绿色建造项目BIM应用风险分析与应对

姚良云 李璐璐 李晓娟

福建农林大学交通与土木工程学院

0 引言

由于建筑行业对于建设项目信息化水平要求的逐步提高，BIM 技术逐步成为建筑行业的核心技术。国外研究学者对于BIM 技术的研究已经深入到各个方面，Eastma 教授[1]曾说，任何一项技术的改变过程都会面临相应的风险与和机遇，BIM 技术的推广发展也是如此，识别BIM 技术在推广应用中可能存在的风险，克服其发展应用过程中的障碍，是推进BIM 技术改革的最直接有效的方法。Salman Azhar 等人[2]通过分析绿色建造项目BIM 应用的收益、风险与挑战，根据20个绿色建造项目的数据分析得出，BIM 技术的投资回报率能达到几倍、几十倍甚至上百倍。Darius Migilinkska 等人[3]回顾了BIM 技术发展的进程和趋势，同时通过5 个真实BIM 应用的案例来分析BIM 应用所带来的效益和风险，如软件之间无法兼容导致信息无法有效传递导致工作效率低下等。Bryde 等人[4]认为BIM 技术的应用能够合理有效降低绿色建造项目的成本，达到缩短工期等效果。

目前，BIM 研究已成为工程信息化领域的研究热点，BIM 也被广大学者和专家公认为未来工程行业的发展方向，但BIM 应用风险研究相对而言才开始起步[5]。随着BIM 逐渐应用到投资成本高、规模大、复杂性强的绿色建造项目中，产生的风险也随之增多。绿色建造项目业主方是项目实施的行为主体，是工程项目生产过程的总集成者，对工程项目BIM应用风险研究显得尤为重要[6]。应用BIM 技术，首先要正确地认识BIM 技术应用的风险，找出风险因素以及降低风险的应对措施。本文通过对BIM 技术的研究分析，整理出福州金茂府项目BIM 技术应用的情况，对其绿色建造项目在应用BIM 技术过程中会产生的风险列出风险因素指标，建立指标体系，分析福州金茂府项目BIM 技术应用风险的权重，并找出风险的应对措施，促进BIM 技术在国内的推广与应用。

1 绿色建造项目BIM技术及应用风险识别

1.1 BIM技术概述

BIM（Building Information Modeling）技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，提高生产效率、节约成本和缩短工期。

研究学者研究将BIM 技术应用于建筑工程的荷载分析、图纸审核、施工管理、设备维护、降低工程造价等领域[7]。BIM 技术在工程项目中的作用主要为以下几方面：BIM 技术建立的是三维模型，三维可视化功能让各部门之间沟通联系变得简单，企业综合竞争力提高了三分之二，信息请求量也降低六成，施工周期缩短了5%～10%[8]；模拟现场施工，优化施工时的各道工序；审核施工图纸，提高审图的质量及效率，精准快速地找到设计图纸存在的“错，漏，碰，缺”等设计缺陷问题。

1.2 绿色建造项目BIM应用风险识别

1.2.1 风险识别

风险识别是指在风险事故发生之前，人们运用各种方法系统地、连续地认识所面临的各种风险以及分析风险事故发生的潜在原因。风险识别的第一步是对于项目中可能存在的因素进行分类，针对这些风险制定出风险等级；第二步是分析这些潜在的影响因素可能会带来的后果，进行详细的观察和记录；最后是评判上述的潜在风险，分析其中的因果关系，找出影响项目工程的关键因素，确定项目的风险目标[9]。项目风险识别流程总结见图1。

1.2.2 风险因素确定

风险识别的方法包含专家调查法、专家调查法对象、风险综合评价法、蒙特卡罗模拟法。在对以上方法进行对比后，本文采取专家调查法，按风险因素选取的流程见图2。利用专家调查法，将风险因素从市场环境，企业因素，自身因素三大方面确定。

图1 工程项目风险识别流程图

1)市场环境

随着BIM技术的不断进步和改革，国内外越来越多的工程项目开始引入这项技术。但相比于发达国家，BIM 技术在我国的发展仍然相对缓慢，根据国内外BIM技术市场环境的分析研究，可以将国内BIM 技术应用市场环境的风险分为3 类：（1）市场普及度风险。由于引入技术时信息的丢失、缺漏以及行业经验不足等情况，导致BIM技术在我国推广、普及进展缓慢。（2）技术标准认识风险。不同行业BIM技术应用标准不同，采用“一刀切”的统一标准，会导致BIM 技术在绿色建造项目应用过程中，可能出现延误工期，降低施工效率，浪费资源等情况。（3）技术适用性风险。BIM技术始于国外，与我国建筑行业发展阶段不相匹配，适用性程度不高，许多建筑企业尚未建立较完善的管理体制，使BIM 技术的优势无法在项目建设中得到最大程度的发挥。

图2 风险因素选取流程图

2)企业因素

BIM 技术可以提高企业之间相互竞争力，进而提高施工企业的工作效率，节约项目成本，加强企业各部门之间的沟通。企业引入BIM 技术应用存在许多不确定因素，例如，管理模式转变风险、人员质量和数量风险、技术培训风险、短期成本增加风险等。国内的BIM 技术尚不发达，很多企业对于CAD输出的二维平面图已非常熟悉，引入新技术对企业和技术人员也是一种考验。

3)自身因素

国内BIM技术发展并不成熟，许多企业在施工时应用BIM技术的优势可能无法最大程度地发挥，反而会事倍功半。我国现阶段BIM 技术可能产生的风险包括精度风险、软件成熟度不足、数据交互风险、模型更新频率风险、技术的选择风险等，导致无法完全发挥BIM技术的优势，无法满足绿色建造项目的实际需求。工程项目在施工阶段如果使用了BIM技术，能够更好地实现进度、质量、成本以及安全管理等各方面的控制。

2 绿色建造项目BIM应用风险评价

2.1 风险评价

绿色建造项目BIM应用风险评价包括：确定绿色建造项目，BIM应用风险因素的识别及确定，BIM应用风险因素指标体系的构建，指标权、重赋权、评价模型构建与求解等几个主要部分。具体步骤为：确定绿色建造项目，根据项目的实际情况选择技术；确定BIM应用的主要情况，如上海中心大厦，参数化设计，多专业协同4D施工模拟大型设备安装方案论证[10]；进行BIM 应用风险因素的识别；评价指标体系建立；确定评价指标权重。

2.2 基于熵权法的模糊综合评价法应用原理

2.2.1 熵权法

熵权法作为一种客观赋权方法，主要用于度量信息量，即一个系统越是有序，信息熵就越低，反之就越高。因此，信息熵也可以说是系统无程序的一个度量，在评价过程中，所获取信息量的大小是评价精度和可靠性的决定因素之一；如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用也越大，权重也越高[11]。利用信息熵这一工具，对n个因素、m个评价指标组成的评价矩阵进行指标权重确定，消除人为因素对指标权重的干扰，使评价结果更客观[12]。

2.2.2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是在考虑多种因素的影响下，利用数学作为工具对实际综合评价问题提供一些评价方法。具体来说，就是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清晰，且不易定量的因素进行定量化，从多个因素对评价事物隶属等级状况进行综合评价的方法，多用于模糊环境下对受多因素影响的事物做综合决策领域[13]。

2.2.3 熵权法的模糊综合评价模型构建

在分析绿色建造项目BIM 应用风险，选用熵权法与模糊评价法来进行BIM 应用的风险评价，将主观与客观、定性与定量结合，利用模糊数学工具可以避免偏差，通过计算熵权能够对复杂的风险因素进行细化梳理，运用模糊子集所提供的描述向量，再对评价的对象做出评价，减少其他因素的影响。模糊评价兼顾了影响绿色建造项目BIM应用风险因素影响大小，结合不同指标层次对风险因素进行权重赋值，从而形成数学分析模型，对各指标赋予相应权重，形成综合评价体系，对施工质量管理过程中的各类风险因素进行评价判断，其中的风险数值最高的类项设计为最终评价依据，具体流程见图3。

根据绿色建造项目BIM 应用情况，确定出BIM 应用风险因素。对市场环境、企业因素、自身因素进行分析，建立起相应的评价指标体系，见表1。

图3 基于熵权法的模糊综合评价实施步骤

表1 绿色建造项目BIM应用风险指标体系

1）建立风险评价指标集

上述过程中建立了绿色建造项目BIM 应用风险评价指标体系，把风险评价指标体系分为两个层级。分为m 个一级指标集，，...，，表示一级指标中第（ii=1,2,…m）个指标。其中一级指标都对应若干个二级指标，即,，，...，...，,=1,2,...,k,表示指标的第个二级指标，为对应的二级指标个数。

2）建立评语集

评语集为全部评价指标的可能出现的评价，即：评语的集合。一般用表示，...，，其中表示划分的等级数。在实际运用中，风险指标评价绿色建造项目BIM 应用风险评价划分为5 个等级，即“低，较低，中，较高，高”。按照模糊隶属度函数来量化其数值，则评价集的标准隶属度为：1；3；5；7；9

4）建立模糊关系矩阵

5）模糊综合评价法确定指标权重集

一级风险指标的权重集：

二级风险指标的权重集：

对成本性的指标，评价越小越好，其计算公式为

对收益性的指标，评价越大越好，其计算公式为：

得出综合权重为：

基于熵权法的模糊综合评价结果

3 案例应用

3.1 项目概况

金茂府项目是绿色建造建设项目，用地面积3 865 m2，总建筑面积约35 862.2 m2，地下2层，其主要功能为停车库、设备机房及人防设备；地上19层，主要功能为精装住宅，建筑高度为65 m。项目BIM技术应用的分析情况见表2。

3.2 建立风险指标体系和风险评价

根据本工程的施工特点，建立风险评价指标，建立福州金茂府项目的风险评价模型，进行风险评价。通过发放40 份电子调查问卷，回收24 份，有效问卷18 份，为了计算简便，选取其中的10 份有效问卷作为数据依据。

步骤如下：

1）建立福州金茂府项目风险评价指标集，依据评价指标，建立该项目风险评价为：={市场环境，企业因素，自身因素}

2）建立评语集

本文对项目风险评价划分为5 个等级，即“低，较低，中，较高，高”。根据隶属度函数进行量化，则评价集的标准隶属度为={1,3,5,7,9}

3）构建原始判断矩阵

项目管理阶段因素有8 个，整理得出该阶段的原始判断矩阵如下：

项目结束阶段因素有6 个，整理得出该阶段的原始判断矩阵如下：

4）确定指标熵值、熵权

对上述原始矩阵依据公式（6）和公式（7）进行标准化处理至标准矩阵R1、R2、R3，通过公式（9）计算指标熵值，通过公式（10）计算出指标的熵权。计算出的熵值与熵权结果见表3。

表2 福州金茂府建设项目BIM技术应用的分析情况

表3 各指标熵值及对应熵权表

5）建立模糊关系矩阵

对收集到的结果进行统计，按照公式（2）、公式（3）计算整理得到模糊关系矩阵。

对10 份调查问卷的整理，依据公式（3）对结果进行统计，得到项目准备阶段的模糊关系矩阵：

对10 份调查问卷的整理，依据公式（3）对结果统计，得到项目准备阶段模糊关系矩阵为：

对10 份调查问卷的整理，依据公式（3）对结果进行统计，得到项目阶段模糊关系矩阵：

6）确定综合权重

由式（12）和式（13）得到各指标的综合权重，结果见表4。

表4 各指标熵权、模糊熵权和综合权重表

指标的评价结果为：

综合评价结果为：

依据最大隶属原则，可知福州金茂府项目市场环境风险数值最大取值为0.096 28属于低风险，企业因素风险数值最大取值为0.317 32 属于较低风险，自身因素风险数值最大取值为0.356 89。项目的综合风险取值为0.185 3属于低风险。

根据上述计算结果可知，福州金茂府项目应用BIM 最大风险为BIM 自身的因素，其对应的最大风险项为模型更新频率风险。金茂府项目应用BIM第二风险为企业因素，其对应的最大风险项为人员数量风险。该项目应用BIM最小风险为市场环境，其对应的是技术标准认识风险。

4 风险应对措施

4.1 BIM风险应对的含义

风险应对是指给项目风险提出处理的建议和方法。通过进一步分析、识别项目中存在的风险，综合考虑项目风险发生的概率、风险可能带来的损失，可以找出项目中可能发生的风险和危害，与公认的安全指标进行对比，确定出风险的等级，方便找出解决措施[14]。

4.2 风险应对建议

1）政府力度层面。政府积极推动企业对BIM技术的应用，制定相关政策对项目进行扶持，建设良好的建筑市场环境，让BIM技术的推行规范化和标准化。政府对BIM 应用成功的工程项目进行奖励并将其作为示范性项目案例，让企业看到BIM使用的效益，引导更多的企业使用BIM。

2）企业管理层面。研究分析BIM 技术应用成功的工程案例，聘用BIM 技术顾问，开设企业员工的BIM 培训课，培养更多的技术人才。此外，建设企业应加大与有关科研机构或拥有BIM 技术的企业的合作，不断改善BIM应用的管理模式。

3）技术人员层面。技术人员是BIM 技术应用的主体，在整个建筑行业领域占据十分重要的位置。在应用BIM项目建设过程中，技术人员要基于BIM 模型开展工作，在使用过程中积极面对遇到的难题，克服困难，为BIM技术应用和软件积累经验，以满足企业在项目中应用BIM的需求。

5 结论

工程项目能够顺利应用BIM 技术的关键是项目团队对BIM 技术的管理水平，最重要的是对BIM技术风险的管理。本文主要研究了工程项目应用BIM 技术带来的风险问题，从识别出BIM 技术带来的风险，分析风险，建立风险评价模型，分析BIM应用风险的权重。针对风险提出了相应的应对措施。从企业BIM技术应用的调查情况看，福州市大部分的建筑企业都处于BIM 技术应用的初级阶段。通过分析福州金茂府的BIM应用案例，可知福州金茂府项目在BIM 技术应用过程中最大风险指标是BIM 自身因素，其次是企业因素和市场环境。福州市建筑企业对于BIM 技术的研究还有很长的路要走，不论是福州的市场环境、建筑企业以及BIM自身因素都还有很大的成长空间。纵观未来，BIM技术一定是项目的标配，很多的项目都会应用BIM技术。