基于改進層次分析法的BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險評價方法研究

韓烈慧樓

(中國鐵建投資集團有限公司 北京 100855)

1 引言

就當今的建筑工程而言，無論是在設(shè)計、管理，還是在建造之中，都可以將BIM技術(shù)作為一種有效的數(shù)據(jù)化工具來加以運用，以此來實現(xiàn)建筑工程信息化模型與數(shù)據(jù)化模型的完美整合，這對于建筑工程項目的具體策劃、維護以及運營等環(huán)節(jié)都起著關(guān)鍵性的作用。因此，通過該技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)建筑工程施工效率的提升，也可以達到縮短工期的目的，并進一步降低工程成本。

在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，主要是借助于信息的實時交換共享顯著提高工程項目的管理水平和生產(chǎn)效率，在縮短工程項目建設(shè)周期的同時，也能有效改善工程項目質(zhì)量，因此近年來BIM技術(shù)在世界范圍內(nèi)的工程項目中得到了廣泛應(yīng)用。然而，BIM技術(shù)仍處于發(fā)展初期，在應(yīng)用過程中存在的風(fēng)險有可能成為制約BIM技術(shù)發(fā)展的瓶頸。既有研究中，學(xué)者們普遍關(guān)注BIM技術(shù)為工程項目帶來的正面效益[1-3]，本論文從風(fēng)險管理的角度出發(fā)，對BIM技術(shù)存在的風(fēng)險進行識別，從而幫助技術(shù)人員降低BIM應(yīng)用風(fēng)險，提升工程項目的安全性。

2 BIM應(yīng)用風(fēng)險因素分析

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對BIM應(yīng)用風(fēng)險進行了詳細的分析，根據(jù)對既有研究成果的整理，可將BIM應(yīng)用風(fēng)險總結(jié)為包括22個子因素的5類因素，分別為人員類、經(jīng)濟類、環(huán)境類、管理類及技術(shù)類風(fēng)險因素[4]。具體如圖1所示。

圖1 BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險因素

3 BIM應(yīng)用風(fēng)險因素權(quán)重確定方法

層次分析法是被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于多目標決策分析的一種運籌學(xué)方法，在將決策問題進行分解的過程中，每項指標對結(jié)果的影響主要通過指標權(quán)重體現(xiàn)，因此層次分析法的核心在于確定各項指標的權(quán)重。

3.1 基于層次分析法的權(quán)重確定

在確定各層次各因素之間的權(quán)重時，若直接采用專家打分法確定權(quán)重指標，可能會存在主觀片面性，導(dǎo)致結(jié)果失真。因此層次分析法采用構(gòu)建判斷矩陣的方法，避免同時比較所有因素的重要度，而是對指標重要度進行兩兩比較，將絕對判斷轉(zhuǎn)化為相對判斷，從而降低判斷難度，提高結(jié)果的準確性。判斷矩陣A＝(aij)n×n中的元素可用9標度法表示，見表1。

表1 9標度法

通過咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，將準則層的元素按照上表的原則進行兩兩比較，建立判斷矩陣A＝(aij)n×n，通過和積法求解指標權(quán)重，最后進行一致性檢驗，具體過程如下所述。

對向量進行標準化，得到向量W，則向量W＝[w1，w2，…，wn]T即為判斷矩陣A的特征向量，指標i的權(quán)重系數(shù)即為向量W＝[w1，w2，…，wn]T中的wi。這一過程稱為層次單排序。

計算最大特征值λmax:

若構(gòu)造的判斷矩陣與一致矩陣差別太大，則需要重新構(gòu)建判斷矩陣，因此需要對判斷矩陣進行一致性檢驗。一致性指標用表示，CI越小，說明一致性越大。在檢驗判斷矩陣是否具有滿意的一致性時，還需計算檢驗系數(shù)。若CR＜0.1，則認為該判斷矩陣通過一致性檢驗。RI為隨機一致性指標，出現(xiàn)一致性隨機偏離的可能性一般與判斷矩陣階數(shù)成正相關(guān)，即判斷矩陣階數(shù)越大，則出現(xiàn)一致性隨機偏離的可能性越大。平均隨機一致性指標標準值見表2。

表2 隨機平均一致性形式指標的標準值

3.2 基于熵權(quán)法對權(quán)重進行修正

層次分析法屬于主觀權(quán)重計算方法，在對參數(shù)進行兩兩比較時，人為偏好將導(dǎo)致判斷矩陣具有主觀性較強的缺陷，因此論文使用熵權(quán)法對層次分析法計算的權(quán)重進行修正。

熵權(quán)法是客觀權(quán)重計算方法，利用熱力學(xué)中熵值的理念，計算每個指標的權(quán)重。熵最早在熱力學(xué)研究中被提出，表示系統(tǒng)的混亂程度，后來被應(yīng)用到信息論中，表征某一指標能夠提供的信息量[5]。當指標發(fā)生變化時對系統(tǒng)的影響越大，說明該指標的權(quán)重越大。

首先根據(jù)判斷矩陣A＝(aij)n×n計算各指標的熵值Hi。

使用熵權(quán)法計算的權(quán)重ξi對層次分析法計算的權(quán)重wi進行修正，得到權(quán)重λi:

4 BIM應(yīng)用風(fēng)險評價方法

采用模糊綜合評價法對BIM應(yīng)用風(fēng)險進行評價。模糊綜合評價法主要是將數(shù)字隸屬度模糊理論作為基礎(chǔ)，對原本的定性評價方法加以轉(zhuǎn)變，使其變成定量評價，從而對受多因素影響的事物做出總體評價的評價方法[6]。

(1)確定風(fēng)險等級集合

根據(jù)已建立的BIM應(yīng)用風(fēng)險指標體系，確定風(fēng)險等級集合M，一般包括很高、較高、中等、較低和很低5個等級:

(2)對模糊矩陣進行構(gòu)建

將專家對于各種風(fēng)險因素的評分作為基礎(chǔ)，對風(fēng)險因素方面的模糊矩陣S進行建立:

(3)綜合評價

將修正后的權(quán)重矩陣λ與模糊矩陣S進行整合，從總體上對風(fēng)險因素進行評價，建立綜合判斷矩陣C，其中cj(j＝1，2，3，…，m)為模糊綜合評價指標，表示被評價風(fēng)險體系的等級:

5 案例研究

5.1 層次分析法權(quán)重結(jié)果

對于某建設(shè)項目X，基于BIM應(yīng)用風(fēng)險因素分析，邀請5位專家采用1-9標度法對準則層及指標層的風(fēng)險因素進行打分，判斷矩陣見表3至表8。其中B1-B5表示技術(shù)類、管理類、環(huán)境類、經(jīng)濟類及人員類風(fēng)險因素；C11-C15表示技術(shù)類風(fēng)險因素下的5個主要的子因素，即軟件的成熟度C11、數(shù)據(jù)交互性程度C12、技術(shù)的適用性C13、技術(shù)具備的難度C14、模型要求的精度C15；C21-C25表示管理類風(fēng)險因素下的5個主要的子因素，即模型管理存在的問題C21、企業(yè)內(nèi)部具備的驅(qū)動力C22、技術(shù)管理面臨的難度C23、應(yīng)用的管理模式C24、參與方具備的管理能力C25；C31-C35表示環(huán)境類風(fēng)險因素下的5個主要的子因素，即相關(guān)法律法規(guī)的成熟度C31、政策的導(dǎo)向性C32、市場的認可程度C33、標準規(guī)范的完善程度C34、合同存在的問題C35；C41-C44表示經(jīng)濟類風(fēng)險因素下的4個主要的子因素，即收益的不確定性C41、短期成本投入C42、新增加的額外成本C43、投資回報期限C44；C51-C53表示人員類風(fēng)險因素下的3個主要的子因素，即從業(yè)人員的技術(shù)素養(yǎng)C51、從業(yè)人員的總體數(shù)量C52、技術(shù)人員的主動性C53。

表3 判斷矩陣A-B

表4 判斷矩陣B1-C

表5 判斷矩陣B2-C

表6 判斷矩陣B3-C

表7 判斷矩陣B4-C

表8 判斷矩陣B5-C

利用Matlab計算表3判斷矩陣的特征向量及最大特征值計算，得到

計算一致性指標CI及檢驗系數(shù)CR:

檢驗系數(shù)CR通過一致性檢驗。

同理計算其他判斷矩陣:

5.2 基于熵權(quán)法的權(quán)重修正結(jié)果

基于表3至表8的判斷矩陣，使用熵權(quán)法計算權(quán)重，結(jié)果如下:

使用熵權(quán)法計算的權(quán)重ξi對層次分析法計算的權(quán)重Wi進行修正，得到權(quán)重λi結(jié)果如下:

因此，BIM應(yīng)用風(fēng)險各因素權(quán)重如圖2所示。

圖2 X項目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險因素權(quán)重結(jié)果

5.3 模糊綜合評價結(jié)果

邀請10位行業(yè)資深專家，對該項目的各類風(fēng)險因素進行評級，統(tǒng)計結(jié)果見表9。

表9 風(fēng)險因素專家評級結(jié)果

根據(jù)調(diào)查表結(jié)果，得出各風(fēng)險因素的模糊矩陣，結(jié)果如下:

結(jié)合熵權(quán)法修正后的指標層權(quán)重結(jié)果，計算指標層因素的模糊綜合評價結(jié)果:

結(jié)合熵權(quán)法修正后的準則層權(quán)重結(jié)果，求得系統(tǒng)模糊綜合評價結(jié)果:

最后根據(jù)風(fēng)險等級劃分表，求得本項目風(fēng)險評價得分:

風(fēng)險等級劃分見表10。因此，本項目具有較大的BIM應(yīng)用風(fēng)險，在BIM技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)選擇經(jīng)驗較為豐富的技術(shù)人員參與項目，并強化各環(huán)節(jié)的風(fēng)險管理。

表10 風(fēng)險等級劃分

6 結(jié)論

通過分析X項目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險因素，提出基于改進層次分析法的BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險評價方法，在計算時風(fēng)險因素權(quán)重中使用熵權(quán)法對層次分析法計算結(jié)果進行修正，避免層次分析法中專家主觀因素對結(jié)果的影響。最后基于實際案例，分析X項目BIM技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險等級，結(jié)果顯示該項目具有較大的BIM應(yīng)用風(fēng)險，應(yīng)在實施中重視風(fēng)險管理。