基于ISM-ANP的鄭州市裝配式建筑發展制約因素分析

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

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

裝配式建筑是指將組成建筑的各個部品、構件在工廠預制加工完成，再運送至施工現場進行起吊、安裝、連接而形成的建筑物。目前，我國建筑業以傳統現澆施工為主，這種粗放式生產方式的弊端日益凸顯，難以適應時代的發展要求。對傳統施工方式進行轉型升級，推廣應用高效質優、節能減排、綠色環保的裝配式建筑，以實現可持續發展，是未來建筑業發展的必經之路。近幾年，國家開始大力推廣裝配式建筑，鄭州市作為國家中部地區重要的中心城市，其裝配式建筑的發展為中原城市群起到十分重要的示范作用。

二戰后，裝配式建筑開始發展起來，國外學者的相關研究也起步較早。Alistair通過研究美國裝配式建筑案例，發現在推廣前期預制工廠的建造、部品構配件專業化運輸以及存儲方面需要投入大量的精力和成本[1]。Lara通過分析預制構件在中國香港裝配式住宅中的應用，從成本、政策、技術等角度提出中國香港裝配式住宅項目的影響因素[2]。Colin Davidson認為任何技術變革都會對建筑過程中的組織產生影響，必須有與該地區政治、社會和經濟環境相適應的配套和系統的組織，才能實現技術與組織的結合，并推動住宅產業化的發展[3]。Imad Dawood為政府和決策者提供制定關于住宅產業戰略及規劃的科學方法，提出了建立決策支持系統(DSS)模型[4]。我國學者的相關研究在近幾年也開始大量涌現。李麗紅等通過對裝配整體式與現澆建筑工程技術指標的成本差異的分析研究，認為高成本是阻礙裝配式建筑工程快速發展的瓶頸[5]。李朔通過模糊綜合評價法從技術、材料、生產、政策四個方面對沈陽市裝配式建筑質量管理影響因素進行綜合權重棑序[6]。張璐通過研究安徽省新型建筑工業化裝配式建筑，發現政府相關補貼和信貸政策不健全、預制部品構配件設計標準和產品生產目錄的缺失阻礙了其快速發展[7]。楊仕文等人運用博弈論方法對構建裝配式混凝土建筑產業結構模型分析發現，產業鏈存在PC構件生產和裝配式建筑產品銷售兩個關鍵節點，政府對產業鏈的干預有驅動作用[8]。李可柏等人通過DEMATEL模型對制約沈陽市裝配式建筑發展的9個因素進行分析，確定各因素之間的關系及重要性[9]。史玉芬等人對我國裝配式建筑發展進行了SWOT分析，并提出了相關對策[10]。

國外對裝配式建筑的研究要早于我國幾十年，在技術層面和實施層面都積累了豐富的經驗。而我國裝配式建筑還處于發展初期，對裝配式建筑發展制約因素的研究大多停留在定性分析的階段，缺乏定量數據支撐，帶有一定的主觀色彩。此外，我國地域廣闊，各地區自然環境和社會經濟狀況差異較大，應考慮這些因素對裝配式建筑發展的影響。本文在總結裝配式建筑發展制約因素的基礎上，結合鄭州市自身特點，通過ISM-ANP方法進行定性、定量分析，探討制約鄭州市裝配式建筑發展的主要因素，為推進裝配式建筑又好又快發展提供有益參考。

1 鄭州市裝配式建筑發展制約因素識別

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、科學性、針對性的原則，通過查閱大量前人研究資料，并對相關專家和學者進行咨詢，識別出4個方面共22個鄭州市裝配式建筑發展制約因素，分別為：(1)經濟方面，科研經費投入不足F1、企業建設融資困難F2、前期準備投入大F3、預制構件費用高F4；(2)技術方面，技術基礎研究不夠F5、相關技術引進不足F6、專業人才短缺F7、創新能力和動力不足F8、新技術轉化和應用不到位F9、部品構件配套化和集成化程度低F10、模數協調和技術標準體系不完善F11、參與者間的協同作業程度低F12；(3)政策方面，沒有形成有效的激勵體制F13、質量認證和監管機制不健全F14、管理體制不配套F15、缺乏強制性標準和技術法規F16、政府推進產業發展機制有待改進F17；(4)市場方面，沒有形成完整產業鏈F18、缺乏行業龍頭企業F19、消費者認知和認同度低F20、企業轉型意愿低F21、市場拓展難度大F22。

為了進一步對篩選出的制約因素進行確認，以22個制約因素的重要性為基礎，向裝配式建筑相關從業人員進行問卷調查。問卷設計采用5分量表，通過現場及網絡填寫，問卷共計發放225份，收回203份，其中無效樣本25份，最終回收有效樣本178份。將有效樣本導入到SPSS軟件中進行分析。描述性統計各因素均值大于3，標準差小于1，調查問卷集中度較高。對樣本數據進行信度分析，α系數為0.948，信度非常高。對樣本數據進行檢驗，KMO值為0.935>0.5，Bartlett檢驗的近似卡方為3 311.839，自由度(df)為231，對應的概率值P=0<0.01，適合做因子分析。對樣本數據進行因子分析，根據解釋的總方差表得到前4個因子的特征值合計大于1，累積方差貢獻率為76.195 % > 60 %，按照公因子個數確定的原則，將前4個因子作為公因子，能充分表達原始變量的大部分信息，鄭州市裝配式建筑發展制約因素可以歸納為經濟、技術、政策和市場等四個方面。

2 鄭州市裝配式建筑發展制約因素ISM模型構建

ISM模型是美國J.N.Warfield教授于1973年為分析復雜的社會經濟有關的問題而提出的模型[11]。通過構建解釋結構模型，將一個結構較為復雜的系統進行拆分，分解為從屬于復雜系統的若干個子系統，再分析若干個子系統元素之間的關聯程度，最終將系統構建成一個多層級、遞階型的結構模型。

2.1 確定鄰接矩陣

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

根據以上節確定的22個鄭州市裝配式建筑發展制約因素，通過咨詢相關專家對各因素的相關性進行分析，建立了制約因素的鄰接矩陣A如下：

2.2 計算可達矩陣

可達矩陣是通過矩陣形式來反映有向圖各個節點之間通過一定的連通路徑實現到達的程度，表示要素間的間接影響關系，由鄰接矩陣A的邏輯運算得到，其方法是：利用布爾代數法則(A+I)k=I+A+A2+A3+…+Ak，其中I為單位矩陣，求得可達矩陣M=(A+I)r+1=(A+I)r≠(A+I)r-1≠…≠(A+I)2≠(A+I)1，其中r為無回路條件下的最大傳遞次數。利用Matlab軟件計算得到可達矩陣M如下：

2.3 劃分因素級別及構建層次結構圖

在可達矩陣M中，R(Si)為第i行中所有元素為1的列對應的要素集合，即為一組可達集元素；A(Sj)為第j列中所有元素為1的行對應的要素集合，即為一組先行集元素。當滿足R(Si)IA(Si)=R(Si)，則R(Si)是同屬一級的較高層級的要素集，從M中去除該要素后得到新矩陣M1，對M1重復相同的計算操作，以此類推，劃分出所有要素對應的層級。經計算，L1={F10，F11，F18，F22}，L2={F2，F3，F4，F5，F6，F7，F9，F12，F19，F20，F21}，L3={F1，F13，F14，F15，F16}，L4={F17}，L5={F8}。

根據上述因素級別的劃分結果，繪制鄭州市裝配式建筑發展制約因素的ISM模型如圖1所示。

圖1 鄭州市裝配式建筑發展制約因素的ISM模型

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

3 鄭州市裝配式建筑發展制約因素ANP模型分析

ANP 模型是一種可用于分析非獨立遞階層次結構的決策方法，能較好分析元素集內部的依存關系與元素集之間的外部傳遞性，并深入指標影響度的量化過程[12]。上節通過解釋結構模型法定性分析出了鄭州市裝配式建筑發展制約因素間的多重反饋關系，但無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生改變對系統作用效果明顯，因此，本節借助網絡分析法將復雜的決策問題從定性分析轉化為定量計算，以確定各表層直接因素對鄭州市裝配式建筑發展的制約程度。本節采用Super Decision(SD)軟件進行相關計算。

3.1 構造ANP模型

ANP模型將系統結構分為控制層和網絡層?？刂茖又兄挥心繕?，即鄭州市裝配式建筑發展表層直接制約因素。網絡層中包含四個元素組，分別是模數協調和技術標準體系不完善A1、部品構件配套化和集成化程度低A2、沒有形成完整產業鏈A3和市場拓展難度大A4，各元素組內又分別包含各自所屬元素。元素組間相互影響，元素組內的元素互相作用。將各因素指標素及其關系輸入SD軟件中，構造出ANP模型如圖2所示。

圖2 鄭州市裝配式建筑發展表層直接制約因素的ANP模型

3.2 構建并計算超矩陣

ANP控制層中有元素A1，A2，……，Am，控制層下的網絡層中有元素組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)為準則，以Bj中的元素bjl(l = 1，2，……，nj)為次準則，按照Bi中元素對bjl影響力的大小比較間接優勢度，構造判斷矩陣。利用特征根法對判斷矩陣求解，并進行一致性檢驗，最終得到排序向量Fij。Fij的列向量為Bi中元素bi1，bi2，……，bini對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。本文對鄭州市裝配式建筑發展表層直接制約因素采用“1～9標度法”構造判斷矩陣，通過咨詢相關專家對制約因素進行兩兩比較打分，并將數據輸入SD軟件進行計算，得到模型的未加權超矩陣Fs：

3.3 制約因素重要性排序

對超矩陣求解結果即為各個元素指標相對于問題目標的最終權重。一級因素指標從A1到A4分別為0.314、0.245、0.198、0.243。二級因素指標從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。分析結果表明，模數協調和技術標準體系不完善、部品構件配套化和集成化程度低、市場拓展難度大和沒有形成完整產業鏈等四個一級因素均對鄭州市裝配式建筑的發展有明顯制約性，二級因素中專業人才短缺、新技術轉化和應用不到位、技術基礎研究不夠、預制構件費用高和相關技術引進不足等五個因素的權重均大于0.1，制約性較為明顯，此外，缺乏行業龍頭企業、消費者認知和認同度低、前期準備投入大、參與者間的協同作業程度低、企業轉型意愿低以及企業建設融資困難等幾個因素也對鄭州市裝配式建筑的發展有不同程度的制約性。

4 結論

本文運用解釋結構模型法將識別出的22個鄭州市裝配式建筑發展制約因素劃分為五級，從表層、中間層和深層三個方面進行分析。根據ISM模型所確定因素關系，運用網絡分析法計算其中15個表層直接因素的重要度權重，確定關鍵制約因素。本文通過定性和定量分析相結合，對鄭州市裝配式建筑發展制約因素進行了系統討論，對制約因素間的關系及重要性有了進一步的了解。目前，國家大力發展裝配式建筑已經成為熱點話題，鄭州市的裝配式建筑發展還處于初期探索階段，未來還有很長的路要走。在后續研究中，還需對制約因素進行更為深入和詳細的研究，針對各方面制約因素提出有效可行的解決措施，并結合實際工程對理論成果的合理性和適用性進行實踐驗證和修正完善，以期為裝配式建筑在鄭州市乃至全國范圍的推廣發揮更好的參考作用。