基于DEM模型的BIM+智慧工地應用研究

摘 要：通過分析當前BIM+智慧工地建設及推廣過程中遇到的問題，本研究對BIM+智慧工地推行中的影響因素進行了梳理。研究基于文獻分析法，識別了16個BIM+智慧工地推廣影響因素，同時確定了人員、技術、企業及環境4個維度，構建了BIM+智慧工地推行影響因素指標體系。利用DEMATEL模型確定各因素的中心度及原因度，并進行了因素的重要性及關聯性分析。結合灰色聚類分析法，進一步明確各因素的重要性。結果表明，企業及環境兩個維度對BIM+智慧工地推廣具有關鍵性的影響，而市場需求、政策扶持及企業認可度是BIM+智慧工地推廣過程中需要重點解決的問題。

關鍵詞：BIM+智慧工地；DEM模型；智慧工地推廣；因素分析

中圖分類號：TU 71" " " " " " " " 文獻標志碼：A

隨著信息技術及人工智能技術的發展，建筑行業正經歷著前所未有的變革，以建筑信息模型技術為代表性的高新信息技術已廣泛應用于建筑工程設計、管理、施工、維護等各個周期，為建筑行業的長遠發展帶來了全新的活力[1]。BIM技術通過創建和使用數字化的建筑信息模型，可以對建筑工程項目全生命周期繼續科學有效管理，BIM+智慧工地概念逐步形成，為建筑業帶來新的發展方向[2]。

推廣BIM+智慧工地，能夠提高施工效率，降低成本，保障施工安全，提高工程質量，不僅能夠實現更高效的信息共享和資源優化配置，還能夠推動建筑行業的可持續發展，這也是建筑行業轉型升級的重要途徑[3]。然而，我國建筑業經過多年粗放型的發展模式后，對BIM+智慧工地推廣較少，缺乏BIM+智慧工地的建設經驗，且激勵機制、監管等方面尚不完整，導致建筑業企業積極性較差。

1 BIM+智慧工地推行現狀及影響因素分析

1.1 BIM+智慧工地推行現狀

目前，BIM+智慧工地相關政策及法規正在不斷完善，對BIM+智慧工地的研究也在不斷深入，但在BIM+智慧工地的推廣及使用方面仍存在較大困難。根據調查結果，在我國32個省市自治區中，已有22個地區提出了相應的BIM+智慧工地建設方案，占比為68.75%，在實際推行過程中存在極大困難。建筑業作為國民經濟的支護產業，經過40余年的粗放型發展，已形成固有的發展模式，且從業人口基數較大，缺乏相應的技術指導，各級政府在推廣方式、激勵政策及監管措施方面未形成完善的政策體系，建筑業企業在BIM+智慧工地的建設方面缺乏指導性意見及技術標準，建筑企業的積極性較低，導致BIM+智慧工地的普及并不理想。

1.2 BIM+智慧工地推行影響因素分析

因素識別與分析是解決問題時常用的方法，通過確定影響某個特定結果及現象的各種因素，并采用一定的方法分析這些因素的作用和重要性。目前常見的因素分析方法有頭腦風暴法、文獻分析法、過程分析法、專家評議法等，其中，文獻分析法通過系統地回顧和分析現有文獻來識別研究領域中的關鍵因素，具有方便、安全、高效率及低成本的優點。以“智慧工地”“BIM+智慧工地”“BIM技術”“智慧工地推廣”“BIM技術應用”“智慧工地發展”“Smart construction site”“BIM+Smart Construction Site”“BIM technology”“Promotion of Smart Construction Sites”“Application of BIM technology”等為關鍵詞，在國內外主流數據庫CNKI（中國知網）、萬方網、維普網、Web of science、IEEE Xplore、SpringerLink、Google Scholar等網站中進行高頻詞匯檢索，共識別3525篇文獻，其中2019—2023年的文獻占比約為66.3%，說明BIM+智慧工地的研究熱度較高。在對文獻進行閱讀、整理，剔除相關性較差、重復性高及年代較久的文獻后，共得到122篇有效文獻，最終將BIM+智慧工地推行影響因素分為4個維度和16個影響指標，并對其進行分析，構建了BIM+智慧工地推行影響因素清單，如圖1所示。

2 BIM+智慧工地推廣模型構建及分析

2.1 DEMATEL模型構建

決策實驗室方法（Decision-making Trail and Evaluation Laboratory，DEM）是一種運用圖論和矩陣工具進行系統因素分析的方法，主要用于解決現實中復雜、困難的問題[4-5]。DEM模型通常包括4個主要指標[6]，見表1。

基于圖1所識別的BIM+智慧工地推行影響因素清單，采用函詢及問卷調查的方式，對各影響因素之間的關系進行量化處理。量化處理的方式一般采用0～5分制度，0、1、2、3、4及5分分別表示兩個因素之間影響程度為無、較小、中等、較大及非常影響，從而得到表示各因素之間的兩兩影響程度的關系矩陣O。以人員、技術、企業及環境4個維度為例，構建關系矩陣O，如公式（1）所示。

（1）

式中：O為關系矩陣。

用公式（2）計算關系矩陣O每列之和的最值K，并計算關系矩陣O的標準化形式O'，如公式（3）所示。

（2）

（3）

式中：O'為關系矩陣O的標準化形式；K為關系矩陣O的列和的最大值。

根據標準化矩陣O'用公式（4）計算得到綜合影響矩陣B。

（4）

式中：B為綜合影響矩陣，I為與標準化矩陣O'相同階數的單位矩陣。

根據綜合影響矩陣，用公式（5）～公式（8）計算影響度、被影響度、中心度及原因度。

（5）

（6）

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

Ri=Di-Ci （8）

式中：bij為綜合影響矩陣B中的各元素；Di、Ci、Mi及Ri為各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度。

用公式（9）計算各指標的DEMATEL權重。

（9）

人員、技術、企業及環境4個維度的DEMATEL四度計算結果見表2。

同理，計算圖1中崗位需求U11、人員數量U12、技術水平U13、……、企業認可度U44等指標的DEMATEL四度，見表3。

2.2 基于DEMATEL模型的影響因素分析

根據表2及表3計算結果可知，人員、技術、企業及環境4個維度中環境及技術的中心度最高，說明環境因素及技術因素是BIM+智慧工地推廣過程中的主要影響因素，企業因素及環境因素的原因度R＞0，為原因要素；而人員因素及技術因素的原因度R＜0，為結果要素。對各因素進行細化分析，由二級因素的DEMATEL四度分析結果可知， U13、U43、U14、U23、U31、U44、U12、U41及U32等因素的中心度較高，均大于1.70，同時U43、U31、U44、U41及U32等因素屬于原因要素，這幾個因素在BIM+智慧工地推廣過程起著決定性作用。以各因素中心度為橫坐標，原因度為縱坐標，形成各要素因果關系圖，如圖2所示。

由圖2可知，在一級指標中，企業因素U3及環境因素U4的原因度及中心度較高，二級指標中U43、U31、U44、U41及U32的原因度及中心度較高，這些因素不僅是影響BIM+智慧工地推廣的主要因素，也是在BIM+智慧工地推廣過程中需要解決的問題。

2.3 BIM+智慧工地推廣評級標準

聚類分析是研究多元數據分類的重要分類方法，其基本思想是以距離或相似程度為度量尺寸對樣本數據進行分類，對相同類型的樣本屬性采取相似的改進措施，提高改進策略的有效性。最常用的距離度量方法是歐幾里得距離，假設由n個評價因子確定指標xi、xj，即：xi=[xi1、xi2、…、xin]、xj=[xj1、xj2、…、xjn]，那么可以用公式（10）計算指標xi與xj的歐幾里得距離d。

（10）

傳統的聚類方法不考慮各指標在聚類過程中的相對重要性，因此導致計算的歐式距離相似度并不準確。各指標的相似度不僅依賴于其性質的相似性，還與指標的重要性密切相關，因此通過加權的歐式距離來計算更為準確，用公式（11）計算加權的歐式距離dw。

（11）

式中：dw為加權的歐式距離；wk為每個指標的權重值，即DEM權重。

將表3中各指標的DEMATEL四度作為評價因子，采用改進的加權歐式距離，用公式（11）進行灰色聚類分析，確定各指標的相似程度，運用SPSS軟件進行聚類分析，形成BIM+智慧工地推行影響因素聚類樹，如圖3所示。

由圖3可知，聚類樹將 BIM+智慧工地推行影響因素分為3類，即主要因素、次要因素及一般性因素，聚類分析的結果與DEMATEL模型的劃分結果基本相似，但聚類分析的結果更為精確。市場需求、政策扶持及企業認可度是BIM+智慧工地推行推廣過程中的主要影響因素，對結果起到決定性作用。在此過程中，政府與企業扮演著重要角色，政府應制定和實施一系列支持政策，鼓勵施工企業采用BIM+智慧工地的施工及管理方案，而企業應增加智慧工地的研發投入，重視信息技術人員的培訓和教育，提高團隊熟練度和創新能力，滿足市場對BIM+智慧工地解決方案的需求。

3 結論

本文聚焦BIM+智慧工地建設及推廣過程中的難點，對BIM+智慧工地推行中影響因素進行分析與梳理，采用文獻分析法從人員、技術、企業及環境4個維度識別16個影響BIM+智慧工地推廣的因素，構建BIM+智慧工地推行影響因素指標體系。采用DEMATEL數學模型，對各因素的重要性及關聯性進行分析，將DEM權重與加權聚類分析相結合，確定各因素因素分級。計算結果表明，企業及環境因素是影響BIM+智慧工地推廣的關鍵性因素，而市場需求、政策扶持及企業認可度是BIM+智慧工地推行推廣過程中的主要影響因素。

參考文獻

[1]高俊杰.房建工程質量安全管理中智慧工地系統的應用研究[J].中國新技術新產品，2022（16）：115-118.

[2]吳富明，李軍，王喜紅，等.BIM+智慧工地管理系統在工程中的應用—以莫高窟數字展示中心為例[J].建筑經濟，2024，45（8）：27-34.

[3]馮時，耶律根迪，馬福源.基于BIM+GIS融合技術的智慧化建設及應用研究[J].智能城市，2024，10（7）：95-97.

[4]李明柱，王梓瑋，鄧凌.基于DEMATEL-ISM的建筑施工企業BIM應用影響因素研究[J].項目管理技術，2023，21（10）：49-53.

[5]孫成雙，張勇峰，羅千買，等.基于GT-AHP-DEMATEL的建筑工程項目數字孿生技術應用影響因素研究[J].工程管理學報，2024，38（4）：123-128.

[6]王禹杰，趙寧，卜甜甜.基于AHP-DEMATEL的智慧工地安全管理影響因素研究[J].項目管理技術，2024，22（8）：21-27.