田萬利，祁帥，陳景，吳忠廣，龍?jiān)骑w，蘭海亮，朱強(qiáng)

（1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院 標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量研究中心，北京 100029；2.包頭市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 包頭 014042；3.包頭市公路工程股份有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014040；4.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Model?ing,BIM）通過對建筑工程物理特征和功能特性等信息數(shù)字化的承載和可視化的表達(dá)，可顯著提高工程建設(shè)的集成化、智慧化程度，提高施工效率[1-2]。近年來，在政府相關(guān)政策的支持下，基于BIM技術(shù)的信息化管理平臺應(yīng)運(yùn)而生，在協(xié)同性、可視化等方面進(jìn)行了功能擴(kuò)展，被廣泛應(yīng)用于公路工程建設(shè)中。為了進(jìn)一步提高公路工程建設(shè)階段應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行信息化管理的效果，對BIM平臺進(jìn)行適用性評價(jià)非常重要[3]。

對BIM 平臺的評價(jià)需要建立客觀、科學(xué)的評價(jià)指標(biāo)體系，很多學(xué)者對此開展了研究，如：芮雪等[4]針對BIM 施工管理平臺信息質(zhì)量評價(jià)，建立了包含信息完整性和薪資準(zhǔn)確性的評價(jià)指標(biāo)體系；王銳[5]建立了基于BIM 的建設(shè)項(xiàng)目集成管理系統(tǒng)效用評價(jià)指標(biāo)體系；伍朝輝等[6]提出了旅游公路BIM 應(yīng)用需求指標(biāo)體系；Maria等[7]和Sang等[8]針對BIM 模型與實(shí)際建筑物之間的差異建立了評價(jià)指標(biāo)體系；曾凝霜等[9]和林述濤[10]基于智慧管理的需要提出了BIM 平臺系統(tǒng)功能指標(biāo)要求；宋戰(zhàn)平等[11]針對隧道工程所構(gòu)建的BIM 平臺的標(biāo)準(zhǔn)化程度建立了評價(jià)指標(biāo)體系，等等。上述研究成果豐富了BIM 平臺評價(jià)理論，但是這些研究所構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系僅針對BIM 平臺的信息質(zhì)量、系統(tǒng)效用、標(biāo)準(zhǔn)化程度等方面中的某一方面，忽略了BIM 平臺在公路工程建設(shè)階段的適用性評價(jià)，如BIM 平臺基本要素的完整性、組織體系的科學(xué)性、平臺的協(xié)同性和平臺的可視化性等全要素是否適用于工程項(xiàng)目建設(shè)的評價(jià)指標(biāo)體系研究尚未開展。

評價(jià)方法是實(shí)現(xiàn)評價(jià)的重要工具。目前常用的評價(jià)方法主要有層次分析法（Analytic Hierar?chy Process,AHP）、模糊綜合評價(jià)法、灰色系統(tǒng)理論、因子分析方法、多類型指標(biāo)綜合評價(jià)方法、能力量化評價(jià)方法、網(wǎng)絡(luò)評價(jià)方法等[12-16]。BIM 平臺因其功能的復(fù)雜性，通常具有評價(jià)因素比較多、定性指標(biāo)和定量指標(biāo)共存的特點(diǎn)，評價(jià)指標(biāo)間具有一定的模糊性和不確定性，而上述評價(jià)方法難以有效處理該問題，導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性欠佳、適用性較差。為了使評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確，部分學(xué)者嘗試將多種方法組合使用，如將模糊數(shù)學(xué)理論與AHP 相結(jié)合，兼顧定性與定量評估，并應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目[13]。

綜上所述，現(xiàn)有關(guān)于BIM 平臺評價(jià)的研究取得了一定的成果，但仍存在以下不足：①尚未系統(tǒng)梳理和建立針對公路工程建設(shè)階段BIM 平臺全要素的評價(jià)指標(biāo)體系；②當(dāng)前采用的評價(jià)方法難以解決評估指標(biāo)的模糊性問題，造成評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性欠佳，方法的適用性較差。鑒于此，本文將系統(tǒng)梳理和分析現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對公路工程建設(shè)階段應(yīng)用BIM 平臺的要求，從全要素的角度出發(fā)建立適用性評價(jià)指標(biāo)體系，然后將AHP 與模糊綜合評價(jià)方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對BIM 平臺適用性的量化評估，以期更好地為BIM 技術(shù)在公路工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供支撐。

1 評價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建依據(jù)

BIM 平臺評價(jià)指標(biāo)體系是開展評價(jià)的基礎(chǔ)。通常，開展審查評價(jià)的依據(jù)主要包括國家、行業(yè)和地方頒布實(shí)施的與BIM 相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。近年來，公路工程領(lǐng)域相繼發(fā)布實(shí)施了《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T 2420—2021）[17]、《公路工程設(shè)計(jì)信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T 2421—2021）[18]、《公路工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T 2422—2021）[19]等系列標(biāo)準(zhǔn)；在建筑領(lǐng)域，相繼發(fā)布了《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51269—2017）[20]、《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51301—2018）[21]、《工業(yè)基礎(chǔ)類平臺規(guī)范》（GB/T 25507—2010）[22]等系列標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要從BIM模型分類及編碼、設(shè)計(jì)、交付、施工應(yīng)用等方面進(jìn)行了規(guī)定，可以作為構(gòu)建BIM平臺適用性評價(jià)指標(biāo)體系的重要參考。

1.2 選擇評價(jià)指標(biāo)的原則

公路工程建設(shè)階段BIM 平臺需要滿足工程建設(shè)的可視化集成、信息數(shù)據(jù)的動態(tài)更新、查詢和展示等需求，使得工程建設(shè)的各參與方可基于平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞、共享和協(xié)同工作等。因此，要求BIM 平臺應(yīng)具有權(quán)限管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。而適用性評價(jià)的重要目的就是檢驗(yàn)所建立的平臺能否實(shí)現(xiàn)上述目的和功能。因此，應(yīng)通過對現(xiàn)行的國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)的梳理和分析，選擇出為實(shí)現(xiàn)上述目的和功能而必須滿足的具體要求。

1.3 建立評價(jià)指標(biāo)體系

通過對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)梳理和分析，構(gòu)建了包含4 個一級指標(biāo)、18 個二級指標(biāo)和57 個三級指標(biāo)的評價(jià)指標(biāo)體系，詳見圖1。其中，一級指標(biāo)主要包括基本要素的完整性、組織體系的科學(xué)性、平臺的協(xié)同性和平臺的可視化性等4 個方面。

圖1 公路工程BIM平臺適用性評價(jià)指標(biāo)體系

基本要素的完整性側(cè)重于實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)各階段功能而構(gòu)造的各功能要素，主要包括施工準(zhǔn)備、施工組織管理、施工安全管理、施工質(zhì)量管理、施工進(jìn)度管理、施工成本管理、計(jì)量支付管理、模型基本要素完整性等8個二級指標(biāo)。

組織體系的科學(xué)性側(cè)重于平臺功能實(shí)現(xiàn)的合理性和精細(xì)度方面，主要包括信息深度、模型幾何表達(dá)精度、模型精細(xì)度、模型分類、編碼規(guī)則等5個二級指標(biāo)。

平臺的協(xié)同性側(cè)重于各參建單位之間的協(xié)作和信息共享評價(jià)，主要包括數(shù)據(jù)存儲格式、文件版本管理和信息共享及協(xié)同設(shè)計(jì)等2個二級指標(biāo)。

平臺的可視化性側(cè)重于工程的可視化分析，主要包括可視化分析、方案比選功能、碰撞檢查功能等3個二級指標(biāo)。

2 評價(jià)方法

為了給出科學(xué)合理的評價(jià)結(jié)論，需要對定性指標(biāo)進(jìn)行量化評價(jià)，因此引入了模糊綜合評價(jià)方法。該方法基于隸屬度理論，將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，從多參數(shù)、多維度對被評價(jià)事物的隸屬度等級進(jìn)行綜合評價(jià)[23]。

2.1 確定評價(jià)指標(biāo)體系集

評價(jià)指標(biāo)體系集A是評價(jià)對象的各因素所組成的集合，可以表示為A={a1,a2,…,an} 。其中，ai(i=1,2,…,n)是評價(jià)因素，n是同一層次單個因素的個數(shù)。

2.2 確定評語集

將各評價(jià)指標(biāo)的評語結(jié)果進(jìn)行量化以確定評語集V，V={v1,v2,…,vn} 。其中，vi(i=1,2,…,n)是評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)，是對各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)定的不同等級的評語。

2.3 確定權(quán)重值和權(quán)向量

確定指標(biāo)權(quán)重是模糊綜合評價(jià)方法中的重要內(nèi)容。通常運(yùn)用AHP 對各指標(biāo)的重要程度進(jìn)行量化分析并確定各指標(biāo)的權(quán)重大小。

首先，邀請行業(yè)內(nèi)專家，按照表1 中的指標(biāo)重要性標(biāo)度，對指標(biāo)體系中的各指標(biāo)打分。

表1 重要性標(biāo)度含義表

然后，通過和積法得出判斷矩陣的最大特征根和對應(yīng)的特征向量，進(jìn)而得到權(quán)重值wi和權(quán)向量W，W=(w1,w2,…,wn),=1。

2.4 構(gòu)建隸屬度矩陣

構(gòu)建評價(jià)因素集合后，需要對評價(jià)因素進(jìn)行量化表征，確定每個因素被評對象對等級模糊子集的隸屬度，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣。

首先，構(gòu)建單因素評價(jià)組成的模糊評價(jià)矩陣Ri=(ri1,ri2,…,rij,…,rin)。Ri是評價(jià)因素中第i個指標(biāo)對應(yīng)于評價(jià)集合中每個評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)vi,v2,…,vn的隸屬度。rij的計(jì)算公式如下：

然后，根據(jù)隸屬度子集構(gòu)建相應(yīng)指標(biāo)的模糊評價(jià)矩陣，并對模糊評價(jià)矩陣進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算和歸一化處理，得到上一級指標(biāo)的隸屬度判斷值。按照同樣的方法對其他指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算，得到最終的模糊關(guān)系矩陣：

2.5 計(jì)算評價(jià)向量

在確定模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重向量后，需要進(jìn)行模糊綜合評價(jià)向量的計(jì)算。通常需要采用加權(quán)平均模糊算子，該算子兼顧了各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，較好地體現(xiàn)了整體性。

2.6 模糊綜合評價(jià)結(jié)果計(jì)算與分析

將權(quán)重向量W與模糊關(guān)系矩陣R相乘，得到總目標(biāo)評價(jià)向量Z：

對每個等級賦值，得到行向量A=(a1,a2,…,an)，綜合得分F為：

3 實(shí)證分析

3.1 案例簡介

為了實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同的管理目標(biāo)，某公路工程建設(shè)項(xiàng)目根據(jù)建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和BIM 咨詢等單位的需求，建立了包括項(xiàng)目整體預(yù)覽、數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與數(shù)據(jù)儲存、協(xié)同工作、關(guān)鍵數(shù)據(jù)集成、構(gòu)件庫管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、成本管理等功能的BIM 平臺，使工程項(xiàng)目建設(shè)全過程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等受控。

3.2 BIM平臺評價(jià)

3.2.1 確定BIM平臺評價(jià)指標(biāo)集

根據(jù)圖1 所示的評價(jià)指標(biāo)體系，建立評價(jià)指標(biāo)集。其中一級評價(jià)指標(biāo)集為A={A1,A2,A3,A4} 。同理，可得到二級評價(jià)指標(biāo)集和三級評價(jià)指標(biāo)集。

3.2.2 確定權(quán)重集

邀請行業(yè)內(nèi)25位專家，對指標(biāo)體系中同層次指標(biāo)與上一層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較以確定指標(biāo)的相對重要性。在專家判斷的基礎(chǔ)上構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

3.2.3 確定因素模糊評價(jià)

對各評價(jià)指標(biāo)的評語進(jìn)行量化，得到V={V1,V2,V3,V4}={10,8,6,4}。V1表示建立的平臺能夠很好地支撐工程建設(shè)，完全符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求；V2表示建立的平臺能夠支撐工程建設(shè)，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求；V3表示建立的平臺基本上能夠支撐工程建設(shè)，但還有需要改進(jìn)或補(bǔ)充的內(nèi)容；V4表示建立的平臺對工程建設(shè)支撐作用較差，不符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。邀請?jiān)?5 位專家按照評語量化值對平臺進(jìn)行打分，進(jìn)而構(gòu)建判斷矩陣，運(yùn)用和積法求得評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)的隸屬度子集，再對結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，最終可得到一級指標(biāo)隸屬度，結(jié)果見表2。

表2 BIM 平臺一級指標(biāo)隸屬度

結(jié)合上述評價(jià)結(jié)果，由式（2）計(jì)算總目標(biāo)評價(jià)向量，結(jié)果見表3。

表3 BIM平臺評價(jià)結(jié)果

3.2.4 綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)評語集V={1 0,8,6,4}，按照式（3）可求得BIM 平臺綜合評價(jià)量化值F=9.58。這表明，構(gòu)建的BIM 平臺能夠很好地支撐該工程建設(shè)，基本符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 BIM平臺評價(jià)結(jié)果分析與優(yōu)化建議

3.3.1 指標(biāo)權(quán)重分析與建議

通過綜合評價(jià)結(jié)果，明確了BIM 平臺構(gòu)建的重點(diǎn)。該指標(biāo)體系中，一級指標(biāo)權(quán)重集為{0.314,0.227,0.186,0.273}，表明評價(jià)體系中一級指標(biāo)的重要性為基本要素完整性（A1）>平臺的可視化性（A4）>組織體系的科學(xué)性（A2）>平臺的協(xié)同性（A3）。進(jìn)一步說明平臺構(gòu)建時(shí)應(yīng)側(cè)重將工程基本要素全面覆蓋，保證所構(gòu)建的平臺能夠全面反映和展示實(shí)際工程建設(shè)狀況。因此，后續(xù)相關(guān)工程建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)建平臺時(shí)，應(yīng)首先對目標(biāo)工程進(jìn)行詳細(xì)剖析和多次核查，與參建單位進(jìn)行充分溝通、研討，明確平臺所應(yīng)包含的組件要素、需求等，保證所構(gòu)建的平臺能夠包含目標(biāo)工程參建單位所需要的各項(xiàng)功能要素。平臺的可視化性（A4）所占的一級指標(biāo)權(quán)重為第二大，說明工程項(xiàng)目參建單位對可視化展示和管理比較重視，與引入平臺對工程項(xiàng)目進(jìn)行可視化管理的目標(biāo)一致。

各二級指標(biāo)的權(quán)重如圖2所示。

圖2 二級指標(biāo)權(quán)重

從圖2 可以看到，在一級指標(biāo)基本要素完整性（A1）中，模型基本要素完整性（A18）、施工質(zhì)量管理（A14）、施工進(jìn)度管理（A15）、施工組織管理（A12）、施工安全管理（A13）等5 個指標(biāo)的權(quán)重較大，均超過了0.140。其中：模型基本要素完整性（A18）所占比重最大，這與一級指標(biāo)相吻合，說明在平臺構(gòu)建過程中，應(yīng)充分分析目標(biāo)工程所包含的路線、路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等分部分項(xiàng)工程的情況，并將其全部納入平臺中。同時(shí)，還應(yīng)注意施工質(zhì)量管理（A14）、施工進(jìn)度管理（A15）、施工組織管理（A12）、施工安全管理（A13）等功能要素的實(shí)現(xiàn)，這些功能是利用平臺進(jìn)行可視化、精細(xì)化、信息化管理的重要支撐。在一級指標(biāo)平臺的可視化性（A4）中，可視化分析（A41）所占的比重最大，進(jìn)一步說明平臺在開展公路工程設(shè)施與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)分析、重難點(diǎn)工程展示、結(jié)構(gòu)受力分析、穩(wěn)定性分析等方面具有重要的作用，是平臺構(gòu)建過程中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。

3.3.2 隸屬度評價(jià)結(jié)果分析與優(yōu)化建議

各一級指標(biāo)的隸屬度如圖3所示。

圖3 一級指標(biāo)隸屬度

從圖3 可以看到，一級指標(biāo)隸屬度整體處于較好的水平，其中基本要素的完整性、平臺的協(xié)同性、平臺的可視化性3 個一級指標(biāo)對“很好（V1）”的隸屬度均大于0.8，且都不存在“較差（V4）”的情況。平臺的協(xié)同性對“很好（V1）”的隸屬度最大，達(dá)到了0.966，說明該平臺的協(xié)同性功能建設(shè)較好。而組織體系的科學(xué)性（A2）對“很好（V1）”的隸屬度為0.795，是4 個一級指標(biāo)中最小的，且存在“較差”的情況，因此是該平臺進(jìn)一步完善和改進(jìn)的重點(diǎn)。

各二級指標(biāo)的隸屬度情況如圖4所示。

從圖4 可以看到，信息深度（A21）、模型幾何表達(dá)精度（A22）、模型精細(xì)度（A23）等存在“較差（V4）”的情況，需要進(jìn)一步加以優(yōu)化和改進(jìn)。并且，信息深度（A21）對“很好（V1）”的隸屬度最小，僅為0.688，是該平臺需要重點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn)的內(nèi)容，需要根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況和參建單位的需要，進(jìn)一步提高工程各主要部件的信息深度。而計(jì)量支付管理（A17）、協(xié)同設(shè)計(jì)（A32）等指標(biāo)對“很好（V1）”的隸屬度最大，表明該平臺可以很好地支撐工程項(xiàng)目的計(jì)量支付和協(xié)同管理。

圖4 二級指標(biāo)隸屬度

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)梳理和分析了現(xiàn)行與BIM 相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合平臺的功能要求，構(gòu)建了包含4 個一級指標(biāo)、18 個二級指標(biāo)和57 個三級指標(biāo)的BIM 平臺適用性評價(jià)指標(biāo)體系。為了解決指標(biāo)體系中存在的定性指標(biāo)間模糊性和不確定性問題，引入了AHP 和模糊綜合評價(jià)法，設(shè)計(jì)了BIM平臺適用性評價(jià)方法。運(yùn)用所構(gòu)建的指標(biāo)體系和評價(jià)方法對某公路工程項(xiàng)目的BIM 平臺進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明該BIM 平臺能夠很好地支撐該工程項(xiàng)目的建設(shè)。通過對評價(jià)結(jié)果的進(jìn)一步分析，提出了對該平臺的改進(jìn)建議。下一步考慮將所構(gòu)建的指標(biāo)體系和方法應(yīng)用在更多的BIM 平臺評價(jià)工作中，通過實(shí)踐、總結(jié)、優(yōu)化，不斷地完善這一指標(biāo)體系和評價(jià)方法。