徐曉蓓，袁紅平

(1.西南交通大學 經濟管理學院，四川 成都 610031；2.廣州大學 工商管理學院，廣東 廣州 510006)

當前，以建筑信息模型(building information modeling，BIM)為代表的新一代信息技術的發(fā)展與應用正在加快建筑行業(yè)信息化。BIM是建筑物物理和功能特性的數字化表達，包含建筑項目全壽命周期的全部信息。相關研究表明，應用BIM技術可有效減少工程變更，縮短建設工期，提高估算精度[1]。在北美，BIM技術應用的比例高達71%[2]。國家“十三五”規(guī)劃明確設定2020年我國BIM技術采納率達到90%的目標[3]。然而，研究卻表明我國仍處于BIM技術應用的早期階段，近一半建筑師和三分之一承包商處于應用BIM的最低水平(即小于15%的項目使用了BIM技術)[4]。因此，如何提升我國BIM技術應用已成為當務之急。

現(xiàn)有研究大多聚焦于BIM技術實踐，運用文獻綜述、問卷調查、專家訪談等定性分析BIM技術應用，識別阻礙BIM技術應用的因素。然而，這些研究未考慮企業(yè)在不同條件下的動態(tài)決策過程，也未能刻畫建筑企業(yè)間的復雜影響關系。有學者基于創(chuàng)新傳播理論(innovation diffusion theory，IDT)，將BIM技術應用視為一種廣義創(chuàng)新行為，借助擴散模型定量分析BIM技術擴散機理。其中，以Bass模型[5]為代表的宏觀擴散模型，占據了擴散模型研究中的主要地位，但是該方法過度簡化微觀機制，假設個體是同質的，個體間的相互作用獨立同分布，采用簡單的微分方程分析群體間宏觀擴散過程。然而BIM技術擴散受到多個因素的交互影響。處于復雜動態(tài)的社會系統(tǒng)中，單個企業(yè)是否采納BIM技術的異質性非常明顯，因此該方法有一定的局限性。隨著社會主體間創(chuàng)新關系的不斷深化和逐漸復雜化，創(chuàng)新擴散的動力逐步向網絡化延伸。一些學者[6]意識到創(chuàng)新擴散實質是在網絡組織中進行的，網絡特征使企業(yè)間通過直接的聯(lián)系產生信息交流和相互學習，繼而將創(chuàng)新擴散過程劃分為3個主要維度：創(chuàng)新技術或產品自身特征、社會網絡結構和消費者個體行為選擇[7]，并建立基于復雜網絡的擴散模型，分析網絡結構與微觀采納行為的關系。這樣的研究成果既考慮了社會系統(tǒng)中個體的異質性，又揭示了網絡結構對微觀采納行為和宏觀擴散的影響，為本文提供了理想的研究視角。

ABM(agent-based modeling)是研究大量微觀層次主體(Agent)交互或主體交互產生宏觀復雜性的仿真模擬方法，可以揭示不同因素驅動擴散的時變影響，是目前分析復雜系統(tǒng)的常用工具。為了更好地揭示BIM技術擴散機理，本文結合創(chuàng)新擴散微觀機理和復雜系統(tǒng)理論，運用Agent建模方法，開發(fā)基于Agent的BIM技術擴散仿真模型，分析BIM技術擴散網絡的結構特征，研究建筑企業(yè)的異質性，確定影響建筑企業(yè)預采納BIM技術的關鍵因素，依據仿真結果預測和分析BIM技術擴散趨勢，并提出針對性的改進建議。

1 理論基礎

1.1 BIM技術擴散的界定

Stoneman[8]將技術擴散定義為“一項新技術的廣泛應用和采納”，表明技術擴散和企業(yè)采納密不可分。BIM技術擴散的重要表現(xiàn)形式是建筑企業(yè)共同采納BIM技術[9]，提高項目管理效率。本文基于社會網絡結構和個體異質性的技術采納思想，分析經過一定擴散周期，BIM技術在建筑企業(yè)間的演化擴散，研究BIM技術自身成熟度、建筑企業(yè)個體異質性，及所處社交網絡結構對建筑企業(yè)決策行為的影響。

1.2 復雜網絡結構

復雜網絡為理解現(xiàn)實世界中不同主體間或者復雜系統(tǒng)間的相互作用，提供了新的思考方式，它作為一種普遍應用的方法，能對現(xiàn)實世界中眾多社會系統(tǒng)進行抽象和解釋[10]，以復雜網絡中各節(jié)點及節(jié)點間的連接反映網絡內部結構，具有平均路徑長度、聚集系數和度及度分布3大性質。復雜網絡具備小世界屬性[11]，小世界網絡是最接近人類社會關系分布的模型，具有較短的平均路徑長度和相對較大的聚集系數，對創(chuàng)新擴散的影響最為顯著，是本文研究的主要框架模型。

SW小世界網絡模型[12]：先構建一個具有N個節(jié)點，各節(jié)點具有K連通度的近鄰耦合網絡，然后以概率p(0＜p＜1)隨機斷開網絡中的某條邊，將斷開的一端與網絡中其他節(jié)點進行連接。節(jié)點不能與自身相連并且任意兩節(jié)點不能重復相連。p= 0時，模型為規(guī)則網絡；p= 1時，模型為隨機網絡。這種重連邊方法構造的網絡，平均路徑會大大縮短，而對聚類系數影響不大。本文中每個節(jié)點代表個體建筑企業(yè)，節(jié)點間的連線代表個體間存在信息傳遞和相互影響，由此構成BIM技術擴散所處的社會網絡結構。

2 基于Agent的BIM技術擴散模型

2.1 建筑企業(yè)代理

BIM技術擴散的宏觀表現(xiàn)是采納BIM技術的建筑企業(yè)數量變動。BIM技術采納者指的是建筑企業(yè)，是社會網絡中的個體節(jié)點，在ABM中，又被建模為個體Agent。在BIM擴散過程中，具有異質性的各建筑企業(yè)Agent依據其決策效用函數，在每個被觀察的時間段內決策是否采納BIM技術。

2.1.1 BIM技術采納者類型

BIM技術采納者的異質性對決策是否采納BIM技術尤為重要，Rogers[13]依據創(chuàng)新擴散曲線，將采納者分為創(chuàng)新者、先采納者、早期多數采納者、晚期多數采納者和最后采納者5個類型，占比分別為2.5%、13.5%、34%、34%和16%。本文將創(chuàng)新型和先采納者歸于風險偏好類型，他們對于BIM技術有著強烈的采納意愿，其中一部分會借助大眾傳媒率先采納BIM技術，是推動BIM擴散的初始動力。早期多數采用者是指在創(chuàng)新型采納者使用后立即采用BIM技術的消費者，屬于風險中立型，該群體決定了BIM技術擴散能否成功。晚期多數采納者對風險較敏感，決定BIM技術的最終擴散深度。最后采納者是保守型消費者，屬于風險規(guī)避類型，穩(wěn)定BIM技術擴散。本文將后兩種類型均歸為風險規(guī)避型。

2.1.2 建筑企業(yè)Agent的決策過程

根據信息加工理論，個體主要依據外部環(huán)境，結合自身特征進行決策[14]。建筑企業(yè)Agent的決策過程一般分為3個階段。1) 獲取BIM技術信息。本文界定大眾傳媒只起著發(fā)布和傳播BIM技術信息的作用，口碑效應才是影響潛在采納者決策行為的真正動力[13]。2) 對BIM技術進行效用評價。建筑企業(yè)Agent通過大眾傳媒獲取BIM技術信息后，會基于企業(yè)特征對BIM技術進行效用評價。效用評價主要包括對BIM技術自身特性的初始評價和鄰居BIM采納行為對其產生的口碑壓力兩部分。3) 依據閾值判斷是否采納BIM。建筑企業(yè)Agent對比兩階段效用評價值與自身采納閾值。當建筑企業(yè)效用評價值大于或等于其采納閾值時，建筑企業(yè)才會選擇采納，否則，不采納。據此構建建筑企業(yè)Agent決策行為概念模型，如圖1所示。本文將外部環(huán)境設定為鄰居決策、BIM技術自身成熟度。決策結果為“采納”或“不采納”。

圖1 建筑企業(yè)采納行為概念模型Figure1 Conceptual model of adoption behavior of construction enterprises

2.2 主要調節(jié)因素

本文基于復雜網絡理論，研究網絡結構對BIM技術擴散的影響，考慮在不同仿真參數下，BIM技術在建筑企業(yè)間的演化擴散過程，選取重連概率、網絡規(guī)模、平均度和初始采納者比例這4個維度。表1為各參數變量的定義及取值。

表1 主要調節(jié)因素Table1 Main adjustment factors

2.3 基本模型

依據上文所分析的決策過程及主要影響因素，建立本文的閾值模型為

其中，a doptioni,t表 示建筑企業(yè)i在t時刻是否采納BIM技術；Ui,t表 示第i個 建筑企業(yè)Agent在t時刻采納BIM技術的感知效用；Ui,thre為 建筑企業(yè)i采納BIM技術的閾值。當Ui,t≥Ui,thre時，代表第i個建筑企業(yè)Agent在t時刻采納BIM技術獲得的效用值不低于其采納閾值時，將采納BIM技術，否則不采納。以往文獻已經定性確定了與建筑企業(yè)感知效用相關的因素。為了保證可操作性，本文設定建筑企業(yè)Agent采納BIM技術的效用函數主要由建筑企業(yè)對BIM技術自身屬性的評價值和建筑企業(yè)所處社交網絡中其鄰居的采納行為對其產生的壓力影響值組成，參考文獻[16]，效用函數為

Ui,t=αiIi+βiNi,t?1。

1) αiIi為 第i個建筑企業(yè)Agent對BIM技術自身屬性的評價值。其中，Ii為建筑企業(yè)i對BIM技術自身屬性的初始評價值；αi為 建筑企業(yè)i對BIM技術自身屬性的初始評價對其采納決策的重要程度。該值由各建筑企業(yè)依據BIM技術相對優(yōu)勢、兼容性、復雜性等屬性進行評價，與建筑企業(yè)經營狀況、管理能力、風險偏好等企業(yè)特征有關，而與其他Agent無關，反映建筑企業(yè)異質性，并且假定其在整個擴散過程中保持不變。

其中，m為該社會系統(tǒng)中潛在采納者總量；ωj,i為在社會網絡系統(tǒng)中，節(jié)點j對節(jié)點i影響的權重；adoptionj,t?1為 節(jié)點j在t?1時 刻的采納狀態(tài)；lj,i表示節(jié)點j和節(jié)點i之間是否存在連接，即是否為鄰居關系。

(1) ωj,i具 體函數為ωj,i=kj/(ki+kj)。

其中，ki為 節(jié)點i的 度值；kj代 表與節(jié)點i相鄰的節(jié)點j的度值。ωj,i的值與各節(jié)點的度值有關，由此考慮不同節(jié)點間影響權重差異，更貼合現(xiàn)實。在本文中，某節(jié)點度值越大，代表該節(jié)點社交圈子越廣，信息面越大，其采納行為越可信，為該社會網絡系統(tǒng)中的意見領袖。

(2)lj,i具體函數為

將上述公式代入建筑企業(yè)Agent的效用函數中，得

后續(xù)研究思路如下。

其中，Ii,thre為 建筑企業(yè)i對BIM技術本身的偏好閾值；Ni,thre為建筑企業(yè)i受到社會網絡中鄰居影響的壓力閾值。當建筑企業(yè)i對BIM技術自身屬性的評價值不低于其偏好閾值Ii,thre時 ，建筑企業(yè)i會產生采納意愿，進而獲得偏好效用；反之，則說明BIM技術不滿足建筑企業(yè)i的消費預期，建筑企業(yè)不會自發(fā)產生采納意愿。同理，若t?1時 刻建筑企業(yè)i所處社會網絡系統(tǒng)對其產生的初始壓力影響值不低于其壓力閾值Ni,thre，該建筑企業(yè)會感到社會壓力，產生融入社會群體保持行為一致性的意愿，否則，不會產生。綜上，建立BIM技術采納者的微觀采納機制，如圖2所示。

圖2 BIM技術采納者的微觀采納機制Figure2 Micro adoption mechanism of BIM technology adopters

3 系統(tǒng)仿真實驗和結果分析

采用NetLogo軟件進行BIM技術擴散模擬仿真，分析建筑企業(yè)偏好、社交網絡結構、初始采納者比例和BIM技術自身成熟度對BIM技術擴散過程和結果的影響。

3.1 仿真參數設定

對BIM擴散進行微觀分析時，大量學者運用統(tǒng)計概率理論對變量進行刻畫，通常認為變量取值服從正態(tài)分布可以代表消費者異質性[7, 13, 17]。本文借鑒前人思路進行賦值，如表2所示。為增加結果穩(wěn)定性，每種參數組合下運行30次，取平均值作為最終結果。

表2 參數設定表Table2 Parameter value table

3.2 仿真結果

3.2.1 網絡類型與BIM技術擴散

在不同網絡類型下，社會系統(tǒng)中建筑企業(yè)的人際關系網絡具有不同的拓撲結構特征。本文在規(guī)則網絡、隨機網絡和小世界網絡上研究BIM技術擴散。圖3是3種網絡結構下的BIM技術擴散曲線，呈現(xiàn)相似的擴散特征，擴散曲線均呈“S”型，采納BIM技術的人數在短期內迅速上升，在某刻到達最大值后保持穩(wěn)定，這與BIM應用初期發(fā)展緩慢，后期呈現(xiàn)快速發(fā)展的特征一致。該穩(wěn)定狀態(tài)下網絡中已采納BIM技術的人數比例即擴散深度，該時刻即擴散速度。由圖可得，3種網絡結構中均沒有實現(xiàn)100%的擴散率，說明在現(xiàn)實世界中，由于存在擴散障礙，擴散渠道有限，因而不可能達到理想狀態(tài)。規(guī)則網絡是最特殊的網絡結構，節(jié)點度分布完全一致，這與現(xiàn)實社會網絡結構相差甚遠。結構的規(guī)律性一般會抑制信息傳遞，將信息擴散局限在一定的范圍內，而隨機網絡則具有較低的聚集系數和較短的平均路徑長度，度分布相較于小世界網絡更具隨機性，信息能快速傳遞。小世界網絡則介于兩者之間，兼具兩種網絡特征優(yōu)勢。在擴散過程中，有較大度值的節(jié)點能快速獲取BIM技術創(chuàng)新信息，較高的聚集系數和較短的平均路徑都保證該節(jié)點成為意見領袖，位于網絡結構和信息傳遞中心，能最大化影響其鄰居的決策行為，快速推動BIM技術擴散，縮短擴散周期并節(jié)約資源。

圖3 不同網絡結構下的BIM技術擴散曲線Figure3 BIM technology diffusion curve under different network structures

3.2.2 網絡重連概率與BIM技術擴散

圖4是在不同重連概率下，分別以速度、深度為研究對象匯總的擴散結果。其中，圖4(a)是以速度為研究目標匯總各個實驗數據。由圖可知，隨著重連概率提高，BIM技術擴散速度呈現(xiàn)先增加后下降，而后上下波動的特征，說明重連概率對小世界網絡結構的影響并無規(guī)律性，反映到BIM技術擴散上，并不是簡單的線性關系，也不呈單一的變動趨勢，而是一種復雜的動態(tài)變化。圖4(b)是以深度為研究目標匯總，在其他參數不變的情況下，增加網絡重連概率，擴散深度提高，兩者近似呈正相關關系。這可能是因為，隨著重連概率增加，網絡聚集系數不斷降低，平均路徑不斷變短，網絡中集團化程度降低，不同集團間鏈接路徑變短，鏈接概率增加，信息擴散范圍擴大。

圖4 以速度、深度為研究對象匯總不同重連概率下的擴散結果Figure4 Summarize the diffusion results under different reconnection probabilities with speed and depth as the research object

3.2.3 網絡規(guī)模與BIM技術擴散

圖5是在不同網絡規(guī)模下，分別以速度、深度為研究對象匯總的結果。在本文設定參數下，3種網絡間擴散趨勢呈現(xiàn)顯著差異。規(guī)則網絡在任意規(guī)模下，均具有最快的擴散速度和最小的擴散深度，說明對擴散深度要求不高時，規(guī)則網絡能夠節(jié)約一定的時間成本。隨機網絡中BIM擴散速度較快且具有最大擴散深度，穩(wěn)定在0.6左右，是BIM技術擴散最理想的網絡結構。小世界網絡則介于兩者之間，速度較慢，并隨著規(guī)模變動，擴散速度出現(xiàn)一定幅度的波動，但總體趨勢是隨著規(guī)模增加，擴散速度呈現(xiàn)逐漸放緩的變動趨勢，擴散深度則幾乎無變化。這說明，在制定創(chuàng)新策略時，并不是擴散規(guī)模越小，擴散就越容易成功，應綜合考慮各相關因素影響。

圖5 以速度、深度為研究對象匯總不同網絡規(guī)模下的擴散結果Figure5 Summarize the diffusion results under different network scales with speed and depth as the research object

3.2.4 網絡平均度與BIM技術擴散

圖6是在不同網絡平均度下，分別以速度、深度為研究對象匯總的擴散結果。平均度代表社會網絡中節(jié)點的連接水平，反映建筑企業(yè)間的合作水平和聯(lián)系強度。如圖6(a)所示，在小世界網絡和隨機網絡中，BIM技術擴散速度隨著平均度的增加先變緩后加快，說明當平均度處于特定臨界狀態(tài)時，擴散速度最緩；而后在一定范圍內，擴散速度隨著平均度的增加而加快。規(guī)則網絡相比其他兩種網絡，變動臨界值和浮動范圍均較小。而在圖6(b)中，3種網絡下BIM技術擴散深度變動趨勢相同，在擴散初期，隨著平均度增加而快速增長，隨后保持穩(wěn)定，尤其是小世界網絡和隨機網絡，擴散過程趨于一致。該結果表明平均度能在一定程度上縮小3種網絡結構上的差異。

圖6 以速度、深度為研究對象匯總不同網絡平均度下的擴散結果Figure6 Summarize the diffusion results under different network averages with speed and depth as the research object

3.2.5 初始采納者比例與BIM技術擴散

圖7是在不同初始采納者比例下，分別以速度、深度為研究對象匯總的擴散結果。結果表明，擴散速度隨著初始采納者比例的提高而加快，說明在擴散初期，采納比例越高，越有利于BIM“起飛”，從而縮短BIM推廣周期。而初始采納者比例對最終穩(wěn)定擴散深度幾乎無影響，因此無法通過提高初始采納者比例促進BIM技術擴散。對比小世界網絡和隨機網絡，隨著初始采納者比例增加，兩者差異變小，在速度相近下，具有相似的擴散穩(wěn)定深度。因此BIM推廣者在制定推廣計劃時，應首先考慮網絡結構類型，依據不同的結構類型，采取不同的推廣手段和策略，既能節(jié)約成本，縮短周期，又能達到理想的擴散結果。

圖7 以速度、深度為研究對象匯總不同初始采納者比例下的擴散結果Figure7 Summarize the diffusion results under different initial adopter ratios with speed and depth as the research object

4 結論

通過本文研究，得出以下結論和政策啟示。

在不同社會網絡結構中，BIM技術擴散曲線雖呈現(xiàn)相似的擴散趨勢，但是擴散速度和擴散深度差異較大。在同等條件下，隨機網絡中最終采納者比例最高。在相同的采納者比例下，隨機網絡擴散速度最快，小世界網絡次之，規(guī)則網絡最不利。社會網絡拓撲結構對BIM技術擴散起著重要的作用。與以往僅考慮技術、人員、法律等宏觀因素的研究不同，本文分析了不同社交網絡結構的影響，對于理清宏觀現(xiàn)象與微觀機制的內在邏輯具有一定的指導意義。因此，管理者在制定推廣策略、預測BIM“起飛”時刻或者最終穩(wěn)態(tài)時，應考慮BIM技術推廣所面對的現(xiàn)實社會網絡結構。

小世界網絡中，重連概率這一指標能夠顯著增加BIM技術擴散深度，但是對速度的影響并不呈現(xiàn)規(guī)律性，而是一種復雜動態(tài)的變化。該現(xiàn)象提示管理者在推廣BIM技術時，應當關注大范圍小規(guī)模的信息傳遞，如各大專業(yè)信息網站、軟件界面等傳播渠道，使更多建筑企業(yè)了解BIM技術信息，擴大覆蓋范圍，克服網絡結構對BIM信息傳播的局限。

在同一網絡結構中，由于網絡規(guī)模改變引起的擴散差異并不明顯，不同網絡結構間擴散趨勢稍有差異。說明網絡拓撲結構一定的情況下，節(jié)點間相互作用對BIM技術的擴散驅動具有一定的穩(wěn)定性，這與Takeda等[20]的研究結果一致，當未考慮技術替換時，潛在市場N的實際數量對擴散模式沒有質的影響。另外，仿真結果也打破了“潛在建筑企業(yè)群體規(guī)模越大，擴散難度越大”的一般認知，表明并不是擴散規(guī)模越小，擴散就越容易成功。

3種網絡中擴散曲線逐漸接近并且最終近似重合，說明平均度這一因素能在一定程度上縮小3種網絡結構上的差異。提高網絡平均度，即提高建筑企業(yè)間合作水平和聯(lián)系強度，增強建筑企業(yè)溝通交流機會，有利于建筑企業(yè)間BIM信息交流，打破信息孤島壁壘，加速BIM技術擴散，同時能夠縮短建筑行業(yè)投資回收周期，降低風險概率。因此，在未確定社會網絡類型時，選擇行業(yè)中的龍頭企業(yè)作為BIM技術體驗者，有助于BIM技術的擴散，縮短擴散時間，降低風險成本。

初始采納者是BIM技術擴散的初始驅動力量。提高初始采納者比例能夠促進BIM“起飛”，縮短擴散周期，加快擴散速度，但是對最終穩(wěn)定擴散深度影響不大。這說明在最初的廣告營銷上，不需要投入大規(guī)模的資金財力，選擇小范圍大規(guī)模的龍頭企業(yè)作為BIM技術初始采納者比選擇大范圍小規(guī)模企業(yè)更有利于BIM技術擴散。