BIM在国际建筑项目风险缓解中的应用

摘要

在当前全球化浪潮中，国际建设项目(ICPs)变得越来越受欢迎。建筑信息模型(BIM)已被应用于ict中。然而，BIM在icp中用于有效风险控制的效用尚不清楚。本文绘制了ICP风险与BIM使用之间的关系，以提高BIM的采用和选择。结果表明，BIM可以有效的促进沟通管理，降低利益相关者之间因语言障碍而产生的风险，如设计错误等。BIM还可以有效地降低施工过程中由于特殊和时间差异造成的风险。本研究强调了BIM的某些应用可以有效降低内部/技术ICP风险;然而，BIM却不能减轻icp的外部风险。然而，一些风险需要通过新的BIM功能来解决。例如，在法律风险方面，BIM信息集成模型中可以包含各国的法律法规，便于项目参与方及时获取法律条文。 This study complements prior risk-management research, which typically focused on the BIM as an advanced tool by which to manage project risk, such as design errors, quality, and budget. Practically, the contractor and owner can select suitable BIM applications for different project objectives and risks in the pre-project phase.

1.导言

建筑信息模型(BIM)的迅速采用和发展给建筑企业带来了巨大的优势。然而，由于国际建设的特点，如跨文化差异、多重利益相关者、法律和标准差异等，也存在新的风险[1]。尽管许多BIM具有解决复杂施工问题的能力，但BIM仍处于开发阶段，BIM的新用途不断涌现[2，3.]．以往的研究从4D调度方面回顾了bim的各种应用[4， 5D成本方面[2，5]，设施管理[6,可持续性7，8]，安全方面[9]，以及用于施工管理的BIM通用工具[10]．这些重要的研究为最终用户选择适合自己项目的BIM应用程序提供了有益的参考。大多数基于BIM的风险管理研究都将BIM作为一种先进的工具来管理项目风险，如设计错误、质量、预算和视觉视角，但通常没有明确地解决icp的风险管理[9];但是，与拟议的合同冲突和设计错误相关的大多数ICP风险都是由语言差异引起的。但是，从ICP风险的角度来看，非常少的信息可用于选择语言屏障。此外，在国际建筑风险管理中的BIM使用的评论数量很少。因此，目前不能在ICP管理中有效地促进BIM。

因此，本研究绘制了ICP风险与BIM应用之间的关系，以提高BIM的采用和选择。将BIM应用与ICP风险联系起来，有助于有效控制或预防风险，从而提高项目绩效。本研究主要涉及两个研究任务。首先，对ICP风险和BIM在建筑项目中的应用进行了严格审查，编制了清单。随后，采用小组讨论的方法分析了BIM应用与ICP风险的关联。其次，采用元网络方法分析哪些BIM应用将在icp中发挥效用，以帮助在成本、时间、质量、安全和环境方面实现项目目标。本文分为五个部分。部分1解释研究的理论背景2描述评论性评论和研究设计。部分3.解释元网络分析的结果。部分4讨论本研究的研究贡献。部分5总结本研究的研究成果，指出其局限性，并对未来的研究提出建议。

近年来，由于这些项目的复杂性和要求增加，与ICP相关的风险逐渐增加。与ICP相关的风险范围广泛，如结构风险、施工风险、健康和安全风险、财务风险和环境风险。风险管理对成功至关重要这是任何建设项目的关键。几项研究[11，12的研究表明，目前的风险管理方法在很大程度上依赖于经验和多学科知识。

此外，在目前的风险管理方法中，风险信息类型之间缺乏相互作用[9]．这可能会导致在项目开发过程中不能有效地共享、记录和更新信息。如果没有适当地记录和与其他项目参与者沟通，大量的风险信息可能会丢失。

近年来，信息模型变得越来越受欢迎。这些型号提供了合作和通信，提高生产力和质量的潜力，降低了项目成本和实施时间[13]．基于数据的协作和通信环境有助于提早识别和减轻风险[14，15]．bim已经成为一种系统化的方法和过程，改变了项目的呈现方式[16)、设计(17]，及通讯[18]．许多研究提出bim作为管理项目风险的工具，涉及设计错误、职业安全、质量、预算等方面，但往往没有直接引用风险管理的概念。随着项目参与者开始将这些最新技术作为日常工作的一部分，风险管理将发挥更重要的作用。

由于BIM技术可以在nD模型中整合信息[19]，未来BIM应用可以处理风险管理数据[20.]．在建筑业，BIMS继续发展;在实践中，公司希望推进实施理论并充分利用基于BIM的工具来改善项目性能和风险管理[10]．然而，在当前的建筑行业中，风险信息的共享和交流往往是不完整和不一致的;有必要通过bim集成和可视化这些信息。然而，针对国际建设项目风险管理的bim相关研究还很少。

国际上bim在施工风险管理中的相关研究表明，4D系统可以直观模拟拟建的施工顺序，规划者可以很容易地识别潜在的风险[21]．此外，在评估潜在危险时，已经部署了3D可视化来审查和了解建筑物受损部件的程度和位置[22]．5D自动成本估算模型已被用于提供更准确的现金流量预测[23]，以及工作空间分析的决策[24]．然而，这些研究尚未解决ICP的关键风险，如与语言障碍、文化障碍和自然灾害相关的风险。此外，迄今为止的研究仅针对特定风险独立地讨论了BIM的应用;然而，在建设项目中，风险往往是相互关联的。因此，BIM应用应全面考虑ICP风险。

2.材料和方法

本研究的主要研究框架和研究过程如图所示1．下面提供了每个步骤和方法的详细描述。

2．1.ICP风险与BIM应用的关键评论

首先，对相关文献进行了深入的综述，确定了该领域的研究趋势和研究中存在的主要遗漏，主要包括:(1)选取了icp风险定义和风险管理方面的经典文献;(2)评估BIM在建筑行业的发展和应用、新型BIM软件以及其他相关文献，分析国际上的施工风险管理和BIM。ICP风险详情见表1．

为了编制BIM在建筑项目中的应用清单，我们选择并审查了100多份同行评审的学术出版物和25份BIM指南。PMBOK(2013)也被选为主要参考文献。BIM应用的详细信息如表所示2．

２.２.从ICP风险角度探讨BIM应用

小组讨论评估了BIM在国际建筑风险方面的应用。24位核心项目经理讨论了基于扎根理论的情景模拟。这使得国际建设项目风险相关矩阵的生成成为可能。该研究的组成部分包括初步分析、深入访谈、建立初步指标集，以及BIM应用风险因素的小组讨论。被调查者的概况见表3.．

小组讨论以讨论题目的介绍开始。讨论的目的是确定BIM应用在国际工程项目风险管理中的作用。每个小组成员首先评估确定的BIM应用，并验证BIM的主要用途是否得到了体现。其次，考虑了这些BIM应用的效用和好处。然后，讨论了这些应用在国际建设项目风险管理中的特殊作用。最后，总结了专家组成员的意见;小组讨论过程如图所示2．

然后，项目经理通过风险矩阵评估风险和BIM应用之间的相关性。受访者被要求根据BIM方面的影响直接对矩阵打分X风险Y．受访者被要求考虑所有可能的关系及其方向。为了量化这些关系，受访者使用1到5的量表来表示影响的影响以及发生这种影响的概率[67]．如果被调查者认为两种风险之间没有关系，则赋值为0。

为了获得不同风险和风险因素之间的相互作用程度，使用风险结构矩阵来评价风险、风险对项目目标的影响和风险因素之间的关系。为了反映两个方向的影响，风险A对风险B，风险B对风险A，但这需要明确说明，对于每种类型的双向关系，使用几何平均聚合对应两个方向的数值矩阵。风险管理强度矩阵为 ，在 ．根据Yang和Zou测量各风险节点关联程度的方法，R_j，年代_j表示各风险节点的关联程度R_j，它等于风险矩阵中行向量的所有元素和风险列中向量的所有元素的总和。

在小组讨论的基础上，对风险与BIM之间的联系进行了评估。首先，建立了不同网络关系矩阵，即表示风险对项目目标影响的矩阵、表示风险之间相互作用的矩阵和表示风险因素对风险影响的矩阵。在与项目经理的现场座谈中，共收集了24位专家的意见。

２.３.Meta-Network分析

最后，将评估结构输入元网络分析工具(ORA-NetScences)，以建立icp实施阶段的风险交互网络。从网络的角度，识别和分析了影响项目目标的重要风险和风险因素。

根据Krackhardt和Carley开发的一个模型，元网络理论描述了资源、分配、网络和技能(PCANS)的承诺[68]．这些元素构成一组节点，这些元素之间的关系构成一组关系。元网络提供了一种很有前途的方式，通过它来理解和可视化项目组织网络中复杂的交互作用[69，70]．元网络是多层，多级和多模式，可以在项目中揭示复杂的网络系统，并识别网络之间的关系[69]．最近的网络分析方法只处理网络中的“谁”，但元网络可以模拟和分析“谁、何时、何地、什么和为什么”[69]．在项目的元网络中，一个网络的变化串联到其他网络的变化，从而影响项目的整体性能[71]．

分析是基于不同类型的节点和链接。具体有四种节点类型:项目目标(成本、时间、质量、安全、环境)，16个风险节点(R1-R16，见表)1)、危险因素节点(F1-F84，见表125个BIM应用节点(BC1-BC25，如表1所示)2)．不同节点之间的网络类型为:风险因素网络(风险×因素)、风险事件网络(风险×风险)、风险缓解网络(BIM ×风险)、风险影响网络(风险×目标)。不同网络中的链路具有不同的权值，反映了影响转移的程度。本研究的目的是通过了解不同风险因素之间的关系以及不同风险因素的影响，来确定项目的整体风险网络以及给定风险控制措施后项目整体风险网络的变化。

为反映两个方向的整体效果，采用几何平均方法对两个方向对应的数值矩阵进行聚合，得到风险管理强度矩阵。元网络中的网络连接由两个方向影响矩阵表示。所有的数值矩阵对应于本节中解释的小组讨论结果3.1．结果是一个加权图表 ，在哪里N表示节点（风险）和节点的总数K加权链路(关系)的总数。与每个节点关联的涉众类别在图中通过颜色区分。每个链接的厚度代表其权重[72]．元网络分析可视化了网络、网络密度、链接数量(链接数)和节点数量的变化。

3.结果

３．１．BIM在ICP风险元网络中的应用

数字3.展示了基于BIM的ICP风险网络，包括风险因素网络(风险×因素)、风险事件网络(风险×风险)、风险缓解网络(BIM ×风险)和风险影响网络(风险×目标);网络统计信息和网络链路数统计信息如表所示4和5．中心网络显示了使用最多的BIM应用(绿色节点)。在中间网络中，黄色节点代表风险因素，BIM类型与风险因素直接相关。还显示了五个项目目标，如成本、时间、质量、hs -健康和安全以及e -环境。整个网络圈显示了风险、五个项目目标、风险因素和BIM的用途。

在元网络中心展示的影响风险的BIM应用主要是三维可视化和设计。三维可视化与设计:在建立具有属性信息的三维设计模型(如设备、管道、土建等)，允许全碰撞检查、三维审计、三维检查后，BIM可以直接生成或提取三维设计图纸和材料清单，从而防止设计错误、材料核算错误等风险。

与业主有效沟通:由于与国际工程相关的语言障碍，承包商与外国业主往往不能充分有效的沟通。这里可以使用BIM技术将专业的设计内容整合到可视化的3D模型中。项目经理和业主的定期评审，不仅有利于业主了解设计的实时进度，也有利于业主和承包商在视觉环境下的沟通和协议，有效减少现场返工(如防止设计变更、沟通纠纷、工程纠纷、返工等)。

施工方案的仿真与优化：在复杂的项目中，可以提前找到施工的困难和关键点，可以进一步优化施工方案。

BIM可视化模型及漫游使用:文本技术内容可以在可视化模型中表达，让施工人员更直观、更深入地理解技术内容。这样可以提高专业协作沟通的效率，避免不必要的材料和人力浪费，减少阅读材料的工作量。

施工进度辅助管理：对施工项目进度进行可视化管理，有利于合理安排施工工序、安装进度、减少浪费、提高效率。

组成和材料控制:统计工程，基于三维模型和施工组织，可以改进定额设计，子项目数量统计，实时多计数比较，便于成本控制。

该模型可以获取所有材料的信息、物理量和发放材料的配额，从而节约材料的使用，降低成本。在项目完成后，自动对实际用料和计划用料进行统计和分析，为今后类似项目的成本核算提供可靠的参考。

在网络分析中，影响最大的BIM是5D模型(图5)4)．BIM 5D成本估算集中在网络中，影响项目成本和进度目标，特别是项目合同风险、安全风险和分包商风险。此信息可用于为其他涉众显示虚拟项目构建，从而发现与项目相关的信息。此外，该模型简化了项目的概念;涉众之间的误解减少了，因为他们可以在项目开始之前看到最终的设计。在构建过程中发生的任何更改，如体系结构更改，都会自动转移到模型，并且每个人都可以访问新信息。最大的好处是，任何参与项目的人都可以访问几何体、所需的资源、时间和成本，这使得所有涉众能够快速做出决策，并减少可能发生的误解。

元网络也可以显示不同的网络关系。四个元网络之间的直接关系通过节点交叉分析显示，如图所示4．BIM类型(网络节点名称为“Resources”)在整个网络中拥有最多的节点和连接，说明BIM在风险管理网络中发挥着重要作用。此外，在所有的关系中，BIM与风险因素之间的关系是最强的。

数字5给出了基于极大似然估计的网络仿真结果。更大的可能性表示当结果已知时，事件在不同条件下发生的几率也更大。结果表明，网络中的中心-枢纽假设不同于其他概率假设。

应用bim后，整个风险网络的密度降低了69%。5D BIM网络包含164条链路，风险降低约56%，节点数量减少36%(合理成本规划，成本控制)。3D BIM网络包含232条链路，降低风险约23%，节点数量减少25%。灾难计划网络包含251条链路，降低了约17%的人员安全事故风险，降低了19%的节点。传播平台网络包含235个链接，通过促进早期风险识别和风险沟通，降低了约22%的风险，降低了23%的节点。

通过确定控制链路的最短路径，确定最佳的潜在风险管理路径。例如，对于5D BIM to COST，最短路径长度为5，最短路径数为1。对于路径Owner的要求不明确(F71)⟶技术和设计变更(R11)⟶Cost(6.16)影响值;在初始合同中，业主的要求不明确或业主没有记录要求，这将导致项目实施过程中技术和设计变更，增加工作量和/或增加成本，因为需要进行新的设计。路径Design errors (F74)⟶Technology and Design changes (R11)⟶Cost(5.86)表明设计错误也是设计更改的主要因素，并继续影响项目成本。

4.讨论

4．1.理论的贡献

元网络研究表明，bim可以控制icp内部风险和技术风险，但不能控制icp外部风险。通过查看国家风险指数(世界政治风险报告)可以降低政治风险。购买保险可以降低社会和文化风险(MIGA/AIG/KLIN)。法律风险可以通过将各国的法律法规纳入BIM信息集成模型中来解决，以便及时获取相关法律规定。经济风险可以通过在5D BIM中定期包含国家之间的汇率和利率变化来解决;项目财务经理或业主、承包商可以定期查看相关信息，根据经济变化调整项目成本计划和施工计划。通过安全管理模式对工作人员进行个人卫生培训，并利用健康筛查及时发现工作人员的身体疾病，可以改善健康风险。环境风险可以通过开发的环境管理平台或模型，及其相关的环境管理程序和系统管理来解决。

彻底研究了BIMS的优点，并获得了快速的福利承包商已经详细分类[73]．促进BIM采用的过程和潜在的挑战正在相互研究[74，75]．在实践中，企业需要推进实施理论，充分利用基于bim的工具，从而提高项目功能[10]．虽然bim的一些特性可以帮助解决项目风险，但不可能进行全面的风险管理。

大多数基于BIM的风险管理研究都把重点放在BIM作为一种先进的工具，从可视化的角度来管理项目风险，如设计错误、质量和预算，但很少明确引用ICP风险管理[9]．大多数与拟议合同和设计错误有关的ICP风险都是由语言差异造成的;bim可以帮助改善风险的后果。

4．2．实际意义

本研究的实际意义可以从人才短缺、软件问题和政府政策三个方面来探讨。从人才短缺的角度来看，BIM技术在企业应用的主要问题是缺乏熟悉BIM的个人。这包括缺乏有资格实施BIM的专业人员和缺乏系统的BIM技术培训。BIM人才是BIM技术广泛应用前需要解决的首要问题。不同的国家利益相关者对bim有不同的认知和认识。因此，bim应用到icp中还需要一段时间。

在技术问题上，每个国家都开发了不同的软件，软件包的兼容性和可用性也不同。因此，在实施项目之前，各方都应该确定将要使用的软件和必要的标准。从经济角度来看，BIM技术的深入应用对企业的效益是不确定的。长期投资回报不明确，投入成本高，阻碍了BIM技术的广泛应用。

从政府政策的角度来看，目前行业内没有相关的BIM标准;每个国家都有不同的BIM标准。因此，法律责任差异不明，阻碍了BIM软件的使用和BIM技术的深入应用。目前，BIM技术的发展还需要进一步的研究和改进，甚至在标准、流程、软件、政策等方面都有可能发生变化，因为不同国家的业主和承包商对BIM的理解不同。除上述软件兼容性问题外，由于网络之间的数据安全性和网络速度不同，模型管理也存在困难;这些问题会导致数据丢失的风险。BIM系统的法律责任不明确、知识产权问题、模型所有权问题、数据所有权问题等都意味着BIM的短期成本较高。此外，在国际工程项目中，很多参与者都非常重视自己的兴趣和形象，可能会出现故意隐藏真实数据的数据输入，降低数据的可靠性。

最后，本研究的主要实践贡献是根据自身的项目目标和项目前期的重大风险，为各利益相关方、承包商和项目业主提出适当的BIM应用建议。

5.结论

本研究绘制了ICP风险和BIM应用之间的关系。构建BIM项目风险缓解网络。从ICP风险网络的角度来看，BIM在防范设计错误和设计变更风险方面具有显著的能力。BIM的使用具有很大的风险防范潜力，风险网络包括BIM架构、管理结构模型、质量安全管理、现场分析和协同管理平台。bim可以帮助用户可视化风险信息，了解风险在项目中的确切位置，帮助涉众了解风险及其对项目持续时间的影响。bim潜在地消除了国际工程项目中语言障碍带来的风险，提高了风险沟通和风险信息管理。bim还可以消除国际工程项目中固有的信息交流的时间问题。通过结合特定的bim，不同国家的利益相关者和承包商可以实时查看相关内容，并及时更改不正确或冲突的内容。

然而，在国际工程项目中推广BIM的使用存在一些困难。从技术角度来看，不同国家开发的软件缺乏兼容性。网络之间数据安全级别和网络速度的差异带来了数据丢失的风险。在管理方面，dif可能会带来困难不同国家、业主和承包商之间使用的专业模型存在差异，这些国家、业主和承包商对BIM有不同的理解。此外，不同的BIM标准和BIM规范将导致信息丢失并影响合作。与BIM系统相关的法律责任不明确，涉及知识产权、模型本身这些问题应该在合同中加以解决，以避免以后发生冲突。

在解释研究结果时，需要考虑某些限制。首先，风险评估的结果可能只适用于中国国际项目承包商。其他国家的其他类型的项目或承包商可能面临有关ICPS风险管理的不同情况。然而，元网络方法本身是普遍的，可用于不同国家的其他类似风险管理研究。其次，本研究没有考虑BIMS在BIM技术和软件开发的角度下考虑BIMS在国际项目管理中的作用。该研究仅评估和解释了BIMS在ICP风险管理中的作用，从管理角度来看。需要将来的研究结合管理和技术方面，这可能需要相关的BIM软件的设计和开发。最后，需要在实际项目中核实最终风险缓解策略的综合管理。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

利益冲突

作者声明，他们与利益可能受到本文内容积极或消极影响的任何人或任何实体没有财务和个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金资助项目(no。51878382)，感谢他们对这项研究的支持。作者也感谢参与这项研究的行业专业人士提供的意见。

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