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探索BIM的应用与设计错误的减少之间的联系
JOHNNY K. W. WONG ，JASON X. ZHOU amp; ALBERT P. C. CHAN
澳大利亚悉尼科技大学
香港理工大学建筑及房地产学系
摘要：确保及时、有效和符合成本效益地提供设施，是建筑业持续关注的主要问题。在设计和施工过程中犯下的人为错误以及遗漏和设计更改都会导致延误，导致返工和成本超支。以往的研究发现，与返工有关的设计错误费用可能会使原合同价增加约16%，在某些建筑项目中，延迟超过原合同期限50%以上。最小化返工有助于提高项目绩效和及时交付。尽管建筑信息建模(BIM) 被认为是一种有效的技术，有可能有助于减少建设项目的返工量，但从经验数据来看，还没有人支持这种观点。目前关于施工返工管理的研究，对改善沟通的潜力以及项目参与者和BIM数据库之间的自一致性信息流的重视不够。 本研究检视了BIM在减少设计错误的频率，减少返工量，以及提高中国建筑项目的建筑生产力方面的作用。基于中国120名BIM和建筑专家的建议和专业知识，提出了概念设计误差降低(DER) 模型。七项指标被确定为影响设计误差的关键因素。冲突检测和设计协调被认为是受访者评价中最重要的两个指标。该研究提高了人们对BIM在大多程度上可以被用于减少设计错误的数量，并有助于提高项目绩效的理解。
关键词：建筑信息建模(BIM) ，建设项目，设计错误，减少。
1 引言
信息技术在建筑和工程设施的设计中逐渐发挥了越来越重要的作用。在建筑设计和施工规划中采用建筑信息建模(BIM)似乎提供了竞争优势、技术机会和解决结构和工艺问题的能力。一般来说，BIM可以用于: (1)可视化(例如3D渲染)；(2)制作/生成施工图；(3)实时通信；(4)加强代码审查/检查；(5)成本估算；(6)施工顺序；(7)冲突、干扰和碰撞检测；以及(8)在设计和施工阶段的法证分析。有人认为，BIM显着提高了交付过程和建造设施的效率和有效性。从这个意义上说，BIM可以在知识和信息的传递和共享中发挥关键作用，有防止错误和返工的潜力。然而，在调查BIM作为实现这些目标的一种手段的作用这方面进行的研究非常有限。这些设计技术解决方案在帮助防止设计错误和返工方面的作用还没有得到很好的定义。虽然一些研究认为，这些建模技术有助于缩短项目周期，减少设计错误和返工的发生，但其他一些研究认为，这些技术解决方案伴随着增加了错误和返工的风险，因为每个解决方案都会增加可能采取的干预措施的数量和由此产生的交互。也就是说，过度依赖可视化或BIM技术在设计中创造了如果输入系统的信息不正确或软件处理不当，设计专业人员有可能承担更大的责任可能性。基于不精确、不完整或其他错误的数据做出的决策只能导致“垃圾”。于是决策者就有了无效的虚拟模型。对不兼容软件的不合理依赖肯定会产生灾难性的后果。到目前为止，还没有理论或实证的基础来支持BIM在建筑项目中减少返工的观点。因此，本文的主要目的是提供一些关于BIM在防止这些错误和返工中可能发挥的作用的初步研究结果，并收集BIM确实有助于防止建设项目中的错误和返工的案例证据。
2 文献综述
许多研究人员已经证明，BIM是促进设计过程的有效手段，减少设计误差，例如保平等人指出实施BIM可以有效整合各种专业设计信息，充分提升信息共享和再利用的能力。之前的研究还表明，BIM有能力促进信息共享，加强项目从业者之间的沟通，并为更好的设计提供创新的解决方案。BIM使得参与项目的各方能够同时处理设计信息，从而缩短时间，减少错误/遗漏。
之前的研究表明，碰撞检测(CD) 可以成为使用BIM节省时间和成本的最有效的手段。冲突可能导致设计上的不一致和争议，可以在实际建造建筑物之前加以查明，从而便于设计师和承包商之间的协调。阿兹哈尔指出, BIM技术可以主要作为一种虚拟仪器来识别各种结构、机械、电气和管道系统之间的潜在碰撞或冲突。在设计阶段通过BIM模型进行早期检测有助于减少错误，从而节省成本和进度。此外，碰撞检测可以成为加快施工过程、减少项目预算、减少误差和产生更好的施工过程的有效途径。设计协调(DC) 可以被看作是早期设计阶段实施BIM的主要力量，通过整合和协调所有的设计系统，以避免冲突。王等人提出的概念框架指出，BIM可以作为一种实用的工具，用于将设施管理(FM) 工作纳入早期设计阶段，目的是巩固设计团队和FM团队之间的协作，从而减少修改。如Eastman等人所述，BIM的应用可以协调建筑的所有设计系统，并将它们综合成一个模型。
设计顾问一直认为，实施BIM可以通过减少人为错误(HE) 来提高文档的质量，并激励架构师在设计阶段通过虚拟的最终项目模型来促进构建过程。较低的HE可以产生更好的能力来减少错误或遗漏，这些错误或遗漏会导致设计错误并阻碍预定的增长。乐福等人提出的“坏苹果”理论被认为是导致错误的潜在条件。进一步开发一个系统模型，目的是帮助BIM减少这些错误。BIM可以作为一种有效地模拟和分析设计图纸和文件的工具，目的是减少不完整、不正确和被疏忽的图纸或文件。Kaner等人分析了4个使用BIM的详细案例研究，揭示了某些战略，如由洛夫等人定义的系统动力学模型，使设计人员和管理人员能够有效地管理设计文档的过程，从而改善设计错误。尽管有这些努力，但对BIM实施对减少设计误差的影响的研究还是有限的，尤其是在中国大陆的建筑项目中。基于以上文献综述，本文提出了基于不同设计误差降低(DER)指标的概念模型(图1)。这些指标包括碰撞检测、设计协调、人为错误(HE)、绘图错误、团队合作与协作(TC)、可施工性及实用性和知识及信息共享(KI)。
图1：BIM设计降低模型框架
3 方法
为了检验概念模型和确定BIM对减少设计误差的影响而进行了问卷调查，作为收集基于项目数据的主要手段。一般情况下，问卷调查是用来收集被调查者的定量数据，从而进行统计分析。使用问卷调查的优点是有大量的定量数据，可以综合主要的调查结果。 根据Bradburn等人的建议，采用了混合数据收集方法，包括文献综述和半结构化访谈，以便更好地设计调查，井获得更准确、有效和详细的受访者信息。为了达到这个目的，首先进行了探索性和彻底的文献综述，以便通过实施BIM来初步了解影响设计错误的归因因素。根据从文献中收集到的信息，以简明易懂的语言编写了调查表草稿，以加强答卷人做出正确判断的能力，收集有关影响设计误差的BIM相关因素的数据。然后，为了对来自不同背景的研究主题进行平衡的回顾，问卷被发给了BIM实施领域的14位专家。此预试过程的目的是评估问卷的适当性和合理性，检查范围和内容，以及识别晦涩的表达式。根据专家的反馈意见，对该问题作了进一步修改，随后分发给了有针对性的项目答复者。
这些因素主要基于对[2,3, 17, 22,26]提出的框架的全面审查，以及初步专家访谈的结果，制定了用于衡量BIM在减少设计错误方面的影响的问卷项目。通过基于反馈的附加修改，总共有7个因素最终被纳入问卷(表1) 。BIM实施在减少设计误差方面的总体影响是以5分制来衡量的。然后，被调查者被要求根据五点Likert(李克特)量表(即1代表“强烈不同意”，5代表“强烈同意”)对每个单独项目的重要性进行评价，他们的详细测量项目在表1中列出。
表1：建议设计误差减少指标
|
代码 |
项目 |
参考文献 |
|
CD |
碰撞检测 |
3,11,19 |
|
DC |
设计协调 |
19,20 |
|
HE |
人为错误 |
2,21,22,42 |
|
DE |
绘图错误 |
3,7,16,19,23,24,25 |
|
TC |
团队合作与协作 |
16,17,26,27,28 |
|
CP |
可施工性及实用性 |
3,12,16,29 |
|
KI |
知识及信息共享 |
15,31,3233,34 |
最后确定的问题单包括两部分。第一部分旨在收集答卷人和项目的背景资料。第二部分包括评估BIM实施对减少设计误差的总体影响和促成因素。采用电子邮件邀请、网上调查系统 (www. sojump.com)和个人访问三种方式收集问卷调查数据。在2015年11月至2016年1月的3个月内，在上述城市共发出155份问卷。 在排除无效或不完整的问卷后，余下120份有效问卷，回复率高达77.4%，并进行后续分析。在完成问卷后，大多数受访者愿意为我们的研究提供进一步的支持，并期望获得问卷的结果。在120份有效回复中，47%的回复是通过在线调查系统进行的，其余35%和18.33%分别是通过个人访问和电子邮件邀请收集的。采用方差分析和卡方检验两种统计方法对不同来源的结果进行比较，未发现显着性差异。这120名答卷人的人口资料见表2。
4 调查结果
表3列出了对目标答复者的答复进行描述性统计分析的结果，显示了每个指标的标准差的平均值。表3括号中的值也表示每个指标的重要性等级排序。如Fraenkel等人所论证的，在处理相同平均值的两个或两个以上指标的情况下，标准差较低的指标将被认为更有影响力。因此，在相同平均值下，KI的排名要比TC高很多。在所有7个指标中，CD和DC的得分最高，分别为4.41和4.29。 其次是DE (4.17) 、可施工性和实用性(4.03)和人为错误(3.92)。
KI共享、TC是得分最低的两个指标。同样的被调查者也通过5个尺度的方法测量了BIM对DER 的综合影响。结果表明，平均值为4.03, 标准差为0.81。该聚合因子被用作后续再分析的因变量。通过部署克伦巴赫系数alpha;来测试结构的可靠性。每个结构的alpha;水平都高于0.70的阈值，表明该尺度是一个可以接受的可靠衡量标准。对这些指标的内部一致性和可靠性进行了测试，提供了一个令人满意的0.874的克朗巴哈系数alpha;。然后进行方差分析测试确定BIM对DER的影响如何与项目参与者的类型、受访者的工作经验和项目规模相联系。
表2：目标答复者的人数资料
|
参数 |
种类 |
N |
% |
参数 |
类别 |
N |
% |
|
项目参与 者的性质 |
客户 |
25 |
20.83 |
数量a |
1-2 |
83 |
69.17 |
|
设计方 |
24 |
20.00 |
3-4 |
25 |
20.83 |
||
|
承包商 |
43 |
35.83 |
5-6 |
8 |
6.67 |
||
|
咨询方 |
28 |
23.33 |
6以上 |
4 |
3.33 |
||
|
工作经验 |
2以下 |
22 |
18.33 |
数量b |
1以下 |
8 |
6.67 |
|
2-5 |
39 |
32.50 |
1-3 |
67 |
55.83 |
||
|
5-10 |
42 |
35.00 |
3-5 |
30 |
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