基于解释结构模型的智慧工地发展阻碍因素研究

2019-04-25李国昌

安徽工程大学学报 2019年6期

刘洁,李国昌

(安徽建筑大学经济管理学院，安徽合肥 230001)

我国建筑行业尚处于粗放式管理模式，浪费现象严重。且建筑结构形式和施工工艺日益复杂，对建设工程的精细化、高效化、节约化程度要求进一步提高，而传统的工程管理理念已经无法满足这一需求，为了解决上述问题，智慧工地应运而生。目前，国内许多学者对智慧工地的发展及运用进行了相关研究。张先稳[1]等在分析了智慧工地系统集成的基础上，对施工工地的安全管理提出对策建议。张艳超[2]在智慧工地信息化需求分析的基础上，列举智慧工地信息集成应用实例，对智慧工地的建设提出意见。以往的研究对智慧工地的发展起到了一定的推动作用，但未充分揭示影响智慧工地发展的关键因素。对此，在梳理智慧工地在我国的发展现状的基础上，结合相关文献资料，罗列了阻碍智慧工地发展的主要因素，采用解释结构模型分析各因素间的影响机理，并提出针对性建议。

1 智慧工地在我国的发展现状

目前，智慧工地在我国还是一个较为新颖的工程管理理念，对其研究的起步相较于国外也较晚。但随着信息化时代的来临以及我国科学技术的飞速发展，目前全国已有500多个城市开始建设智慧城市，在上海、重庆、安徽等地都有成功的工程实例；根据2018年的统计数据，互联网上对于“智慧工地”一词的搜索量以25%的速度逐步上升，智慧工地行业市场规模达99.1亿，同比增长24.03%，这些都说明智慧工地在我国近年发展迅速。然而不能忽略的是，智慧工地的发展目前仍存在诸多问题，如智慧工地的应用范围不够广泛、深度也有待加强；相应软件供应商未能提供符合实际施工管理情况的个性化软件；多数施工企业仅在直接影响施工效果的环节上运用智慧工地，没有将智慧工地管理贯穿到整个施工过程中，致使智慧工地的延展性较差，难以真正发挥智慧工地的作用和价值等等。总体来说，智慧工地在我国的发展潜力巨大但任重而道远。

2 智慧工地发展障碍因素分析

在国内相关学者研究的基础上，总结概括出影响智慧工地发展的8个因素，且8个因素的排序无主次关系。

2.1 政府的长期推进战略和机制不完善

智慧工地在我国尚属于一个比较新颖的管理理念，发展也处于初期阶段，在上海、南京、合肥等几个城市有比较成功的实践案例，但没有实现广泛的推广应用。张朋伟[3]等认为其中很重要的一个原因就是缺乏政府层面的引导，政府尚未对智慧工地的广泛应用制定有力的长期推进战略和机制;丁小虎[4]等认为，政府在智慧工地发展中应明确自身定位，成为其推动者和监管者。由于政府层面的推进战略未能及时跟上，虽然我国已经分批次设立了多个智慧工地试点城市，但取得的结果并不理想，很大程度上阻碍了智慧工地的发展。

2.2 市场缺乏相关标准规范

智慧工地的发展离不开相应的市场规范和市场服务，但目前我国的建筑行业市场对于智慧工地该如何建立并无统一的规范和标准。丁小虎[4]等认为目前建筑市场缺乏关于智慧工地的通信技术、终端设备、数据接口以及建设方面的标准规范，这使智慧工地的推广丧失了市场基础。并且查阅现有的法律条文，没有相应的法律条文规定对存在问题的智慧工地采取怎样的处理措施，法律责任不明，这对智慧工地的统一推广造成阻碍。

2.3 智慧工地运营成本较高

智慧工地基于互联网、物联网、云计算、大数据、移动终端等技术手段[5]，它的建立离不开先进的网络技术手段和电子设备应用，这较传统施工工地而言无疑增加了工地的运营成本，这也是许多施工企业放弃建立智慧工地管理体系的重要原因之一。故而高昂的建设成本也间接阻碍了智慧工地的发展。

2.4 现阶段无有力的网络体系支撑

智慧工地在施工现场的实际运用部分可以理解为将感应器植入到建筑、机械、人员穿戴设施等各类物体中，在此基础上形成“物联网”，再与“互联网”结合，构建智慧工地网络体系[6]，所以建立有力的网络体系是智慧工地建设发展的关键。智慧工地网络体系层次较多，包含远程监控体系、施工监测体系、作业人员监控体系和环境监控体系[7]等，但由于这一整套网络体系的建设目前来说需要高昂的成本，很多施工企业无法自主建立全面有效的网络体系，使智慧工地的推广受阻。

2.5 从业人员素质有待提高

专业人才缺乏，相关从业人员综合素质不高是阻碍智慧工地发展的一大因素[3]。查阅有关智慧工地的文献可以发现，国内学者对于这方面的研究很少且文献质量参差不齐，这反映出目前国内在智慧工地的理论和实践方面都缺乏专业人才。这主要是由于我国对于智慧工地的研究和应用起步较晚，行业疏于对相关专业人才的培养和引进，许多管理人员受到传统管理思想的束缚，对于新事物的接受度不高，对智慧工地了解不够，这在很大程度上阻碍了智慧工地的广泛应用。

2.6 施工企业观念守旧

2017中国建设行业年度峰会上发布的《中国建筑施工行业信息化发展报告(2017)智慧工地应用与发展》报告详细阐述了智慧工地在中国目前的发展现状；2017年5月11日，央视新闻对“智慧工地助力安全施工”做了专题报道。由此可以看出智慧工地在我国受到关注的时间较晚。加之我国的建筑施工企业质量参差不齐，行业结构不合理，创新能力不强[8],企业的管理人员多数凭借以往的施工承包经验对企业和施工过程进行管理且思维较为局限，不愿尝试新的管理模式，这对智慧工地的推广造成负面影响。

2.7 相关企业积极性不高

智慧工地管理需要将以往工地现场主要依靠人工监管施工质量以及安全情况转变为数字化监控，主要依靠信息数据的采集、传输、分析、共享等来辅助管理人员对施工过程进行监管。这样的管理方式转变对大多数传统施工企业也是一种挑战，因此许多企业对于建造智慧工地的意愿不强。其次，许多施工企业缺乏相关技术和实践经验，这些都造成了企业在建立智慧工地时存在困难，一定程度上阻碍了智慧工地的普及。

2.8 企业对智慧工地的研究经费投入不足

建筑行业竞争激烈，施工企业处于微利的市场环境中，大多数企业在考虑成本的前提下注重经营管理但忽略技术研发，对科研项目的经费投入、研究内容等都缺少评估，也缺乏相应的专业人才[9]。与发达国家对比，我国施工企业科研能力欠缺，经费投入不足[10]，以致智慧工地在我国缺乏科研基础，对其未来发展造成阻碍。

3 智慧工地推广制约因素的解释结构模型

3.1 研究方法

解释结构模型的作用是将复杂模糊的结构问题用简单清晰的结构关系模型表示出来。通过定义系统中元素的相互作用关系，使各个元素间交错的关系层次化[11]，形成一个多层级的阶梯型结构模型[12]。

3.2 影响因素识别

参考相关文献以及咨询有关专家学者的意见，总结出影响智慧工地发展的8个因素，如表1所示。并通过访问三位施工企业负责人和三位高校专家学者，对8个影响因素打分，有相互影响关系的打“1”分，无相互影响关系的打“0”分，以此为基础构建解释结构模型。

表1 影响因素表

符号影响因素F1智慧工地发展受阻F2政府长期推进战略和机制不完善F3市场缺乏相关标准规范F4智慧工地运营成本较高F5现阶段无有力的网络体系支撑

符号影响因素F6从业人员素质有待提高F7施工企业观念守旧F8相关企业积极性不高F9企业对智慧工地的研究经费投入不足

3.3 建立邻接矩阵

因素邻接矩阵反应的是系统间两要素的关系，与有向图一一对应。通过建立邻接矩阵A来表示制约因素间的相互影响关系。邻接矩阵A=[aij](i,j=1,2…9)，定义aij有如下性质：aij=1(当Fi对Fj有影响时)，aij=0(当Fi对Fj无影响时)。

根据专家打分结果，可得到智慧工地发展阻碍因素邻接矩阵A。F1表示智慧工地发展受到阻碍，F2～F9表示制约智慧工地发展的8个因素。

3.4 求解可达矩阵

由已得的邻接矩阵求解可达矩阵，邻接矩阵为布尔矩阵，按照布尔矩阵运算规则，通过邻接矩阵的迭代分析建立阻碍因素的可达矩阵，可达矩阵既能反应因素间的直接关系，也能反应因素的间接关系，即多步到达关系[13]。可达矩阵满足如下条件：

(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3…≠(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1=M，K≤n,

式中，M就是可达矩阵；I是单位矩阵；K是大于1的自然数。经计算可得到如下可达矩阵M：

3.5 基于可达矩阵进行阻碍因素层级划分

依据可达矩阵M，找到每个要素的可达集和先行集。对M求集合P(Fi)={Fj|aij=1}(表示从阻碍因素Fi出发可到达的所有阻碍因素)，对M求集合Q(Fi)={Fj|aij=1}(表示所有可以到达阻碍因素Fi的因素)。再依据公式P(Fi)∩Q(Fi)=P(Fi)，其中(i=1，2，…，9)如表2所示。求解障碍要素集合Ri，Ri中的要素满足条件从其他因素可以达到该要素，但从该要素不能到达其他要素[14]，则R1即为顶层要素集合。再将顶层要素集合中的因素从可达集和先行集中删除，对剩下的因素再重复以上步骤求F2，以此类推。

表2 智慧工地发展各阻碍因素的可达集合和先行集合表

按照上述方法可得到各层级要素集合分别为：

R1={F1},R2={F2,F3,F6},R3={F4,F5,F8},R4={F7,F9}。

3.6 构建解释结构模型

通过计算，将最终可达矩阵及层次划分求得结果模型结构化，构建出智慧工地阻碍因素解释结构模型如图1所示。

图1 智慧工地发展阻碍因素的解释结构模型

4 解释结构模型结果分析

通过图1可以看出，阻碍智慧工地发展的影响因素可以划分为4个层级的阶梯型结构模型。模型显示了影响因素间的层级关系：F1为第一层，F2、F3、F6为第二层，F4、F5、F8为三层，F7、F9为第四层。其中智慧工地发展受阻的直接影响因素是政府的长期推进战略和机制不完善、市场缺乏相关标准规范和相关企业积极性不高；关键因素为运营费用高、现阶段无有力网络支持和施工企业观念守旧；根源因素为从业人员素质有待提高和企业对智慧工地的研究投入经费不足。

4.1 直接因素

所谓直接影响因素是指对这些因素施加干预可以直接影响智慧工地的发展状况。根据图1所示解释结构，若政府建立完善的长期发展战略、市场具备健全的标准规范和提高施工企业的积极性都可以直接快速影响智慧工地的推广进程。并且根据图1还可看出，这3个影响因素还受到下一层级因素的影响。施工企业管理观念守旧、思维局限以及现阶段无有力网络体系支撑这两个因素会对政府推行智慧工地的意愿形成负反馈。其次，许多施工企业并不会在施工全过程中运用智慧工地管理，往往只是在某项施工工艺或施工阶段运用智慧工地，这就造成了市场的相对混乱，市场无法针对智慧工地的建立运营制定统一的全过程的标准规范，进而影响到了有关智慧工地的法律责任划分。

4.2 关键因素

所谓关键因素是指在解释结构模型中，这些因素与其他层级间的因素之间关系密切，互相影响。由图1可知，模型中第三层级的运营费用高、现阶段无有力网络支持和施工企业观念守旧这3个因素为关键因素，即想通过改进这3个因素来对智慧工地发展进程产生影响，需要结合第二层级和第四层级间的各个因素，不能单一作用于一个层级。如许多企业对智慧工地这一新的管理理念重视程度不高，研究经费投入不够，造成了现有的网络体系不够完善无法很好地支撑智慧工地的运作，进而对施工企业建造智慧工地造成障碍；高昂的运营成本也迫使施工企业不得不考虑到成本效益问题；企业管理理念是否与时俱进也很重要，局限的管理思维同样会影响施工企业建立智慧工地的意愿。

4.3 根源因素

所谓根源因素是指间接作用于智慧工地发展的影响因素，但其不再受其他因素的影响。根据图1所示，模型中第四层级的从业人员素质有待提高和企业对智慧工地的研究投入经费不足两个因素为根源因素，且这两个因素对现阶段智慧工地的网络体系建设产生影响。专业人才的培养工作存在不足，管理人才和技术人才都存在缺口，这对智慧工地的网络建设造成负面作用。

5 推动智慧工地发展建议

通过构建解释结构模型对我国智慧工地发展制约因素进行分析可以看出，政府、市场和企业是决定智慧工地未来发展的3个主体，要想切实有效地推动智慧工地在我国平稳迅速的发展，就必须从这三方入手寻求解决办法。基于此，对如何推动我国智慧工地发展提出以下建议：

5.1 政府层面

对于政府来说，加大对智慧工地的宣传推广是必不可少的工作。智慧工地对于我国的许多施工企业来说是一个新颖的管理理念，很多企业管理者对智慧工地的优势和发展前景并不了解；加上有的企业管理者思维比较保守，难以接受新兴事物，因此对建造智慧工地的意愿不强。针对这样的情况，一方面政府可以通过网络、电视、报纸、杂志等各种媒体平台加大对智慧工地的宣传，使施工企业和建设企业对智慧工地的优势和未来发展前景加深了解；另一方面，政府可以制定相关的优惠政策，对愿意建造智慧工地的施工企业给予资金方面的补贴或者相关审批手续的简化辅助。政府还应该加强对智慧工地网络体系技术研究的支持力度，可以通过政府资助有关的科研机构或者软件开发公司，鼓励他们开发出更有力的网络体系以支持智慧工地的建设。

5.2 市场层面

一个产品如果没有相应的市场规范对其进行监管和束缚，那么它在市场上的流通则是杂乱无章的，是无法长远存在于市场之中的。目前市场对智慧工地的建造程序和运营等方面并无具体的标准规范，主要原因还是建造信息化的智慧工地成本高昂。施工企业碍于成本，很少会在全寿命周期运用智慧工地管理，这为市场针对有关智慧工地的方方面面建立标准规范造成阻碍。所以尽可能得降低智慧工地建造成本是解决问题的关键，一是要通过技术研究降低智慧工地所需的硬件设备的生产成本，二是要从思想上改变施工企业对于投入成本大小的认识，让企业管理者明白前期较高的建造成本会为后期项目建设节约许多不必要的损失，最终会大大提高工程项目的效益水平。除此以外，扭转施工企业的管理观念也很关键，只有企业认识到智慧工地的优势所在才会主动接受和运用这一管理理念，进而形成市场。

5.3 企业层面

当前施工企业在建造智慧工地时确实存在诸多困难，成本高、网络硬件设备有缺陷、企业管理者思维局限等都是影响到企业建造智慧工地的主要因素。针对网络系统不力这一硬件上的短板，一方面需要国家加大对专业技术人才的培养力度，为网络技术研发做好充足的人才准备；另一方面施工企业自身也应加大对于智慧工地的研究投入，培养适应智慧工地信息化特征的管理人员，从而更充分有效地发挥智慧工地的管理优势。