基于改進(jìn)層次分析法的BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究

韓烈慧樓

(中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司 北京 100855)

1 引言

就當(dāng)今的建筑工程而言，無(wú)論是在設(shè)計(jì)、管理，還是在建造之中，都可以將BIM技術(shù)作為一種有效的數(shù)據(jù)化工具來(lái)加以運(yùn)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑工程信息化模型與數(shù)據(jù)化模型的完美整合，這對(duì)于建筑工程項(xiàng)目的具體策劃、維護(hù)以及運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)都起著關(guān)鍵性的作用。因此，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑工程施工效率的提升，也可以達(dá)到縮短工期的目的，并進(jìn)一步降低工程成本。

在該技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，主要是借助于信息的實(shí)時(shí)交換共享顯著提高工程項(xiàng)目的管理水平和生產(chǎn)效率，在縮短工程項(xiàng)目建設(shè)周期的同時(shí)，也能有效改善工程項(xiàng)目質(zhì)量，因此近年來(lái)BIM技術(shù)在世界范圍內(nèi)的工程項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。然而，BIM技術(shù)仍處于發(fā)展初期，在應(yīng)用過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)有可能成為制約BIM技術(shù)發(fā)展的瓶頸。既有研究中，學(xué)者們普遍關(guān)注BIM技術(shù)為工程項(xiàng)目帶來(lái)的正面效益[1-3]，本論文從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度出發(fā)，對(duì)BIM技術(shù)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，從而幫助技術(shù)人員降低BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，提升工程項(xiàng)目的安全性。

2 BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素分析

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，根據(jù)對(duì)既有研究成果的整理，可將BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)總結(jié)為包括22個(gè)子因素的5類(lèi)因素，分別為人員類(lèi)、經(jīng)濟(jì)類(lèi)、環(huán)境類(lèi)、管理類(lèi)及技術(shù)類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素[4]。具體如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素

3 BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重確定方法

層次分析法是被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于多目標(biāo)決策分析的一種運(yùn)籌學(xué)方法，在將決策問(wèn)題進(jìn)行分解的過(guò)程中，每項(xiàng)指標(biāo)對(duì)結(jié)果的影響主要通過(guò)指標(biāo)權(quán)重體現(xiàn)，因此層次分析法的核心在于確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

3.1 基于層次分析法的權(quán)重確定

在確定各層次各因素之間的權(quán)重時(shí)，若直接采用專家打分法確定權(quán)重指標(biāo)，可能會(huì)存在主觀片面性，導(dǎo)致結(jié)果失真。因此層次分析法采用構(gòu)建判斷矩陣的方法，避免同時(shí)比較所有因素的重要度，而是對(duì)指標(biāo)重要度進(jìn)行兩兩比較，將絕對(duì)判斷轉(zhuǎn)化為相對(duì)判斷，從而降低判斷難度，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。判斷矩陣A＝(aij)n×n中的元素可用9標(biāo)度法表示，見(jiàn)表1。

表1 9標(biāo)度法

通過(guò)咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥瑢?zhǔn)則層的元素按照上表的原則進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣A＝(aij)n×n，通過(guò)和積法求解指標(biāo)權(quán)重，最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，具體過(guò)程如下所述。

對(duì)向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到向量W，則向量W＝[w1，w2，…，wn]T即為判斷矩陣A的特征向量，指標(biāo)i的權(quán)重系數(shù)即為向量W＝[w1，w2，…，wn]T中的wi。這一過(guò)程稱為層次單排序。

計(jì)算最大特征值λmax:

若構(gòu)造的判斷矩陣與一致矩陣差別太大，則需要重新構(gòu)建判斷矩陣，因此需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性指標(biāo)用表示，CI越小，說(shuō)明一致性越大。在檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿意的一致性時(shí)，還需計(jì)算檢驗(yàn)系數(shù)。若CR＜0.1，則認(rèn)為該判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，出現(xiàn)一致性隨機(jī)偏離的可能性一般與判斷矩陣階數(shù)成正相關(guān)，即判斷矩陣階數(shù)越大，則出現(xiàn)一致性隨機(jī)偏離的可能性越大。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

表2 隨機(jī)平均一致性形式指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值

3.2 基于熵權(quán)法對(duì)權(quán)重進(jìn)行修正

層次分析法屬于主觀權(quán)重計(jì)算方法，在對(duì)參數(shù)進(jìn)行兩兩比較時(shí)，人為偏好將導(dǎo)致判斷矩陣具有主觀性較強(qiáng)的缺陷，因此論文使用熵權(quán)法對(duì)層次分析法計(jì)算的權(quán)重進(jìn)行修正。

熵權(quán)法是客觀權(quán)重計(jì)算方法，利用熱力學(xué)中熵值的理念，計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。熵最早在熱力學(xué)研究中被提出，表示系統(tǒng)的混亂程度，后來(lái)被應(yīng)用到信息論中，表征某一指標(biāo)能夠提供的信息量[5]。當(dāng)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響越大，說(shuō)明該指標(biāo)的權(quán)重越大。

首先根據(jù)判斷矩陣A＝(aij)n×n計(jì)算各指標(biāo)的熵值Hi。

使用熵權(quán)法計(jì)算的權(quán)重ξi對(duì)層次分析法計(jì)算的權(quán)重wi進(jìn)行修正，得到權(quán)重λi:

4 BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)法主要是將數(shù)字隸屬度模糊理論作為基礎(chǔ)，對(duì)原本的定性評(píng)價(jià)方法加以轉(zhuǎn)變，使其變成定量評(píng)價(jià)，從而對(duì)受多因素影響的事物做出總體評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法[6]。

(1)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)集合

根據(jù)已建立的BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)集合M，一般包括很高、較高、中等、較低和很低5個(gè)等級(jí):

(2)對(duì)模糊矩陣進(jìn)行構(gòu)建

將專家對(duì)于各種風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)分作為基礎(chǔ)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素方面的模糊矩陣S進(jìn)行建立:

(3)綜合評(píng)價(jià)

將修正后的權(quán)重矩陣λ與模糊矩陣S進(jìn)行整合，從總體上對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立綜合判斷矩陣C，其中cj(j＝1，2，3，…，m)為模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，表示被評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)體系的等級(jí):

5 案例研究

5.1 層次分析法權(quán)重結(jié)果

對(duì)于某建設(shè)項(xiàng)目X，基于BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素分析，邀請(qǐng)5位專家采用1-9標(biāo)度法對(duì)準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行打分，判斷矩陣見(jiàn)表3至表8。其中B1-B5表示技術(shù)類(lèi)、管理類(lèi)、環(huán)境類(lèi)、經(jīng)濟(jì)類(lèi)及人員類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素；C11-C15表示技術(shù)類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素下的5個(gè)主要的子因素，即軟件的成熟度C11、數(shù)據(jù)交互性程度C12、技術(shù)的適用性C13、技術(shù)具備的難度C14、模型要求的精度C15；C21-C25表示管理類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素下的5個(gè)主要的子因素，即模型管理存在的問(wèn)題C21、企業(yè)內(nèi)部具備的驅(qū)動(dòng)力C22、技術(shù)管理面臨的難度C23、應(yīng)用的管理模式C24、參與方具備的管理能力C25；C31-C35表示環(huán)境類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素下的5個(gè)主要的子因素，即相關(guān)法律法規(guī)的成熟度C31、政策的導(dǎo)向性C32、市場(chǎng)的認(rèn)可程度C33、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善程度C34、合同存在的問(wèn)題C35；C41-C44表示經(jīng)濟(jì)類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素下的4個(gè)主要的子因素，即收益的不確定性C41、短期成本投入C42、新增加的額外成本C43、投資回報(bào)期限C44；C51-C53表示人員類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素下的3個(gè)主要的子因素，即從業(yè)人員的技術(shù)素養(yǎng)C51、從業(yè)人員的總體數(shù)量C52、技術(shù)人員的主動(dòng)性C53。

表3 判斷矩陣A-B

表4 判斷矩陣B1-C

表5 判斷矩陣B2-C

表6 判斷矩陣B3-C

表7 判斷矩陣B4-C

表8 判斷矩陣B5-C

利用Matlab計(jì)算表3判斷矩陣的特征向量及最大特征值計(jì)算，得到

計(jì)算一致性指標(biāo)CI及檢驗(yàn)系數(shù)CR:

檢驗(yàn)系數(shù)CR通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

同理計(jì)算其他判斷矩陣:

5.2 基于熵權(quán)法的權(quán)重修正結(jié)果

基于表3至表8的判斷矩陣，使用熵權(quán)法計(jì)算權(quán)重，結(jié)果如下:

使用熵權(quán)法計(jì)算的權(quán)重ξi對(duì)層次分析法計(jì)算的權(quán)重Wi進(jìn)行修正，得到權(quán)重λi結(jié)果如下:

因此，BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)各因素權(quán)重如圖2所示。

圖2 X項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重結(jié)果

5.3 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

邀請(qǐng)10位行業(yè)資深專家，對(duì)該項(xiàng)目的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)級(jí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 風(fēng)險(xiǎn)因素專家評(píng)級(jí)結(jié)果

根據(jù)調(diào)查表結(jié)果，得出各風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊矩陣，結(jié)果如下:

結(jié)合熵權(quán)法修正后的指標(biāo)層權(quán)重結(jié)果，計(jì)算指標(biāo)層因素的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果:

結(jié)合熵權(quán)法修正后的準(zhǔn)則層權(quán)重結(jié)果，求得系統(tǒng)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果:

最后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分表，求得本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)得分:

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分見(jiàn)表10。因此，本項(xiàng)目具有較大的BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，在BIM技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)選擇經(jīng)驗(yàn)較為豐富的技術(shù)人員參與項(xiàng)目，并強(qiáng)化各環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)管理。

表10 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

6 結(jié)論

通過(guò)分析X項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)因素，提出基于改進(jìn)層次分析法的BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，在計(jì)算時(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重中使用熵權(quán)法對(duì)層次分析法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，避免層次分析法中專家主觀因素對(duì)結(jié)果的影響。最后基于實(shí)際案例，分析X項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)果顯示該項(xiàng)目具有較大的BIM應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在實(shí)施中重視風(fēng)險(xiǎn)管理。