果如表2所示。

表2 選擇性編碼結果

2.2.4理論飽和度檢驗階段

利用預留的資料再次重復進行上面的步驟，完成飽和度的檢驗。飽和度檢驗結果顯示，不存在與先前BIM對EPC價值的影響因素沖突的范疇，說明通過編碼得到的結果已經足夠。因此，理論上已飽和。

3 基于DEMATEL-ISM的價值增值影響因素分析

3.1 問卷調查

共發放問卷100份，回收74份，剔除無效問卷，有效問卷61份。采用Cronbach’sα分析法進行信度檢驗，從表3的正式量表信度檢驗結可以看出，問卷整體信度為0.917，且變量宏觀因素、中觀因素、微觀因素的信度系數均處于0.8以上。由此可見，問卷的穩定性和可靠性很高，調查樣本數據可用于進一步的討論研究。

表3 正式量表信度檢驗結果

3.2 基于DEMATEL-ISM的BIM應用影響因素研究

通過集成DEMATEL-ISM方法，分析基于BIM的EPC項目價值增值影響因素的影響機理，具體步驟如下：

3.2.1構建直接影響關系矩陣

標度因素間的影響程度，分析兩兩指標之間的直接影響關系，根據公式(1)構建直接影響關系矩陣V，如表4所示。

表4 直接影響矩陣

(1)

式中：Vij為因素i對因素j的直接影響程度；i為整數，取值范圍為1≤i≤n；j為整數，取值范圍為1≤j≤n；當i=j時，因為不考慮因素自身的影響，Vij=0。

3.2.2計算各影響因素的影響度、被影響度、中心度、原因度

將得到的V矩陣各行求和，比較各行取和數值，取其中最大值，設為M。構造規范化直接影響矩陣X，X的元素為V矩陣各個元素都除以M。

(2)

構造綜合影響矩陣Z。采取Z=X(I-X)-1相近計算，計算式如下：

Z=X(I-X)-1

(3)

式中I為單位矩陣。基于綜合影響矩陣，依據式(4)～(7)計算影響度A、被影響度B、中心度M和原因度U，結果見表5，依據表5繪制原因結果如圖3所示。

表5 中心度與原因度

圖3 原因結果

(4)

(5)

M=Ai+Bj

(6)

U=Ai-Bj

(7)

3.2.3建立可達矩陣

在得到Z的基礎上，用下式計算得到整體影響矩陣H：

H=I+Z=(hij)nn

(8)

根據相關領域已有的研究成果進行多次取值分析，依據試算結果，邀請多位專家考慮合理性及最優性，得到最適配于本研究的閾值計算模型。

λ=α+β

(9)

式中：α、β分別為綜合影響矩陣Z中所有元素的均值和標準差。最終確定本文所需的λ值為0.14。

依據式(10)構建可達矩陣K如表6所示。

表6 可達矩陣

K=(Kij)nn

(10)

3.2.4構建層次結構

對可達矩陣K劃分層級，識別影響因素層次。驗證可達集P和先行集Q的交集R與可達集P是否相同，其中R=P∩Q。如果交集R等于可達集P，則代表這個影響因素屬于這個層級。每識別完一個層級，需在K中劃去該層級行、列，用剩下的矩陣再次重復該過程，直到所有影響因素都被劃去。其中，最先被劃去的即為識別出的第一層級。以此類推，直至構建出完整的層級結構模型，層級劃分結果見表7。

表7 層級劃分

根據層級分析的結果，構建ISM模型，如圖4所示。

圖4 ISM模型圖

3.3 結果分析

3.3.1按照影響因素中心度分析

通過表6可知，中心度排名前3位的為a12、a7、a10，可以看出這3個因素在基于BIM的EPC項目價值增值的過程中作用尤為突出。因此，為了實現基于BIM的水利工程EPC項目價值增值，需要對這3個因素進行重點關注和改進。結合ISM層級結構圖，可以看到a10處于層級結構中的第一層，對于項目的價值增值起到直接影響的作用，a12和a7分別屬于中層和深層影響因素，與其他因素聯系緊密，在系統中的重要性可見一斑，因此a12、a7、a10應列為影響EPC項目價值增值的重要因素。

3.3.2按照影響因素原因度分析

原因因素易影響其他因素，主動性較強。a1、a2、a3、a4、a5、a7、a15、a17屬于原因因素，其中，a4在原因度排名中處于第一位，說明它最容易影響其他因素而不易被其他因素所影響。

結果因素易受其他因素的影響，有較強的被動性。a6、a8、a9、a10、a11、a12、a13、a14、a16屬于結果因素。

3.3.3影響因素層級結構分析

由層級結構圖可知，基于BIM的EPC項目價值增值的影響因素是一個有著6層遞階層級結構的復雜的系統。處于層級結構圖頂層的是表層影響因素，共有5個，分別是a3、a5、a6、a10、a15。中間層共9個因素，分別是a8、a9、a12、a1、a2、a11、a13、a16、a14。處于次底層的是深層影響因素a7、a17；處于最底層的是根源影響因素a4，處于模型最底層的影響因素在系統中屬于根本性問題，能夠對系統中的其他所有因素產生直接或間接的影響，是水利工程EPC項目價值增值需要關注的重點問題。

基于上述結論，針對基于BIM的水利工程EPC項目價值增值，從BIM技術支持能力、企業重視及投入程度、管理組織建設和BIM市場需求等4個方面，提出以下對策建議：

a.提高BIM技術支持能力。開發更強大的BIM軟件功能，提高BIM的協同應用、應用軟件功能完備性和結果正確性、易用性、軟件可靠性。提高BIM技術應用能力，如各專業協同設計、設計效果可視化、碰撞檢測等以及BIM平臺能力如信息獲得的及時性、共享信息的準確性。培養BIM人才，加強對項目建設人員的BIM技能的培訓，將BIM技術作為能夠大幅提高生產效率的主要動力。

b.企業加大對BIM技術的重視及投入程度。想要在企業內部使用BIM，需要對BIM技術有一定的前期投入。對BIM的投入包括購買BIM軟硬件費用、對項目人員進行BIM技術的培訓費用、聘請BIM專業人員的費用、構建適應BIM技術的業務流程等。

c.完善管理組織建設。應該創建BIM技術團隊，為團隊內的所有人員組織BIM技術相關的學習。組建BIM技術小組，在全項目范圍內推廣使用BIM技術，使BIM技術真正融合進項目管理過程中。

d.通過激勵措施提高BIM市場需求。需要建立科學規范的基于BIM的利益分配政策和激勵措施，從而對項目各參與方產生激勵，推動各方真正將BIM理念和技術應用到項目建設中去，從而提高BIM市場需求。

4 結 語

本文將BIM理念及技術引入水利工程EPC項目中，通過扎根理論對90篇相關文獻和20份訪談記錄進行編碼處理，從宏觀、中觀、微觀3個不同的角度，提取出基于BIM的水利工程EPC項目價值增值影響因素的17個內生性因素，并利用集成DEMATEL-ISM方法分析基于BIM的水利工程EPC項目價值增值關鍵因素影響機理，最后在結果分析基礎上提出針對性建議。

本文研究仍存在一定的局限性，目前基于BIM的水利工程EPC項目價值增值理論研究不多，且真正參與基于BIM的水利工程項目建設全過程的人員也有限。參與訪談人員僅能就自己深入參與階段的內容進行交流，存在一定的主觀性，偏差不可避免。此外，如何對基于BIM的水利工程EPC項目價值增值效果進行評估，有待于進一步研究。