基于ISM-ANP的鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素分析

吳 崢， 黃喜兵, AL-SEBAEAI MAGED, ALJABOOBI MOHAMMED

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司建研科技股份有限公司，北京 100013； 2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 四川成都 610031)

裝配式建筑是指將組成建筑的各個(gè)部品、構(gòu)件在工廠預(yù)制加工完成，再運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行起吊、安裝、連接而形成的建筑物。目前，我國(guó)建筑業(yè)以傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工為主，這種粗放式生產(chǎn)方式的弊端日益凸顯，難以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求。對(duì)傳統(tǒng)施工方式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，推廣應(yīng)用高效質(zhì)優(yōu)、節(jié)能減排、綠色環(huán)保的裝配式建筑，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。近幾年，國(guó)家開始大力推廣裝配式建筑，鄭州市作為國(guó)家中部地區(qū)重要的中心城市，其裝配式建筑的發(fā)展為中原城市群起到十分重要的示范作用。

二戰(zhàn)后，裝配式建筑開始發(fā)展起來(lái)，國(guó)外學(xué)者的相關(guān)研究也起步較早。Alistair通過(guò)研究美國(guó)裝配式建筑案例，發(fā)現(xiàn)在推廣前期預(yù)制工廠的建造、部品構(gòu)配件專業(yè)化運(yùn)輸以及存儲(chǔ)方面需要投入大量的精力和成本[1]。Lara通過(guò)分析預(yù)制構(gòu)件在中國(guó)香港裝配式住宅中的應(yīng)用，從成本、政策、技術(shù)等角度提出中國(guó)香港裝配式住宅項(xiàng)目的影響因素[2]。Colin Davidson認(rèn)為任何技術(shù)變革都會(huì)對(duì)建筑過(guò)程中的組織產(chǎn)生影響，必須有與該地區(qū)政治、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境相適應(yīng)的配套和系統(tǒng)的組織，才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)與組織的結(jié)合，并推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展[3]。Imad Dawood為政府和決策者提供制定關(guān)于住宅產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略及規(guī)劃的科學(xué)方法，提出了建立決策支持系統(tǒng)(DSS)模型[4]。我國(guó)學(xué)者的相關(guān)研究在近幾年也開始大量涌現(xiàn)。李麗紅等通過(guò)對(duì)裝配整體式與現(xiàn)澆建筑工程技術(shù)指標(biāo)的成本差異的分析研究，認(rèn)為高成本是阻礙裝配式建筑工程快速發(fā)展的瓶頸[5]。李朔通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法從技術(shù)、材料、生產(chǎn)、政策四個(gè)方面對(duì)沈陽(yáng)市裝配式建筑質(zhì)量管理影響因素進(jìn)行綜合權(quán)重棑序[6]。張璐通過(guò)研究安徽省新型建筑工業(yè)化裝配式建筑，發(fā)現(xiàn)政府相關(guān)補(bǔ)貼和信貸政策不健全、預(yù)制部品構(gòu)配件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品生產(chǎn)目錄的缺失阻礙了其快速發(fā)展[7]。楊仕文等人運(yùn)用博弈論方法對(duì)構(gòu)建裝配式混凝土建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)模型分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)鏈存在PC構(gòu)件生產(chǎn)和裝配式建筑產(chǎn)品銷售兩個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，政府對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的干預(yù)有驅(qū)動(dòng)作用[8]。李可柏等人通過(guò)DEMATEL模型對(duì)制約沈陽(yáng)市裝配式建筑發(fā)展的9個(gè)因素進(jìn)行分析，確定各因素之間的關(guān)系及重要性[9]。史玉芬等人對(duì)我國(guó)裝配式建筑發(fā)展進(jìn)行了SWOT分析，并提出了相關(guān)對(duì)策[10]。

國(guó)外對(duì)裝配式建筑的研究要早于我國(guó)幾十年，在技術(shù)層面和實(shí)施層面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。而我國(guó)裝配式建筑還處于發(fā)展初期，對(duì)裝配式建筑發(fā)展制約因素的研究大多停留在定性分析的階段，缺乏定量數(shù)據(jù)支撐，帶有一定的主觀色彩。此外，我國(guó)地域廣闊，各地區(qū)自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況差異較大，應(yīng)考慮這些因素對(duì)裝配式建筑發(fā)展的影響。本文在總結(jié)裝配式建筑發(fā)展制約因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄭州市自身特點(diǎn)，通過(guò)ISM-ANP方法進(jìn)行定性、定量分析，探討制約鄭州市裝配式建筑發(fā)展的主要因素，為推進(jìn)裝配式建筑又好又快發(fā)展提供有益參考。

1 鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素識(shí)別

制約因素的選取是否合理，很大程度上影響了研究者針對(duì)制約因素制定措施的有效性。本研究在制約因素的選取上遵循全面性、科學(xué)性、針對(duì)性的原則，通過(guò)查閱大量前人研究資料，并對(duì)相關(guān)專家和學(xué)者進(jìn)行咨詢，識(shí)別出4個(gè)方面共22個(gè)鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素，分別為：(1)經(jīng)濟(jì)方面，科研經(jīng)費(fèi)投入不足F1、企業(yè)建設(shè)融資困難F2、前期準(zhǔn)備投入大F3、預(yù)制構(gòu)件費(fèi)用高F4；(2)技術(shù)方面，技術(shù)基礎(chǔ)研究不夠F5、相關(guān)技術(shù)引進(jìn)不足F6、專業(yè)人才短缺F7、創(chuàng)新能力和動(dòng)力不足F8、新技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用不到位F9、部品構(gòu)件配套化和集成化程度低F10、模數(shù)協(xié)調(diào)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善F11、參與者間的協(xié)同作業(yè)程度低F12；(3)政策方面，沒(méi)有形成有效的激勵(lì)體制F13、質(zhì)量認(rèn)證和監(jiān)管機(jī)制不健全F14、管理體制不配套F15、缺乏強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)F16、政府推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)制有待改進(jìn)F17；(4)市場(chǎng)方面，沒(méi)有形成完整產(chǎn)業(yè)鏈F18、缺乏行業(yè)龍頭企業(yè)F19、消費(fèi)者認(rèn)知和認(rèn)同度低F20、企業(yè)轉(zhuǎn)型意愿低F21、市場(chǎng)拓展難度大F22。

為了進(jìn)一步對(duì)篩選出的制約因素進(jìn)行確認(rèn)，以22個(gè)制約因素的重要性為基礎(chǔ)，向裝配式建筑相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷設(shè)計(jì)采用5分量表，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及網(wǎng)絡(luò)填寫，問(wèn)卷共計(jì)發(fā)放225份，收回203份，其中無(wú)效樣本25份，最終回收有效樣本178份。將有效樣本導(dǎo)入到SPSS軟件中進(jìn)行分析。描述性統(tǒng)計(jì)各因素均值大于3，標(biāo)準(zhǔn)差小于1，調(diào)查問(wèn)卷集中度較高。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，α系數(shù)為0.948，信度非常高。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，KMO值為0.935>0.5，Bartlett檢驗(yàn)的近似卡方為3 311.839，自由度(df)為231，對(duì)應(yīng)的概率值P=0<0.01，適合做因子分析。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，根據(jù)解釋的總方差表得到前4個(gè)因子的特征值合計(jì)大于1，累積方差貢獻(xiàn)率為76.195 % > 60 %，按照公因子個(gè)數(shù)確定的原則，將前4個(gè)因子作為公因子，能充分表達(dá)原始變量的大部分信息，鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素可以歸納為經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政策和市場(chǎng)等四個(gè)方面。

2 鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素ISM模型構(gòu)建

ISM模型是美國(guó)J.N.Warfield教授于1973年為分析復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)有關(guān)的問(wèn)題而提出的模型[11]。通過(guò)構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型，將一個(gè)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行拆分，分解為從屬于復(fù)雜系統(tǒng)的若干個(gè)子系統(tǒng)，再分析若干個(gè)子系統(tǒng)元素之間的關(guān)聯(lián)程度，最終將系統(tǒng)構(gòu)建成一個(gè)多層級(jí)、遞階型的結(jié)構(gòu)模型。

2.1 確定鄰接矩陣

鄰接矩陣是表示系統(tǒng)要素間的直接相關(guān)關(guān)系的方陣。若有鄰接矩陣A=(aij)n×n，則其定義式為：

根據(jù)以上節(jié)確定的22個(gè)鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素，通過(guò)咨詢相關(guān)專家對(duì)各因素的相關(guān)性進(jìn)行分析，建立了制約因素的鄰接矩陣A如下：

2.2 計(jì)算可達(dá)矩陣

可達(dá)矩陣是通過(guò)矩陣形式來(lái)反映有向圖各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)一定的連通路徑實(shí)現(xiàn)到達(dá)的程度，表示要素間的間接影響關(guān)系，由鄰接矩陣A的邏輯運(yùn)算得到，其方法是：利用布爾代數(shù)法則(A+I)k=I+A+A2+A3+…+Ak，其中I為單位矩陣，求得可達(dá)矩陣M=(A+I)r+1=(A+I)r≠(A+I)r-1≠…≠(A+I)2≠(A+I)1，其中r為無(wú)回路條件下的最大傳遞次數(shù)。利用Matlab軟件計(jì)算得到可達(dá)矩陣M如下：

2.3 劃分因素級(jí)別及構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)圖

在可達(dá)矩陣M中，R(Si)為第i行中所有元素為1的列對(duì)應(yīng)的要素集合，即為一組可達(dá)集元素；A(Sj)為第j列中所有元素為1的行對(duì)應(yīng)的要素集合，即為一組先行集元素。當(dāng)滿足R(Si)IA(Si)=R(Si)，則R(Si)是同屬一級(jí)的較高層級(jí)的要素集，從M中去除該要素后得到新矩陣M1，對(duì)M1重復(fù)相同的計(jì)算操作，以此類推，劃分出所有要素對(duì)應(yīng)的層級(jí)。經(jīng)計(jì)算，L1={F10，F(xiàn)11，F(xiàn)18，F(xiàn)22}，L2={F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7，F(xiàn)9，F(xiàn)12，F(xiàn)19，F(xiàn)20，F(xiàn)21}，L3={F1，F(xiàn)13，F(xiàn)14，F(xiàn)15，F(xiàn)16}，L4={F17}，L5={F8}。

根據(jù)上述因素級(jí)別的劃分結(jié)果，繪制鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素的ISM模型如圖1所示。

圖1 鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素的ISM模型

鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素指標(biāo)體系是一個(gè)具有5層的多級(jí)遞階系統(tǒng)。L1包含4個(gè)因素，L2包含11個(gè)因素，這15個(gè)因素是制約鄭州市裝配式建筑發(fā)展的表層直接因素；L3包含5個(gè)因素，是中間層因素；L4和L5分別包含1個(gè)因素，是制約鄭州市裝配式建筑發(fā)展的深層根本因素。

3 鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素ANP模型分析

ANP 模型是一種可用于分析非獨(dú)立遞階層次結(jié)構(gòu)的決策方法，能較好分析元素集內(nèi)部的依存關(guān)系與元素集之間的外部傳遞性，并深入指標(biāo)影響度的量化過(guò)程[12]。上節(jié)通過(guò)解釋結(jié)構(gòu)模型法定性分析出了鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素間的多重反饋關(guān)系，但無(wú)法獲得各因素的影響力大小。由于ISM模型中的表層直接因素發(fā)生改變對(duì)系統(tǒng)作用效果明顯，因此，本節(jié)借助網(wǎng)絡(luò)分析法將復(fù)雜的決策問(wèn)題從定性分析轉(zhuǎn)化為定量計(jì)算，以確定各表層直接因素對(duì)鄭州市裝配式建筑發(fā)展的制約程度。本節(jié)采用Super Decision(SD)軟件進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

3.1 構(gòu)造ANP模型

ANP模型將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層?？刂茖又兄挥心繕?biāo)，即鄭州市裝配式建筑發(fā)展表層直接制約因素。網(wǎng)絡(luò)層中包含四個(gè)元素組，分別是模數(shù)協(xié)調(diào)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善A1、部品構(gòu)件配套化和集成化程度低A2、沒(méi)有形成完整產(chǎn)業(yè)鏈A3和市場(chǎng)拓展難度大A4，各元素組內(nèi)又分別包含各自所屬元素。元素組間相互影響，元素組內(nèi)的元素互相作用。將各因素指標(biāo)素及其關(guān)系輸入SD軟件中，構(gòu)造出ANP模型如圖2所示。

圖2 鄭州市裝配式建筑發(fā)展表層直接制約因素的ANP模型

3.2 構(gòu)建并計(jì)算超矩陣

ANP控制層中有元素A1，A2，……，Am，控制層下的網(wǎng)絡(luò)層中有元素組B1，B2，……，Bn，其中Bi包含元素bi1，bi2，……，bini，i= 1，2，……，n。以控制層元素As(s=1，2，……，m)為準(zhǔn)則，以Bj中的元素bjl(l = 1，2，……，nj)為次準(zhǔn)則，按照Bi中元素對(duì)bjl影響力的大小比較間接優(yōu)勢(shì)度，構(gòu)造判斷矩陣。利用特征根法對(duì)判斷矩陣求解，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終得到排序向量Fij。Fij的列向量為Bi中元素bi1，bi2，……，bini對(duì)Bj中元素bj1，bj2，……，bjnj影響程度的排序向量。若Bj中元素不受Bi中元素的影響，則Fij= 0，最終得到控制層元素As下的超矩陣Fs。本文對(duì)鄭州市裝配式建筑發(fā)展表層直接制約因素采用“1～9標(biāo)度法”構(gòu)造判斷矩陣，通過(guò)咨詢相關(guān)專家對(duì)制約因素進(jìn)行兩兩比較打分，并將數(shù)據(jù)輸入SD軟件進(jìn)行計(jì)算，得到模型的未加權(quán)超矩陣Fs：

3.3 制約因素重要性排序

對(duì)超矩陣求解結(jié)果即為各個(gè)元素指標(biāo)相對(duì)于問(wèn)題目標(biāo)的最終權(quán)重。一級(jí)因素指標(biāo)從A1到A4分別為0.314、0.245、0.198、0.243。二級(jí)因素指標(biāo)從B1到B11分別為0.110、0.153、0.100、0.128、0.068、0.070、0.065、0.044、0.087、0.074、0.101。分析結(jié)果表明，模數(shù)協(xié)調(diào)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、部品構(gòu)件配套化和集成化程度低、市場(chǎng)拓展難度大和沒(méi)有形成完整產(chǎn)業(yè)鏈等四個(gè)一級(jí)因素均對(duì)鄭州市裝配式建筑的發(fā)展有明顯制約性，二級(jí)因素中專業(yè)人才短缺、新技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用不到位、技術(shù)基礎(chǔ)研究不夠、預(yù)制構(gòu)件費(fèi)用高和相關(guān)技術(shù)引進(jìn)不足等五個(gè)因素的權(quán)重均大于0.1，制約性較為明顯，此外，缺乏行業(yè)龍頭企業(yè)、消費(fèi)者認(rèn)知和認(rèn)同度低、前期準(zhǔn)備投入大、參與者間的協(xié)同作業(yè)程度低、企業(yè)轉(zhuǎn)型意愿低以及企業(yè)建設(shè)融資困難等幾個(gè)因素也對(duì)鄭州市裝配式建筑的發(fā)展有不同程度的制約性。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用解釋結(jié)構(gòu)模型法將識(shí)別出的22個(gè)鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素劃分為五級(jí)，從表層、中間層和深層三個(gè)方面進(jìn)行分析。根據(jù)ISM模型所確定因素關(guān)系，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析法計(jì)算其中15個(gè)表層直接因素的重要度權(quán)重，確定關(guān)鍵制約因素。本文通過(guò)定性和定量分析相結(jié)合，對(duì)鄭州市裝配式建筑發(fā)展制約因素進(jìn)行了系統(tǒng)討論，對(duì)制約因素間的關(guān)系及重要性有了進(jìn)一步的了解。目前，國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑已經(jīng)成為熱點(diǎn)話題，鄭州市的裝配式建筑發(fā)展還處于初期探索階段，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。在后續(xù)研究中，還需對(duì)制約因素進(jìn)行更為深入和詳細(xì)的研究，針對(duì)各方面制約因素提出有效可行的解決措施，并結(jié)合實(shí)際工程對(duì)理論成果的合理性和適用性進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證和修正完善，以期為裝配式建筑在鄭州市乃至全國(guó)范圍的推廣發(fā)揮更好的參考作用。