1. 引言
BIM代表一种新的理论和实践,旨在通过创新的信息技术、数字技术以及智能技术减少建筑工业的各种浪费,大大提高工业效率。当前,我国的建造业面临着转型升级,BIM技术被认为是建造业的“第二次革命”,BIM技术将在这一“革命”中发挥关键作用;成为建造业创造、改进、革新的突破口。BIM这个词最初出现在1997年的欧洲,但在2002年的Jeery Laiserin出版的《苹果和橙子比较》中首次提出为BIM可以被用在设计、施工、运营阶段,是对物体的数字表达,可以用来表述与表现建筑的生命过程 [1]。BIM技术作为一种被广泛接受的技术理念,它的推广至今已经经历了不短的时间,然而应用BIM技术的建筑工程仍然占比较小。通过阅读文献发现大部分对于BIM技术的研究往往对于技术或者应用,以及障碍因素研究,还没有对BIM技术推广策略的研究。本文以创新扩散理论视角下研究BIM技术的发展的现状。
2. 研究方法
2.1. 文献研究
本文主要通过对问题的各种相关文献、书籍进行系统地查阅、分析和整理了解当前研究现状。并通过文献研究,设置问卷题项,使问卷设计参数更为合理。以及利用文献回顾法对BIM技术对比传统CAD技术在各个阶段的相对优势性进行整理。
2.2. 问卷调查
问卷按照创新扩散理论模型体系及文献研究进行参数设计,通过线上发放问卷形式进行,经过三轮发放,前两轮发放的目的是修改测量项目,确保受访者对问卷的准确理解。本文的结论主要基于第三轮问卷调查的结果。问卷调查对象主要是在校建筑专业本科、硕士及老师和已经从事建筑工作的相关人士。共回收问卷921份,其中有效问卷808份(完全不了解BIM的应答者问卷113份,设为无效,弃之不用)。问卷的测量部分使用7级李克特量表。对回收筛选后的数据采用IBM SPSS Statistics 25软件进行分析。主要的分析方法是因子分析、描述性统计分析、相关分析等。在分析问卷数据之前,对问卷的可靠性进行检验,确保测量的质量。本文件基于对克朗巴赫一致性系数的分析。
3. 创新扩散理论
20世纪60年代美国学者通过研究改良玉米种子的应用速度,提出创新扩散理论,他认为创新是一种被人们感知的新的商品、服务、实践、想法等 [2]。一项更具优势的技术只有极少数情况下才会迅速扩散,往往过程困难,需要采取一定的措施 [3]。一项创新具有相对优势性、相容性、易懂性、可试性、可观察性特性会更快地被采用 [4]。主要包括获知、说服、决策、实施、确认五个阶段。创新扩散模型被广泛地应用在其他各个领域,因此认为确实存在一个普遍的扩散模型 [5]。本文基于创新扩散理论模型,设置研究因素,并构建模型量表分析。
3.1. 相对优势性
相对优势是指利用创新所感知到的优势程度。一般认为创新所带来的优势与采用创新的速度呈正相关。本文采用文献回顾法研究BIM技术的相对优势性,主要跟传统CAD技术的建筑各方面应用的比较。
3.1.1. 设计阶段比较(表1)
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Table 1. Comparison of CAD and BIM in design stage
表1. 设计阶段CAD与BIM比较
3.1.2. 施工阶段
传统的CAD图纸下的施工,往往缺乏指导性,BIM技术的图纸可指导施工,同时具有可分析、可视性、协同性等特点。如还可以利用BIM模型进行工程量统计汇总,构件的施工进度、成本造价等进行分析。同时施工人员可以利用计算机直观地看到二维图纸难以理解的地方,不用在经过复杂的头脑想象。同时可以利用BIM模型进行协同施工,目前应用最为广泛的当属BIM的管线综合,将机电、暖通、给排水等多个专业进行协调,从而有序施工,避免在空间、功能、实用性上受到影响。
3.1.3. 运维阶段
在建筑运维阶段的管理中引入BIM技术,可以满足用户的基本活动需求,增加投资收益 [6]。在以往的研究中,也有比较传统的文件提供方式和BIM自动生成文件的方法,并推断以后将现实竣工文档交付全自动化 [7]。以文件(纸质或电子形式、文本或图纸)为主要媒介的传统操作和维护管理过程是劳动密集型的,且容易出错 [8]。此外,BIM技术可以结合其他技术进行更优的一种管理方式,例如:使用传感器和射频识别和融合BIM模型通过多种自动化技术,为构件识别、室内定位、人员逃生等提供良好支持。
3.2. 相容性
创新的相容性指它们的潜在使用和现有价值的之间的一致性程度,以往经验和目前需求的一致性程度。相对优势和相容性是首要影响采纳创新的因素 [9]。认为相容性和采用行为通常存在正相关关系。
建筑工程项目通常具有非常强的综合性和复杂性,一个项目往往有多个部门多个专业,在建筑全生命期中,各部门各专业各人员需要信息共享、协同工作。因此相比较与传统CAD绘图模式下BIM技术下的建筑模型更具优越性。同时现在的市面上已经有许多软件可以将CAD图纸进行翻模成为三维模型,三维模型也可以导出二维图纸,具有一定的互导,相容性见表2。
将测量相容性的3个问题项进行KMO (Kaiser-Meyer-Olkin)检验统计量和巴特利特球体检验后,KMO值为0.726,巴特利特球体检验的χ2统计值的显著性概率是0.000,小于1%,具有相关性,适合做因子分析,KMO和巴特利特球体检验结果见表3。通过因子分析,得到一个因子,解释了83.76%的变异,具体结果见表4。
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Table 3. KMO and Bartlett test results
表3. KMO和巴特利特球体检验结果
注:数据是否适合做因子分析,一般采用如F判断:KMO在0.9以上,非常适合:0.8~0.9适合;0.7~0.8比较适合;0.6~0.7,勉强适合;0.5~0.6不太适合;0.5以下,不适合。
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Table 4. Compatible component matrix
表4. 相容性成分矩阵
3.3. 易懂性
易懂性是指理解和利用创新相对的困难程度。复杂创新需要更多的技巧、实施和运行努力,会减少采用的几率。采用者对创新产品的感知是影响扩散程度的因素,通常认为创新的复杂性与采用率呈负相关。表5和表6给出了易懂性量表和易懂性描述性统计数据。
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Table 6. Understandable descriptive statistics
表6. 易懂性描述性统计
从上表中可以看出易懂性的评价在4~5之间,基本处于中等水平。对于建筑从业人员来说,BIM的理念是比较容易理解的,但是BIM软件的学习和使用程度稍高。这其中有许多原因:比如BIM软件繁多、兼容性等问题,何关培说明了十四种BIM应用软件 [13]。Mehran Oraee整理BIM协作中的各种障碍并进行分类 [14]。
3.4. 可试性
可试性是指创新在使用前可以小规模地进行实验和实施的程度。当创新可以被试验和小范围、小批量使用时,会减少个体采用创新的不确定性的感觉。BIM技术已经有许多成功案例,如表7而可试性指标的意图就是规避风险,降低不确定性。因此,本文研究相关BIM应用障碍,建立BIM障碍风险量表并进行分析。
将测量可试性的6个问题项进行检验,KMO值为0.800,巴特利特球体检验的χ2统计值的显著性概率是0.000,小于1%,具体见表8。通过因子分析,得到一个因子,解释了51.092%的变异,具体结果见表9。
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Table 8. KMO and Bartlett test results
表8. KMO和巴特利特检验结果
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Table 9. Risk uncertainty component matrix
表9. 风险不确定性成分矩阵
3.5. 可观察性
可观察性是指创新后产生的结果可被观察和向其他人传播的程度。即使用创新能通过各种媒介传播的难以程度,如音频、口头、视觉等。目前BIM维护阶段使用较低,故本文通过调查设计人员和施工人员对BIM的接纳程度打分,再进一步分析,来反映BIM的传播程度。图1和图2分别给出了设计单位意向量表和施工单位意向量表,图3给出了创新扩散曲线图。
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Figure 1. Design the unit intention scale
图1. 设计单位意向量表
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Figure 2. Construction unit intention scale
图2. 施工单位意向量表
根据创新扩散理论模型曲线和调查对比,认为BIM目前处于引入期向增长期过渡。此时,BIM的渗透率较大,采用录会快速增长。
4. 相关性分析
为了更好的探讨和验证模型中各变量之间的关系,本文采取了相关性分析。
4.1. BIM相容性和易懂性的关系
由表10可以看出BIM相容性和易懂性在0.01级别显著相关,且皮尔逊相关系数均大于0.4,说明关系比较紧密。
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Table 10. Correlation analysis of compatibility and understandability
表10. 相容性和易懂性相关性分析
注:一般大于0.7叫非常紧密,0.4~0.7比较紧密,小于0.4的不紧密。另外,负数是负相关。
4.2. BIM相容性和风险不确定性的关系
由表11可以看出BIM相容性和风险不确定性在0.01级别,相关性显著,但部分皮尔逊系数低于0.4说明紧密性一般。
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Table 11. Correlation analysis of compatibility and risk uncertainty
表11. 相容性和风险不确定性相关性分析
4.3. BIM易懂性和风险不确定性的关系
由表12可以看出BIM相容性和风险不确定性在0.01级别,相关性显著,大部分皮尔逊系数处于0.5说明紧密性较好。
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Table 12. Correlation analysis of understandability and risk uncertainty
表12. 易懂性和风险不确定性相关性分析
5. 结论与建议
通过分析,BIM在建筑领域处于引入期向增长期过渡,相容性方面,我们可以看出相比较传统CAD,BIM在建筑全寿命周期都具有一定的相对优势,且BIM与当下的建筑理念和需求是一致的,且BIM可以和传统CAD协同作业,更好的为建筑业服务。同时通过易懂性分析可以看出BIM理念是较易理解,但软件操作稍难,同时也说明BIM作为新兴技术还是存在一定的问题,使得难以推广。这些问题包括BIM的不确定性的风险,经营管理层对BIM新模式转变困难是不确定性风险的主要因素。但是总体而言,不论是设计人员还是施工人员都有较高采用BIM技术的意愿。针对本次研究,本着可操作的原则,提出如下建议。
5.1. 以BIM使用者而言
这里的使用者不仅仅指个人,也指企业、单位甚至是国家。BIM使用者不仅仅是作为BIM产品带来好处的享受者,更应当具有推广BIM技术的责任,目前BIM人才本就缺乏,作为新技术的受益者将BIM技术更好地运用在日常的工作中的同时还应当发掘新的创新点,这个创新点包括BIM技术的应用点和发展可能采纳BIM技术的人员。使用者内部也可以有相应的激励奖惩制度,为培养人才提供有力保障。
5.2. 以BIM创造者而言
当然这里的创造者也不仅仅指个人。所谓的BIM创造者不是指创造BIM的人,而是指对BIM软硬件进行开发(包括二次开发)的人员和编制BIM标准的人员。在专心研究使BIM技术更加成熟的同时,可以拓宽眼界融合其他技术、学科、领域发展BIM。
5.3. 以BIM推广者而言
BIM的推广者指无论是否从事BIM相关工作,有意愿使用BIM为建筑领域添砖加瓦的人员。在推广BIM应寻找合适、合理、有效的办法。研究熟悉市面上各类BIM软件及BIM方案的特性及优缺点,并针对项目需求,为企业提出合理建议,使其自愿学习利用BIM,同时自愿加入BIM的推广者中。
基金项目
张家口市科学技术研究与发展计划(1811009B-15)。
NOTES
*通讯作者。