基于SEM的裝配式建筑建造成本影響因素分析

陳 偉， 武亞帥， 鄒 松， 李 輝， 童明德

(1. 武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430070；2. 武漢市建筑節(jié)能辦公室， 湖北 武漢 430023)

裝配式建筑可節(jié)約材料、降低能耗、縮短工期、有效改善施工環(huán)境和質(zhì)量，是有別于當(dāng)前傳統(tǒng)建筑的新型建造模式。裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展很快，但其市場(chǎng)占有率不高，阻礙其推廣的直接原因是建造成本較高。學(xué)者對(duì)裝配式建筑的成本進(jìn)行了研究，大多數(shù)認(rèn)為裝配式建筑建造成本高是因?yàn)轭A(yù)制部件成本高，但是沒(méi)有學(xué)者對(duì)預(yù)制部件進(jìn)行系統(tǒng)、深入研究。

有學(xué)者通過(guò)構(gòu)結(jié)構(gòu)方程建模型(Structural Equation Model，SEM)，得出裝配式建筑發(fā)展受五大因素影響，其中成本體系影響最為重要[1]，但沒(méi)有對(duì)成本進(jìn)一步細(xì)分，存在控制因素不明確的局限。有研究表明預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)裝配式建筑影響較大[2～4]，其中預(yù)制部件生產(chǎn)過(guò)程中材料費(fèi)(占主體部分材料費(fèi)的89.97%)[5]、前期固定成本[6]是裝配式建筑成本增加的重要因素，但未充分考慮預(yù)制部件多維作業(yè)空間的特性。還有學(xué)者認(rèn)為預(yù)制部件運(yùn)輸成本占比大[7,8]，結(jié)合預(yù)制部件各階段的物流環(huán)節(jié)得出通過(guò)了解物流成本能達(dá)到對(duì)總成本的控制[9]，但對(duì)各階段其他影響因素未能全面考慮。Barlow等[10]通過(guò)信息技術(shù)在住宅工業(yè)化施工中全方位的應(yīng)用，認(rèn)為信息技術(shù)能夠大幅降低建造成本。Bortolini等[11]認(rèn)為BIM模型協(xié)同作用能夠解決構(gòu)件調(diào)度的復(fù)雜問(wèn)題，Hong等[12]考慮了裝配式建筑效益，建立了成本分析框架對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行了分析并提出對(duì)策。已有研究成果沒(méi)有系統(tǒng)、全面考慮預(yù)制部件各作業(yè)空間之間的耦合影響，結(jié)論難以對(duì)裝配式建筑建造成本進(jìn)行有效控制。

鑒于此，本文以預(yù)制部件為研究對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型將信息技術(shù)運(yùn)用與預(yù)制部件的三個(gè)不同作業(yè)維度相結(jié)合，系統(tǒng)考慮各階段相互耦合，最終從整個(gè)過(guò)程中找到影響裝配式建筑建造成本的關(guān)鍵因素，并提出相應(yīng)對(duì)策，對(duì)降低裝配式建筑成本以及加大其推廣有重大意義。

1 研究范圍界定及關(guān)鍵因素選取

1.1 范圍界定

(1)本文以預(yù)制部件為研究對(duì)象，以預(yù)制部件的整個(gè)施工過(guò)程來(lái)定義建造成本，是較為廣義的建造成本，不僅包括預(yù)制部件的現(xiàn)場(chǎng)組裝施工成本，還包括預(yù)制部件的生產(chǎn)、運(yùn)輸階段的成本。

(2)本文從裝配式建筑總承包的視角出發(fā)，研究總承包所有裝配式建筑項(xiàng)目的建造成本，而非單個(gè)裝配式建筑的建造成本。

1.2 關(guān)鍵因素的選取

為了科學(xué)有效地評(píng)價(jià)裝配式建筑建造成本的影響因素，本文大量研究了目前我國(guó)學(xué)者在裝配式建筑建造成本影響方面的研究，并通過(guò)在CNKI檢索主題“裝配式建筑成本”，出現(xiàn)近五年256篇文獻(xiàn)，通過(guò)篩選最終確定對(duì)其中168篇進(jìn)行影響因素統(tǒng)計(jì)，按照預(yù)制部件生產(chǎn)成本、預(yù)制部件運(yùn)輸成本、預(yù)制部件組裝成本以及預(yù)制部件應(yīng)用信息技術(shù)四個(gè)方面，將主要研究的影響因素進(jìn)行歸納、整理并繪制因素統(tǒng)計(jì)表和因素雷達(dá)圖，如圖1、表1所示。

圖1 主要影響因素雷達(dá)圖

編號(hào)影響因素?cái)?shù)量占比/%a容錯(cuò)能力低5.95b預(yù)制部位選擇14.88c專(zhuān)用材料9.52d預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化50.60e勞動(dòng)力成本44.64f材料成本53.57g固定成本71.43h預(yù)制部件定期檢查41.67i倉(cāng)儲(chǔ)及維護(hù)52.98j運(yùn)輸車(chē)輛選擇46.43k路線選擇及38.10l裝卸及預(yù)制部件保護(hù)設(shè)備46.43m預(yù)制部件連接57.74n垂直運(yùn)輸機(jī)械65.48o專(zhuān)業(yè)操作人員63.10p二次運(yùn)輸57.14qBIM技術(shù)39.88r云模型33.33sRFID技術(shù)39.29

根據(jù)圖1中影響因素分布趨勢(shì)，表明近五年內(nèi)學(xué)者對(duì)影響因素d～s研究較多，說(shuō)明這些因素對(duì)裝配式成本的影響尤為關(guān)鍵；在表1中進(jìn)一步對(duì)文獻(xiàn)中影響因素的數(shù)量進(jìn)行梳理，分析出各因素占比，明顯看出d～s因素在文獻(xiàn)研究中占30%以上，但a～c因素占比在15%以下，此數(shù)據(jù)為構(gòu)建指標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及對(duì)有經(jīng)驗(yàn)承包商訪談最終按照預(yù)制部件生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝三個(gè)階段以及預(yù)制部件應(yīng)用的信息技術(shù)四類(lèi)，建立影響裝配式建筑建造成本因素，如表2所示。

表2 影響裝配式建筑施工成本因素

2 結(jié)構(gòu)方程模型及數(shù)據(jù)分析

2.1 結(jié)構(gòu)方程模型

結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)作為一種多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)，能夠同時(shí)處理多個(gè)原因、多個(gè)結(jié)果的關(guān)系，容許變量存在測(cè)量誤差，并且能夠測(cè)量整體模型的擬合程度。考慮到影響成本的因素可能會(huì)有復(fù)雜的交互關(guān)系，所以選取結(jié)構(gòu)方程模型作為工具進(jìn)行研究。本文結(jié)構(gòu)方程模型的觀念架構(gòu)如圖2所示。

圖2 裝配式建筑施工成本影響因素

根據(jù)榮泰生的《AMOS與研究方法》[13]一書(shū)，應(yīng)對(duì)模型中的每條路徑作出假設(shè)。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)裝配式建筑預(yù)制部件整個(gè)建造過(guò)程的實(shí)際情況提出以下假設(shè)：

H1：預(yù)制部件應(yīng)用信息技術(shù)投入成本越高，越能控制預(yù)制部件運(yùn)輸成本，越能控制預(yù)制部件生產(chǎn)成本，越能控制預(yù)制部件現(xiàn)場(chǎng)組裝成本，越能有效控制裝配式建筑建造成本；

H2：預(yù)制部件生產(chǎn)成本投入越多，控制運(yùn)輸成本越有效，控制預(yù)制部件組裝成本越有效；

H3：預(yù)制部件運(yùn)輸成本越高，裝配式建筑建造成本就越高；

到了南門(mén)外，四處掃了一圈，沒(méi)見(jiàn)到沈侯。正在給他發(fā)短信，一輛車(chē)停到了顏曉晨面前，車(chē)窗滑下，沈侯坐在駕駛座上，對(duì)她招手，“上車(chē)?！鳖仌猿看艨粗?。

H4：預(yù)制部件生產(chǎn)成本越高，裝配式建筑建造成本就越高；

H5：預(yù)制部件組裝成本越高，裝配式建筑建造成本就越高。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)實(shí)地調(diào)研、訪談和文獻(xiàn)閱讀，將表1中選取的影響裝配式建筑建造成本的因素作為結(jié)構(gòu)方程模型建立的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)建立的模型設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查，采用李克特五級(jí)量表法對(duì)各因素影響程度進(jìn)行打分，其中“1”表示沒(méi)有影響，“5”表示影響特別大，從“1”到“5”影響程度逐級(jí)遞增。

根據(jù)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)方程模型設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查，并通過(guò)郵件形式向國(guó)內(nèi)大型裝配式建筑企業(yè)的專(zhuān)家、高?？蒲泄ぷ髡咭约把b配式建筑從業(yè)人員發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查，共同完成問(wèn)卷調(diào)查工作。為確保問(wèn)卷的科學(xué)性、適用性，此次調(diào)查涵蓋了不同單位、企業(yè)、高校以及不同教育背景、年齡段的裝配式建筑相關(guān)人員。此次調(diào)查問(wèn)卷共發(fā)放了220份，有效回收187份，有效回收率達(dá)85%。具體情況如表3所示。

表3 調(diào)查對(duì)象情況分布

2.3 信效度分析

利用SPSS 22.0對(duì)調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行信效度分析，問(wèn)卷的信度系數(shù)Cronbach’s α為0.832，測(cè)量條款設(shè)計(jì)良好，信度較高；KMO值為0.858，較適合做因子分析，巴特萊特球體檢驗(yàn)為0.000，統(tǒng)計(jì)量顯著，各個(gè)指標(biāo)相關(guān)性強(qiáng)。所有19個(gè)測(cè)量指標(biāo)可會(huì)聚為4個(gè)特征值大于1的有效因子，說(shuō)明變量測(cè)量項(xiàng)目之間具有較好的會(huì)聚有效性。研究同時(shí)將項(xiàng)目的總體相關(guān)系數(shù)CITC>0.3作為Cronbach’s α信度檢驗(yàn)補(bǔ)充。經(jīng)檢驗(yàn)，項(xiàng)目總體相關(guān)系數(shù)即所測(cè)各項(xiàng)與總體的相關(guān)系數(shù)CITC在0.363～0.530之間，都大于0.3，全部通過(guò)信度檢驗(yàn)。說(shuō)明問(wèn)卷整體信度較好，具有較高的可靠性和一致性。四個(gè)潛在變量的Cronbach’s α信度系數(shù)均大于0.6，在可接受范圍內(nèi)。

3 結(jié)構(gòu)方程模型分析

3.1 結(jié)構(gòu)方程模型驗(yàn)證

以預(yù)制部件為對(duì)象，對(duì)裝配式建筑建造成本的影響因素進(jìn)行分析可知，在影響因素潛變量?jī)?nèi)部有相互關(guān)聯(lián)影響。本文建立結(jié)構(gòu)方程模型，采用AMOS 22.0軟件進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)各個(gè)變量之間的關(guān)系進(jìn)行模擬驗(yàn)證，得到驗(yàn)證性因子分析的標(biāo)準(zhǔn)化模型，如圖3所示。模型擬合中各個(gè)值均在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明裝配式建筑施工成本影響因素的潛在變量相互之間有關(guān)聯(lián)，且整體的結(jié)構(gòu)方程擬合較好，契合度高，說(shuō)明模型整體建立科學(xué)合理。

圖3 驗(yàn)證性因子分析標(biāo)準(zhǔn)化模型

參數(shù)估計(jì)如表4(表中“***”表示顯著性水平p<0.05)所示，通過(guò)潛變量參數(shù)估計(jì)值來(lái)驗(yàn)證假設(shè)。

表4 潛變量的參數(shù)估計(jì)

根據(jù)一階驗(yàn)證性因素分析結(jié)果可知，四個(gè)潛變量之間相互關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，重新構(gòu)建的二階驗(yàn)證性因素分析模型對(duì)四個(gè)潛變量與裝配式建筑成本之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析，把調(diào)查數(shù)據(jù)帶入新構(gòu)建的二階模型并進(jìn)行分析，通過(guò)分析各個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)值的大小，來(lái)確定模型的擬合度，結(jié)果如圖4、表5所示。

圖4 結(jié)構(gòu)模型的標(biāo)準(zhǔn)化估計(jì)值

統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)χ2/dfRMSEAGFIAGFIPGFI適配標(biāo)準(zhǔn)(1,3)<0.08>0.9>0.9>0.5檢驗(yàn)結(jié)果1.8260.0720.9210.9050.601

3.2 模型結(jié)果分析

根據(jù)表5中模型的擬合結(jié)果以及整體潛變量參數(shù)估計(jì)中各指標(biāo)都滿(mǎn)足p<0.001的顯著性檢驗(yàn)，表明各項(xiàng)假設(shè)均成立。通過(guò)圖3，4的結(jié)果對(duì)整體進(jìn)行具體行分析如下：

(1)預(yù)制部件生產(chǎn)、運(yùn)輸、組裝以及應(yīng)用信息技術(shù)對(duì)裝配式建筑的建造成本的影響程度分別為0.64，0.76，0.62，0.84，均超過(guò)0.5，表明影響較為顯著，所以要嚴(yán)格控制四個(gè)維度的成本投入來(lái)降低裝配式建筑建造成本，尤其通過(guò)適度增加信息技術(shù)應(yīng)用和預(yù)制部件生產(chǎn)階段成本的投入來(lái)間接降低建造成本；

(2)預(yù)制部件的生產(chǎn)成本對(duì)預(yù)制部件的運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)裝配成本的影響程度分別為0.62，0.74，呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝成本影響較大，如預(yù)制部件定期檢查的密度較大，則投入較多，運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝過(guò)程中預(yù)制部件因生產(chǎn)階段原因造成破壞的概率就會(huì)降低，建造成本也會(huì)降低。要識(shí)別生產(chǎn)階段中能夠降低運(yùn)輸、組裝成本的因素，對(duì)其適當(dāng)加大成本投入，生產(chǎn)階段其他方面要嚴(yán)格控制成本，形成對(duì)預(yù)制部件生產(chǎn)階段成本投入分別控制的思想，從直接和間接兩方面控制裝配式建筑的建造成本；

(3)預(yù)制部件應(yīng)用的信息技術(shù)對(duì)預(yù)制部件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝成本的影響程度分別為0.58，0.84，0.89，表明影響顯著，尤其是對(duì)預(yù)制部件的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝的影響，所以要加大預(yù)制部件運(yùn)輸和組裝階段的信息化技術(shù)運(yùn)用，降低合格預(yù)制部件在運(yùn)輸和組裝階段的損壞率，同時(shí)通過(guò)信息化管理控制預(yù)制部件在各個(gè)作業(yè)空間的合理調(diào)度。

對(duì)各階段結(jié)果分析如下：

(1)預(yù)制部件運(yùn)輸階段，預(yù)制部件廠址和路線的選擇及優(yōu)化對(duì)預(yù)制部件運(yùn)輸成本影響較大，分別為0.89，0.71，因?yàn)檫\(yùn)輸預(yù)制部件體量較大，運(yùn)距較遠(yuǎn)，城市對(duì)運(yùn)輸?shù)囊筝^高，所以應(yīng)充分考慮預(yù)制部件廠址的選擇和每一個(gè)項(xiàng)目中預(yù)制部件運(yùn)送的路線；

(2)預(yù)制部件生產(chǎn)階段，預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化程度、機(jī)械使用成本對(duì)其影響較大，分別為0.86和0.76，目前裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展快速，但存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題，要加快預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)制定，形成國(guó)標(biāo)文件，充分利用預(yù)制部件的規(guī)模效應(yīng)來(lái)降低固定投入成本；

(3)預(yù)制部件現(xiàn)場(chǎng)組裝階段吊裝機(jī)械和專(zhuān)業(yè)操作人員對(duì)成本影響較大，因?yàn)檠b配式建筑需要吊裝的預(yù)制部件多且難度大，同時(shí)對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，控制這兩個(gè)關(guān)鍵因素能夠大幅度降低預(yù)制部件組裝成本；

(4)結(jié)構(gòu)方程模型的結(jié)果表明各個(gè)信息技術(shù)都十分重要。裝配式建筑是模塊化建造方式，同時(shí)BIM、RFID等技術(shù)能夠?qū)δK進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化和監(jiān)控，所以前沿的信息技術(shù)能夠充分應(yīng)用于裝配式建筑，降低其成本。要加大信息硬件設(shè)施投入，加強(qiáng)與信息技術(shù)研發(fā)部門(mén)的合作，充分反映信息技術(shù)需求和現(xiàn)實(shí)存在問(wèn)題，以便于對(duì)技術(shù)、設(shè)施更新。

4 結(jié) 論

本文運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型考慮預(yù)制部件三個(gè)作業(yè)空間的不同維度以及信息化技術(shù)運(yùn)用間的相互關(guān)聯(lián)、耦合，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析得出如下結(jié)論：

(1)基于結(jié)構(gòu)方程模型的裝配式建筑建造成本分析，表明預(yù)制部件的信息技術(shù)運(yùn)用和運(yùn)輸對(duì)裝配式建筑建造成本影響最大，預(yù)制部件生產(chǎn)及組裝相對(duì)較小；

(2)模型中因子分子系統(tǒng)反映預(yù)制部件各階段關(guān)聯(lián)，預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)運(yùn)輸、組裝成本呈正向影響以及信息技術(shù)運(yùn)用對(duì)三個(gè)階段有顯著影響。

(3)模型標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)表明預(yù)制部件廠的選址、路線的選擇及優(yōu)化、預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化程度、機(jī)械使用成本、吊裝機(jī)械和專(zhuān)業(yè)操作人員是最終直接影響裝配式建筑建造成本的關(guān)鍵因素。

研究基于已掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行路徑影響假設(shè)，但模型需投入到實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證，所以在以后研究中將深入一線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步調(diào)研，運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行完善。