基于BIM技術的智慧工地建設與評級方法研究

摘 要：本文將互聯網信息技術與軌道交通建設深度融合，建立了基于BIM技術的智慧工地管理及實施方案。智慧工地平臺架構包括6個主要模塊、10個管理系統及BIM插件拓展系統，實現了軌道工程工地數字化、智慧化的管理模式。利用DEMATEL分析法對BIM+智慧工地的應用效果進行綜合分析與評價，確定各影響要素的影響程度及被影響程度，最終評分結果為“良好”。確定影響BIM+智慧工地綜合效益的核心要素，并提出改進措施。

關鍵詞：BIM技術；智慧工地；DEMATEL法；綜合效益評價

中圖分類號：TU 71" " 文獻標志碼：A

在進入新世紀后，全球信息技術在我國取得了巨大的發展，5G網絡逐步普及，超算、大數據、云計算等信息技術呈現爆發式增加，對社會經濟發展及提高人民生活水平起到了巨大作用[1-2]。在這個背景下，我國政府提出了數字化中國的概念，將信息技術與傳統行業深度融合，凸顯信息技術的巨大價值，引領各行各業實現高質量發展。建筑產業在我國經濟總量中占據重要地位，提供了大量的就業崗位，占到GDP的17.0%，就業總數的12.0%，但信息技術在建筑產業中的應用水平逐漸降低，已無法滿足我國經濟發展的需求，因此建筑工程產業數字化轉型勢在必行[3]。

基于BIM技術的智慧工地在項目管理過程中可以提高管理效率，加速傳統項目管理體系向信息化、智能化、環境友好化轉型，使建筑工程產業高質量發展[4]。

1 基于BIM技術的智慧工地建設

1.1 工程概況

某軌道交通BIM建設管理平臺基于軌道交通項目管理特點，結合本項目管理需求，定制化研發基于企業級的BIM建設管理平臺。以BIM模型和數據為核心，將軌道4號線、5號線、6號線、3號線2期及未來新線數據接入BIM建設管理平臺，同時對4號線、5號線、6號線平臺數據進行數字化智能管理。

1.2 基于BIM技術的智慧工地平臺架構

基于BIM技術，將關聯項目管理業務流程、表單以及通過物聯網技術集成管理智慧工地設施設備，形成一體化的管理平臺，最終達到數據分析決策、流程管理，達到智慧項目管控的目的。智慧工地平臺主要由Web端、移動APP端及BIM插件組成，平臺所有功能均可在Web端操作，同時通過全平臺移動APP進行實施溝通，達到軌道交通項目智慧管理的目標。

根據模塊化、平臺化、標準化、系統化的原則，現階段系統包括6大模塊，具體分為10個系統。基于未來的發展需求，可通過BIM插件增拓展更多的模塊及系統。基于BIM技術的智慧工地平臺整體架構見表1。

2 智慧工地建設綜合效益模型

2.1 效益評價指標選擇

目前BIM+智慧工地應用在我國還處于起步階段，暫未提出關于其應用綜合效益的評價方法，且智慧工地建設產生的經濟與社會效益難以進行量化比較，因此評價智慧工程綜合效益是一項復雜的過程[5]。通過BIM+智慧工地在軌道交通項目中的應用，結合智慧工地平臺架構中的6大管理模塊，初步擬定從進度管理、勞務管理、質量管理、安全管理、綠色施工及物資管理6個方面入手，并對其管理系統進行細分，建立涵蓋目標層、準則層、指標層的3級指標體系，共24項指標，如圖1所示。

2.2 基于DEMATEL的評價指標權重

DEMATEL（Decision-making Trial and Evaluation Laboratory）是一種系統分析方法，通過分析系統中各要素之間的邏輯關系和直接影響矩陣來確定要素間的因果關系和每個要素對目標層的影響程度，對各要素間的相互關系進行定量分析，確定各要素的權重。DEMATEL法具有4個重要指標，影響度D，被影響度C，中心度M以及原因度R，影響度是要素對其他要素的綜合影響值，而被影響度是要素受其他要素的綜合影響值，中心度表示要素在評價體系中的位置及其作用，原因度表示要素對其他因素影響的程度。DEMATEL法通常包括以下計算步驟。

2.2.1 相互影響矩陣構建

在決策模型的基礎上，通過數據分析與專家意見，將各要素之間的關系量化，一般采用0～4分制，0、1、2、3、4分別表示量要素間無影響、較小影響、一般影響、較大影響、大影響，以此構建各要素間兩兩影響的關系矩陣O，如公式（1）所示。

（1）

式中：a（n-1）（m-1）為第（n-1）個因素對第（m-1）個因素的影響程度。

2.2.2 標準化矩陣

計算關系矩陣O每列之和并取其最大值Κ，如公式（2）所示。用公式（3）對關系矩陣O進行標準化處理。

（2）

O'=O/K" " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：K值為關系矩陣O每列之和的最大值；O'為標準化后的關系矩陣。

2.2.3 確定綜合影響矩陣

綜合影響矩陣是DEMATEL方法中的核心部分，表示各要素之間直接或間接的關系。綜合影響矩陣是標準化矩陣O'的冪級數和，可以用公式（4）計算綜合影響矩陣。

B=O'?（I-O'）-1 " " " " " " " " " " " "（4）

式中：B為綜合影響矩陣；I為單位矩陣。

2.2.4 DEMATEL四度計算

用公式（5）～公式（8）計算DEMATEL四度。

（5）

（6）

Mi=Di+Ci " " " " " " " " " " " " " " "（7）

Ri=Di-Ci （8）

式中：a'ij為綜合影響矩陣B中的各要素影響程度計算結果。

2.2.5 權重計算

用公式（9）確定DEMATEL權重。

（9）

2.3 綜合評價指標評語集

根據相關文獻資料，將BIM+智慧工地的綜合應用效果從高到低分為5個等級，并根據10分制量化評價標準，綜合評價指標的評語集，見表2。

3 智慧工地建設綜合效益評價

3.1 綜合效益評價結果

針對軌道交通BIM+智慧工地平臺的應用效果綜合評價，邀請10余名行業專家及平臺使用者對圖1中各要素的相互影響程度按0～4分制進行賦值，以準則層6個指標為例，構建各因素間兩兩影響的關系矩陣O并進行標準化處理，見表3。

根據公式（5）～公式（9）確定準則層各要素的綜合影響矩陣及DEMATEL法“四度”，見表4。

根據表4計算結果，進度管理、質量管理、安全管理3個要素為結果要素，勞務管理、綠色施工、物資管理為原因要素。中心度最高的是進度管理及質量管理因素，也是最關鍵的因素。采用以上計算方法，確定指標層各要素的DEMATEL法“四度”及權重值，見表5。

根據表5各要素指標的權重計算結果以及專家對BIM+智慧工地各要素評估結果的賦分值，對BIM+智慧工地的綜合應用效果進行評價，軌道交通BIM建設管理平臺的綜合效益得分為7.695分，評價結果為良好，平臺構建基本完善，部分功能未達標，有改進空間。

3.2 智慧工地建設改進措施

根據中心度及原因度建立笛卡爾坐標系，繪制準則層和指標層各要素因果關系圖，如圖2所示。

根據圖2可知，準則層中進度管理及質量管理兩個要素中心度較高，屬于準則層中重要的影響因素，是BIM+智慧工地綜合效益評價中的核心影響因素；物資管理、綠色施工以及勞務管理的原因度較高，這3個因素的影響程度較高，對提高綜合效益可以起到驅動作用。因此，在BIM+智慧工程建設過程中，提高物資管理、綠色施工以及勞務管理，可有效提高智慧工地建設的綜合效益，間接驅動進度管理及質量管理要素。通常的措施包括①使用BIM技術制定設備管理清單，并將采購的物資信息上傳至云端進行保存，以便于快速查找設備的存放地點和相關信息。②通過數據采集設備、信息傳輸設備、數據存儲設備、分析運算設備、軟件系統等數字基礎設施的建設應用，對現場數據進行實時感知監測，提高數據的及時性、準確性和有效性。③將BIM平臺與物聯網技術相結合，使BIM智慧工地集成管控，包括人員考勤系統、塔機監控系統、視頻監控系統、環境監測系統、危大專項管理系統等。④智慧工地對工程管理及工地現場監控數據進行匯集、統計分析以及構建智慧工地統一的資源管理和數據共享，以此使工地監控與管理各環節協同，也可以保證工程施工過程的可視性、可追溯性、可控性。

4 結論

本文對某軌道交通BIM+智慧工地管理平臺進行構建，以BIM模型和數據為核心，建立涵蓋6個模塊、10個系統以及1個BIM拓展模塊的智慧工地建設管理思路與實施方案。為更好評價與優化智慧工地平臺的應用效果，利用DEMATEL分析法計算各評價指標的影響度D，被影響度C，中心度M、原因度R及權重w，識別軌道交通BIM+智慧工地平臺的應用效果的主要因素，確定BIM+智慧工程建設的綜合評價等級。同時，根據綜合評價結果，提出了相應的改進措施。

參考文獻

[1]鄒驊.智能建造背景下的智慧工地集成與協同優化策略研究[J].建筑工人，2024，45（4）：17-20.

[2]楊成方，王珊珊，趙保峰，等.智慧工地在城軌施工總承包管理中的應用[J].中華建設，2024（4）：47-49.

[3]胡茗泉.基于BIM的地鐵暗挖智慧工地管理系統開發及應用[D].大連：大連海事大學，2022.

[4]王若辰.物聯網技術在智慧工地安全質量管理中的應用研究[D].長春：吉林建筑大學，2022.

[5]張傳君，莫言遲，李文元，等.基于BIM技術的綠色智慧工地建設[J].建筑技術，2024，55（5）：547-551.