基于SEM的装配式建筑建造成本影响因素分析

陈 伟， 武亚帅， 邹 松， 李 辉， 童明德

(1. 武汉理工大学 土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430070；2. 武汉市建筑节能办公室， 湖北 武汉 430023)

装配式建筑可节约材料、降低能耗、缩短工期、有效改善施工环境和质量，是有别于当前传统建筑的新型建造模式。装配式建筑在我国发展很快，但其市场占有率不高，阻碍其推广的直接原因是建造成本较高。学者对装配式建筑的成本进行了研究，大多数认为装配式建筑建造成本高是因为预制部件成本高，但是没有学者对预制部件进行系统、深入研究。

有学者通过构结构方程建模型(Structural Equation Model，SEM)，得出装配式建筑发展受五大因素影响，其中成本体系影响最为重要[1]，但没有对成本进一步细分，存在控制因素不明确的局限。有研究表明预制部件生产成本对装配式建筑影响较大[2～4]，其中预制部件生产过程中材料费(占主体部分材料费的89.97%)[5]、前期固定成本[6]是装配式建筑成本增加的重要因素，但未充分考虑预制部件多维作业空间的特性。还有学者认为预制部件运输成本占比大[7,8]，结合预制部件各阶段的物流环节得出通过了解物流成本能达到对总成本的控制[9]，但对各阶段其他影响因素未能全面考虑。Barlow等[10]通过信息技术在住宅工业化施工中全方位的应用，认为信息技术能够大幅降低建造成本。Bortolini等[11]认为BIM模型协同作用能够解决构件调度的复杂问题，Hong等[12]考虑了装配式建筑效益，建立了成本分析框架对实际案例进行了分析并提出对策。已有研究成果没有系统、全面考虑预制部件各作业空间之间的耦合影响，结论难以对装配式建筑建造成本进行有效控制。

鉴于此，本文以预制部件为研究对象，通过构建结构方程模型将信息技术运用与预制部件的三个不同作业维度相结合，系统考虑各阶段相互耦合，最终从整个过程中找到影响装配式建筑建造成本的关键因素，并提出相应对策，对降低装配式建筑成本以及加大其推广有重大意义。

1 研究范围界定及关键因素选取

1.1 范围界定

(1)本文以预制部件为研究对象，以预制部件的整个施工过程来定义建造成本，是较为广义的建造成本，不仅包括预制部件的现场组装施工成本，还包括预制部件的生产、运输阶段的成本。

(2)本文从装配式建筑总承包的视角出发，研究总承包所有装配式建筑项目的建造成本，而非单个装配式建筑的建造成本。

1.2 关键因素的选取

为了科学有效地评价装配式建筑建造成本的影响因素，本文大量研究了目前我国学者在装配式建筑建造成本影响方面的研究，并通过在CNKI检索主题“装配式建筑成本”，出现近五年256篇文献，通过筛选最终确定对其中168篇进行影响因素统计，按照预制部件生产成本、预制部件运输成本、预制部件组装成本以及预制部件应用信息技术四个方面，将主要研究的影响因素进行归纳、整理并绘制因素统计表和因素雷达图，如图1、表1所示。

图1 主要影响因素雷达图

编号影响因素数量占比/%a容错能力低5.95b预制部位选择14.88c专用材料9.52d预制部件标准化50.60e劳动力成本44.64f材料成本53.57g固定成本71.43h预制部件定期检查41.67i仓储及维护52.98j运输车辆选择46.43k路线选择及38.10l装卸及预制部件保护设备46.43m预制部件连接57.74n垂直运输机械65.48o专业操作人员63.10p二次运输57.14qBIM技术39.88r云模型33.33sRFID技术39.29

根据图1中影响因素分布趋势，表明近五年内学者对影响因素d～s研究较多，说明这些因素对装配式成本的影响尤为关键；在表1中进一步对文献中影响因素的数量进行梳理，分析出各因素占比，明显看出d～s因素在文献研究中占30%以上，但a～c因素占比在15%以下，此数据为构建指标提供科学依据。同时，通过现场调研以及对有经验承包商访谈最终按照预制部件生产、运输、现场组装三个阶段以及预制部件应用的信息技术四类，建立影响装配式建筑建造成本因素，如表2所示。

表2 影响装配式建筑施工成本因素

2 结构方程模型及数据分析

2.1 结构方程模型

结构方程模型(SEM)作为一种多元统计技术，能够同时处理多个原因、多个结果的关系，容许变量存在测量误差，并且能够测量整体模型的拟合程度。考虑到影响成本的因素可能会有复杂的交互关系，所以选取结构方程模型作为工具进行研究。本文结构方程模型的观念架构如图2所示。

图2 装配式建筑施工成本影响因素

根据荣泰生的《AMOS与研究方法》[13]一书，应对模型中的每条路径作出假设。本文根据国内装配式建筑预制部件整个建造过程的实际情况提出以下假设：

H1：预制部件应用信息技术投入成本越高，越能控制预制部件运输成本，越能控制预制部件生产成本，越能控制预制部件现场组装成本，越能有效控制装配式建筑建造成本；

H2：预制部件生产成本投入越多，控制运输成本越有效，控制预制部件组装成本越有效；

H3：预制部件运输成本越高，装配式建筑建造成本就越高；

到了南门外，四处扫了一圈，没见到沈侯。正在给他发短信，一辆车停到了颜晓晨面前，车窗滑下，沈侯坐在驾驶座上，对她招手，“上车。”颜晓晨呆看着他。

H4：预制部件生产成本越高，装配式建筑建造成本就越高；

H5：预制部件组装成本越高，装配式建筑建造成本就越高。

2.2 数据来源

通过实地调研、访谈和文献阅读，将表1中选取的影响装配式建筑建造成本的因素作为结构方程模型建立的基础。通过对建立的模型设计问卷调查，采用李克特五级量表法对各因素影响程度进行打分，其中“1”表示没有影响，“5”表示影响特别大，从“1”到“5”影响程度逐级递增。

根据构建的结构方程模型设计问卷调查，并通过邮件形式向国内大型装配式建筑企业的专家、高校科研工作者以及装配式建筑从业人员发放问卷调查，共同完成问卷调查工作。为确保问卷的科学性、适用性，此次调查涵盖了不同单位、企业、高校以及不同教育背景、年龄段的装配式建筑相关人员。此次调查问卷共发放了220份，有效回收187份，有效回收率达85%。具体情况如表3所示。

表3 调查对象情况分布

2.3 信效度分析

利用SPSS 22.0对调查的数据进行信效度分析，问卷的信度系数Cronbach’s α为0.832，测量条款设计良好，信度较高；KMO值为0.858，较适合做因子分析，巴特莱特球体检验为0.000，统计量显著，各个指标相关性强。所有19个测量指标可会聚为4个特征值大于1的有效因子，说明变量测量项目之间具有较好的会聚有效性。研究同时将项目的总体相关系数CITC>0.3作为Cronbach’s α信度检验补充。经检验，项目总体相关系数即所测各项与总体的相关系数CITC在0.363～0.530之间，都大于0.3，全部通过信度检验。说明问卷整体信度较好，具有较高的可靠性和一致性。四个潜在变量的Cronbach’s α信度系数均大于0.6，在可接受范围内。

3 结构方程模型分析

3.1 结构方程模型验证

以预制部件为对象，对装配式建筑建造成本的影响因素进行分析可知，在影响因素潜变量内部有相互关联影响。本文建立结构方程模型，采用AMOS 22.0软件进行运算，对各个变量之间的关系进行模拟验证，得到验证性因子分析的标准化模型，如图3所示。模型拟合中各个值均在可接受范围内，说明装配式建筑施工成本影响因素的潜在变量相互之间有关联，且整体的结构方程拟合较好，契合度高，说明模型整体建立科学合理。

图3 验证性因子分析标准化模型

参数估计如表4(表中“***”表示显著性水平p<0.05)所示，通过潜变量参数估计值来验证假设。

表4 潜变量的参数估计

根据一阶验证性因素分析结果可知，四个潜变量之间相互关联性较强，重新构建的二阶验证性因素分析模型对四个潜变量与装配式建筑成本之间的关联性进行分析，把调查数据带入新构建的二阶模型并进行分析，通过分析各个检验指标值的大小，来确定模型的拟合度，结果如图4、表5所示。

图4 结构模型的标准化估计值

统计检验χ2/dfRMSEAGFIAGFIPGFI适配标准(1,3)<0.08>0.9>0.9>0.5检验结果1.8260.0720.9210.9050.601

3.2 模型结果分析

根据表5中模型的拟合结果以及整体潜变量参数估计中各指标都满足p<0.001的显著性检验，表明各项假设均成立。通过图3，4的结果对整体进行具体行分析如下：

(1)预制部件生产、运输、组装以及应用信息技术对装配式建筑的建造成本的影响程度分别为0.64，0.76，0.62，0.84，均超过0.5，表明影响较为显著，所以要严格控制四个维度的成本投入来降低装配式建筑建造成本，尤其通过适度增加信息技术应用和预制部件生产阶段成本的投入来间接降低建造成本；

(2)预制部件的生产成本对预制部件的运输以及现场装配成本的影响程度分别为0.62，0.74，呈显著正相关，说明预制部件生产成本对运输、现场组装成本影响较大，如预制部件定期检查的密度较大，则投入较多，运输和现场组装过程中预制部件因生产阶段原因造成破坏的概率就会降低，建造成本也会降低。要识别生产阶段中能够降低运输、组装成本的因素，对其适当加大成本投入，生产阶段其他方面要严格控制成本，形成对预制部件生产阶段成本投入分别控制的思想，从直接和间接两方面控制装配式建筑的建造成本；

(3)预制部件应用的信息技术对预制部件的生产、运输、现场组装成本的影响程度分别为0.58，0.84，0.89，表明影响显著，尤其是对预制部件的运输和现场组装的影响，所以要加大预制部件运输和组装阶段的信息化技术运用，降低合格预制部件在运输和组装阶段的损坏率，同时通过信息化管理控制预制部件在各个作业空间的合理调度。

对各阶段结果分析如下：

(1)预制部件运输阶段，预制部件厂址和路线的选择及优化对预制部件运输成本影响较大，分别为0.89，0.71，因为运输预制部件体量较大，运距较远，城市对运输的要求较高，所以应充分考虑预制部件厂址的选择和每一个项目中预制部件运送的路线；

(2)预制部件生产阶段，预制部件标准化程度、机械使用成本对其影响较大，分别为0.86和0.76，目前装配式建筑在我国发展快速，但存在标准不统一等问题，要加快预制部件标准制定，形成国标文件，充分利用预制部件的规模效应来降低固定投入成本；

(3)预制部件现场组装阶段吊装机械和专业操作人员对成本影响较大，因为装配式建筑需要吊装的预制部件多且难度大，同时对操作人员的技术要求较高，控制这两个关键因素能够大幅度降低预制部件组装成本；

(4)结构方程模型的结果表明各个信息技术都十分重要。装配式建筑是模块化建造方式，同时BIM、RFID等技术能够对模块进行设计、优化和监控，所以前沿的信息技术能够充分应用于装配式建筑，降低其成本。要加大信息硬件设施投入，加强与信息技术研发部门的合作，充分反映信息技术需求和现实存在问题，以便于对技术、设施更新。

4 结 论

本文运用结构方程模型考虑预制部件三个作业空间的不同维度以及信息化技术运用间的相互关联、耦合，经过系统分析得出如下结论：

(1)基于结构方程模型的装配式建筑建造成本分析，表明预制部件的信息技术运用和运输对装配式建筑建造成本影响最大，预制部件生产及组装相对较小；

(2)模型中因子分子系统反映预制部件各阶段关联，预制部件生产成本对运输、组装成本呈正向影响以及信息技术运用对三个阶段有显著影响。

(3)模型标准化路径系数表明预制部件厂的选址、路线的选择及优化、预制部件标准化程度、机械使用成本、吊装机械和专业操作人员是最终直接影响装配式建筑建造成本的关键因素。

研究基于已掌握专业知识进行路径影响假设，但模型需投入到实践中进一步验证，所以在以后研究中将深入一线现场进一步调研，运用大数据对模型进行完善。