CN104834991A - 一种建筑工程采用建筑信息模型bim的应用价值评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,包括,建立建筑工程BIM应用价值指标体系;构建结构分析模型;计算BIM价值指标体系指标权重;进行一致性检验;进行综合分析与评判。本发明根据工程建设的特点和难点,在各项指标分析的基础上,构建建筑工程BIM应用价值指标体系,运用层次分析法和专家打分法,解决BIM应用价值难以定量评估的困难,实现业主方BIM应用价值指标的应用管理与效果评判。本发明对BIM技术在建筑工程项目管理中的应用价值评估更为准确,便于业主进行效果评价和BIM应用管理,有针对性地预防、控制和降低工程风险,提高工程管理效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程分析技术领域,特别涉及一种建筑工程采用建筑信息模型(BIM)的应用价值评估方法。
背景技术
建筑工程是建筑企业生产经营的产品,是企业的利润源头。工程项目管理水平的高低,直接反映了企业的形象和信誉,决定着企业经营状况的好坏,也是对建筑业企业抢占市场份额,扩大建筑市场经营战略实施的重要考核指标。建筑企业要想在建筑市场上获得持续的竞争优势,必须不断地更新自己的管理理念,提高劳动生产率,“以顾客为中心”发展和完善工程项目管理。
建筑工程项目的评价方法,较早使用的是价值工程分析法。早在1972年,美国价值工程师协会(SAVE)在该年度举行的第十二届年会上着重强调,要在建筑业内大力推广应用价值工程。同时,美国价值工程师协会还组织了有400多建筑业工程师、建筑师和其他相关专业人员参加的价值工程专题论坛。同年,美国公共建筑管理部门正式将价值工程列入了项目管理人员的正式工作范围。自此,价值工程成为评价建筑工程的一个手段。目前,就世界范围来看,价值工程在建筑业中的应用方兴未艾,处于良好的发展上升势头。
美国建筑业应用价值工程的统计结果显示:一般情况下应用价值工程可以降低整个建设项目初始投资5%~10%左右,同时可以降低项目建成后的运行费用5%~10%。在某些情况下这一节约的比例更是可以高达35%以上。而整个价值工程研究的投入经费仅为项目建设成本的0.1~1.3。国外价值工程主要应用于工程项目的设计阶段,甚至提前到项目的可行性研究阶段。在设计阶段应用的时间是整个设计工作完成的10%~35%之间,相当于国内的方案设计和初步设计阶段。
建筑工程的价值增值体现在项目功能更为合理完善、实物质量提升、进度加快、投资节约、浪费减少以及更加节能环保。但这些价值如何分解,如何予以量化并进行评价,是一个一直未能解决的问题;由此则导致各种新技术在工程中的盲目应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑工程采用建筑信息模型(BIM)的应用价值评估方法,通过对建筑工程BIM应用价值的维度分析,确定BIM应用在项目建设全生命周期中的质量、进度、投资维度的评价指标,从而建立BIM应用价值指标体系,并结合层次分析法(AHP)的基本原理,解决BIM应用价值难以定量评估的困难,以解决现有建筑工程价值工程分析中的难点问题。
本发明所述的建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图性五大特点。
以下对于本发明采用的建筑工程BIM应用价值指标体系加以说明。
1.建筑工程价值评价维度
考虑到工程价值评价的特点,本研究从目标维、过程维、对象维三个维度进行建筑工程价值体系构建。围绕价值结构分解的特点,根据工程建设的特点和难点,对建设工程进行全面梳理。按照目标维度划分,主要围绕工程项目建设的三大目标:质量、进度和投资;按照过程维分别划分为四个阶段,即规划和策划阶段、设计阶段、施工阶段和运营与维护阶段;按照对象维度,主要通过应用对象的分类的对比,确定本研究的应用对象为业主方。
1.1目标维
投资、进度、质量被称为工程项目建设的三大目标,是工程项目在各阶段的主要工作内容,也是工程建设各方主体工作的中心任务。无论是项目业主,还是承包商及监理单位都是围绕着三大目标而开展工作的。衡量他们的工作得失成败,也主要是以三大控制目标是否实现为依据。进度管理与投资管理、质量管理三者是对立统一的关系,一般说来,进度快就要增加投资,但工期提前也会提高投资效益;进度快也可能影响质量,而质量控制严格就可能影响进度;但如果因质量控制严格而避免了返工,又会加快进度。包括进度管理、投资管理与质量管理等在内的工程管理是一个系统工程,处理好三者之间的关系就是既要进度快,又要投资省、质量好。
1.2过程维
工程寿命期是指工程从构思到结束(拆除)所经过的全部时间。它是指工程的运行寿命,主要是从工程运行和功能作用的发挥角度出发的。美国标准和技术研究院(NIST-National Institute of Standards and Technology)把建设工程项目的全生命期划分为如下6个阶段:
-规划和策划
-设计
-施工
-交付和试运行
-运营和维护
-清理
鉴于在国内建筑工程具体实施的情况,项目交付和试运行阶段和清理阶段的时间相对来说较短,且项目交付和试运行阶段多结合施工方和运营方进行开展,因此本研究主要围绕工程建设项目的规划和策划阶段、设计阶段、施工阶段和运营与维护阶段进行展开。
1.3对象维
工程项目是一个庞大复杂的产品,要完成它,需要有众多的参与方加入进来。有些参与方是直接参与工程建设的,而有的则是间接对工程项目的建设产生影响。在承担项目执行职能的菜预防中,通常包括政府机构、业主方、设计、施工、材料商等等。
根据斯坦福大学CIFE中心的统计数据,业主方是BIM应用的最大受益者,因为BIM的核心目标就是通过信息化技术,提高建筑性能,提高设计质量,减少施工错误,按时竣工,提高运营管理品质。本研究拟围绕BIM应用的最大受益者—业主方进行展开。
2.指标及指标体系
2.1指标及指标体系
指标体系就是各种相互联系的指标所构成的一个有机整体,用来说明所研究对象各个方面相互依存和相互制约的关系。指标体系因各种对象本身联系的多样性和研究的目的不同而具有不同的类别、特征。
指标作为一个管理工具,从泛性角度讲,它是衡量、评价、判断研究对象的方法和手段,是以较小的技术层面就能捕捉和提取出有价值的信息并达到掌握研究对象所处状态的一个有效量值标度,通过指标值及其相应的标准,就可以对研究对象的状态、程度、大小等方面做出判断,在工程项目管理中,还是在其他管理中,指标已成为不可或缺的工具之一。
2.2指标体系的构建原则
科学的指标体系是对研究对象进行有效分析的基础,没有科学、系统、完整的指标体系,对研究对象的分析和评价就缺乏可靠的基础和依据。为了使构建的指标体系在分析和评判研究对象方面具有全面、客观、科学、合理、实用和有效的功能,并能被接受和认可,就需要在指标体系的建立过程中遵循一定的原则,这些原则主要有:整体性原则、系统性原则、科学性原则、层次性原则、目标性原则、正交性原则、客观性原则。
3.建筑工程价值评价维度模型构建
基于建筑工程价值评价维度的分解,以一般建筑项目为主要研究对象,对目标、过程、对象多个维度进行分解,首先确定价值评价维度;其次,通过大量的案例查阅,利用关键绩效建立与BIM相关的指标体系;最后分析不同评价方法的特点,确定BIM的价值评价方法。因此本发明的价值评价模型构建如图3和图4所示。
本发明的技术方案是,一种建筑工程采用建筑信息模型(BIM)的应用价值评估方法,包括,
第一步,建立建筑工程BIM应用价值指标体系
考虑到工程价值评价的基本特点,围绕价值结构分解的特点,根据工程建设的特点和难点,对建设工程进行全面梳理,确定BIM技术在项目管理中的应用价值评价维度,构建建筑工程BIM应用价值指标体系。
上述BIM应用价值评价维度,如目标维、过程维、对象维。
上述BIM应用价值评价指标,如各专业设计一致程度、设计错误类变更数量、按图施工程度、运营造价等。
根据本次研究的重点,目标维主要围绕工程项目建设的质量、进度和投资划分,过程维按照规划和策划阶段、设计阶段、施工阶段和运营与维护阶段划分,对象维主要针对业主方的项目管理。BIM应用价值指标体系见下表:
表1 BIM应用价值指标体系
第二步,构建结构分析模型
根据BIM应用价值指标体系,把系统的各指标要素按照不同评价维度划归不同层次。一般来说,结构分析模型可以分为三个层次:目标层、准则层和指标层,如图1。
第三步,计算BIM价值指标体系指标权重
根据层次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)的基本原理,通过BIM应用价值指标要素间的两两比较,形成判断矩阵A
根据判断矩阵,分别计算同级指标要素的相对权重系数Wi
式中,
第四步,一致性检验
依据矩阵理论,m阶对称的一致性矩阵具有唯一非零的最大特征根λmax,并且λmax=m,当判断矩阵不能保证具有完全的一致性时,其特征根也将发生变化。因此,利用判断矩阵特征根的变化来判断矩阵的一致性程度是可行的。原则:一致性比值用CR来评定,若CR<0.1,则通过一致性检验,符合标准。
其中,最大特征根λmax为
一致性指标CI为
一致性比值CR为
CR=CI/RI (5)
式中,RI为随机一致性指标,其取值与判断矩阵的阶数有关,一般情况下,矩阵的阶数越大,则出现一致性随机偏离的可能性也越大。
第五步,综合分析与评判
为定量分析BIM应用价值指标,采用专家打分法,在大量的BIM案例资料和专家参与实际BIM应用工程建设及管理经验,对BIM应用价值指标进行评价。根据价值指标的BIM应用效果分为:十分明显、比较明显、一般效果、有效果但不明显、有效果但十分不明显这五个等级,并且分别赋予相应的评价尺度为1、0.8、0.6、0.4、0.2,如表2所示。
表2指标打分表
评价指标Ci(i=1-25)值为
式中,ai——评价尺度为1的专家数;bi——评价尺度为0.8的专家数;ci——评价尺度为0.6的专家数;di——评价尺度为0.4的专家数;ei——评价尺度为0.2的专家数。
BIM应用价值综合得分为
因此,在计算出BIM应用价值综合得分后,基于表3所示判断准则进行评价,最终得出项目管理中BIM应用价值的总体评价。
表3 BIM应用价值判断准则
总得分 | 等级 | 应用建议 |
0.8~1 | 应用效果明显 | 强烈建议采用BIM |
0.6~0.8 | 应用效果比较明显 | 建议采用BIM |
0.4~0.6 | 应用效果一般 | 可用或可不用BIM |
0.2~0.4 | 应用效果比较不明显 | 不建议采用BIM |
0~0.2 | 应用效果不明显 | 不建议采用BIM |
本发明提供了一种评估BIM技术在建筑工程项目中应用价值的方法,考虑到工程价值评价的基本特点,根据工程建设的特点和难点,在各项指标分析的基础上,构建建筑工程BIM应用价值指标体系,运用层次分析法和专家打分法,解决BIM应用价值难以定量评估的困难,实现业主方BIM应用价值指标的应用管理与效果评判。本发明对BIM技术在建筑工程项目管理中的应用价值评估更为准确,便于业主进行效果评价和BIM应用管理,有针对性地预防、控制和降低工程风险,提高工程管理效果,为工程项目管理提供科学的依据和支持,具有简单、快速、准确等优势。
附图说明
图1为本发明BIM应用价值指标结构分析模型。
图2为本发明评估方法的工作流程框图。
图3为建筑工程价值评价维度矩阵图。
图4为建筑工程价值评价维度模型图。
具体实施方式
下面结合附图和某具体项目案例对本发明进行进一步描述。
第一步:建立建筑工程BIM应用价值指标体系
考虑到工程价值评价的基本特点,围绕价值结构分解的特点,根据工程建设的特点和难点,对建设工程进行全面梳理,确定BIM技术在项目管理中的应用价值评价维度,构建建筑工程BIM应用价值指标体系。具体指标体系如表1所示。
第二步:构建结构分析模型
根据BIM应用价值指标体系,把系统的各指标要素按照不同评价维度划归不同层次。一般来说,结构分析模型可以分为三个层次:目标层、准则层和指标层,如图1。
第三步:计算BIM价值指标体系指标权重
1)确定目标层A、准则层B、指标层C。
A=BIM的应用价值水平
B=(B1,B2,B3)=(质量,进度,投资)
CB1=(C1,C2,C3,C4,C5)
CB2=(C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14,C15,C16)
CB3=(C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C24,C25)
式中C1-C25具体含义参见表1。
2)重要性比较,确定判断矩阵。
首先目标层到准则层的判断矩阵A-B应有如下形式。
表4A-B判断矩阵样式
根据上文介绍的1一9标度法进行质量、进度、投资的重要程度比较,得出下表数值:
表5A-B判断矩阵打分表
同理,分别比较质量、进度、投资三个准则层对应其各自指标层指标的重要程度,可以分别得出3个准则层下的各指标的判断矩阵,并用B1-C,B2-C,B3-C分别表示。
表6B1-C判断矩阵打分表
表7B2-C判断矩阵打分表
表8B3-C判断矩阵打分表
3)计算向量d。
针对每一个判断矩阵,构造一个d向量。各分量按下式计算。
可以得到A-B和B1-C,B2-C,B3-C矩阵的d向量。
dA-B=(3.2711,0.3625,0.8434)
dB1-C=(0.5253,1.1076,0.2671,2.5365,2.5365)
dB2-C=(0.3035,0.6754,1.6362,1.6362,1.6362,
0.6754,0.6754,0.3035,3.451,0.6754,3.451)
dB3-C=(0.4671,0.4671,0.4671,0.4671,
1.2061,1.2061,1.2061,2.6102,4.5878)
4)计算权重系数
首先由d向量得出权重系数向量。由下式计算。
这里可以的出的有:
准则层对目标层的权重系数向量WA-B,表示了三个不同准则对目标层的权重。
指标层对准则层的权重系数向量WB1-C、WB2-C、WB3-C,表示了不同指标在其对应的准则层下的相对权重。
计算可得:
WA-B=(0.7306,0.081,0.1884)
通过比较权重,可以得出准则层重要性排序:
B1质量>B3投资>B2进度,这也与判断矩阵A-B相符合。
同理可得指标层在准则层中的相对权重。
WB1-C=(0.0753,0.1588,0.0383,0.3638,0.3638)
WB2-C=(0.0201,0.0447,0.1082,0.1082,0.1082,
0.0447,0.0447,0.0201,0.2283,0.0447,0.2283)
WB3-C=(0.0368,0.0368,0.0368,0.0368,
0.0951,0.0951,0.0951,0.2058,0.3617)
之后指标在准则层中的相对权重与准则层权重的乘积即为各指标对目标层的权重,各权重系数汇总于下表。
表9权重系数汇总表
比较表中权重系数,可以得出25个指标的相对重要程度,比较结果列于表9中的最后一列。
由表9,可以得出总的指标对应于目标的权向量。
W=(WA-B(1)·WB1-C WA-B(2)·WB2-C WA-B(3)·WB3-C)
即:
W=(0.055,0.1161,0.0280,0.2658,0.2658,0.0016,0.0036,0.0088,
0.0088,0.0088,0.0036,0.0036,0.0016,0.0185,0.0036,0.0185,
0.0069,0.0069,0.0069,0.0069,0.0179,0.0179,0,0179,0.0388,
0.0681)
W为一个25维的向量,25个值分别对应着25个指标在总目标中的权重。
第四步,一致性检验
m阶对称的一致性矩阵具有唯一非零的最大特征根λmax,并且λmax=m,当判断矩阵不能保证具有完全的一致性时,其特征根也将发生变化。因此,利用判断矩阵特征根的变化来判断矩阵的一致性程度,一致性比值用CR来评定,若CR<0.1,则通过一致性检验,符合标准。
其中,四个判断矩阵的最大特征根λmax分别为:
λmax(A-B)=3.0649
λmax(B1-C)=5.1361
λmax(B2-C)=11.2757
λmax(B3-C)=9.1823
一致性指标CI为
计算可得:
CIA-B=0.0325
CIB1-C=0.034
CIB2-C=0.0276
CIB3-C=0.0228
一致性比值CR为
CR=CI/RI
式中,RI为随机一致性指标,其取值与判断矩阵的阶数有关。
查表得:
RIA-B=0.58
RIB1-C=1.12
RIB2-C=1.45
RIB3-C=1.52
计算可得:
CRA-B=0.056<0.1
CRB1-C=0.03<0.1
CRB2-C=0.019<0.1
CRB3-C=0.015<0.1
则符合标准,四个判断矩阵均通过一致性检验。
第五步,综合分析与评判
专家打分表如下。
表10专家打分表
则由
可以的出模糊综合评判向量:
C=(0.82,0.84,0.9,0.84,0.72,0.7,0.9,0.76,0.88,0.78,
0.86,0.9,0.74,0.9,0.88,0.88,0.8,0.86,0.88,0.8,0.88,0.6,0.84,0.84,0.86)
C为一个25维的向量,其中各数值分别代表25个指标的综合评判等级,比如C1指标的综合评价等级为0.82,代表综合专家们的意见,BIM的使用对C1指标,即各专业的一致性程度,有明显的效果。
BIM应用价值综合得分为
也即V=W·C=0.8076>0.8。
总得分在0.8—1之间,查询表3,可知该项目属于BIM应用效果明显一类,并强烈建议使用BIM技术。
综上所述,本发明为一种基于层次分析法和模糊评判的BIM在项目管理中应用价值水平评估的方法,通过五个步骤的评估流程,实现了从定量的角度准确地评估BIM在项目管理中的应用价值,同时能将已有的评估结果整合到现有项目案例库中,使以往项目案例和经验积累很好地得以利用。
本发明的方法可以对BIM在各类工程项目管理中的应用价值进行评估,具有简单、快速、准确,低成本等优势。
Claims (5)
1.一种建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,建立建筑工程BIM应用价值指标体系;
步骤二,构建结构分析模型;
步骤三,计算BIM价值指标体系指标权重;
步骤四,进行一致性检验;
步骤五,进行综合分析与评判。
2.如权利要求1所述的建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,其特征在于,
所述的步骤一,建立建筑工程BIM应用价值指标体系,包括:
根据工程建设的特点和难点,确定BIM应用价值评价维度,构建建筑工程BIM应用价值指标体系,
所述的BIM应用价值评价维度包括目标维、过程维和对象维,
所述的BIM应用价值评价指标包括各专业设计一致程度、设计错误类变更数量、按图施工程度和运营造价,
其中,目标维按照工程项目建设的质量、进度和投资划分,过程维按照规划和策划阶段、设计阶段、施工阶段和运营与维护阶段划分,对象维按照业主方的项目管理,构建BIM应用价值指标体系;
所述的步骤二,构建结构分析模型,包括:
根据BIM应用价值指标体系,把系统的各指标要素按照不同评价维度划归不同层次,结构分析模型分为三个层次包括目标层、准则层和指标层;
所述步骤三,计算BIM价值指标体系指标权重,包括:
根据层次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)的基本原理,通过BIM应用价值指标要素间的两两比较,形成判断矩阵A
根据判断矩阵A,分别计算同级指标要素的相对权重系数Wi
式中,
所述的步骤四,一致性检验,包括:
依据矩阵理论,利用判断矩阵特征根的变化来判断矩阵的一致性程度,即:一致性比值用CR来评定,若CR<0.1,则通过一致性检验,符合标准,
其中,最大特征根λmax为
一致性指标CI为
一致性比值CR为
CR=CI/RI (5)
式中,RI为随机一致性指标,其取值与判断矩阵的阶数有关,一般情况下,矩阵的阶数越大,则出现一致性随机偏离的可能性也越大;
所述步骤五,综合分析与评判,包括:
定量分析BIM应用价值指标,采用专家打分法,在BIM案例资料和专家参与实际BIM应用工程建设及管理经验上,对BIM应用价值指标进行评价,
根据价值指标的BIM应用效果可分为:十分明显、比较明显、一般效果、有效果但不明显、有效果但十分不明显这五个等级,并且分别赋予相应的评价尺度为1、0.8、0.6、0.4、0.2,形成指标打分表。
3.如权利要求2所述的建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,其特征在于,所述BIM应用价值指标体系如表1所示:
表1 BIM应用价值指标体系
4.如权利要求2所述的建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,其特征在于,所述的指标打分表如下表2所示:
表2 指标打分表
评价指标Ci(i=1-25)值为
式中,ai——评价尺度为1的专家数;bi——评价尺度为0.8的专家数;ci——评价尺度为0.6的专家数;di——评价尺度为0.4的专家数;ei——评价尺度为0.2的专家数。
BIM应用价值综合得分为
5.如权利要求4所述的建筑工程采用建筑信息模型的应用价值评估方法,其特征在于,在计算出BIM应用价值综合得分后,基于下表3所示判断准则进行评价,最终得出项目管理中BIM应用价值的总体评价,
表3 BIM应用价值判断准则
。
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