陳 珂，杜 鵬，段未珣，劉健鵬

（1.華中科技大學 國家數(shù)字建造技術創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430074；2.華中科技大學 土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074，E-mail：dupeng1037@hust.edu.cn；3.中國核工業(yè)華興建設有限公司，江蘇 南京 210019）

隨著新一代信息技術與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，各行各業(yè)都進入了以數(shù)字化變革、智能化升級為特征的高質(zhì)量發(fā)展時代，建造行業(yè)也面臨著高質(zhì)量發(fā)展的時代課題。智能建造是一個多學科交叉融合的研究領域，涉及到工程技術、管理科學與計算機科學等學科門類，涵蓋了建造行業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)[1]。BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術和建造技術的融合，促進了智能建造的產(chǎn)生和發(fā)展[2]，給建造行業(yè)帶來了第二次變革的機會。

隨著智能建造技術廣泛應用于工程實踐，部分研究將視角投向智能建造技術在項目或企業(yè)層級的應用評價。其中，BIM 技術應用評價的研究成果最為豐富。美國提出了國家BIM 標準[3]。英國提出了iBIM 成熟度模型[4]。趙彬等[5]針對業(yè)主驅(qū)動的BIM 應用構建了BIM 應用效益評價體系。王美華等[6]結合能力成熟度理論構建了設計企業(yè)BIM技術應用能力評價框架。儲天罡等[7]針對施工企業(yè)的BIM 技術應用，從進度控制、質(zhì)量控制、成本控制和安全控制4個層面建立了施工企業(yè)BIM能力成熟度模型。劉世越等[8]結合路橋施工企業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀建立了包含5 個維度的智能建造能力評價模型。在工程物聯(lián)網(wǎng)及其他智能建造技術評價方面，李賢功等[9]結合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三層次結構建立了煤礦物聯(lián)網(wǎng)應用水平評價體系。Yang 等[10]圍繞大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)噪聲和可視化等特征建立了評價方法。葉世綺等[11]構建了云計算能力成熟度模型以評價云計算的關鍵能力。Cong 等[12]分析了區(qū)塊鏈技術的性能評價并從基本評價和擴展評價的角度設置了具體的評價指標。綜合以上分析可知，現(xiàn)有關于智能建造技術的應用評價研究主要圍繞BIM、物聯(lián)網(wǎng)等單一技術展開，部分研究雖然指出了智能建造能力評價的研究方向，但是研究范圍和研究深度較為局限，且尚未形成系統(tǒng)的評價體系和方法論。

科學評價智能建造應用水平是施工企業(yè)在發(fā)展智能建造過程中的客觀需要，也是建造行業(yè)在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程中有必要解決的基礎性問題。在智能建造技術應用評價方面，目前研究主要圍繞單項智能建造技術在工程實踐中的評價展開，針對智能建造在綜合能力方面的評價研究目前尚有不足。結合技術應用角度分析，當前缺乏能有效反映施工企業(yè)實際情況的智能建造應用評價工具，導致施工企業(yè)難以對自身的智能建造應用方向及技術發(fā)展進程展開綜合評價和有效改進。

1 施工企業(yè)智能建造能力成熟度評價模型構建

1.1 能力成熟度評價指標體系的構建

（1）施工企業(yè)智能建造能力成熟度評價指標體系。系統(tǒng)性了解影響智能建造能力評價的各種因素，能夠幫助企業(yè)在戰(zhàn)略規(guī)劃過程中進行科學統(tǒng)籌與合理規(guī)劃。結合智能建造發(fā)展相關影響因素及施工企業(yè)的業(yè)務特點，本文構建了如表1 所示具有多層結構的施工企業(yè)智能建造能力評價指標體系。施工企業(yè)的智能建造能力成熟度評價體系框架構造為能力要素、能力域和子能力三層結構。前3 項能力要素分別強調(diào)了勞動力、技術、資本等通用生產(chǎn)要素，第4 項能力要素則是結合工程建造的實際應用場景，融合了智能建造和施工企業(yè)在技術和管理層面上的供給和需求。

表1 施工企業(yè)智能建造能力評價指標體系

（2）施工企業(yè)智能建造能力成熟度等級劃分。能力成熟度模型等級劃分是成熟度階段演進特點的體現(xiàn)，也是構建成熟度模型過程中的關鍵步驟。成熟度等級既是智能建造能力成熟度評價的結果，也代表了企業(yè)當前實施智能建造的程度。施工企業(yè)智能建造能力成熟度劃分為規(guī)劃級、規(guī)范級、集成級、優(yōu)化級、引領級5 個等級，如表2 所示。各等級之間存在遞進關系，高一層次的成熟度等級建立在企業(yè)已經(jīng)達到前一層次的成熟度等級要求基礎之上。針對26 項子能力，本文進一步設置了能力成熟度評價指標典型行為。以“智能建造人才隊伍”為例，典型行為劃分細則如表3 所示。

表2 施工企業(yè)智能建造能力成熟度等級劃分

表3 施工企業(yè)智能建造能力成熟度評價指標典型行為（智能建造人才隊伍）

1.2 評價指標體系的闡釋

1.2.1 頂層設計

頂層設計指企業(yè)對于發(fā)展智能建造所做的長期規(guī)劃和實踐準備，分為如下2 項能力域：

（1）戰(zhàn)略組織能力域。包含3 項子能力：高層領導重視程度考察企業(yè)高層對于智能建造的了解、支持程度；智能建造戰(zhàn)略規(guī)劃考察企業(yè)在戰(zhàn)略層面的總體規(guī)劃；組織機制與數(shù)字文化考察企業(yè)對于智能建造投入與應用的組織設置、制度安排及企業(yè)對于智能建造文化的培養(yǎng)宣傳力度。

（2）長效機制能力域。包含2 項子能力：智能建造人才隊伍考察企業(yè)在智能建造投入方面的人才隊伍建設、相關角色設置及職責；專項資金投入力度考察企業(yè)對于智能建造戰(zhàn)略的資金投入計劃及管理狀況。

1.2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動

數(shù)據(jù)驅(qū)動是指企業(yè)的數(shù)據(jù)采集處理以及系統(tǒng)集成共享等數(shù)字化基礎能力，可分為如下2 項能力域：

（1）數(shù)據(jù)支撐能力域。包含3 項子能力：數(shù)據(jù)采集與傳輸性能考察生產(chǎn)施工現(xiàn)場實時采集并傳輸作業(yè)數(shù)據(jù)的能力；大數(shù)據(jù)處理與決策能力考察企業(yè)對數(shù)據(jù)驅(qū)動決策的實現(xiàn)程度；信息安全保障力度考察企業(yè)的信息安全規(guī)劃、投入及保障體系建設。

（2）系統(tǒng)集成能力域。包含3 項子能力：系統(tǒng)集成與共享能力考察企業(yè)在項目全過程的跨平臺、跨部門信息集成及共享能力；業(yè)務流程自動化水平考察企業(yè)通過簡化、改善業(yè)務工作流以提升辦公自動化水平的能力；標準體系建設水平考察企業(yè)在智能建造相關技術研究和應用推廣過程中所形成的標準體系。

1.2.3 資源支撐

資源支撐直接服務于智能建造技術在生產(chǎn)施工環(huán)節(jié)的實際應用，是企業(yè)為生產(chǎn)業(yè)務配置的各類軟硬件基礎設施，分為如下2 項能力域：

（1）基礎設施能力域。包含3 項子能力：IT基礎設施水平考察企業(yè)的信息化基礎；物聯(lián)網(wǎng)基礎設施水平考察企業(yè)圍繞作業(yè)現(xiàn)場信息感知和傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)基礎設施；工藝流程數(shù)字化程度考察企業(yè)推動工藝流程數(shù)字化管理措施落地的能力。

（2）數(shù)字裝備能力域。包含3 項子能力：智能管理平臺建設水平考察各類專業(yè)技術平臺的建設水平；建造機器人研發(fā)應用水平考察企業(yè)在生產(chǎn)作業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)，推動建造機器人和裝備研發(fā)及應用，實現(xiàn)“人機協(xié)作”或“機器代人”的能力；設備及生產(chǎn)線自動化水平考察工廠生產(chǎn)線或現(xiàn)場加工設備的自動化程度與智能化水平。

1.2.4 數(shù)字建造

數(shù)字建造指施工企業(yè)從設計、生產(chǎn)、施工3 個專業(yè)化維度加強智能建造技術的應用從而提升生產(chǎn)力，分為如下3 項能力域：

（1）數(shù)字設計能力域。包含2 項子能力：BIM技術集成應用能力考察企業(yè)應用BIM 技術的能力；技術交底可視化能力考察企業(yè)利用AR/VR 和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術進行施工方案可視化交底的能力。

（2）數(shù)字生產(chǎn)能力域。包含2 項子能力：采購過程數(shù)字化程度考察企業(yè)通過電子商務系統(tǒng)實現(xiàn)采購、分包數(shù)字化交易的能力；構件生產(chǎn)數(shù)字化能力考察企業(yè)集成應用數(shù)字化技術和裝備，實現(xiàn)部品部件數(shù)字化加工的能力。

（3）數(shù)字施工能力域。包含6 項子能力：勞務實名制及安全教育機制主要考察企業(yè)對施工現(xiàn)場的實名制管理及與勞務人員培訓信息的聯(lián)動機制；機械化施工程度考察企業(yè)應用現(xiàn)代化施工機械代替手工操作的能力；材料管理數(shù)字化水平考察企業(yè)的材料管控數(shù)字化、自動化、可追溯能力；工程環(huán)境檢測控制能力考察企業(yè)對工程環(huán)境進行遠程感知及動態(tài)監(jiān)控預警的能力；特殊設備及場景監(jiān)測處理能力考察企業(yè)開發(fā)應用智能監(jiān)測設備，保障工程質(zhì)量與安全的能力。

1.3 評價方法的選擇

本文構建的評價體系屬于定性指標體系。采用層次分析法（AHP）[13]和灰色聚類評價法[14]結合的方法，能夠在樣本量較小的情況下，避免主觀隨意性，同時有效利用評價過程中的灰色信息，確定各級指標的權重，從而區(qū)分不同指標對于總目標的貢獻值大小。

2 基于AHP-灰色聚類的某施工企業(yè)智能建造能力成熟度評價

2.1 構建層次結構模型

以H 企業(yè)為例，圖1 展示了智能建造能力成熟度指標的層次結構模型。目標層即為企業(yè)的智能建造能力成熟度；準則層由4 項能力要素及9 項能力域組成，方案層由26 項子能力組成。

圖1 施工企業(yè)智能建造能力成熟度指標層次結構模型

2.2 確定指標權重

根據(jù)專家組對同一層次指標間兩兩重要性比較結果，構建判斷矩陣來進行單層權重的計算。權重計算完成后，再對判斷矩陣進行一致性檢驗。由于篇幅所限，本文僅列出各層指標兩兩之間的重要程度比值，如表4 所示，表中所對應的判斷矩陣均已通過一致性檢驗。根據(jù)表4 可得各級指標的單層權重，進一步計算可得各級指標相對于總目標的組合權重。權重計算結果如表5 所示。

表4 施工企業(yè)智能建造能力評價指標間相對重要性比較

表5 施工企業(yè)智能建造能力成熟度指標權重

2.3 智能建造能力成熟度評價

2.3.1 劃分灰類和灰數(shù)

根據(jù)前文內(nèi)容，施工企業(yè)智能建造能力成熟度劃分為5 個等級，即灰類k=1，2，3，4，5，對應灰數(shù)取值范圍為[a1，a2]，（a2，a3]，…，（a5，a6]，結合模型構造特點及專家意見，分別取[0.5，1]、（1，2]、（2，3]、（3，4]、（4，5]?；覕?shù)白化權函數(shù)采用劉思峰等[15]提出的端點型三角白化權函數(shù)，如圖2 所示。

圖2 端點型三角白化權函數(shù)

對于指標j的一個觀測值x，計算公式如下：

2.3.2 計算指標綜合聚類系數(shù)

以戰(zhàn)略組織A1 為例，A1 包含3 個子能力A11、A12、A13，根據(jù)10 個專家的打分統(tǒng)計結果，得到專家評價矩陣A1。

表6 子能力A11 的綜合聚類系數(shù)計算過程

2.3.3 計算智能建造能力成熟度綜合評價等級

同理，計算出其他子能力的綜合聚類系數(shù)向量，可得到相應能力域指標的聚類系數(shù)矩陣。結合指標權重數(shù)據(jù)對該系數(shù)矩陣進行加權計算，則可得到該能力域指標的灰色聚類評價向量；進一步加權計算，得到能力要素的綜合聚類系數(shù)矩陣；根據(jù)最大隸屬度原則即可判斷得出能力域、能力要素的成熟度等級。4 項能力要素的綜合聚類系數(shù)矩陣均計算完成后，得到由能力要素聚類系數(shù)向量組成的矩陣R：

成熟度模型各個能力要素的權向量為：

施工企業(yè)智能建造能力成熟度模型總目標的灰色聚類評價向量為：

根據(jù)最大隸屬度，ck*=max{c1,c2,c3,c4,c5}=0.37，k*=3，則當前H 公司的智能建造能力成熟度為集成級。整理出H 公司各級指標的綜合成熟度等級，如表7 所示。

表7 H 公司各項評價指標綜合成熟度等級

2.3.4 評價結果

整體看，得益于H 公司有意識地從公司戰(zhàn)略層面考慮智能建造的長期發(fā)展，目前各項指標的綜合評價結果均在規(guī)范級及以上。

（1）總目標綜合成熟度等級為集成級。

（2）頂層設計、數(shù)據(jù)驅(qū)動、資源支撐和數(shù)字建造4 項能力要素均為集成級。

（3）9 項能力域有1 項達到優(yōu)化級，其余8 項為集成級。

（4）26 項子能力中有6 項達到優(yōu)化級，18 項達到集成級，2 項為規(guī)范級。

2.4 發(fā)展建議

H 公司的智能建造能力成熟度提升需要著重關注權重占比較高，但仍然處于較低等級的能力。需要重點關注人才隊伍與構件生產(chǎn)數(shù)字化兩個方面的子能力，并且需要同步提升戰(zhàn)略管理、流程優(yōu)化、數(shù)字建造等方面的綜合能力。結合H 公司的發(fā)展情況及專家反饋意見，對H 公司下一階段發(fā)展提出以下6 個方面的建議。

（1）補齊人才短板，系統(tǒng)開展人才引進培養(yǎng)工作。打造專業(yè)化、高水平的智能建造技術研發(fā)團隊；打造懂管理、懂技術的企業(yè)管理團隊；打造有工匠精神、執(zhí)行力強的產(chǎn)業(yè)工人隊伍。

（2）布局數(shù)字生產(chǎn)，推動生產(chǎn)方式全面轉(zhuǎn)型升級。打造鋼筋、鋼結構、混凝土預制結構智能制造車間，開發(fā)自動化加工裝備及生產(chǎn)線助力工效提升；發(fā)展模塊化設計和構件工業(yè)化制造；對構件生產(chǎn)流程和現(xiàn)場施工流程進行智能化改造；構建基于數(shù)字生產(chǎn)線工廠與現(xiàn)場施工一體化。

（3）優(yōu)化頂層設計，落實智能建造發(fā)展規(guī)劃方案。以工程需求為導向，著力工效提升；以科研創(chuàng)新為引領，加強知識復用；以組織制度為支撐，保障方案落地；以數(shù)據(jù)資產(chǎn)為核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動。

（4）改善工作流程，持續(xù)提升平臺分析應用能力。簡化業(yè)務流程，減少重復工作；統(tǒng)籌管理平臺，消除數(shù)據(jù)孤島；規(guī)范數(shù)據(jù)集成，提升協(xié)同共享。

（5）推動數(shù)字建造，有效支撐現(xiàn)場施工工效提升。完善基礎設施，搭建物聯(lián)網(wǎng)絡；研發(fā)數(shù)字裝備，推動機械代人；發(fā)展數(shù)字孿生，研究虛擬建造；打造智慧工地，實現(xiàn)端云一體。

（6）加強交流推廣，加快智能建造在基層的執(zhí)行和落實。加強與其他施工企業(yè)以及綜合性投資建設企業(yè)在智能建造領域的交流，加強對外部先進技術的引進和應用；加強部門之間的交流合作，加強智能建造在現(xiàn)場的執(zhí)行落實與推廣普及。

3 結語

本文從施工企業(yè)的角度，將智能建造理論與成熟度理論相結合，構建了適用于施工企業(yè)的智能建造能力成熟度模型，并通過實證分析驗證了該模型的適用性和實用性，為廣大施工企業(yè)系統(tǒng)評價自身智能建造基礎和發(fā)展現(xiàn)狀，提供了有效的測量工具。本文是將能力成熟度模型引入智能建造發(fā)展評價的有益嘗試，但仍存在以下不足之處：本文所構建的智能建造能力成熟度評價指標體系，主要采用半定量法進行評價，今后可考慮引入更多定量指標，進一步加強評價結果的客觀性；本文結合專家意見對智能建造能力成熟度等級及子能力的典型行為體系進行了描述性說明，未來可進一步對智能建造能力成熟度進行更加標準化的等級劃分。