基于ISM的BIM技术提升建筑工业化应用影响因素分析

李宜君 LI Yi-jun

（北京建筑大学，北京 100044）

0 引言

住建部出台的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》等多项相关政策，体现了国家对建筑工业化与智能建造的重视程度。以往关于智能建造与建筑工业化的研究多以BIM技术在建筑工业化的应用为主，基于BIM技术提升建筑工业化的应用影响因素关系分析类研究较少。基于以往文献的研究基础上，总结归纳出BIM技术提升建筑工业化的应用影响因素，通过解释结构模型发现应用影响因素之间的关系，对有根本层导向因素需求的建筑工业化工程项目引进BIM技术提供理论基础。

1 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素的识别与筛选

采用文献分析法查阅相关文献，筛选出14篇涉及BIM技术建筑工业化应用的核心期刊和国家级期刊的有效文献，通过对有效参考文献提取关键因素，将工程项目阶段中的设计阶段、施工阶段、运维阶段作为其1级指标，将识别出的影响因素作为10个2级指标，详见表1。

表1 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素描述及其来源

2 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素ISM模型的构建

2.1 建立邻接矩阵

矩阵内各元素aij的数值转换规则为：

通过专家访谈进行修正的BIM技术提升建筑工业化应用影响因素的相互关系见表2。

表2 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素的相互关系

根据表2中BIM技术提升建筑工业化应用影响因素间的相互关系，可以建立邻接矩阵A，如表3所示。

表3 邻接矩阵A

其中，邻接矩阵中各元素数值的转换规则为：

当i=j时，则aij=1；

当i≠j时，若Fi与Fj之间的关系为V，则aij=1，aji=0；若Fi与Fj之间的关系为A，则aij=0，aji=1；若Fi与Fj之间的关系为X，则aij=aji=1；若Fi与Fj之间的关系为O，则aij=aji=0。

2.2 建立可达矩阵

根据工程系统分析中的布尔代数运算法则，即A1=（A+I），An=（A+I）n，其中I为单位矩阵；当A1=（A+I）≠A2≠…≠An-1=An时，R=An-1即为可达矩阵。通过matlab编程软件矩阵运算可得A1≠A2≠A3=A4，即R=A3为可达矩阵，见表4。

表4 可达矩阵R

根据可达矩阵R，分析可得可达矩阵的可达集、先行集，见表5。

表5 各元素的可达集合和先行集合

基于ISM模型的BIM技术提升建筑工业化应用影响因素重排序缩减可达矩阵R*，详见表6。

表6 重排序缩减可达矩阵R*

3 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素ISM模型的分析

根据重排序缩减可达矩阵，找到同一层次的影响因素和不同层次之间的连接关系，通过箭头连接，形成相应的ISM模型，如图1所示。

图1 应用因素的ISM模型

3.1 BIM技术提升建筑工业化应用影响因素层次分析

第1层中的因素为表层直接因素。排除建筑物构件运维故障、施工方案优化、建筑工业化工程计价的转型与升级这3个因素是影响BIM技术提升建筑工业化应用的直接影响因素。

第2层的因素为中间层动力因素。第2层元素中的建筑构件维护管理和运维管理可视化都是运维阶段的应用因素，它们都对排除建筑物构件运维故障有着直接影响，并且通过提升建筑物建筑构件维护管理、运维管理可视化的能力会相应提升排除建筑物构件运维故障的工作效率（见图1）。节约建筑物运维能耗、排除建筑物构件运维故障等因素都会对建筑构件维护管理有着一定的制约作用。

第3层中的因素为中间层动力因素。节约建筑物运维能耗位于ISM模型的中间层，既制约了建筑构件维护管理，又受到预制构件深化设计、预先发现预制构件间的连接问题、提升信息数据交互和精准度、施工模拟因素的约束。从图1中可得，由于节约建筑物运维能耗位于ISM模型中的中间层，径直影响了建筑构件维护管理。而第4层中的预制构件深化设计、预先发现预制构件间的连接问题、提升信息数据交互和精准度、施工模拟等因素都可能对节约建筑物运维能耗产生直接作用。

第4层中的因素为根本层导向因素。说明第4层中的预制构件深化设计、预先发现预制构件间的连接问题、提升信息数据交互和精准度、施工模拟对其他应用因素均有影响（见图1）。说明这些因素属于BIM技术提升建筑工业化应用影响因素中的最根本应用因素，并且这4个因素在此ISM模型中属于强连通块，即根本层的4个因素之间可以相互作用。

3.2 ISM底层因素对BIM技术提升建筑工业化的重要性分析

预制构件深化设计（F1）：装配式建筑设计在推动建筑工业化方面有着十分重大的影响作用，而预制构件深化设计又对装配式建筑结构设计中有着重要影响。BIM技术参与建筑工业化的预制构件设计中，设计人员可以根据BIM技术平台对预制构件进行建模，满足甲方、设计方、施工方的各方需求，提前发现预制构件设计中的问题，提升项目质量与减少因预制构件设计失误所带来的项目损失。由此可见基于BIM技术的预制构件深化设计为推动建筑工业化进程奠定了坚实的基础。

预先发现预制构件间的连接问题（F3）：周文波等人曾提出基于BIM技术的碰撞检查，可以排除建筑工业化涉及的项目中建筑物构件钢筋之间、构件与现浇部分之间的排布及连接问题[15]。传统二维图纸无法展示各专业交互后的三维立体情况：比如楼梯净高比较紧张的位置是否有梁穿过，从而导致碰头问题的出现；走廊净高有要求的情况下，结构梁与管道的之间的构件连接情况是否会影响走廊净高等；地下人防区的管道、梁的构件布置是否会对其他非人防区产生影响等，通过BIM技术平台进行三维演示时能够更加直观的发现上述问题，减少不必要的试错成本，提升建筑工业化设计、施工效率。龚越等人指出通过BIM技术协同设计，根据当前设计预先进行碰撞检查，并对问题部位的构件进行协调设计或优化施工，保证工程项目的高效协同，提升建筑工业化设计品质[16]。由此可见，在建筑工业化涉及的工程项目中，基于BIM技术平台预先发现预制构件间的连接问题的重要性。

提升信息数据交互和精准度（F4）：建筑工业化项目进程中需要多方参与沟通，通过BIM技术平台，能够使信息更加准确传递和提升信息传递的效率。随着建筑工业化生产方式与BIM技术的结合，提升了项目各方的信息交流效率，也改善了信息数据交互的精准度，从而更好的促进了建筑工业化的工作效率和工作质量。通过BIM技术交互平台，构建新型建筑构件信息库，实时收集和监测建筑构件信息，减少人工录入失误，提升录入信息准确度，保证建筑信息交互和精准度。因此，对于有着精准信息交互需求的建筑工业化项目更加需要BIM技术的引进。

施工模拟（F6）：通过施工模拟可以使施工工艺比较复杂的工程项目进行施工预演，对材料进场、材料堆放、施工工序等进行相应的调整，提升施工质量，减少施工冲突。工期把控精准性是建筑工业化工程项目时常需要面对的问题，通过施工模拟，提前发现施工场地、施工人员的时间排布，可以有效的把控施工进度。而对于较为危险的施工场地，进行施工模拟可以提前发现施工过程中的危险部分，提前准备相应的施工安全措施以保证施工现场的安全管控；模拟现场施工建筑构件节点连接，对于涉及建筑工业化的工程项目，施工现场构件组装的物料堆积及组装流程、施工技术人员安排等都需要进行提前布置和安排。通过BIM技术平台，模拟现场施工构件连接，提前发现施工问题，减少施工错误和提升施工效率，保证施工安全；预演施工吊装方案，通过BIM技术平台对涉及建筑工业化项目中的吊装方案进行预演模拟，模拟施工场景，发现施工现场吊装方案的不足之处，提前发现施工现场吊装过程中的问题，提升施工现场工作效率。

因此对于施工现场比较复杂，难以管控的工程项目引进BIM技术进行相应的施工模拟对于促进工程项目建筑工业化本身有着十分重要的影响。

4 结语

综上所述，通过文献研究找到BIM技术提升建筑工业化的10个应用影响因素，并通过解释结构模型应用影响因素中找到其根本导向因素：预制构件深化设计、预先发现预制构件间的连接问题、提升信息数据交互和精准度、施工模拟等这4个因素。对照这4个根本导向因素，在涉及建筑工业化的项目处于预制构件比较复杂、预制构件连接操作难度大、建筑构件信息繁杂、施工现场复杂情况下时可以优先考虑引进BIM技术，推动BIM技术在建筑工业化项目中的应用。