基于建筑信息模型的建筑供应链合作利益分配

许杰峰,雷星晖

(同济大学,上海　200092)



基于建筑信息模型的建筑供应链合作利益分配

许杰峰,雷星晖

(同济大学,上海200092)

正确评价建筑信息模型(BIM)技术为建筑供应链上下游合作带来的利益，并将其在合作伙伴之间进行合理的分配，是稳定和发展基于BIM技术的建筑供应链合作关系的前提。只有各节点企业认为应用BIM技术参与合作所得的回报是满意的，基于BIM的高效建筑供应链合作伙伴关系才能真正得以形成、维持和发展。作者探讨研究基于BIM的建筑供应链合作利益的分配原则、模型和方法，供BIM技术和供应链管理研究与应用人员参考。

建筑供应链；BIM；利益分配；合作博弈

1　概述

建筑供应链上各节点企业基于BIM技术进行合作，将有利于缩短建造周期、提高工程质量、降低建造成本，并增强各节点企业的核心竞争力，这些已被业界认可和证明。美国斯坦福大学CIFE工程中心根据32个项目调研情况，总结了使用BIM技术的优势：消除40%预算外更改；造价估算控制在3%精确度范围内；造价估算耗费的时间缩短80%；通过发现和解决冲突，将合同价格降低10%；项目工期缩短7%等。

综上所述，基于BIM的建筑供应链合作利益具体表现在以下方面：

(1)总包方获得的利益：提高工程质量，降低现场库存水平，缩短建造周期，保证工程按时交付，提高对业主要求变化的响应速度。

(2)分包、供应商等合作伙伴获得的利益：保证有稳定、准确的市场需求，降低生产成本，提高工作和生产质量，对总包的需求有更好的了解和理解。

(3)总包和合作伙伴共同获得的利益：改善彼此的信息交流，共同参与工程技术的改进和开发，共担风险，降低投机发生的概率，减少管理成本，提高资产利用率。

(4)无形资产方面获得的利益：合作过程中还能产生诸如标准、规范、指南、专利权、软件著作权、工法、商标、商誉以及客户忠诚度等无形资产。在知识经济时代，有时这些无形资产比利润还要重要。

在上述这些利益中，有效利益可以直接从财务报表上反映出来，有些利益是“软性”的，不能被直接转换成“硬性”数据。这种软性收益使得“各节点企业基于BIM从建筑供应链合作中获得了什么”很难准确地记入会计账簿。这说明合作收益分配方法具有很大的灵活性、多方案性和艺术性，对某些合作伙伴可以多分配利润，而少分配无形资产所有权，也可以少分配利润，而多分配无形资产所有权。但这些无形资产价值大小又不易确定。因此，如何协调各企业之间的利益分配是一个既非常重要又非常复杂的问题。本文着重讨论通过BIM技术应用获得可量化的“硬性”利益分配问题。

2　建筑供应链合作利益及其分配原则

基于BIM的建筑供应链合作利益分配，是指将某一项目通过BIM技术应用所获得的超额合作利益按一定的依据在各节点企业之间进行分割的过程。一般而言，不同的人和不同的组织有着不同的利益诉求，相似或相近利益诉求的个人和组织在追求各自利益的过程中会产生各种矛盾或冲突。

相关科研工作者已经总结了若干利益分配原则[1-4]，例如：平等原则、公平兼顾效率原则、互惠互利原则、协商让利原则、利益与风险挂钩原则、民主决策原则、科学分配原则、信息透明原则等。为了减少或避免建筑供应链合作利益分配中的矛盾或冲突，合理地分配建筑供应链合作关系中由于应用BIM技术带来的超额合作利益，我们对这些原则在建筑供应链中的应用展开讨论：

(1)平等原则是利益分配的最基本原则，但业主和总包企业的强势地位，往往造成建筑供应链企业间的不平等，这将影响长期合作关系的形成，不能使整个建筑供应链保持高效的运营，也就不能实现供应链最大利益。

(2)公平兼顾效率是建筑供应链管理的难点，建筑行业的过度竞争和隔阂比较明显，从而影响了整个供应链的绩效。招投标过程中的恶性压价往往会挫伤供应链中最优秀企业的积极性，所以必须在公平和效益之间找一个平衡。

(3)互惠互利原则在BIM技术应用中的突出问题就是设计企业BIM技术应用收益难以体现，用设计企业自己的语言讲就是BIM技术应用“不打粮食”，劳动价值被无偿剥削。

(4)目前BIM技术应用效益主要体现在总包(例如：工程总包、机电专业总包)专业协调中，如果不能在协议中明确利益分配，协商让利原则无从谈起。现在很少有工程合同能体现BIM技术应用效益的分配，所以单独应用BIM技术还是常态，特别是当前BIM应用效益较好的机电施工，BIM应用往往是独立进行。

(5)目前工程项目的利润率不高，也说明新技术应用(包括BIM技术)风险较大，特别是当前BIM技术应用的投入还较大，如果不能将利益与风险挂钩，将严重阻碍新技术应用。

(6)国外的IPD项目管理模式[5-6]，是民主决策原则很好体现，但限于中国当前法律法规限制，以及还没有确立很好的企业信用体系，在BIM技术应用还不成熟的情况下，如何充分发挥民主协商的作用是要深入探讨的。

(7)制定建筑供应链合作利益分配方案要以科学的分配理论为基础，要考虑各节点企业在工程项目中应用BIM技术所起作用的大小。以科学理论为基础的分配方案容易被节点企业所理解和接受，但现实情况是BIM应用效益是一笔糊涂账，个别企业能总结出效益，但如何分配却一头雾水。希望本文能为建筑供应链利益科学分配提供一些帮助。

(8)当前建筑供应链节点企业信息不透明是普遍现象，信息不透明正是某些企业谋求更大利益的手段，例如土方工程，20%左右的工程量误差也很正常。BIM技术正是信息交换和共享的基础技术，是信息透明的基础技术，应该在建筑供应链信息流优化过程中发挥更大作用。

3　基于BIM的建筑供应链合作利益分配模型

基于BIM的建筑供应链合作利益分配是一种不完全信息下的动态合作博弈。合作利益分配是典型的合作博弈。“不完全信息”是因为当前建筑供应链合作伙伴对总包的BIM技术应用策略，特别是BIM应用效益并不十分清晰，各参与者倾向于隐藏自己的BIM应用效益。“动态博弈”是因为各分包企业进入建筑供应链项目管理过程有先后顺序，并且后进入者可以知道先进入者的策略。

敏捷建筑供应链(Agile Construction Supply Chain,ACSC)[7]各节点企业通过合作，发挥各自的核心能力，相互之间优势互补，形成目标一致、步调一致的整体，不断提升建筑供应链的实力。这种新型的供应链管理模式将总包与节点企业之间“你失即我得”的“零和”关系发展为合作共赢关系，改善了建筑供应链上各节点企业之间的业务关系，为建筑业的发展注入新的活力。在ACSC的实际运作过程中，总包能够与有关合作伙伴事先沟通，协调彼此策略，使得供应链利益最大化，并且使之在各合作伙伴之间得到合理的分配。这与合作对策理论要考虑的问题是一致的，因此可以将ACSC的合作利益的分配问题转化为合作对策理论问题[8-9]。

合作对策强调的是竞争各方为了共同的利益，从对抗性的竞争演变为既竞争又联合的对策模式，在ACSC中基于BIM的合作转变为如下几个因素：

(1)两个或两个以上的节点企业要在某些方面进行合作，例如：基于BIM的专业协调，他们需要结成一个联盟，并能通过充分协商决定最后的行动方案。

(2)结成一个联盟后，作为一个整体希望能得到尽可能多的收益，例如：节省材料、缩短工期，这个最大的收益是联盟的特征函数。

(3)联盟要把得到的总收入分配给联盟中的每一个成员，并用数量来表示这种分配。

设整个项目参与方的集是I={1,2，…,n}，S是I的任意子集，称为一个联盟。当S中的局中人成为一个联盟时，不管S外的局中人采取什么策略，联盟S通过协调其成员的策略保证能达到的最大赢得。这样的v(S)称为n人对策的特征函数，并定义空联盟的特征函数0，即v(Φ)=0。这表明：假如S中的局中人可能采用的策略集为Xs，而IS中的局中人可能采用的策略集为Y1S，则：

式中，ei(x，y)是局中人i的赢得，而x、y是局中人选用的策略。由定义可推出，如果S与T是不相交的联盟，则v(S∪T)≥v(S)+v(T)。如果v(S∪T)=v(S)+v(T)，则称v具有可加性，这种对策称为非实质性对策，这里我们讨论特征函数满足v(S∪T)>v(S)+v(T)的实质性对策。

假定每个联盟S得到的收入可以按照任意方式分配给该联盟的成员。合作对策的每个局中人应当从联盟的收入中分得各自应得的份额，可以用一个n维向量x=(x1，x2，…，xn)来表示，其中xi表示局中人i在x中应得的份额。向量x称为一个分配，也可以称为支付。这个向量应满足下列条件：

显然，如果在局中人间分配收入能够影响联盟的形成，因为每个局中人都想参加可以得到报酬并保证所得为最多的联盟。所以，如果不说明局中人之间如何分配所得，就无法描述会形成哪些联盟。换言之，收入的合理分配有助于联盟的真正形成。ACSC上形成的合作伙伴可以看成是这些伙伴形成的联盟，所以合作伙伴之间的收益分配可以看成联盟中各局中人的利益分配。当各节点企业认为合作后各自得到的回报是合理的，合作伙伴的关系才能得以真正形成、维持和发展。

Shapley提出的“公平合理”的分配方案对每个合作者参与合作的成功概率为1的假设过于严格，限制了在实践中的应用[10-11]。因此，考虑合作风险因素，引进合作成功的概率，可改进如下：

i=1,2,…,n

式中，pi为风险因子。根据公式求出的Shapley值称为改进的Shapley值，是各局中人所预期的合理收益。

Nash谈判模型提出利用各企业单独运营时所得收益为下界d的值[12-14]。事实上，各企业对合作利益分配预期通常大于单干时的收益，这一模型的解是一种可行解，并不能让所有局中人都十分满意。

本文采用改进后的Nash谈判集求解。即将改进的Shapley值替代谈判的起点d，作为局中人愿意接受的分配下界。这一做法比原来的做法更为客观可行，容易被各局中人所接受。改进后的Nash谈判模型如下：

4　应用实例

利用改进后的Nash谈判模型求解ACSC合作利益分配的步骤如下：

以某一总包、机电分包及土建分包的基于BIM的专业协调为例，进行三者之间的利益分配。

假设：局中人集合为I={总包、机电分包、土建分包}，简记为I={1,2,3}，其中总包为局中人1，土建分包为局中人2，机电分包为局中人3，S是I的子集。

定义1：合作利益是定义在I上的一切子集上的实值函数v，且满足：

定义2：用x(x1,x2,x3)表示分配向量，且满足：

建立模型的成本(或称为负收益)对各局中人各不相同，作者以实际项目的数据为例，设定：建立土建模型，土建分包的收益为-2，其他方是-3；建立机电模型，机电分包的收益是-3，其他方为-4。全部收益为23，主要来自工期缩短(对总包而言，折算为10)，机电耗材效益10(对机电分包而言)，土建收益为3(对土建分包而言)。

当局中三人不建立合作关系时，即单干：总包的收益是10-3-4=3，获利的概率为0.9；土建的收益3-2=1(土建分包一般不会建立机电模型)，概率为0.95；机电分包的收益10-3-3=4，概率为0.9。

当局中人两两合作时：局中人1、2合作收益为10+3-2-4=7，获利概率0.8；局中人1、3合作收益为10+10-3-3=14，获利概率0.8；局中人2、3合作收益为10+3-2-3=8，获利概率为0.8。

当三局中人合作是，收益为10+10+3-2-3=18，获利概率为0.6。

为简化问题，假定局中人的效用函数是线性的，设为u=ax+b,a、b∈R。给定几个预期收益的分配值，让总包的决策者给出相应的效用值，得到如下数据：

再利用线性回归的方法可以算出总包的效用函数为：

同理可求，机电分包和土建分包的效用函数分别为：

其中xi表达第i各局中人所得利益分配值，则根据改进后的Shapley值法，可以计算出局中人1(即总包)的预期收益：0.9+0.67+1.33+2.2=5.1。具体计算过程见表1。

表1　总包的预期收益(i=1)

局中人2(即土建分包)的预期收益：0.32+0.4+0.4+1.4=2.52。具体计算过程见表2。

表2　土建分包的预期收益(i=2)

局中人3(即机电分包)的预期收益：1.2+1.07+0.8+2=5.07。具体计算过程见表3。

表3　机电分包的预期收益(i=3)

将三个局中人预期收益作为Nash谈判的下界：

maxZ=

得出如下非线性规划：

利用非线性规划软件Lingo解得：X=(7.51,3,7.49),即得到总包、机电分包和土建分包分配到的利益。

5　结束语

(1)ACSC合作利益表现为节点企业竞争能力的增强和经济效益的提高，集中体现为建设成本的降低、项目周期的缩短和建造质量的改善。

(2)为了减少或避免不必要的利用矛盾或冲突，合作利益分配应该遵循重要的基本原则，即互利互惠原则、科学分配原则和风险补偿原则。

(3)利益分配的本质就是要寻找或构建合适的利益分配方案。本文构建了一个改进的Nash谈判模型，满足了各局中人对合作利益的预期分配值，体现了合理分配的原则，有利于维持和巩固各局中人的合作关系。可见，基于合作各方能得到比单干更高的回报，ACSC合作关系的建立一方面需要合理的利益分配方案，同时，较为合理的ACSC合作利益分配反过来又将促进建筑供应链合作关系的进一步维持和巩固。

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(责任编辑沈蓉)

Profit Distribution of Construction Supply Chain Cooperation Based on BIM

Xu Jiefeng,Lei Xinghui

(Tongji University,Shanghai 200092,China)

Correct evaluation of the benefits of BIM technology and the reasonable allocation between the partners of construction supply chain,are the premise of stability and development of construction supply chain partnership on BIM technology.Only when each node enterprise,which applies BIM technology to participate in the cooperation of the proceeds,is satisfactory with the return,the construction supply chain partnership based on BIM can be truly formed,maintained and evolution.It discusses the interest distribution principles,models and methods of construction supply chain cooperation based on BIM.

Construction supply chain;BIM;Profit distribution;Cooperation gambling

2015-12-17

F407.9

A