基于ISM-MICMAC的被動式建筑增量成本影響因素研究

戴明慧,王志強,2,*,曾 智

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院,青島 266525;2. 山東省高校智慧城市建設(shè)管理研究中心,青島 266525)

2020年,中國政府明確提出兩個階段奮斗目標,即努力在2030年前二氧化碳排放量達到峰值、2060年前完成碳中和[1]。我國建筑業(yè)大多是粗放式的,建設(shè)過程不精細,有些甚至粗制濫造,資源浪費嚴重且房屋壽命短,亟需向集約式轉(zhuǎn)型升級。被動式建筑具備低耗節(jié)能、舒適經(jīng)濟的優(yōu)點,還會推動節(jié)能設(shè)備、可再生能源、保溫隔熱材料等低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2],是我國建筑業(yè)實現(xiàn)碳中和、碳達峰的重要解決方案之一。但被動式建筑較傳統(tǒng)建筑在技術(shù)工藝和材料上要求更高,增量成本讓開發(fā)商與消費者望而卻步,成為制約被動式建筑發(fā)展的主要原因。被動式建筑增量成本涉及的過程較多,影響因素較為復(fù)雜,了解因素間的內(nèi)在聯(lián)系和層級關(guān)系,有助于合理有效控制被動式建筑成本,從而促進被動式建筑的規(guī)?；l(fā)展。

對被動式建筑成本的研究,已有較多的研究成果。AUDENAERT等[3]將被動式建筑與普通建筑進行對比,發(fā)現(xiàn)在能源成本相同的情況下,被動式建筑的投資回收期為29年,在電力成本提高5%時,投資回收期將縮短至18年。崔國游等[4]從被動式建筑的增量成本和增量效益角度出發(fā)并進行對比分析,探討被動式建筑在中國的需求和氣候適用性,認為被動式住宅是一種節(jié)能、舒適、健康且符合我國國情的新型建筑。朱凱等[5]認為被動式建筑是一種使建筑節(jié)能高效的設(shè)計理念,并通過案例識別了顯性成本和隱性成本以及對開發(fā)商的影響。叢為一等[6]考慮到被動式住宅各項費用產(chǎn)生的時間年限不同,因此劃分為年度成本和非年度成本,并以投資回收期為效益評價指標。李輝山等[7]用層次分析法和可拓學(xué)理論建立了一套被動式建筑成本控制評價體系,并以實例驗證了該體系的實用性和科學(xué)性。祁永成等[8]分析被動式建筑的成本和效益,找出增量成本及效益評價因素集,采用貨幣化-模糊綜合評判法建立評價模型,發(fā)現(xiàn)被動式建筑增量成本還有降低的空間,增量效益顯著。趙麗等[9]按項目階段篩選并確定被動式建筑成本關(guān)鍵風險因素,提出應(yīng)對策略,為我國被動式建筑風險控制提供參考。

綜上所述,目前對被動式建筑成本方面的研究,大多是分析對比成本效益和構(gòu)建評價模型上,對增量成本影響因素及其各因素之間內(nèi)在邏輯關(guān)系的研究較少,因此本文將運用ISM探究影響因素之間的層級關(guān)系和作用機理,并通過MICMAC對這些因素進行驅(qū)動性和依賴度分析,以新的研究思路探究被動式建筑增量成本的影響因素,從而為控制被動式建筑增量成本提供理論依據(jù)。

1 被動式建筑增量成本影響因素識別

1.1 初步識別影響因素

被動式建筑的增量成本是指在其生命周期內(nèi),為滿足被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)[10]或者各地區(qū)相關(guān)政策標準,采用新技術(shù)工藝或材料設(shè)備而導(dǎo)致的成本增加。所以本文分析被動式建筑全階段的增量成本影響因素,運用文獻研究、專家咨詢等方法對主要影響因素進行識別。

通過中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫,以“被動式建筑”“被動式住宅”和“增量成本”為檢索條件,選擇近 10 年有關(guān)被動式建筑增量成本的 20 篇論文,并結(jié)合有關(guān)理論和被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則,將文獻中涉及到的影響因素進行歸納總結(jié),初步識別18個影響因素,具體解釋見表1。

表1 被動式建筑增量成本影響因素解釋

1.2 確定影響因素

在初步得到被動式建筑增量成本影響因素清單后,通過德爾菲法進行優(yōu)化,邀請7位被動式建筑領(lǐng)域相關(guān)研究的專家學(xué)者及有多年工作經(jīng)驗的企事業(yè)人員,獲取專家對各影響因素的建議。經(jīng)過一輪輪征詢反饋,各專家認為節(jié)地技術(shù)、節(jié)水技術(shù)、建設(shè)規(guī)模與企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略對被動式建筑增量成本影響不大,將這4個因素刪去;由于住建部統(tǒng)一規(guī)定收取認證咨詢等費用,所以將認證咨詢因素也剔除。最終留下13個代表性強的影響因素,從技術(shù)因素、社會因素和管理因素這3個維度建立被動式建筑增量成本的影響因素體系,見表2 。

表2 被動式建筑增量成本影響因素體系

2 ISM模型構(gòu)建

解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling, ISM)是美國教授 WARFIELD于1973年研究的一種系統(tǒng)分析模型,是一種對復(fù)雜系統(tǒng)進行劃分層級結(jié)構(gòu)的方法,直觀展現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)[11]。為直觀清晰地描述被動式建筑增量成本影響因素之間的關(guān)系,本文采用ISM方法將各因素之間的因果關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)以層級圖的方式表現(xiàn)出來。運用解釋結(jié)構(gòu)模型的流程[12]如圖1所示。

圖1 解釋結(jié)構(gòu)模型流程

2.1 建立鄰接矩陣

被動式建筑增量成本具有內(nèi)在復(fù)雜性,由多個相互影響的因素共同作用,所以要先明確各因素間的關(guān)系。將被動式建筑增量成本影響因素視為一個系統(tǒng),包含13個因素。鄰接矩陣A=[aij]13×13,當aij為1時,表示第i個因素對第j個因素有影響關(guān)系;當aij為0時,表示第i個因素不能直接影響第j個因素;鄰接矩陣A中因素Si對角線含義代表因素i對自身的影響,數(shù)值記為0[13]。

將7位專家組成討論小組,從控制被動式建筑增量成本角度出發(fā),結(jié)合他們的理論知識和實踐經(jīng)驗對13個關(guān)鍵因素的相互影響關(guān)系進行充分探討,最終統(tǒng)一意見并達成共識,從而可以得到13個關(guān)鍵影響因素的鄰接矩陣A。

2.2 建立可達矩陣

可達矩陣M表示一個因素能否與另一個因素之間建立到達的路徑,用來描述因素Si若對Sj產(chǎn)生影響則在作用過程中經(jīng)過了多少因素以及相對位置關(guān)系,表明各因素之間是否存在影響關(guān)系,求得可達矩陣M如下:

2.3 級位劃分

得到可達矩陣M之后,在此基礎(chǔ)上求得各因素的關(guān)系集合,從而對整個系統(tǒng)進行級位劃分?？蛇_集R(Si)指在因素Si所在的行中,數(shù)值為1所對應(yīng)列因素的集合;先行集Q(Si)指因素Si在的列中,數(shù)值為1所對應(yīng)的行因素的集合[14]。最后可求得可達集R(Si)與先行集Q(Si)的交集,用C(Si)表示,各關(guān)系集合見表3。

表3 可達矩陣各因素之間的關(guān)系集合

在建立多級遞階結(jié)構(gòu)模型時,要滿足C(Si)=R(Si)的條件才能劃分各因素所處的層次級別。首先確定第1層級因素,由表3可知,當i=1,2,10時,滿足C(Si)=R(Si),因此L1={S1,S2,S10};按照式(1),把L1中所包含的元素在表3各集合中剔除,將剩下的因素按照上述條件繼續(xù)劃分,當i=3,12,13時滿足條件,即L2={S3,S12,S13};以此類推,確定第3層級為L3={S4,S5,S6},第4層級為L4={S7,S8,S11},第5層級為L5={S9},級位劃分結(jié)果見表4。

表4 級位劃分

Li={Mj|Mj∈M-L0-L1-…-Li-1,R(Si)=Q(Si)}

(1)

2.4 解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)表4的級位劃分繪制遞階結(jié)構(gòu)有向圖,構(gòu)建被動式建筑增量成本影響因素解釋結(jié)構(gòu)模型,如圖2所示,將被動式建筑增量成本影響因素歸結(jié)為直接因素、間接因素和深層因素。

圖2 被動式建筑增量成本影響因素遞階結(jié)構(gòu)

直接因素包含施工技術(shù)S1、施工水準S2、建筑材料S103個因素,是最明顯、最易被察覺的因素,此類因素的存在會對被動式建筑增量成本產(chǎn)生直接影響。被動式建筑相比于傳統(tǒng)建筑在施工建造階段更加注重對生態(tài)環(huán)境的影響,而且為了在后期使用階段盡可能降低能耗損失,在施工過程中就會采取更多手段,如無熱橋施工、高氣密性措施等,對材料和技術(shù)工藝要求更高,建筑材料成本增加,而且施工水準的高低也會直接影響增量成本。因此在被動式建筑增量成本控制過程中,這些直接因素應(yīng)該格外重視。

間接因素是連接直接因素和深層因素的橋梁,起到承上啟下的樞紐作用,既促進第1層級因素的發(fā)展,也受到第5層級因素的影響。相對于一般的傳統(tǒng)建筑,被動式建筑在節(jié)能環(huán)保、能源費用和舒適度等方面有很大優(yōu)勢,如改善空氣質(zhì)量和環(huán)境溫濕度,降低對主動式采暖或制冷系統(tǒng)的依賴。如今人們對環(huán)境和健康的支付意愿逐漸提高,因此消費者在購買被動式住宅時,會重視房屋室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量,并希望通過“被動式”節(jié)能來彌補購買時多支出的費用。項目管理人員要考慮市場需求和客戶群體理念,合理進行項目定位,制定設(shè)計方案。項目所在地不同,氣候、地形、自然資源會有很大差異,從而影響被動式建筑標準的制定、節(jié)能技術(shù)和室內(nèi)環(huán)境設(shè)計。參與方管理水平和成本管控水平反映了管理者在被動式建筑成本控制過程中的主導(dǎo)作用,通過頂層因素直接影響被動式建筑增量成本。

深層因素為政策法規(guī)S9,是隱性且不易被察覺的因素,是系統(tǒng)發(fā)展的根本所在,反映出政策法規(guī)是限制我國被動式建筑發(fā)展的最基本因素。該因素只能通過直接或間接層級的因素影響被動式建筑增量成本,因為它的隱蔽性而往往被忽略,但越是深層次不容易發(fā)現(xiàn)的因素,越應(yīng)該受到關(guān)注和重視,從根本上促進被動式建筑發(fā)展。

3 MICMAC分析

前節(jié)運用ISM模型從宏觀角度對各個影響因素進行級位劃分,但對具體實踐意義的指向性稍弱,因此應(yīng)進一步剖析,從微觀角度提出更有針對性、指向性更明確的建議。

MICMAC模型是一種通過應(yīng)用矩陣相乘原理分析系統(tǒng)因素所處地位及相互影響關(guān)系的方法,能夠找出管理和干預(yù)的重點對象[15]。根據(jù)可達矩陣M計算出各因素的驅(qū)動力和依賴度,驅(qū)動力表示某因素的解決可以促進其他因素解決的程度,依賴度則表示某因素的解決依賴其他因素解決的程度[16]。系統(tǒng)因素可劃分為四大類:Ⅰ聯(lián)動因素、Ⅱ依賴因素、Ⅲ自發(fā)因素、Ⅳ獨立因素,根據(jù)直觀的坐標圖可以體現(xiàn)出各因素之間的相互作用關(guān)系和影響程度[17]。

根據(jù) MICMAC原理中的式(2)(3),因素的驅(qū)動力值Di為該因素在可達矩陣對應(yīng)行的數(shù)值相加,依賴度值Rj為其所在列的數(shù)值相加,根據(jù)計算結(jié)果繪制被動式建筑增量成本影響因素的驅(qū)動力-依賴度坐標圖,如圖3所示。

圖3 被動式建筑增量成本影響因素的驅(qū)動力-依賴度坐標

(2)

(3)

自發(fā)因素位于坐標圖的第Ⅲ象限,包括節(jié)能技術(shù)S4、室內(nèi)環(huán)境設(shè)計S5、參與方管理水平S12、成本管控水平S13,這類因素依賴性與驅(qū)動力均較低,相對獨立,把被動式建筑增量成本影響因素相互聯(lián)系,起到承上啟下的作用,相較于其他因素更容易掌握,所以應(yīng)首先進行控制。

依賴因素位于坐標圖的第Ⅱ象限,包括施工技術(shù)S1、施工水準S2、設(shè)計方案S3、建筑材料S10,這類因素表現(xiàn)出高依賴性與低驅(qū)動力,說明這類因素受其他因素的影響較大,主要表現(xiàn)下層因素作用的結(jié)果,是直接影響被動式建筑增量成本的關(guān)鍵因素。

聯(lián)動因素位于坐標圖的第Ⅰ象限,在此處沒有驅(qū)動力和依賴性較高的因素分布,表明13個被動式建筑增量成本影響因素均可控且穩(wěn)定。

獨立因素位于坐標圖第Ⅳ象限,包括被動式建筑標準S6、消費者理念S7、地域因素S8、政策法規(guī)S9、項目定位S11。該類因素具有較高的驅(qū)動力,其他因素對其影響較小,但當其發(fā)生一定變化時,會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響,該類因素是控制被動式建筑增量成本的重點所在,在進行相關(guān)決策時應(yīng)給予重點關(guān)注。

4 結(jié)論與建議

從技術(shù)因素、社會因素和管理因素3個維度建立了被動式建筑增量成本影響因素體系,綜合運用ISM 模型、MICMAC方法從宏觀和微觀兩個層面對被動式建筑增量成本影響因素之間的相互關(guān)系和作用機理進行分析。結(jié)果顯示,政策法規(guī)屬于深層因素;設(shè)計方案、節(jié)能技術(shù)、室內(nèi)環(huán)境設(shè)計、被動式建筑標準、消費者理念、地域因素、項目定位、參與方管理水平、成本管控水平為間接因素;施工技術(shù)、施工水準、建筑材料屬于直接因素。根據(jù)各因素的本質(zhì)特征,提出以下針對性建議:

1) 增強深層因素,完善相關(guān)政策法規(guī)。當前政府對房地產(chǎn)行業(yè)采取收緊政策,對開發(fā)企業(yè)的融資支持力度不足;補貼政策不易落實,現(xiàn)實操作中存在多部門參與;對環(huán)保建材、新技術(shù)研發(fā)的投入少。因此政府要健全相關(guān)政策,用“看不見的手”調(diào)節(jié)市場資源。首先,政府可以和銀行合作開展建筑行業(yè)綠色金融產(chǎn)品的應(yīng)用及創(chuàng)新研究,拓寬開發(fā)企業(yè)融資渠道,還要采用多元化的補貼和激勵手段,如增加容積率獎勵、城市配套費返還,簡化政策要求,減少執(zhí)行摩擦,使政策真正落實,提高企業(yè)開發(fā)被動式建筑的積極性。其次,政府要對消費者提供一定的稅收補貼,大力宣傳被動式建筑在使用階段帶來的經(jīng)濟和環(huán)境效益,還可實行用戶保險制度,消除消費者對交房后使用效果存在的疑慮,提高消費者的購買熱情。最后,政府還可通過加強對相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的支持、推動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展來降低被動式建筑的建設(shè)成本。

2) 保障中間因素,加強全過程管理措施。大多企業(yè)往往只重視被動式建筑的某一階段,缺乏對其全過程的管理,應(yīng)把降低增量成本的意識貫穿到每一個環(huán)節(jié)。進行投資決策時,要對建設(shè)地區(qū)的氣候狀況、地形、自然資源等地域因素充分調(diào)研,對項目盈利情況、投資情況、技術(shù)條件、成本效益等進行科學(xué)評估。在設(shè)計階段根據(jù)項目定位、建設(shè)地區(qū)特點等因素設(shè)計出合理的設(shè)計方案,選擇節(jié)能環(huán)保的技術(shù)措施,減少使用階段的增量成本。在施工階段,現(xiàn)場管理人員要加強監(jiān)督管理,強調(diào)被動式建筑的實施標準,嚴格管理被動式建筑的施工材料,減少施工過程產(chǎn)生的環(huán)境問題。被動式建筑建成以后,需要資金運營和維護,進行智能管理,回收利用廢棄物,提高運營管理水平,充分發(fā)揮其環(huán)境效益和良好的社會效益,減少增量成本。

3) 重視直接因素,減少成本消耗。在被動式建筑的建設(shè)過程中,施工水準和施工技術(shù)參差不齊,直接影響被動式建筑的使用效果,節(jié)能環(huán)保、降低能源費用的目的難以實現(xiàn),因此施工單位應(yīng)培養(yǎng)專業(yè)施工人員,對其進行培訓(xùn),學(xué)習(xí)新技術(shù),提高施工水準。被動式建筑的實效也與建材的品質(zhì)有很大關(guān)系,目前我國一些被動式建材主要依賴國外市場,導(dǎo)致被動式建筑成本大幅增加,因此需加大對被動式建材的研發(fā),降低建設(shè)成本。