郭 亮， 廖 羚， 陳潔瑩， 秦 毅

(廣西科技大學 土木建筑工程學院， 廣西 柳州 545006)

建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM)是一種基于全生命期的數(shù)據(jù)生成、分享和利用技術[1]，源于BIM技術的巨大潛在價值，近年來受到了學者和實踐人士的廣泛關注[2～4]。然而，盡管BIM在近幾年得到了廣泛發(fā)展，但當前BIM使用范圍仍遠遠低于其潛力[5]。如《中國 BIM應用調研報告(2017)》指出，有30.19%的受訪者“用一些借口來拖延所在項目的BIM應用”，36.01%的受訪者“向同事抱怨所在項目的BIM應用”。事實上，一些學者已注意到這一問題，并從組織制度角度進行了解釋。如何清華等[6]對BIM應用障礙進行了研究，認為BIM推廣應用大環(huán)境不成熟、缺少統(tǒng)籌管理和綜合應用模式是主要制約因素；Cao等[7]從制度理論的視角指出，當前我國BIM應用的動力主要來自制度和政策，企業(yè)的內生動力不足，這也是新技術應用推廣的初級階段特征；張連營等則從個體行為角度分析了設計人員對BIM的變革抵制，驗證了變革抵制傾向對 BIM 采用意愿的負向作用[8]。還有學者從收益回報角度對BIM應用障礙進行分析。Brittany等[9]通過案例研究表明，BIM投資回報率從16%～1654%不等，但總體投資回報率小于100%。Kristen等[10]從投資回報、設計和施工投資、項目管理過程三個角度來測算BIM的價值，結果顯示，BIM在工程質量的提升、工程進度的保持、設計施工費用的減少上都具有一定價值，但也承認，成功的BIM也取決于項目的大小、團隊的溝通、成員的BIM熟練度等。總體來看，國內外研究普遍認為，現(xiàn)階段BIM應用的切實收益不能證明BIM的價值，項目參與方團隊內缺乏直接收益的獲得[11]。

事實上，不論從組織制度的視角還是從收益回報的視角分析，阻礙BIM應用的最大障礙是缺乏能為項目帶來切實利益的BIM使用需求和BIM應用目標，也只有在此基礎上，才能正確建立與之匹配的組織環(huán)境，但關鍵還是要充分發(fā)揮和釋放BIM的信息價值。然而，在目前的建設項目BIM實踐中，因為信息過量反而麻痹了BIM的“信息”優(yōu)勢，例如利用激光掃描獲取的大量數(shù)據(jù)與BIM模型結合后卻無法找到發(fā)揮其“信息”價值的應用方式。因此，哪些BIM信息能切實為項目帶來價值？這一問題的解決具有重要價值。換言之，對BIM信息進行精簡分類，并識別有價值的信息將直接決定BIM技術的應用效果。

整體而言，當前有關BIM的研究主要集中在技術層面。具體概括為以下4個方面：

(1)聚焦于BIM平臺開發(fā)。代表性研究如陳麗娟等[12]以武漢某博覽項目為對象開發(fā)了基于BIM的全生命期管理平臺；陳松等[14]以上海軌道17號線為例，研究了PC構件生產(chǎn)與施工信息管理平臺[13]；王茹等[14]開發(fā)了基于BIM技術的明清古建筑設計平臺；宋戰(zhàn)平等[15]則提出了全生命周期意義上的隧道工程BIM協(xié)同管理平臺，從階段、維度、功能、技術和用戶多個層面詳細闡述了BIM隧道協(xié)同管理平臺的初步架構體系?？傮w來講，BIM平臺的研究是近幾年的研究熱點。

(2)探討B(tài)IM數(shù)據(jù)兼容性問題。這方面的研究主要集中于IFC(Industry Foundation Class)，王勇等[16]建立了IFC數(shù)據(jù)擴展模型，并實例驗證了IFC標準的可實施性[16]；劉照球等[17]基于IFC研究了結構分析的BIM框架；賴華輝等[18]探討了基于IFC的城市軌道交通BIM運維模型；徐照等[19]基于WebGL(Web Graphics Library)與IFC研究了BIM模型的可視化分析方法；還有學者基于IFC研究了BIM模型的施工仿真建模方法[20]?？傮w而言，此領域已成為BIM研究的前沿。

(3)近些年較為關注基于BIM的可視化應用。BIM的可視化領域的研究主要集中于虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實以及混合現(xiàn)實技術。例如韓豫等[21～23]基于BIM和虛擬現(xiàn)實技術研究了施工安全知識學習和施工過程的交互應用；王廷魁等[24～26]將增強現(xiàn)實技術與BIM技術結合，開展了施工指導、現(xiàn)場培訓和設備維護等方面的研究；李秉展等[27]以醫(yī)院BIM模型為載體，在移動端引入混合現(xiàn)實技術，對故障設備快速定位，并提供基于故障概率的檢修排序。

(4)一些較為典型的應用。安培等[28～30]研究了基于BIM的超高層三維算量和工程項目成本核算方法；Chen等[31]開發(fā)了基于BIM的施工質量管理模型；宮陪松等[32]基于BIM模型對深基坑施工方案自動圖審進行了研究；Xu等[33]采用3D激光技術對古建筑掃描生成數(shù)字化BIM模型，再應用 3D打印技術對古建筑構件進行復制。

梳理相關文獻可知，現(xiàn)有與BIM信息相關的研究較少，而且多集中于信息的提取技術，或者針對某一具體的研究對象進行信息分類，鮮有文獻站在BIM效益的角度研究不同類型BIM信息與BIM效益的關系。如張建平等[34]引入BIM數(shù)據(jù)標準工業(yè)基礎類(IFC)，研究了空間與設備拓撲信息的提取與集成技術；薛剛等[35]對BIM構件分類體系進行了研究；余雯婷等[36]對建筑設施信息進行了分類。

綜上所述，本文在梳理現(xiàn)有文獻基礎上，歸納總結現(xiàn)有BIM應用的信息種類，然后采用PLS(Partial least Square Method)-SEM(Structural Equation Modeling)方法探究不同BIM信息對BIM應用效益的影響，進而識別出能切實為項目帶來增值的BIM信息。厘清了不同BIM信息與BIM效益間的關系，研究成果不僅可為BIM效益領域的研究提供參考，同時對BIM應用的實踐具有重要指導作用。

1 BIM信息分類及其與BIM效益關系的理論模型構建

本研究結合文獻調研和訪談的方式，首先總結出BIM的應用點，在此基礎上歸納和提煉出所需的BIM信息，具體見如1所示。表1中構件3D信息是指表達構件外形的3D可視化圖形；尺寸信息是指構件的具體尺寸；構件材質信息是指構件所用到的材料情況以及其功能屬性；時間信息是指構件狀態(tài)與時間的關系；工法信息是指完成某一工程所采用的特殊工法；坐標信息是指具體構件在三維空間中的位置；材質功能指標信息是指依據(jù)設計或使用功能的要求，構件所應達到的工程使用的標準；專業(yè)標準信息是指某一專業(yè)在設計時所應滿足的設計規(guī)范。進一步將這些信息歸納為三維度的BIM信息構念：(1)構件物理信息，主要描述構件客觀物理狀態(tài)，包括構件3D信息、尺寸信息、坐標信息；(2)構件工程信息，主要指構件的工程功能信息，包括構件材質信息、構件功能指標信息、價格信息；(3)構件過程信息，這類信息是指設計和施工過程中所需要的信息，包括工法信息、時間信息、專業(yè)標準信息。

表1 BIM應用與支撐信息

李勁珉[37]對BIM效益指標進行過較為系統(tǒng)的研究，本文參考其成果，采用成本節(jié)約、工期節(jié)約和促進溝通三個觀測變量構成BIM效益構念。并假設構件物理信息、構件工程信息和構件過程信息對BIM效益有正向影響，分別對應假設H1，H2，H3，據(jù)此建立BIM信息與BIM效益的概念模型，如圖1所示。

圖1 概念模型

2 數(shù)據(jù)收集及模型檢驗

預試問卷采用隨機抽樣，于2018年5月10日～2018年6月2日，取樣廣西、湖南、廣東等地，對承包人20名有經(jīng)驗的BIM管理人員進行施測。正式于2018年6月26日～2018年9月30日，抽取了南寧、柳州、天津、長沙、廣州等十多個地市進行調查，問卷均發(fā)放給項目負責人或公司BIM中心負責人，共發(fā)放問卷462份，回收342份。并按照以下標準對回收問卷進行篩選：(1)答案存在缺失項的；(2)問卷集中選擇一個或者“中立”過多的答案；(3)回答問題存在前后矛盾現(xiàn)象。篩選后得到有效問卷共計289份，有效率為84.5%。

2.1 分析方法

本文采用結構方程模型(SEM)對BIM效益和BIM關鍵信息間的關系進行測量和分析。SEM由結構變量和觀測變量構成。根據(jù)結構變量與觀測變量間的因果關系，可以分為構成型模型和反映型模型。構成型模型中觀測變量是結構變量的原因，觀測變量影響和生成結構變量。反映型模型中結構變量是觀測變量的原因，結構變量影響和生成觀測變量，觀測變量是結構變量在某一側面的體現(xiàn)。顯然，本研究中的觀測題項是原因，結構變量是結果，以構件物理信息為例，它屬于結構變量，由觀測變量3D信息、尺寸信息、坐標信息共同構成。因此，本研究的結構方程模型屬于構成型。

本研究使用偏最小二乘(PLS)方法作為結構方程建模技術，并采用SmartPLS 3.0來完成具體操作。PLS使用成分提取的理念，是一種將主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)、路徑分析和回歸模型結合在一起的技術[38]，在一個結構方程模型中可以對多個因變量進行估計，并可以對非正態(tài)分布數(shù)據(jù)進行處理。與基于協(xié)方差的SEM技術相比，PLS不僅可以處理包含構成型和反映型潛變量的混合模型，還具有以下優(yōu)勢：(1)PLS適用于測量未知分布的測量題項，識別關鍵的驅動因素；(2)可以有效地使用小樣本，而基于協(xié)方差的SEM則需要200以上的樣本量；(3)適合應用于早期的理論發(fā)展和測試，這與本研究的探索性本質非常吻合[39]。

2.2 測量模型分析

由于本研究涉及構成型測量模型，需要檢驗構成型構念的多重共線性問題。檢驗結果如表2所示，構件物理信息等12個測量指標的VIF值都小于5，滿足構成型測量模型的前提要求。構成型測量模型需要對構成指標的路徑系數(shù)進行顯著性檢驗，路徑系數(shù)需大于0.2的標準，且顯著才具有效度。由表2可知，各觀測題項權重均大于0.2，且在0.05水平上顯著。潛變量的區(qū)別效度可以通過相關性進行判斷，由表3可知，各構念間的相關系數(shù)小于0.7的標準，代表測量模型有較好的區(qū)別效度。

表2 測量模型分析

表3 構念相關關系

2.3 結構模型分析

運用SmartPLS 3.0對理論模型進行了分析，結果如表4所示，三種BIM關鍵信息與BIM效益存在顯著關系，解釋能力R2為0.335，因此，結構模型具有較高的解釋力。

表4 路徑檢驗結果

2.4 結果分析與討論

依據(jù)檢驗結果，三類BIM關鍵信息中，構件工程信對BIM效益影響最大(0.484)，其次是構件物理信息(0.279)，雖然構件過程信息對BIM效益也有正面影響，但影響最小(0.136)。

(1)構件工程信息主要由材料功能信息和造價信息組成，此類信息對設計優(yōu)化和造價控制有直接影響，這可能是對BIM效益產(chǎn)生較大影響的主要原因。在我國的建設項目情境中，施工圖滯后、業(yè)主需要變化導致的工程變更等問題經(jīng)常出現(xiàn)，從而使招標階段的工程量、材料選擇與施工階段不一致，而傳統(tǒng)方法無法及時對信息進行更新，常常會影響原有的施工計劃和各方的經(jīng)濟效益。而基于BIM的構件信息存在于BIM模型之中，無論是什么因素影響到了構件工程信息的變動，通過BIM模型可以在短時間內提供出將要施工區(qū)域的構件材質、工程量和造價信息。

(2)構件物理信息主要基于3D可視化，它是BIM應用的基礎信息。構件物理信息是BIM各項應用的基礎，不容易對BIM效益產(chǎn)生直接作用，或者說構件物理信息對BIM效益的影響不容易衡量，但此類信息在提高不同參建主體協(xié)同效率和安裝工程的碰撞檢查方面有直接作用，從這一角度分析，雖然無法直接衡量構件物理信息產(chǎn)生的BIM效益，但其對BIM效益的積極作用是被普遍認可的。只是從直觀的認識上這類信息對BIM效益的作用沒有構件工程信息明顯而已。

(3)構件過程信息則主要體現(xiàn)了建設過程中信息的動態(tài)管理和應用，雖然本研究證實了其對BIM效益的積極作用，但卻是三者中影響最小的。這可能有兩方面原因：1)施工過程中的信息搜集不及時、不準確，導致無信息可用；2)目前還沒有找到一種合適的過程信息應用模式，無法使過程信息產(chǎn)生效益。不難看出，目前我國對BIM信息的應用還處在初級階段，主要通過設計優(yōu)化和造價管控的路徑來實現(xiàn)BIM應用效益。而施工過程信息的應用還有巨大潛力。這也是未來BIM應用研究的關切點。

3 結 語

本研究在文獻研究的基礎上，總結了三類BIM應用關鍵信息，采用PLS-SEM方法對這三類信息與BIM效益的關系進行了研究，并識別出現(xiàn)階段對BIM效益具有促進作用的主要信息，即構件工程信息和構件物理信息，構件過程信息雖有影響但不明顯。因此，在BIM實踐中，管理者應注意構件工程信息和構件物理信息的提取與應用，尤其是構件工程信息，它是直接產(chǎn)生BIM效益的主要信息來源。同時，也應關注構件過程信息，此類信息的應用價值有巨大潛力，可能會成為未來BIM效益增值的重要價值點。本文對BIM關鍵信息與BIM效益間的關系進行了探索性研究和實證分析，為BIM實踐提供了可靠建議。但是，研究仍然存在一些不足之處，后續(xù)研究需要對此進行完善：本研究數(shù)據(jù)采集主要集中于房建行業(yè)，交通、港行等其他行業(yè)可能會有不同的研究結果；其次，研究中BIM關鍵信息總結為三類，并選用了代表性題項來進行表征，但隨著技術的進步和發(fā)展，觀測題項也需要隨之調整。