復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下的BIM 技術(shù)擴(kuò)散研究

葉 萌，徐曉蓓，袁紅平

（1.西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川成都 610031；2.廣州大學(xué)管理學(xué)院，廣東廣州 510006）

1 研究背景

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）作為建筑工程領(lǐng)域先進(jìn)的信息技術(shù)，能夠模擬項目設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)營階段，實(shí)現(xiàn)建筑項目全壽命周期信息集成與共享，有利于從根本上打破信息斷層問題，進(jìn)而為項目全壽命周期決策提供依據(jù)［1］。雖然BIM 技術(shù)在進(jìn)度、成本、質(zhì)量等方面具備明顯優(yōu)勢，但其在建筑業(yè)的應(yīng)用卻不如預(yù)期，擴(kuò)散進(jìn)程緩慢而有限。目前，關(guān)于BIM 應(yīng)用障礙的研究多從靜態(tài)角度定性分析相關(guān)因素，較少考慮建筑企業(yè)間復(fù)雜關(guān)系所帶來的影響，也較少研究建筑企業(yè)在不同條件下的動態(tài)決策過程。而研究顯示，BIM技術(shù)擴(kuò)散受到諸多因素交互影響，處于復(fù)雜動態(tài)的社會系統(tǒng)中，具有明顯的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征［2］。因此，如何從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角揭示BIM 擴(kuò)散內(nèi)在特征及演化機(jī)制已成為一個值得探討的問題。

新技術(shù)或者新產(chǎn)品的擴(kuò)散機(jī)理研究，本質(zhì)上是一種創(chuàng)新擴(kuò)散問題。有學(xué)者認(rèn)為BIM 技術(shù)擴(kuò)散發(fā)生在一定的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，實(shí)質(zhì)是BIM 技術(shù)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中被潛在建筑企業(yè)逐漸采納的過程，建筑企業(yè)間的復(fù)雜關(guān)系則是擴(kuò)散的重要傳播渠道［3］。因此，本文擬基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)探究BIM 技術(shù)擴(kuò)散內(nèi)在機(jī)理，通過研究微觀層面建筑企業(yè)BIM 技術(shù)采納行為，分析BIM 技術(shù)擴(kuò)散宏觀表象。目前國內(nèi)外學(xué)者主要通過構(gòu)建擴(kuò)散模型研究創(chuàng)新擴(kuò)散，從研究視角區(qū)分，創(chuàng)新擴(kuò)散模型可分為宏觀擴(kuò)散模型和微觀擴(kuò)散模型。以Bass 模型及其擴(kuò)展模型［4］為代表的宏觀擴(kuò)散模型被大多數(shù)學(xué)者所采用，然而該方法設(shè)定了眾多假設(shè)條件，過度簡化了微觀機(jī)制，也忽略了成員間社會關(guān)系，與現(xiàn)實(shí)情況嚴(yán)重不符。而微觀擴(kuò)散模型主要以元胞自動機(jī)模型［5］、Agent 仿真模型為主［6］，考慮了消費(fèi)者異質(zhì)性以及消費(fèi)群體間相互作用，能夠揭示創(chuàng)新擴(kuò)散的微觀市場機(jī)制，極大地拓展了Bass 模型的使用范圍，是本文擬采用的研究視角。

近年來，基于Agent 的建模方法（Agent-based modeling，簡稱ABM）為描述和研究社會、經(jīng)濟(jì)等復(fù)雜系統(tǒng)提供了更客觀且更有效的建模框架，也為本文研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下的BIM 技術(shù)擴(kuò)散提供了理想的工具。與此同時，BIM 技術(shù)作為建筑業(yè)新型信息技術(shù)，其采納推廣過程可類比其他行業(yè)信息技術(shù)采納推廣過程，采用信息領(lǐng)域已經(jīng)成熟的技術(shù)—組織—環(huán)境（TOE）理論，全面系統(tǒng)考察企業(yè)內(nèi)部因素、外部環(huán)境因素和信息技術(shù)自身特征對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響。綜上，為更好地揭示BIM 技術(shù)擴(kuò)散機(jī)理，本文結(jié)合創(chuàng)新擴(kuò)散理論與TOE 框架理論，從技術(shù)、組織和環(huán)境層面分析建筑企業(yè)采納行為，運(yùn)用基于Agent的建模方法，構(gòu)建BIM技術(shù)擴(kuò)散仿真模型，通過更改擴(kuò)散模型中的參數(shù)值，確定影響建筑企業(yè)BIM 采納的關(guān)鍵因素，進(jìn)而預(yù)測BIM 技術(shù)擴(kuò)散趨勢。

2 理論基礎(chǔ)

2.1 TOE 框架理論

Tornatzky 和 Fleisher 于上世紀(jì) 90 年代首次提出TOE 框架理論，即技術(shù)—組織—環(huán)境理論（Technology-Organization-Environment，TOE），該理論認(rèn)為企業(yè)采納一項創(chuàng)新技術(shù)的過程主要受到技術(shù)、組織和環(huán)境因素影響［7］，為分析企業(yè)層面創(chuàng)新采納及擴(kuò)散提供了理論依據(jù)。技術(shù)因素作為首要因素，主要是指相對于現(xiàn)有技術(shù)的相對優(yōu)勢、兼容性和復(fù)雜性等特征［8］。組織因素是指企業(yè)管理模式、運(yùn)營機(jī)制等組織特征和人才管理、資金保障、學(xué)習(xí)資源等組織體系。而環(huán)境因素是指組織所處的市場壓力、社會競爭等。TOE 框架理論全面系統(tǒng)地考察了企業(yè)內(nèi)部、外部因素及技術(shù)自身特征的影響，具備較強(qiáng)的系統(tǒng)性和可操作性，被廣泛應(yīng)用于研究創(chuàng)新擴(kuò)散［9］。

2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究主要集中在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型、測度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)三個方面，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型可對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬和仿真，測度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分析網(wǎng)絡(luò)個體的具體情況，而網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)則能夠幫助人們認(rèn)知復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)部動力學(xué)并解釋現(xiàn)實(shí)世界存在的復(fù)雜性問題［10］。具體而言，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論基于圖論將各類社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)抽象為只有節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)間相互作用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)代表系統(tǒng)內(nèi)部元素，邊表示元素間關(guān)系，通過分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)而研究系統(tǒng)功能。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)主要有平均路徑長度、聚集系數(shù)和度及度分布三大性質(zhì)，分別代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離均值、網(wǎng)絡(luò)聚集情況以及節(jié)點(diǎn)連接邊數(shù)，并具備小世界屬性［11］，小世界網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是最接近人類社會關(guān)系分布的模型，具有較短的平均路徑長度和較大的聚集系數(shù)。

3 研究方法及模型

Bass 模型研究創(chuàng)新擴(kuò)散時，假設(shè) 時刻新采納者人數(shù)線性地依賴于大眾傳媒、廣告等外部因素影響和社會壓力、網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)等內(nèi)部因素影響，已有學(xué)者將該模型（或其變體）應(yīng)用于預(yù)測BIM 技術(shù)擴(kuò)散［12］。然而，Hohnisch 等［13］人研究表明，Bass 模型忽略了成員間的社會關(guān)系，沒有反映內(nèi)部擴(kuò)散機(jī)制，與現(xiàn)實(shí)情況嚴(yán)重不符。而基于Agent 的建模方法，考慮了消費(fèi)者異質(zhì)性以及消費(fèi)群體間的相互作用，揭示了創(chuàng)新擴(kuò)散的微觀市場機(jī)制，是研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具。基于Agent的模型主要由以下三要素組成：（1）具有特定屬性和行為規(guī)則的主體集群；（2）一組Agent關(guān)系和相互作用規(guī)則；（3）Agent所處環(huán)境。為了將以上要素與BIM 技術(shù)擴(kuò)散結(jié)合，本文基于創(chuàng)新擴(kuò)散理論和TOE 框架理論，借助Bass 模型因素分類思路，從技術(shù)、組織和環(huán)境層面全面分析建筑企業(yè)采納行為。

Rogers［14］18將技術(shù)擴(kuò)散過程劃分為認(rèn)識、說服、決策、實(shí)施和證實(shí)五個階段，前三個階段決定了決策者的采納行為，是本文研究范圍。在認(rèn)識階段，潛在采納者會受到大眾傳媒、廣告或其他企業(yè)影響認(rèn)識到創(chuàng)新。一旦企業(yè)意識到創(chuàng)新，便進(jìn)入說服階段，在這個階段，企業(yè)會分析創(chuàng)新與企業(yè)需求和能力的匹配度，匹配度越高，企業(yè)采納的可能性越大。在創(chuàng)新決策階段，企業(yè)需做出采納還是不采納的決定。依據(jù)這一流程建立本文的建筑企業(yè)決策概念模型，如圖1 所示。

圖1 建筑企業(yè)決策概念模型

3.1 模型的組成部分

3.1.1 技術(shù)背景

Tornatzky 等［15］人通過分析75 篇創(chuàng)新擴(kuò)散相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)相對優(yōu)勢、兼容性和復(fù)雜性等技術(shù)因素與創(chuàng)新采納顯著相關(guān)，盡管這些因素對定義BIM 技術(shù)至關(guān)重要，但現(xiàn)有文獻(xiàn)并未給出一個方程精確描述每個特征對企業(yè)決策的影響［16］。基于此，本文將技術(shù)特征作為整體研究，考慮BIM 技術(shù)隨擴(kuò)散演化逐步成熟，并采用公式（1）計算BIM 技術(shù)成熟度：

3.1.2 組織背景

3.1.3 環(huán)境背景

環(huán)境因素主要指組織所處的市場壓力、社會競爭等，是BIM 技術(shù)采納者所處外部環(huán)境。雖然網(wǎng)絡(luò)模型無法實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一致的細(xì)節(jié)特征，但是有研究發(fā)現(xiàn)，隨著時間推移，BIM 合作網(wǎng)絡(luò)越來越密集，但是始終表現(xiàn)出小世界屬性，呈現(xiàn)復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)特征［17］。基于此，本文將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為建模載體，使用小世界網(wǎng)絡(luò)模擬市場結(jié)構(gòu)。

3.2 動力學(xué)模型

與Bass 模型相對應(yīng)，BIM 技術(shù)潛在采納者可以通過兩種途徑成為采納者，一種是獨(dú)立采用：在BIM 技術(shù)擴(kuò)散早期階段，一部分（約2.5%）創(chuàng)新者獨(dú)立于其他采納者率先采納BIM 技術(shù)，成為推動BIM 技術(shù)擴(kuò)散的初始動力［14］244。另一種是依賴采用，這部分潛在采納者的決策行為受到其他采納者影響，是本文主要研究對象。

接下來，對BIM 技術(shù)擴(kuò)散過程進(jìn)行分析。首先是認(rèn)識階段，市場中潛在的采納者會受到大眾傳媒、廣告等外部信息影響或相鄰企業(yè)影響認(rèn)識到BIM 技術(shù)，本文用代表Agenti意識到BIM 技術(shù)的概率，由公式（2）確定：

如前所述，當(dāng)建筑企業(yè)認(rèn)識到BIM 技術(shù)，便進(jìn)入說服階段，在此階段潛在采納者會根據(jù)自身情況明確組織需求，并判斷組織需求與技術(shù)成熟度之間的匹配程度。

通過上述分析建立建筑企業(yè)采納流程圖，如圖2 所示。系統(tǒng)初始化時，每個建筑企業(yè)均為潛在采納者。當(dāng)受到大眾傳媒、廣告等外部信息或社會網(wǎng)絡(luò)中鄰居間內(nèi)部信息影響，部分潛在建筑企業(yè)可以通過概率認(rèn)識到BIM 技術(shù)，在認(rèn)識的基礎(chǔ)上，匹配BIM 技術(shù)特征與企業(yè)需求的契合度，匹配度越高，建筑企業(yè)采納BIM 技術(shù)的概率越大。這部分獨(dú)立采用的創(chuàng)新者作為系統(tǒng)動力，影響與之相鄰的建筑企業(yè)采納行為，進(jìn)而推動BIM 技術(shù)擴(kuò)散。對于已采納BIM 技術(shù)的建筑企業(yè)，可以依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有能力，如技術(shù)支持、資金、人員等實(shí)際情況和社會運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行自由調(diào)整，可以概率放棄BIM 技術(shù)采納。如果企業(yè)選擇放棄BIM 技術(shù)采納，由于企業(yè)風(fēng)險意識增強(qiáng)，再次采納該項技術(shù)的概率遠(yuǎn)低于未采納者，本文以變量“”反映。相應(yīng)地，再次采納后選擇退出的概率也會大幅度降低，建筑企業(yè)行為接近于理性選擇。

圖2 建筑企業(yè)采納流程圖

4 仿真實(shí)驗

4.1 仿真參數(shù)設(shè)定

本文旨在對比在不同參數(shù)取值下BIM 技術(shù)擴(kuò)散方向、速度以及深度差異，分析參數(shù)變動值而非絕對值，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)將參數(shù)設(shè)定在合理范圍內(nèi)，如表1 所示。為增強(qiáng)結(jié)果穩(wěn)定性，每組參數(shù)組合下運(yùn)行30 次，取平均值作為最終仿真結(jié)果，以消除隨機(jī)誤差影響。

表1 參數(shù)設(shè)定表

4.2 仿真實(shí)驗結(jié)果

實(shí)驗一：BIM 技術(shù)初始成熟度與BIM 技術(shù)擴(kuò)散

為了探討B(tài)IM 技術(shù)成熟度對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響，本文選取不同參數(shù)值模擬不同初始水平，如圖3 所示，在6 種初始技術(shù)性能下運(yùn)行該模型，每種性能下運(yùn)行30 次。當(dāng)t=0 時，M=m，即代表BIM 技術(shù)初始成熟度。觀察圖3 發(fā)現(xiàn)：當(dāng)m=10 時，擴(kuò)散失敗，該結(jié)果符合一般認(rèn)知：特別不成熟的技術(shù)會嚴(yán)重影響消費(fèi)者體驗，進(jìn)而產(chǎn)生大量的負(fù)面口碑導(dǎo)致擴(kuò)散失敗。而隨著m取值增大，擴(kuò)散曲線均呈現(xiàn)“S”型，擴(kuò)散深度均集中在65%左右，但擴(kuò)散速度差異顯著，呈不斷加快趨勢。當(dāng)BIM 技術(shù)初始成熟度達(dá)到較高水平時，擴(kuò)散曲線近似重疊，再提升該參數(shù)值，并不影響B(tài)IM 技術(shù)擴(kuò)散趨勢。由此可知，BIM 技術(shù)初始成熟度過低會直接導(dǎo)致擴(kuò)散失敗，提高BIM 技術(shù)初始成熟度可以加快擴(kuò)散速度，但并不能擴(kuò)大BIM技術(shù)擴(kuò)散范圍。

圖3 不同BIM 技術(shù)成熟度對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響

實(shí)驗二：BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)與BIM 技術(shù)擴(kuò)散

當(dāng)BIM 技術(shù)以一定的初始成熟度在建筑企業(yè)間擴(kuò)散時，由公式1 可知，另一技術(shù)影響因素是BIM技術(shù)進(jìn)步系數(shù)，該項參數(shù)值越大，代表BIM 技術(shù)性能提升速度越快。當(dāng)M=E時，a=N/Y(t),可以將BIM技術(shù)進(jìn)步系數(shù)理解為：在滿足企業(yè)技術(shù)需求的條件下，N對Y(t)的比例。實(shí)驗中a均大于1，代表BIM 技術(shù)在市場采納率小于100%時，就完全成熟，a值越大，單個采納者帶來的技術(shù)進(jìn)步程度越大，BIM 技術(shù)能夠以更快的速度達(dá)到成熟。圖4 在5 種不同技術(shù)進(jìn)步系數(shù)下運(yùn)行該模型，探討B(tài)IM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響，結(jié)果如下：隨著BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)增加，BIM 技術(shù)擴(kuò)散速度、深度均得到了大幅度改善，但是當(dāng)進(jìn)步系數(shù)達(dá)到較高水平，擴(kuò)散曲線近似重合，再提升該項系數(shù)也不影響擴(kuò)散趨勢。

圖4 不同BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響

實(shí)驗三：建筑企業(yè)BIM 技術(shù)需求度與BIM 技術(shù)擴(kuò)散

本文將建筑企業(yè)技術(shù)需求度E分為三段，第一段：E1 恒成立，BIM 技術(shù)擴(kuò)散趨勢僅受外部信息和退出概率影響，兩項影響相對穩(wěn)定，與圖5 所示擴(kuò)散結(jié)果一致。當(dāng)m

圖5 不同建筑企業(yè)技術(shù)需求度對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響

實(shí)驗四：網(wǎng)絡(luò)平均度與BIM 技術(shù)擴(kuò)散

網(wǎng)絡(luò)平均度是衡量復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一，它代表社會網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)連接水平，反映建筑企業(yè)間合作水平和溝通強(qiáng)度。本文通過設(shè)置不同的平均度值，分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響，仿真結(jié)果如圖6 所示：網(wǎng)絡(luò)平均度值增大，BIM 技術(shù)擴(kuò)散速度增快、擴(kuò)散深度增加，尤其是網(wǎng)絡(luò)平均度K達(dá)到6 時，擴(kuò)散趨勢陡變，這與六度分隔理論吻合［21］。這可能是因為建筑企業(yè)與多個體進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，能充分了解鄰居決策行為，從而增大了采納概率；而網(wǎng)絡(luò)平均度較低時，個體與鄰居溝通受限，僅能獲取少數(shù)決策信息，采納動力不足。然而，當(dāng)平均度超過6 時，由于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散潛力已經(jīng)得到很大程度應(yīng)用，繼續(xù)增加K值，速度和深度增量逐漸減少，直至擴(kuò)散曲線近似重合。因此，本文認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征與BIM 技術(shù)擴(kuò)散存在關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，增加建筑企業(yè)間互動有助于BIM 技術(shù)推廣。

圖6 不同網(wǎng)絡(luò)平均度對BIM 技術(shù)擴(kuò)散的影響

5 結(jié)論與建議

隨著建筑業(yè)向信息化、智能化的轉(zhuǎn)型升級，如何推進(jìn)BIM 技術(shù)的應(yīng)用和擴(kuò)散已成為一個重要且緊迫的問題。結(jié)合創(chuàng)新擴(kuò)散理論和TOE 框架理論，本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角構(gòu)建了仿真模型，并通過一系列受控數(shù)值實(shí)驗，識別了驅(qū)動BIM 技術(shù)擴(kuò)散的關(guān)鍵因素，揭示了BIM 技術(shù)的擴(kuò)散機(jī)理。主要研究結(jié)論和政策啟示包括：

首先，BIM 技術(shù)初始成熟度是影響B(tài)IM 技術(shù)擴(kuò)散的一個關(guān)鍵因素。鑒于此，市場上的BIM 技術(shù)供應(yīng)商所提供的BIM 技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)該具備一定的成熟度，以確保滿足建筑企業(yè)的基本技術(shù)需求。如此一來，隨著BIM 技術(shù)采納人數(shù)的不斷增多，BIM 技術(shù)相關(guān)收益隨之增加，BIM 技術(shù)供應(yīng)商才能逐步加大對技術(shù)的研發(fā)力度，逐步完善并提高BIM 技術(shù)性能，從而加快BIM 技術(shù)擴(kuò)散與應(yīng)用。同時，政府主管部門應(yīng)積極出臺相關(guān)政策（如提供政策補(bǔ)貼、給予稅收減免等），一方面可以激勵BIM 技術(shù)供應(yīng)商不斷改進(jìn)BIM 技術(shù)，另一方面也可以鼓勵建筑企業(yè)積極采用BIM 技術(shù)，以推動BIM 技術(shù)擴(kuò)散與應(yīng)用。

其次，BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)會對BIM 技術(shù)擴(kuò)散產(chǎn)生積極的推動作用，具體而言，BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)能顯著提高擴(kuò)散深度，加快擴(kuò)散速度。因此，在BIM 技術(shù)初始成熟度較低時，可通過提高BIM 技術(shù)進(jìn)步系數(shù)，增大每位技術(shù)采納者所帶來的技術(shù)進(jìn)步值，從而加快BIM 技術(shù)走向成熟的速度，促進(jìn)BIM技術(shù)擴(kuò)散與應(yīng)用。

第三，建筑企業(yè)BIM 技術(shù)需求度是影響B(tài)IM 技術(shù)擴(kuò)散的另一個關(guān)鍵因素，同時，建筑企業(yè)BIM 技術(shù)需求度與擴(kuò)散深度和擴(kuò)散速度大致呈反比關(guān)系。當(dāng)建筑企業(yè)BIM 技術(shù)需求位于中、高水平時，盡管BIM 技術(shù)初始成熟度對擴(kuò)散深度的影響非常有限，但是能夠在一定程度上削弱建筑企業(yè)間的需求差異。因此，BIM 技術(shù)供應(yīng)商、政府主管部門等主體在制定BIM 技術(shù)推廣策略時，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注市場上建筑企業(yè)的整體需求水平。

最后，網(wǎng)絡(luò)平均度能夠顯著提高BIM 技術(shù)擴(kuò)散速度和深度。因此，建議BIM 技術(shù)供應(yīng)商選擇行業(yè)中的龍頭企業(yè)作為BIM 技術(shù)體驗者，以增強(qiáng)推廣效果。同時，政府主管部門應(yīng)該積極搭建增強(qiáng)建筑企業(yè)間的溝通交流橋梁，積極引導(dǎo)大型建筑企業(yè)建立BIM 應(yīng)用試點(diǎn)工程，釋放大型企業(yè)潛在的行業(yè)影響力，樹立BIM 技術(shù)應(yīng)用典范。