装配式项目中BIM应用风险评价研究

葛坚跃，孙淑生**

（武汉科技大学恒大管理学院，湖北 武汉 430000）

2.02.02.02.02.02.02.02.02.0Evergrande Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430000；Evergrande Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430000武汉科技大学恒大管理学院，湖北 武汉 430000;武汉科技大学恒大管理学院，湖北 武汉 430000430065;43006515671582733;1898608474315671582733;18986084743武汉科技大学黄家湖校区南苑;武汉科技大学黄家湖校区南苑293296510@qq.com;sunshusheng@wust.edu.cn葛坚跃（1995-），男，硕士，主要研究方向：项目管理;孙淑生(1968-),女,教授,主要研究方向:工程项目管理葛坚跃;孙淑生GE Jianyue;SUN Shusheng孙淑生 2.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.02.01*|*期刊*|*刘景矿, 刘健城, 王东, et al. 基于DEMATEL方法的建设项目BIM应用风险因素研究 [J]. 广东工业大学学报, 2018, 35(3): 72-78.<CR>2*|*期刊*|*ALI G J T, AMIRHOSEIN G, ET AL. Building Information Modelling (BIM) uptake: clear benefits, understanding its implementation, risks and challenges [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 75: 1046-1053.<CR>3*|*期刊*|*刘旻, 李盈瑞. BIM技术在装配式建筑中的应用研究综述 [J]. 中国房地产业, 2017, 17): <CR>4*|*期刊*|*杨亚丽, 刘可心, 李彦婕. BIM技术在装配式建筑中的应用研究综述 [J]. 科学技术创新, 2017, 5): 258-259.装配式项目中BIM应用风险评价研究|Research on Risk Evaluation of BIM Applicationin Prefabricated Buildings||1|葛坚跃|GE Jianyue|武汉科技大学恒大管理学院，湖北 武汉 430000|Evergrande Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430000|葛坚跃（1995-），男，硕士，主要研究方向：项目管理|武汉科技大学黄家湖校区南苑|430065|293296510@qq.com|15671582733|15671582733<CR>*|2|孙淑生|SUN Shusheng|武汉科技大学恒大管理学院，湖北 武汉 430000|Evergrande Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430000|孙淑生(1968-),女,教授,主要研究方向:工程项目管理|武汉科技大学黄家湖校区南苑|430065|sunshusheng@wust.edu.cn|18986084743|18986084743

摘要：现阶段BIM技术在装配式项目中的应用风险问题，特别是如何提高BIM应用风险评价客观性，帮助决策者进行BIM应用风险管控成为学者关注的热点问题。本文采用解释结构模型（ISM）对装配式项目中BIM技术应用面临的主要风险进行了聚类分析并建立风险指标体系；运用改进的层次分析法，通过模糊一致矩阵确定指标权重，采用灰色系统模糊理论确定评价灰类及灰色评价权向量，并以南京国际博览中心项目为例，建立BIM应用风险评价模型，确定项目BIM应用风险等级。主要结论是BIM技术在南京国际博览中心项目中的应用风险为中等，其中技术、人员两方面对BIM在装配式项目中的应用影响最大。本研究为装配式项目中BIM技术的应用风险评价提供了新的视角和方法。

关键词：项目管理；BIM；应用风险评价；灰色系统理论；装配式项目

中图分类号：F273

Research on Risk Evaluation of BIM Applicationin Prefabricated Buildings

GE Jianyue, SUN Shusheng

(Evergrande Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430000)

Abstract: At present, the application risk of BIM technology in assembly projects, especially how to improve the objectivity of BIM application risk assessment, helps decision makers to carry out BIM application risk management and control has become a hot issue for scholars. In this paper, the Interpretative Structural Model (ISM) is used to cluster and analyze the main risks of BIM technology application in the assembly project and establish a risk index system. Using the improved analytic hierarchy process, the weight of the index is determined by the fuzzy consistent matrix, and the gray system is used. The theory determines the gray and gray evaluation weight vector, and takes the Nanjing International Expo Center project as an example to establish a BIM application risk assessment model to determine the project BIM application risk level. The main conclusion is that BIM technology has a medium application risk in the Nanjing International Expo Center project. The technical and personnel aspects have the greatest impact on the application of BIM in the assembly project. This study provides a new perspective and method for the application risk assessment of BIM technology in assembly projects.

Key words: project management; BIM; application risk assessment; grey system theory; fabricated architecture

引言

现代化、信息化和工业化是我国建筑业未来的发展方向，而早已根深蒂固的传统建筑生产模式是制约我国建筑业转型升级的主要障碍。[1]建筑信息模型（Building Information Model,简称BIM）技术是建筑业的一次重大信息革命，促进了建筑业信息化的生产方式，为建筑业的转型升级提供了一种有效的工具。而装配式建筑作为建筑业发展的主要趋势，以其特有的拼装式建筑的模式，改变了建筑行业传统的建筑方式，实现了建筑现代化和工业化。

BIM技术与装配式建筑相结合是当今建筑业的一种“标准配置”。BIM技术在装配式建筑中起到了一个统筹规划、信息共享的关键性作用，实现了在装配式设计、施工、运营、维护等阶段的协同管理，然而由于我国对BIM技术的使用还停留在初级阶段，在装配式建筑中应用还存在着众多风险和难题。

国内外许多专家学者对装配式建筑中BIM应用障碍进行了研究。Ali等（2017）认为BIM在建筑业面临着诸多风险与挑战，识别和降低BIM应用风险是承包商首要考虑的问题。[2] 刘旻、李盈瑞（2017）BIM技术还不成熟致使BIM技术的应用存在较多潜在风险。[3]；杨亚丽（2017）认为BIM与其他技术无法实现有效地协同管理对BIM技术在装配式中的应用影响很大[4]；陈冉（2017）用AHP层次分析法得出影响BIM技术在装配式建筑中政府支持力度不明显、建设单位推动力度不足所占权重较大[5]；Tan等（2019）利用解释结构模型分析得出国内缺乏对BIM的研究以及缺乏标准和国内导向工具可能是BIM在装配式应用中的最大障碍。[6]

对装配式建筑中BIM的应用风险研究中，风险因素之间关联度大且对因素的指标量化不足，涉及全寿命周期BIM应用风险分析较少。因此，本文根据BIM技术在装配式建筑工程项目全生命周期应用中普遍存在的风险及特点对BIM应用风险进行研究，利用改进的层次分析法确定指标权重，将灰色系统理论[7]和模糊综合评价法[8]结合并计算风险等级，以制定风险防控决策。通过对BIM应用风险的定性和定量相结合进行评估分析，提高装配式建筑中BIM技术的应用价值。

装配式中BIM应用风险分析

应用风险识别

本文从装配式建筑全生命周期的角度出发，通过大量收集阅读BIM技术在装配式建筑中BIM应用现状及国内外BIM应用风险的相关研究成果，分析BIM在装配式建筑运用过程中普遍存在的风险。通过咨询BIM相关专家学者意见，根据全生命周期BIM应用风险的主要特征和评估目的，总结并整理普遍存在的风险，并形成本研究的风险清单如表1所示

表 影响装配式项目BIM应用的风险因素清单表

Tab.List of risk factors affecting BIM applications in fabricated projects

序	风险因素	资料来源	序	风险因素	资料来源
S1	管理者能力	李亚伟[9]	S9	人员抵触心理	陈冉[5]、LU Y J等[10]
S2	BIM市场普及度	LU YJ等[10]、徐友全等[11]	S10	装配式模型管理	郭力[12]、张楠[13]
S3	团队人员素质参差	张辉等[14]、D.Mehran[15]	S11	构件数据交互性	李亚伟[9]
S4	软件兼容性	李亚伟[9]、D.Mehran[15]	S12	预制构件数据准确性	白庶[16]
S5	政府推动力度	陈冉[5]	S13	预制构件数据版权	徐有全等[11]、 许炳等[17]
S6	专业人才缺乏	张楠[13]、丁晓欣等[18]	S14	BIM投资收益期	LU Y J等[10]、 ALI G等[2]
S7	BIM标准	ALI G等[2]、D.Mehran[15]	S15	新增运营成本	AZIZ N D等[19]
S8	组织协调管理	徐有全等[11]	S16	BIM产品缺乏	许炳等[17]

解释结构模型（Interpretative Structural Modeling，简称 ISM）[20]能够将关系错综复杂的较多因素，通过有向图、矩阵方法对因素间层次机构进行聚类分析，在建立指标体系时能较大程度上避免人为因素的影响。通过ISM聚类分析建立的指标评价体系能够客观地表示建筑工程项目BIM应用的主要风险类别，使指标体系的建立有较强的理论依据。

首先将风险清单中序号S1-S16的风险因素，根据专家意见进行修正后，建立邻接矩阵，最终得到可达矩阵M。

可达矩阵M

S1	S 2	S3	S4	S5	S6	S7	S8	S9	S10	S11	S12	S13	S14	S15	S16
S1	1	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	0	1	0	1	0
S2	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1
S3	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	1	0	0	0	1	0
S4	0	0	1	1	0	1	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0
S5	0	1	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0
S6	0	0	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
S7	0	0	1	0	1	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1
S8	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	1	0	0
S9	1	1	0	0	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0
s10	0	1	0	0	0	0	1	1	0	1	1	1	0	1	1	0
S11	0	0	1	1	0	0	1	0	0	1	1	1	0	0	1	0
S12	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1	1	0	1	1	0
S13	1	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
S14	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0	1
S15	0	0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
S16	1	1	0	1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1

可达矩阵M为行与列因素相同的16阶方阵，矩阵中对应为1的因素表示矩阵行对矩阵列因素有影响（包括自相关），矩阵中对应为0的因素表示矩阵行对矩阵列因素无影。对各影响因素进行层级划分，根据可达矩阵可达集，先行集及共通集，第一层风险因素如表2所示。

表 建筑工程项目BIM应用风险因素层级

Tab.2 BIM application risk factor level of construction project

因素	可达集R(Si)	前因集A(Si)	共通集R(Si)A(Si)	层级
S	，，，，，	，，，，，	，，，，
S	，，，	，，，，，	，，，	一
S	，，，，，，，	，，，，，	，，，
S	，，，	，，，	，，
S	，，，，	，，，，，，，，	，，，	一
S	，，，，，，	，，，，	，，，，
S	，，，，，，	，，，，，，	，，，，，，	一
S	，，，，	，，，	，，
S	，，，	，	，
S	，，，，，，，	，，，，，，	，，，，
S	，，，，，，	，，，，，	，，，
S	，，，，，，	，，，	，，
S	，，，	，，，，	，，，	一
S	，，，	，，，，	，，
S	，，	，，，，，，，	，
S	，，，，，	，，，，	，，

从表2中看出，当i=2，5，7，13时，满足R(Si)A(Si)= R(Si)，则S2，S5，S7，S13为第一层风险因素，即BIM市场普及风险、政府推动力度不足风险、BIM标准风险、预制构件数据版权风险。

为清楚了解系统中各要素之间的层级关系，将满足条件的第一层因素从表中抽出，删除相对应的行与列，然后按照上述规则逐步将表中剩下的因素抽出，得到下一层的影响因素，直到所有因素均被抽完为止。以此类推，对风险清单中的BIM应用风险因素进行层级结构划分，得到BIM应用风险因素聚类结果见表3：

表 装配式项目工程项目BIM应用风险因素聚类

Tab. BIM application risk factor clustering of assembled project engineering project

BIM应用 风险	第一类	S2 S5 S7 S13
第二类	S14 S15
第三类	S1 S8 S10 S11 S12
第四类	S3 S6 S9
第五类	S4 S16

装配式建筑BIM应用风险案例分析

案例情况

本研究以南京国际博览中心第三期项目为例，从项目的设计、生产、施工和运营维护各阶段出发分析BIM技术应用的影响因素。南京国际博览中心建筑面积36万平方米，其中展览面积17万平方米，总国际标准展位6000个。其他配套设施包括240间客房的经济型酒店，8200平方米办公服务设施等。

由于该项目装配式建造高品质和设计施工复杂性的需求，在设计施工阶段采用了BIM信息平台，各专业以BIM技术配合项目全过程，包括方案优化、性能化分析；模拟施工、构件拼装；进度、时间、成本控制等一系列BIM应用。针对装配式项目全过程中的BIM应用面临众多不确定性难题，采用层次分析法、灰色系统理论对BIM应用风险进行模糊综合评价。

建立评价因素体系

通过ISM聚类分析，将关系错综复杂的风险因素划分为直观的因素层级，根据风险特征进行将BIM应用风险分类为环境风险，经济风险，管理风险，人员风险和技术风险。设风险模糊因素集，建立风险评价模型，则BIM应用风险评价指标体系如表4：

表4 BIM应用风险评价指标体系

Tab. 4 BIM application risk assessment indicator system

一级指标Ui	所有指标Uij
行业环境风险U1	BIM市场普及风险u11 政府推动力度不足风险u12 BIM标准风险u13 预制构件数据版权风险u14
经济风险U2	BIM投资收益期u21 新增运营成本风险u22
管理风险U3	管理者能力风险u31 组织协调管理风险u32 装配式模型管理u33 构件数据交互性u34 预制构件数据准确性u34
人员风险U4	团队人员素质参差u41 专业人才缺乏u42 人员抵触心理u43
技术风险U5	软件兼容性u51 BIM产品缺乏u52

确定因素权重

权重是各个影响因素在评价体制中重要程度的体现。层次分析方法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)最早是由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂提出的权重决策方法。传统的AHP分析方法由于步骤十分复杂，在研究应用中较为困难，因此，为了满足研究需求，国内外学者已经研究出许多改进的AHP分析方法。本文通过改进的模糊层次分析法进行权重赋值。基本方法：通过因素中的权重进行相互比较，得到判断矩阵，并采用0.1-0.9的数量标度，构建优先矩阵。

根据矩阵的优先关系，构造模糊一致矩阵

(1)

式中dij表示两个因素之间的隶属度，di、dj表示优先矩阵中行向量之和，n表示影响因素总数，即因素个数。

结合已经得出模糊一致矩阵确定各影响因素的权重。

(2)

(3)

通过公式（2）、（3）中Pi代表影响因素的权向量，α表示自定系数，且α≧（n-1）/2；

Wi代表影响因素的权重。

根据文献资料与专家评判结果，构建装配式项目中BIM应用风险的优先矩阵R

优先矩阵R

1	0.7	0.6	0.7	0.3	0.6	0.5	0.5	0.7	0.5	0.5	0.5	0.6	0.7	0.6	0.7
0.3	1	0.6	0.4	0.5	0.6	0.5	0.6	0.4	0.4	0.4	0.4	0.5	0.6	0.6	0.6
0.4	0.4	1	0.4	0.3	0.5	0.4	0.6	0.6	0.7	0.7	0.7	0.5	0.6	0.6	0.4
0.3	0.6	0.6	1	0.3	0.6	0.5	0.5	0.5	0.6	0.6	0.6	0.4	0.5	0.4	0.5
0.7	0.5	0.7	0.7	1	0.7	0.5	0.7	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.7	0.6
0.4	0.4	0.5	0.4	0.3	1	0.5	0.4	0.3	0.6	0.6	0.6	0.3	0.6	0.6	0.5
0.5	0.5	0.6	0.5	0.5	0.5	1	0.7	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.5	0.5	0.5
0.5	0.4	0.4	0.5	0.3	0.6	0.3	1	0.4	0.6	0.6	0.6	0.4	0.6	0.6	0.6
0.3	0.6	0.4	0.5	0.4	0.7	0.6	0.6	1	0.7	0.6	0.6	0.4	0.6	0.6	0.5
0.5	0.6	0.3	0.4	0.4	0.4	0.6	0.4	0.3	1	0.6	0.6	0.4	0.5	0.6	0.5
0.5	0.6	0.3	0.4	0.4	0.4	0.6	0.4	0.4	0.4	1	0.4	0.4	0.6	0.4	0.5
0.5	0.6	0.3	0.4	0.4	0.4	0.6	0.4	0.4	0.4	0.6	1	0.4	0.6	0.4	0.5
0.4	0.5	0.5	0.6	0.4	0.7	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	0.6	1	0.6	0.6	0.6
0.3	0.4	0.4	0.5	0.4	0.4	0.5	0.4	0.4	0.5	0.4	0.4	0.4	1	0.4	0.5
0.4	0.4	0.4	0.6	0.3	0.4	0.5	0.4	0.4	0.4	0.6	0.6	0.4	0.6	1	0.6
0.3	0.4	0.6	0.5	0.4	0.5	0.5	0.4	0.5	0.5	0.5	0.5	0.4	0.5	0.4	1

根据公式（1）、（2）、（3）求解影响因素的权重（取α=7.5），得到权重结果如下：

W=（0.0672 0.0621 0.0637 0.0625 0.0699 0.0605 0.0617 0.0621 0.0648 0.0609 0.0594 0.0602 0.0664 0.0578 0.0605 0.0602

确定评价灰类

本研究将风险评价标准分为5个等级：很高、较高、中等、较低、很低，表示BIM应用风险的影响程度评分范围采用10分制，则模糊评语集V=（9，7，5，3，1）。采用专家打分法确定评价矩阵，邀请十名专家对评估指标uij打分，第n名专家对风险因素uij的评分为dij。

依据项目的具体情况和评价等级V，将装配式项目中BIM应用风险的大小评估灰类e划分为5个级别：很高、较高、中等、较低、很低，对应e= (，，，，)。刘思峰等（2010）在书中定义灰类的白化权函数，是用定量描述评估对象隶属于某个灰类的程度，常用的白化函数有四种，分别是典型白化权函数，上限测度白化权函数，下限测度白化权函数，适中测度白化权函数。[21]本文选择适中测度白化权函数，并建立白化权函如下：

e=1，灰数U[0, 9, +∞)，白化权函数定义为：

e=2，灰数U∈[0, 7, 14)，白化权函数定义为：

e=3，灰数U∈[0, 5, 10)，白化权函数定义为：

e=4，灰数U∈[0, 6, 9)，白化权函数定义为：

e=5，灰数∈[0, 1, 2)，白化权函数定义为：

计算灰色评价系数和灰色评价权向量

对于所有风险指标，专家的评价值分别为，其归于第e个评估灰类的白化权函数为，则评价对象属于各灰类的评价系数

为：

e=1时，

= (2+3+1+…+2+1)/9

=2.3333;

同理e=2时，=3；

e=3时，=4.2；

e=4时，=6.3333；

e=5时，=0。

评价对象u11属于各灰类的总评价系数为：=15.8663

将所有风险指标u11的各灰类评价系数做归一化处理记为Rije，可得指标u11灰色评价权向量=(0.1470 , 0.1891, 0.2647, 0.3970, 0)

同理，计算所有指标uij的灰色评价权向量Rij，如表5所示。

表5 南京国际博览中心项目BIM应用风险因素所有指标灰色评价权向量Rij

Tab.5 Nanjing International Expo Center project BIM application risk factors all indicators gray evaluation weight vector Rij

指标	权重Wij	灰色评价权向量Rije
e=1	e=2	e=3	e=4	e=5
u11	0.067	0.147	0.189	0.265	0.397	0
u12	0.062	0.151	0.194	0.272	0.383	0
u13	0.064	0.16	0.205	0.288	0.347	0
u14	0.063	0.147	0.189	0.265	0.397	0
u21	0.07	0.152	0.195	0.273	0.38	0
u22	0.061	0.111	0.143	0.223	0.333	0
u31	0.062	0.111	0.143	0.243	0.304	0
u32	0.062	0.111	0.143	0.2	0.306	0.02
u33	0.065	0.111	0.243	0.2	0.261	0
u34	0.061	0.209	0.235	0.333	0.223	0
u35	0.059	0.24	0.214	0.327	0.218	0
u41	0.06	0.221	0.253	0.273	0.222	0.03
u42	0.066	0.237	0.254	0.221	0.288	0
u43	0.058	0.228	0.254	0.311	0.207	0
u51	0.061	0.228	0.261	0.281	0.197	0.02
u52	0.06	0.238	0.258	0.297	0.207	0

同理，构建BIM在装配式项目中的二级风险指标，得出五个一级指标的风险值。通过16个二级指标权重向量计算的总灰色评价权向量Bi=(B1,B2,B3,B4,B5)。并对5个评价灰类赋予风险评价等级V，得到项目BIM应用风险一级指标的风险评价值，如表6所示。

表 南京国际博览中心项目BIM应用风险指标的总灰色评价权向量及风险值

Tab.  Total grey evaluation weight vector and risk value of BIM application risk indicators of Nanjing International Expo Center project

一级指标	总灰色评价权向量Bi	风险值
e=1	e=2	e=3	e=4	e=5
U1	0.195	0.197	0.276	0.374	0	5.636
U2	0.146	0.187	0.274	0.394	0	5.175
U3	0.240	0.200	0.279	0.250	0.004	5.709
U4	0.231	0.253	0.265	0.245	0.004	5.914
U5	0.231	0.26	0.286	0.200	0.014	5.943

装配式建筑BIM应用风险等级综合评价

根据组合权重W和灰色评价权向量Rij确定指标Ui的总体评价权向量C：=(0.1743 0.2107 0.2665 0.2945 0.0150)

根据公式=5.2745。参照风险等级评价评语集，I值位于[5,7）区间，则南京国际博览中心项目BIM应用总体风险等级为“中等”。

该项目在BIM应用过程中技术和人员的风险值为5.914和5.943，是阻碍BIM技术在装配式项目中应用的主要影响因素。项目的管理者要针对人员以及技术的管理，例如培养专业的BIM技术人才、引进先进的BIM产品等。另外，还有管理风险、行业环境风险和经济风险的影响程度相对较低。但BIM应用风险管理是个系统全面的过程，既要处理好高风险的因素，也要防范低风险因素不断积累以致造成不可避免的损失。

BIM技术应用实施时项目的管理者要综合各方面因素进行管理，而对BIM技术和人员两个方面要进一步加强风险控制和建立风险预警机制，降低风险出现的可能性。

结论

本文给出了通过以上分析，BIM技术在装配式项目中的应用受到很多不确定因素的影响。本文采用ISM、AHP、模糊灰色理论相结合，以南京国际博览中心第三期项目为例，对BIM应用风险进行评价研究。应用ISM将BIM应用常见风险因素划分为五类。以改进的层次分析法方法，通过模糊一致矩阵计算出的指标权重，克服了AHP应用中指标间联系和反馈关系的不足，更加符合实际情况，同时采用灰色模糊系统理论确定BIM应用风险指标评价矩阵，使结论更加具有公正客观性。

实证分析证明，BIM技术应用于装配式项目全生命周期的风险来源主要集中在技术、人员二个方面。本文通过定性与定量分析出五个方面中相对比较重要的影响因素，而且得出的结论中不排除专家指标评价存在一定的偏差性，影响权重取值，进而影响风险评价结果的准确性。同时本文由于研究数据完整程度不高，在风险指标体系构建时并不全面，因此评价结果仅供参考，帮助决策者进行BIM应用风险预防和控制，加强BIM技术在装配式项目中的应用。

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作者简介：葛坚跃（1995-），男，硕士，主要研究方向：项目管理

通信联系人：孙淑生(1968-),女,教授,主要研究方向:工程项目管理. E-mail: sunshusheng@wust.edu.cn