智能建造背景下裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈利益分配策略研究基于IPA-多目標優(yōu)化Shapley值法

0 引言

根據(jù)《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》，我國正努力構(gòu)建基于數(shù)字化技術(shù)的智能建造產(chǎn)業(yè)體系，其涵蓋設(shè)計、生產(chǎn)、施工、運營全生命周期環(huán)節(jié)。建筑工程智能化建設(shè)的主要內(nèi)容包括建筑產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化設(shè)計、智能化生產(chǎn)及互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)，這些內(nèi)容在國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《綠色低碳轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)指導目錄》[2]中被重點提及。

智能建造通過信息化技術(shù)和傳感器設(shè)備實現(xiàn)感知，利用物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)資源，推動建筑的高質(zhì)量和高效建造[3]。這一技術(shù)成為建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動力，推動工程建造向智能建造轉(zhuǎn)型，促使裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生重大變革。建筑產(chǎn)業(yè)鏈中的各個環(huán)節(jié)不再獨立，而是朝著智能建造的一體化方向發(fā)展。因此，重新評價智能建造背景下的裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈十分必要[4]。在智能建造背景下，建筑產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的效率得到顯著提升，同時還吸引了新參與者的加入，這進一步影響了各參與主體間的利益分配[5]

在智能建造背景下，各方利益訴求的差異性及利益關(guān)系的復雜性使得在利益分配問題上難以達成一致意見。合理的利益分配是吸引多元主體參與并推動裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈進步的關(guān)鍵驅(qū)動力，因此需確保各參與方的利益得到妥善協(xié)調(diào)[6]。在解決博弈論問題上，Shapley值法具有堅實的理論基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)Shapley值法僅以靜態(tài)邊際貢獻為分配依據(jù)，忽視了利益分配過程中各參與者在貢獻度、風險承擔度、信息透明度等方面存在的差異。李金超等[7]將多目標優(yōu)化與Shapley值結(jié)合應用在資源分配、供應鏈合作等領(lǐng)域，探索出了解決復雜分配問題的有效辦法。Gómez-Rua等8進一步擴展了Shapley值的應用范圍，提出了多準則合作博弈中的Shapley值計算方法，并在多目標優(yōu)化問題上加以應用。Cao等[9]研究了供應鏈合作中的利益分配問題，通過結(jié)合Shapley值和多目標優(yōu)化，構(gòu)建了一套科學合理的利益分配機制。在多目標優(yōu)化求解問題中，重要性-績效分析（IPA）結(jié)合多目標優(yōu)化的方法在供應鏈管理、能源分配等領(lǐng)域展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。Kuo等°通過IPA和多目標優(yōu)化法改進了供應鏈績效，并提出了資源分配的優(yōu)化方案。

通過對以上文獻的梳理總結(jié)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究僅局限于單一經(jīng)濟利益分配，未量化環(huán)境、社會等非經(jīng)濟利益，同時也未考慮信息不對稱、風險分擔程度不同、技術(shù)應用不均衡等問題，這些問題往往導致利益分配難以在各主體間達成共識。因此，本研究引入利益相關(guān)方滿意度，通過IPA分析識別分配矛盾，并融合多目標優(yōu)化改進Shap-ley值法，以解決傳統(tǒng)方法的靜態(tài)性和單一經(jīng)濟維度的局限。

1智能建造背景下裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈利益分析

1.1 智能建造及其產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)涵

本文基于先前的研究可知，智能建造依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、建筑信息模型（BIM）、云技術(shù)及人工智能等前沿技術(shù)手段，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，提升原有的建造技術(shù)和管理方式，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的信息集成與要素連接，實現(xiàn)高效安全的建設(shè)目標[11]。智能建造產(chǎn)業(yè)鏈是建筑建設(shè)產(chǎn)業(yè)鏈和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈雙鏈融合的產(chǎn)物[12]

智能建造通過技術(shù)融合重構(gòu)了產(chǎn)業(yè)鏈利益創(chuàng)造邏輯，并對利益分配機制產(chǎn)生了三大變革驅(qū)動：第一，BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合實現(xiàn)了全過程數(shù)據(jù)共享，這要求利益分配的依據(jù)從傳統(tǒng)的工程量計量模式轉(zhuǎn)向?qū)Ω髦黧w貢獻的量化評估；第二，實時監(jiān)測技術(shù)使主體貢獻變得動態(tài)可測，推動利益分配從靜態(tài)博弈轉(zhuǎn)向動態(tài)博弈；第三，技術(shù)創(chuàng)新不僅帶來了經(jīng)濟利益，還帶來了非經(jīng)濟利益，如協(xié)同效率的提升，需進一步轉(zhuǎn)化為技術(shù)外部性利益分配機制?？傊夹g(shù)變革暴露了傳統(tǒng)利益分配機制在維度單一化與分配靜態(tài)化上的缺陷，倒逼利益分配向多維共享、動態(tài)化轉(zhuǎn)型，為多目標優(yōu)化方法提供理論基礎(chǔ)。

1.2 利益主客體界定

1.2.1 利益客體

智能建造背景下，各利益主體通過共同努力，在建筑施工過程中獲得的效益主要來源于4個方面：社會、經(jīng)濟、環(huán)境和產(chǎn)業(yè)鏈[13]

（1）社會效益。智能建造通過帶動上下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、提升建筑質(zhì)量及提高施工安全性，切實提升了社會效益。（2）經(jīng)濟效益。通過縮短施工周期，提高建設(shè)效率和優(yōu)化資源配置，顯著提升了經(jīng)濟效益。（3）環(huán)境效益。智能建造采用環(huán)保措施，降低溫室氣體排放，減少建筑垃圾和資源浪費，從而推動了全球可持續(xù)發(fā)展（4）產(chǎn)業(yè)鏈效益。智能建造技術(shù)的應用推動了全產(chǎn)業(yè)鏈的競爭力和效率提升，各個環(huán)節(jié)通過應用智能建造技術(shù)，提升了產(chǎn)業(yè)鏈的整體水平。

1.2.2 利益主體

在智能建造領(lǐng)域，如果缺乏信息技術(shù)企業(yè)的介人，裝配式建筑將難以實現(xiàn)智能化目標[14]。對此，毛超等[15]指出，智能建造產(chǎn)業(yè)的核心企業(yè)應涉及軟件平臺提供商等信息化企業(yè)。因此，本文將軟件與網(wǎng)絡(luò)供應商統(tǒng)稱為信息技術(shù)供應商。在此基礎(chǔ)上，以產(chǎn)業(yè)鏈理論為依據(jù)，按照預制構(gòu)件的流向，對裝配式建筑各階段的核心利益相關(guān)方進行明確界定，同時剖析這些利益相關(guān)方的主要職責與核心訴求。

在前期階段，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)及BIM技術(shù)，建設(shè)單位的全生命周期管理能力得到顯著提升，通過大數(shù)據(jù)輔助調(diào)研做出最優(yōu)投資決策。建設(shè)單位更關(guān)注自身收益最大化，關(guān)注投資回報率及對項目的控制權(quán)。

在設(shè)計階段，設(shè)計單位使用BIM軟件創(chuàng)建建筑三維模型，實現(xiàn)空間布局的可視化，幫助設(shè)計團隊做決策，同時確保設(shè)計環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)的一致性。依托BIM協(xié)同設(shè)計產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資產(chǎn)增值收益，已成為其核心訴求。

在生產(chǎn)階段，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程通常依據(jù)設(shè)計方案確定生產(chǎn)規(guī)格及數(shù)量，這導致生產(chǎn)方案無法靈活調(diào)整，易造成生產(chǎn)過?；蛏a(chǎn)不足，耽誤運輸、施工環(huán)節(jié)進度。計算機輔助技術(shù)（CAM）的引入帶來了柔性生產(chǎn)模式，既能降低生產(chǎn)成本，又可快速響應客戶需求，提升客戶滿意度，增強訂單穩(wěn)定性。

在施工階段，采用BIM、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和機器設(shè)備后，預制構(gòu)件可在工廠內(nèi)完成大規(guī)模定制，并通過智能系統(tǒng)將構(gòu)件按照生產(chǎn)節(jié)點有序運輸至現(xiàn)場。這提升了施工單位的施工效率和縮短工期，施工單位要求分配要反映因效率提升帶來的貢獻。

在運行維護階段，裝配式建筑交由消費者使用，物業(yè)公司負責將一系列統(tǒng)一標準的信息數(shù)據(jù)導入運行維護管理系統(tǒng)，在BIM建筑模型的基礎(chǔ)上形成包括設(shè)備信息、監(jiān)控信息、預警信息、視頻監(jiān)控等在內(nèi)的動態(tài)BIM運行維護模型。

政府作為政策制定者，優(yōu)先保障環(huán)境及社會效益的量化分配；信息技術(shù)供應商作為技術(shù)賦能者，強調(diào)在建造過程中通過技術(shù)授權(quán)、數(shù)據(jù)服務(wù)獲取收益，要求利益分配匹配技術(shù)投入。

通過以上分析，基于利益相關(guān)方理論，從影響力角度出發(fā)，界定產(chǎn)業(yè)鏈中的核心利益主體。智能建造背景下裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈圖如圖1所示。

1.3 裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈利益分配滿意度指標分析

裝配式建筑的利益分配涉及眾多參與者，其所得利益是各方共同創(chuàng)造的[16]。利益分配的合理性直接影響著利益相關(guān)方的合作意愿，而將利益分配滿意度指標納人考量體系，可以有效識別當前利益分配中存在的矛盾。

國家和地方層面的政策文件中多次提到與利益分配相關(guān)的條款。本文以相關(guān)政策為依據(jù)，梳理并歸納出利益分配滿意度指標，見表1。

式中， S_i 是集合中包含成員 i 的所有子集； ∣s∣ 是子集 s 的元素個數(shù)； v （s）是子集 s 的效益； v （ Ξ_s/iΛ_， 是子集 s 中除去企業(yè)i后的效益。

2.2 構(gòu)建多目標優(yōu)化Shapely值優(yōu)化的利益分配2.2.1 確定多目標優(yōu)化系數(shù)

IPA 分析法由Martilla[18]于1977年提出，它能夠通過模型直觀地展示期望與實際感知之間的差異，以此確定改進重點。

本研究采用IPA方法，以李克特量表作為評估工具，通過問卷調(diào)查的形式獲取數(shù)據(jù)。問卷內(nèi)容包括兩個部分：（1）受訪者基本信息（表2），包括受訪者的性別、年齡，以及從事與裝配式建筑相關(guān)工作的年限；（2）利益分配指標的評分，即受訪者對利益分配指標的重要性和滿意度的評分，分值范圍設(shè)為1＼～5分。為獲取相關(guān)信息，本研究通過多種途徑向沈陽市政府、施工單位、構(gòu)件生產(chǎn)商、設(shè)計單位及建設(shè)單位等單位的相關(guān)人員發(fā)放問卷，最終共收集有效問卷150份[19]

（1）信度分析。采用Cronbach's α 系數(shù)對有效問卷進行信度檢驗，具體公式如下

2智能建造背景下裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈 利益分配優(yōu)化模型構(gòu)建

依賴傳統(tǒng)的Shapely值法可能無法充分反映各利益相關(guān)發(fā)方的滿意度和重要性需求。因此，本文結(jié)合多目標優(yōu)化方法，利用IPA分析方法的結(jié)果來確定多目標優(yōu)化中的系數(shù)，從而進一步優(yōu)化利益分配方案。

2.1 構(gòu)建Shapely值的利益分配模型

Shapely值法是一種數(shù)學方法，用于評估合作雙方的貢獻和付出，并以此為基礎(chǔ)進行利益分配，在裝配式建筑產(chǎn)業(yè)鏈中，各參與者的利益分配可以通過Shapley值來量化。具體公式如下

式中， k 表示問卷總數(shù)； σ_i² 表示第 i 個題項的方差； σ_t² 表示總分的方差。經(jīng)過對問卷量表進行信度檢驗， α=0.85gt;0.6 ，表明問卷具有良好的信度。

（2）效度分析。對問卷結(jié)果進行KMO和Bar-letts檢驗， KMO=0.82 ，表明問卷效度水平較高。效度檢驗見表3。

（3）基于IPA的重要性與滿意度分析。IPA統(tǒng)計分析見表4。其中，公平性、貢獻與回報匹配度、激勵機制的重要性得分較高，說明受訪者對這些方面比較看重；信息公開程度的滿意度得分較高，說明受訪者對該項的利益分配最為滿意；而貢獻與回報匹配度、風險分擔程度的得分較低，說明利益分配在這些方面還有待提高。

2.2.2 構(gòu)建利益分配優(yōu)化模型

多目標優(yōu)化是一種同時優(yōu)化多個目標的方法，適用于復雜決策問題[20]。本研究基于IPA 分析識別出的改進方向與利益主體訴求，構(gòu)建了多目標優(yōu)化模型，通過函數(shù)設(shè)計實現(xiàn)技術(shù)賦能與分配公平性的協(xié)同。模型包括4個目標函數(shù)：

（1）利益相關(guān)方滿意度目標。該目標呼應IPA分析中的“激勵機制”，旨在通過分配優(yōu)化提升合作穩(wěn)定性。公式如下

式中， x_i 為第 i 個利益相關(guān)方的分配比例； w_i 為第 i 個利益相關(guān)方的可持續(xù)性權(quán)重，反映主體在經(jīng)濟、環(huán)境、社會、產(chǎn)業(yè)鏈4個維度的貢獻； S_i （ x_i ）為可持續(xù)性函數(shù)。

（2）公平性目標。通過最小化利益分配與Shapley值之間的偏差，確保各主體的利益分配與其貢獻度一致，呼應IPA分析中的“公平性”。公式如下

式中， φ_i 為第 χ_i 個利益相關(guān)方的Shapley值，即初始利益分配比例。

（3）貢獻匹配度目標。呼應IPA分析中“貢獻與回報匹配度”，反映各主體的貢獻匹配差值。公式如下

式中， c_i 為第 i 個利益相關(guān)方的經(jīng)濟貢獻，衡量各主體投入產(chǎn)出率，采用成本效益比進行替代。

（4）信息公開程度目標。量化分配透明度對合作意愿的影響，呼應IPA分析中的“信息公開程度”，保障各主體對透明度的訴求。

式中， I_i^′ 、 P_i^′ 是第 i 個利益相關(guān)方標準化后的重要性與滿意度評分。標準化公式如下

約束條件為非負、利益分配比例和為1。本文通過加權(quán)求和法將上述4個目標函數(shù)合并為一個目標函數(shù)，求出最終解。具體公式如下

MaxZ=α₁Z₁+α₂Z₂+α₃Z₃+α₄Z₄

α₁+α₂+α₃+α₄=1

式中，權(quán)重系統(tǒng) α 是根據(jù)IPA矩陣結(jié)果中各指標重要性得分與總指標重要性得分的比值來確定的。

3 案例分析

沈陽市渾南126中學分校裝配式建筑項目是一項由政府主導的公共建筑示范工程。該項目的利益主體涵蓋了建設(shè)單位（1）、施工單位（2）、構(gòu)件生產(chǎn)商（3）及信息技術(shù)供應商（4）。該項目采用智能建造技術(shù)，實現(xiàn)了設(shè)計-生產(chǎn)-施工-運維的全流程協(xié)同，具有典型示范效應。數(shù)據(jù)收集通過企業(yè)成本報表獲得，各利益主體單獨經(jīng)營或合作利益明細表見表5。

3.1 初始利益分配方案

通過應用Shapley值法，計算出每個利益相關(guān)方的利益分配情況。以建設(shè)單位為例，其在初始分配階段可以獲得2290萬元的收益。建設(shè)單位利益分配表見表6。

3.2 改進利益分配方案

計算出各利益主體的初始利益分配比例、可持續(xù)性權(quán)重貢獻系數(shù) w_i 和經(jīng)濟貢獻 c_i 。其他參數(shù)數(shù)據(jù)見表7。

將上述數(shù)據(jù)代人目標函數(shù)及約束條件公式，具體計算如下

利益相關(guān)方滿意度目標

Z₁=4.16X₁+4.02X₂+3.62X₃+3.32X₄

公平性目標

貢獻匹配度目標

信息公開程度目標

約束條件

（單位：萬元）

將上述目標函數(shù)和約束條件代入加權(quán)公式，根據(jù)IPA結(jié)果確定權(quán)重，具體如下

Z=1.134X₁²+1.134X₂²+1.134X₃²+1.134X₄² （2號 +0.3825X₁+0.4374X₂+0.6161X₃-0.4604X₄ （2號 0.278 6） +0.218 6 （17）

通過對上述公式進行求解，可以得到改進后的利益分配比例。利益分配方案比較見表8。

通過分析結(jié)果可知，信息技術(shù)供應商的分配比例從 9.54% 提升至 10.14% ，這一變化反映了其在智能建造過程中的技術(shù)賦能價值被強化。建設(shè)單位分配比例從 56.39% 下降至 50.08% ，盡管有所降低，但其在整體利益分配中仍占據(jù)主導地位，表明建設(shè)單位在分配過程中主動讓渡了一部分利益給其他主體，以此激勵其他主體積極參與產(chǎn)業(yè)鏈合作。在智能建造背景下，施工單位通過采用BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，實現(xiàn)了機械調(diào)度的優(yōu)化，從而獲得了更高的分配比例。構(gòu)件生產(chǎn)商的分配比例從 14.12% 增加到 16.66% 。在施工過程中，構(gòu)件生產(chǎn)商通過云平臺與建設(shè)單位、施工單位實時共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并利用BIM技術(shù)優(yōu)化材料選擇與生產(chǎn)工藝，有效減少了碳排放。因此，在智能建造推進過程中，各利益主體應通過技術(shù)賦能來增強自身的競爭力，從而在利益分配中獲得更高的利益分配比例。這不僅有助于提升各利益主體的參與積極性，還能推動整個產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)語

智能建造及其產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)涵，并揭示了智能建造背景下利益分配的新特征：利益來源多元化和利益主體多樣性。在這一背景下，利益來源不再局限于傳統(tǒng)的設(shè)計、施工和材料供應環(huán)節(jié)，還涵蓋了信息技術(shù)帶來的效率提升、成本降低、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同和環(huán)境效益等多方面價值。同時，信息技術(shù)供應商也逐漸成為產(chǎn)業(yè)鏈中的重要參與者。

通過IPA分析，本文識別出激勵機制、公平性及貢獻與匹配回報是當前利益分配中需要優(yōu)先改進的領(lǐng)域。因此，在政策制定上，應優(yōu)化激勵機制，設(shè)計更具激勵性的條款，確保各參與方的貢獻與回報相匹配；在智慧系統(tǒng)應用上，應加強監(jiān)管，通過透明的溝通與協(xié)商平臺，減少信息不對稱帶來的矛盾。

在此基礎(chǔ)上，本文基于IPA分析結(jié)果，構(gòu)建了多目標優(yōu)化Shapley值模型，以滿意度、公平性等為目標，對利益分配比例進行優(yōu)化。結(jié)果顯示，信息技術(shù)供應商的利益分配比例顯著提升，體現(xiàn)了其在智能建造中的核心價值；傳統(tǒng)利益主體的利益分配比例有所下降，但仍保持核心地位。優(yōu)化后的利益分配比例更加公平合理，能夠有效激勵更多主體參與供應鏈合作。盡管本文在利益分配研究領(lǐng)域取得了一定成果，為該領(lǐng)域提供了新的工具和方法，但在智能建造的動態(tài)環(huán)境中，如何實現(xiàn)利益分配的實時調(diào)整仍是未來研究的重要方向。

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收稿日期：2025-02-05

作者簡介：

張曼怡（通信作者）（1999—），女，研究方向：工程項目管理。郭純兵（1997—），男，博士生，研究方向：工程項目安全管理。

李麗紅（1978一），博士，教授，博士研究生導師，研究方向：建筑經(jīng)濟、工程項目管理。