西寧市裝配式構(gòu)件市場(chǎng)預(yù)測(cè)研究

孫 洋 龔志起

(青海大學(xué)土木工程學(xué)院 西寧 810016)

0 引言

裝配式構(gòu)件的供給市場(chǎng)與需求市場(chǎng)達(dá)到供需平衡是裝配式產(chǎn)業(yè)鏈的理想狀態(tài)。裝配式建筑具有能夠縮短工期、降低能耗、提高構(gòu)件質(zhì)量和產(chǎn)生較少的建筑垃圾等眾多優(yōu)點(diǎn),在全面推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、加快推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中,裝配式建筑的發(fā)展意義重大。發(fā)展裝配式建筑是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)行業(yè)落實(shí)綠色高質(zhì)量發(fā)展要求的重要舉措之一,各地在發(fā)展裝配式建筑過(guò)程中,要以高品質(zhì)、高質(zhì)量為發(fā)展目標(biāo),要以提質(zhì)增效為核心,要通過(guò)發(fā)展新型建造方式,促進(jìn)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

據(jù)研究統(tǒng)計(jì),2021年全國(guó)新開(kāi)工裝配式建筑面積達(dá)7.4×108m2,較2020年增長(zhǎng)18%,我國(guó)裝配式產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛速。以西寧市為例,2017年青海省政府印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》,提出了全省的裝配式產(chǎn)業(yè)工作目標(biāo),提出優(yōu)先推廣在西寧市、海東市為裝配式建筑產(chǎn)業(yè),以裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑為主。過(guò)去5a中,西寧市累計(jì)新開(kāi)工裝配式建筑面積達(dá)1.556×106m2,僅2019年新開(kāi)工裝配式建筑面積占新開(kāi)工建筑面積的7.27%[1],取得了一定的成果。但由于青海省裝配式建筑仍處于起步階段,相較東部地區(qū),在裝配式建筑推進(jìn)的過(guò)程仍顯較慢,青海省地區(qū)裝配式產(chǎn)業(yè)極度缺乏。

在國(guó)家政策的大力推進(jìn)下,各地積極響應(yīng)國(guó)家政策的同時(shí),也存在沒(méi)有科學(xué)合理地對(duì)裝配式構(gòu)件市場(chǎng)需求進(jìn)行規(guī)劃,一些地區(qū)甚至出現(xiàn)了供不應(yīng)求或產(chǎn)能過(guò)剩、資源浪費(fèi)等情況,嚴(yán)重影響裝配式產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？茖W(xué)預(yù)測(cè)裝配式構(gòu)件需求量對(duì)于西寧市在未來(lái)合理布局和調(diào)控裝配式構(gòu)件廠規(guī)模意義重大,因此,建立合理的預(yù)制建筑構(gòu)件需求量預(yù)測(cè)模型尤為重要,是有效推進(jìn)裝配式產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于裝配式構(gòu)件需求的研究較少,相關(guān)研究方法有時(shí)間序列法、灰色預(yù)測(cè)法、多元回歸預(yù)測(cè)法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[2-5],每種方法都有各自的適用的條件和應(yīng)用范圍。有學(xué)者根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)和歷史數(shù)據(jù)推演相結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,建立經(jīng)驗(yàn)公式和對(duì)已有的公式進(jìn)行預(yù)測(cè)[6-7],該方法能夠?qū)唧w區(qū)域的建筑總量進(jìn)行分析。而經(jīng)驗(yàn)公式法具有理論基礎(chǔ)不強(qiáng)、可靠性差等缺點(diǎn),因此,引入其他算法進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合模擬可以進(jìn)一步彌補(bǔ)其不足,提高模型預(yù)測(cè)精度[8]。

以西寧市為例,采用經(jīng)驗(yàn)公式和灰色預(yù)測(cè)結(jié)合方法對(duì)裝配式構(gòu)件需求進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式自變量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換調(diào)整,對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色預(yù)測(cè),然后基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算進(jìn)而得到最終預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),為政府部門(mén)制定相關(guān)政策提供數(shù)據(jù)參考。

1 模型構(gòu)建

1.1 經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)裝配式構(gòu)件需求

1.2 灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)

灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型結(jié)果的表達(dá)具有單調(diào)性,適合處理非負(fù)單調(diào)光滑數(shù)據(jù),且需數(shù)據(jù)較少,預(yù)測(cè)精度較高。但對(duì)于具有振蕩性的無(wú)序數(shù)據(jù)時(shí),其預(yù)測(cè)結(jié)果不好,有學(xué)者引入加速變化和緩沖算子對(duì)原始序列進(jìn)行優(yōu)化,使預(yù)測(cè)結(jié)果更加精確[9-10]。因此,在GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上,將原始序列進(jìn)行加速變換和加權(quán)平均處理,再對(duì)得到序列建立GM(1,1)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[11]。具體步驟如下:

(1)設(shè)隨機(jī)序列:

X=(x(1),x(2),x(3),…,x(n))

(1)

設(shè)M=max{x(k)1k=1,2,3…,n},m=min{x(k)1k=1,2,3,…,n},T=M-m為隨機(jī)序列X的最大振幅

(2)設(shè)x(k)d1=x(k)+(k-1)T,k=1,2,…,n,為加速平移變換調(diào)整,即:

x(k)D1={x(1)d1,…,x(2)d1,…,x(k)d1}

(2)

x(k)D2={x(1)d2,…,x(2)d2,…,x(k)d2}

(3)

調(diào)整后序列x(k)d2為單調(diào)增序列;

(4)設(shè)調(diào)整后序列x(k)為:

Y0={y(0)(1),y(0)(2),…,y(0)(n)}

(4)

建立GM(1,1)微分方程模型計(jì)算。一次累加成序列為:

Y(1)={y(1)(1),y(1)(2),…,y(1)(n)}

(5)

Y(1)為Y(0)的1-AOG序列

(6)

其中參數(shù)a,b由最小二乘法確定

a=(BTB)-1BTYn

(7)

(8)

則微分方程的響應(yīng)函數(shù)為:

(9)

遞減得:

(10)

還原得:

(11)

其中{x1(0)(k)}={x1(0)(1),x1(0)(2),…x1(0)(n)}一次還原值

進(jìn)一步還原得

x2(0)(k+1)=x1(0)(k+1)-kT, k=2,3,…,n

(12)

其中{x2(0)(k)}={x2(0)(1),x2(0)(2),…x2(0)(n)}二次還原值,最終得到預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果對(duì)比及實(shí)例分析

2.1 西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展規(guī)模

近10a來(lái)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛速,西寧市房地產(chǎn)市場(chǎng)目前出現(xiàn)庫(kù)存過(guò)多問(wèn)題。在2018年西寧市房地產(chǎn)調(diào)控收緊以及去庫(kù)存化達(dá)到頂峰,2018年后全市房屋施工面積增速逐步放緩,以解決庫(kù)存過(guò)多為主要目的[12]。根據(jù)2016—2021年西寧市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù),近期西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展情況如表1所示。由表可知西寧市近期新開(kāi)工建筑面積的原始數(shù)據(jù)是一個(gè)振蕩數(shù)列,對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行灰色預(yù)測(cè)分析。

表1 近期西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展情況

2.2 數(shù)據(jù)處理分析

運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)法對(duì)新開(kāi)工建筑面積進(jìn)行預(yù)測(cè),由于2018年數(shù)據(jù)較于往年偏差較大,造成預(yù)測(cè)誤差增大,故剔除該數(shù)據(jù)。由表1數(shù)據(jù)可知,設(shè)西寧市年新開(kāi)工建筑面積的原始數(shù)據(jù)為:

X(0)(k)={642.29,551.57,556.40,520.42,502.21},轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)為:

X′(k)={642.29,666.97,723.50,777.79,834.74},得到白化方程為:

(13)

將原始數(shù)據(jù)直接建立GM(1,1)模型,和變換后GM(1,1)模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比,如表2所示。

表2 西寧年新開(kāi)工建筑面積的實(shí)際與預(yù)測(cè)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),變換后的GM(1,1)模型殘差與相對(duì)誤差及平均相對(duì)誤差都比對(duì)原始數(shù)據(jù)直接建立GM(1,1)模型明顯較小,預(yù)測(cè)精度顯著提升。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的精度,通過(guò)進(jìn)行后驗(yàn)差檢驗(yàn)分析可知:

ˉx=553.66、S1=53.28、ˉσ=4.26、S2=5.07,C=0.10,由于S0=0.6745s1=35.94,|σ(0)(k)-σ(0)|={4.26,0.15,8.69,2.38,1.88},P=P{εi

表3 2022—2026年西寧市新開(kāi)工建筑面積預(yù)測(cè)

2.3 參數(shù)分析

2017年,青海省政府印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》,提出“十三五”期間全省新建裝配式建筑占同期新開(kāi)工建筑的占比達(dá)到10%以上的工作目標(biāo),提出以西寧市、海東市為裝配式建筑重點(diǎn)推進(jìn)區(qū)域。并結(jié)合西寧市的裝配式建筑實(shí)際情況,對(duì)裝配式建筑占比進(jìn)行預(yù)測(cè)。混凝土占比系數(shù),根據(jù)一般建筑的混凝土建筑用量[13],多層砌體住宅:0.30～0.33m3/m2;多層框架結(jié)構(gòu):0.33～0.35m3/m2;高層(11—18層)住宅:0.35～0.36m3/m2,西寧市裝配式建筑混凝土占比取均值0.34m3/m2。預(yù)測(cè)西寧市未來(lái)各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。

表4 西寧市裝配式建筑占比和混凝土占比預(yù)測(cè)

其中《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》指出,主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的裝配式占比≥35%,裝配式建筑按裝配率占比劃分三個(gè)等級(jí),裝配率在60%～75%之間,評(píng)價(jià)等級(jí)為A;裝配率在76%～90%之間,評(píng)價(jià)等級(jí)為AA;裝配率在91%及以上,評(píng)價(jià)等級(jí)為AAA。整體裝配式建筑裝配率≥50%,則西寧市未來(lái)5a裝配率按50%考慮。

2.4 預(yù)測(cè)西寧市裝配式構(gòu)件未來(lái)需求量

綜上所述,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式法預(yù)測(cè)西寧市裝配式構(gòu)件需求量,結(jié)果如表5所示。

表5 西寧市2022—2026年裝配式構(gòu)件需求量預(yù)測(cè)

3 討論與結(jié)語(yǔ)

(1)研究得到2022—2026年西寧市裝配式構(gòu)件需求量分別為1.22×105m3、1148×105m3、1.79×105m3、2.20×105m3、2.73×105m3。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知,西寧市裝配式構(gòu)件需求在未來(lái)五年逐步增長(zhǎng)且漲幅逐年上升,從2022年西寧市裝配式構(gòu)件需求量為1.22×105m3,到2026年需求量達(dá)到2.73×105m3。其中,隨著裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)政策及鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)住宅的大力推廣,將對(duì)目前的裝配式建筑應(yīng)用比例及裝配率等經(jīng)驗(yàn)參數(shù)有極大影響,將直接影響裝配式構(gòu)件供需關(guān)系,對(duì)裝配式建筑行業(yè)影響巨大。

(2)研究表明:目前西寧市還未有裝配式混凝土構(gòu)件廠,僅靠周邊城市供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以支撐裝配式建筑發(fā)展需求,科學(xué)合理地規(guī)劃西寧市裝配式構(gòu)件廠布局需進(jìn)一步深入研究。

(3)鑒于研究階段數(shù)據(jù)獲取有限,基于經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測(cè),并借助灰色預(yù)測(cè)法對(duì)其自變量進(jìn)行預(yù)測(cè),以彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)公式存在的可靠性不足問(wèn)題。由于自變量年新開(kāi)工建筑面積歷史數(shù)據(jù)具有振蕩性,則將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加速變換和加權(quán)平均處理,使其成為單調(diào)遞增數(shù)據(jù)及光滑性提升,然后用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型,通過(guò)與原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果作對(duì)比來(lái)證明精確性顯著提升,且預(yù)測(cè)結(jié)果也符合歷史數(shù)據(jù)的規(guī)律,可見(jiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。通過(guò)政策及數(shù)據(jù)分析,確定經(jīng)驗(yàn)公式參數(shù),進(jìn)而預(yù)測(cè)裝配式構(gòu)件的需求量。