基于Delphi-ISM-MICMAC的装配式混凝土建筑推广制约因素关联性研究

代红梅， 秦 颖

(北京建筑大学 城市经济与管理学院, 北京 100044)

《建筑业发展“十三五”规划》提出鼓励企业进行工厂化制造、装配化施工，减少建筑垃圾，促进建筑垃圾资源化利用. 预制构件的实施是实现建筑产业化、促进建筑业转型升级的重要措施[1]. 传统现浇建筑高能耗、高污染、低效率、粗放性的经营模式已经不符合我国经济、适用、绿色、美观的建筑方针. 装配式建筑是响应建筑业环保的建造模式，同时也是建筑行业生产方式的变革和产业组织模式的创新. 随着装配式建筑的推进，“产业化思维”在中国建筑行业尤为重要，必将使中国的建筑行业从“数量时代”跨越到“质量时代”. 《“十三五”装配式建筑行动方案》提出：到2020年，全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，其中重点推进地区达到20%以上，积极推进地区达到15%以上，鼓励推进地区达到10%以上. 虽然国家大力推行装配式建筑的实施，但情况并不乐观. 装配式建筑在施工的过程中存在着成本高、难度大的问题，很多建筑企业对此还是持有观望的态度[2]. 那么制约装配式建筑发展的主要因素是什么，本研究在大量文献研究、实地考察及专家访谈等基础上，构建评价指标体系，并通过建立ISM-MICMAC模型(ISM为解释结构模型，MICMAC为交叉影响矩阵相乘法、依赖性- 驱动力分析)，找出关键指标因素以及之间的相互关系，并针对关键因素提出建议，以期对装配式混凝土建筑的发展提供参考.

1 装配式混凝土建筑概念界定及发展现状

装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑，构件装配的主要方法有现场后浇叠合层混凝土、钢筋锚固后浇混凝土连接等；钢筋连接的主要方法有套筒灌浆连接、焊接、机械连接及预留孔洞搭接连接等. 按装配程度可分为全装配式和部分装配式建筑，根据装配率高低评为A、AA、AAA级. 装配率为60%～75%时，评价为A级装配式建筑；装配率为76%～90%时，评价为AA级装配式建筑；装配率为91%以上时，评价为AAA级装配式建筑. 而装配式混凝土结构一般不容易达到AA、AAA级. 装配式混凝土建筑是指主体结构是由工厂生产预制混凝土构件，运输至现场拼接安装而成的建筑，装配式钢结构和木结构不属于装配式混凝土结构.

我国的装配式建筑在20世纪80年代后期突然停滞并很快走向消亡，预制混凝土技术沉寂了30多年之后又重新在我国兴起. 但是，夏琳等[3]指出目前预制混凝土工厂生产线设备制造厂商较多，但国内成熟的能自建预制混凝土的企业很少. 时隔30年的停滞，不管是从技术方法还是人员上来讲都是很匮乏的，技术、人员、管理、工程经验、软件等方面的问题无法在短期内从根本上解决. ZHU等[4]认为在推进预制建筑发展的过程中，预制混凝土企业在发展战略的选择上面临诸多困难，极大地影响了我国预制建筑业的发展. 目前我国装配式建筑的渗透率只能达到10%左右，而西方发达国家的装配式建筑经过几十年甚至上百年的时间，已经发展到了相对成熟、完善的阶段，其装配式建筑的渗透率达70%以上，甚至美国和日本达到90%的渗透率. 根据2019年装配式建筑完成情况来看，新建装配式混凝土建筑面积占新建装配式建筑面积的65.4%，装配式混凝土建筑的推广对整个装配式建筑的装配目标完成是非常重要的.

2 装配式混凝土建筑推广关键因素指标体系构建

2.1 装配式混凝土建筑推广的制约因素

近年来，国内外已有大量学者对装配式混凝土建筑推广受到制约的影响因素进行了相关研究. 戴超辰等[5]认为生产成本较高、施工难度较大、统一标准缺失、相关产业链发展不完善、认可程度低等因素制约了装配式混凝土建筑的推广. ZHANG等[6]采用模糊集理论选择装配式建筑推广所受限的关键因素，其等级顺序为较高的初始成本、缺乏熟练劳动力、缺乏供应链和缺乏政府激励、指令等. 李燕鹏等[7]从8个方面剖析了目前我国预制装配化建筑发展存在的问题，其问题主要有产业基础薄弱、成本较高、政策落实不到位、社会认知程度较低、人力资源素质难以满足需要和质量及安全监管体系缺失等. 桑培东等[8]认为我国装配式建筑现处于起步阶段，普遍存在产业链配套不齐全、施工难度大以及管理装配式项目的专业知识不足等风险因素. SHEN等[9]认为法律的不完善、政策的执行力以及不成熟的市场环境导致装配式混凝土建筑的推广滞后. JAILLON等[10]认为初始成本高、投资回收期长、高成本压力、经济规模效应低这些因素会制约装配式混凝土建筑的推广. 蒋勤俭[11]指出我国的装配式混凝土建筑设计和施工技术研发水平还跟不上社会需求及建筑技术发展的变化. 张斌斌等[12]指出由于我国装配式建筑还处于探索阶段，存在施工难度大、施工效率低等问题，未能充分发挥装配式建筑工业化生产的优势. 申金山等[13]指出当前装配式建筑的成本高于同类现浇结构建筑，阻碍了装配式建筑发展. 刘琼等[14]指出建筑模数不统一、连接方式可靠性欠缺、各种体系不兼容等因素是装配式混凝土建筑目前存在的技术问题. 王秋红等[15]认为装配式混凝土相对于传统现浇混凝土来说成本较高. 赵亮等[16]认为产业链不完整、标准化不完善、成本高、缺少评价体系会制约装配式建筑的推广.

很多专家学者都在关注装配式混凝土建筑推广中遇到的一些制约因素，并对各单个或几个因素进行分析，并没有将这些制约因素筛选出来做系统的关联性分析，本文在已有研究文献的研究基础上，采用ISM-MICMAC模型对这些制约因素之间的关系进行系统分析.

2.2 指标筛选

通过对国内外关于装配式混凝土建筑推广的制约因素文献研究，初步确定装配式混凝土建筑主要制约因素. 在收集整理244篇文献基础上，通过词云分析筛选出词频最高的词项，并去掉重复项及合并意思相近的制约因素项，最终得到22项影响因素，根据类别归为5个一级指标：经济、社会意识和市场、信息与知识管理、政府政策、技术及设计方面(表1).

通过将文献整理得出的主要制约因素形成五度量表，由不同工作单位的74位专家学者，进行打分，专家背景基本情况为：大专及以下人数5人，本科人数36人，研究生及以上人数33人；工作单位为政府单位、建筑房地产相关企业、高等学校研究机构及其他的人数分别为9人、46人、11人及8人；从事装配式相关工作年限为1～4年、5～9年及10年以上的人数分别为22人、16人及36人. 由调查问卷得出74位专家对22个制约因素打分的向量：A1=(4，3，3，5，3，4，2，2，4，4，5，5，4，4，2，4，3，5，4，5，4，3)；A2～A74以此类推.

2.3 确定关键因素

根据Delphi 法，74位专家针对各个影响因子的评价及提取关键因素，步骤如下：

1)基于五度量表赋予分值：不重要=0 ；不太重要=0.2 ；一般=0.4 ；比较重要=0.6 ；很重要=0.8. 由此得到74位专家对装配式混凝土建筑主要制约因素重要性的评价向量为：P1=(0.6，0.4，0.4，0.8，0.4，0.6，0.2，0.2，0.6，0.6，0.8，0.8，0.6，0.6，0.2，0.6，0.4，0.8，0.6，0.8，0.6，0.4)；P2～P74以此类推.

2)各专家之间评价向量一致度模型为：

(1)

式中：θij为专家i与专家j评价向量之间的夹角，cosθij为专家i与专家j评价向量的一致性，cosθij越大表示一致性越高，反之越低.

各个专家与其他专家评价一致度和的均值模型为：

(2)

式中：Si越大表示一致性越高，反之越低.

通过计算各向量之间的一致度及平均一致度：S1=0.920 6；S2=0.880 1;S3=0.899 6等. 其中3名专家与其他专家的评价向量一致度低于80%，因此从74位专家中剔除.

3)由剩余71位专家的评价平均一致度来计算相对一致度，公式为：

(3)

式中：S′i表示各专家相对于其他专家的一致性程度.

再通过专家相对一致度与评价向量的加成，得到各制约因素对目标问题的影响程度，公式为：

(4)

通过计算得M=(0.609 0，0.534 8，0.602 3，0.579 1，0.611 0，0.602 7，0.654 6，0.558 7，0.568 1，0.566 4，0.579 9，0.689 3，0.652 4，0.622 8，0.557 5，0.622 4，0.601 3，0.620 1，0.567 8，0.665 7，0.601 9，0.666 5)；从22个因子中剔除Mj≤0.600 0的8个制约因素，并将剩余因素排序，见表2.

表1 制约因素分类及描述

3 ISM模型构建

目前大多数研究采用层次分析法选择关键制约因素，但不能反映各因素的层级关系且不能由层级关系提出相应对策[17]. 而解释结构模型法(Interpretative Structural Modeling Method，ISM)通过一系列数学上的拓扑运算最终给出一个最精简层次化有向拓扑图，能够把模糊不清的思想转变为直观的具有良好结构的模型，特别适用于变量很多、关系复杂而结构不清晰的系统分析.

3.1 建立自交互矩阵

为了找出这14个关键因素之间的关系，对专家进行访谈调查，根据专家的意见反馈得出装配式混凝土建筑推广制约因素之间的二元关系，得出这些制约因素的自交互矩阵(Structural Self-Interaction Matrix，SSIM). 若列因素对行因素有直接影响，但行因素对列因素无直接影响，则填上W；若列因素对行因素无直接影响，但行因素对列因素有直接影响，则填上X；若列因素与行因素互相直接影响，则填上Y；若列因素对行因素互相无直接影响，则填上Z. 对上述14个关键变量建立自相关矩阵，见表3.

表2 装配式混凝土建筑关键制约因素重要度

表3 装配式混凝土建筑推广制约因素的SSIM

表4 转换规则

3.2 邻接矩阵和可达矩阵的建立

由ISSM矩阵向邻接矩阵转换如表4规则，得到装配式混凝土建筑推广关键制约因素的邻接矩阵A(表5). 计算可达矩阵B(表6)，公式为：

B=(A+I)r=(A+I)r-1≠

(A+I)r-2≠…≠(A+I)

(5)

式中：I为单位矩阵.

3.3 进行制约因素的层级关系分析并建立ISM模型

根据最终的可达矩阵B找出每个因素对应的可达集P和先行集Q，采用原因优先- 结果优先轮换抽取规则的结构解释模型方法确定出各制约因素的层级关系. 通过以上方法构建装配式混凝土建筑推广制约因素层级结构，见表7.

为使模型表达的层级结构更清晰，按层级划分标明因素之间的影响关系. 通过分析可以发现，14个装配式混凝土建筑推广制约因素构成的ISM模型实质上是一个6层级的多级递阶系统，不同层级的各制约因素共同构成了具有一定逻辑关系的因素链，各级因素紧密联系，下层因素直接或间接影响上层因素，所有制约因素都通过不同的路径对项目的实施产生影响. 最后，依据邻接矩阵中各因素间的相互影响关系和各制约因素的层级结构，构建出多级递阶ISM模型(图1)，得到各制约因素之间的内在联系、重要程度等信息.

表5 装配式混凝土建筑推广制约因素的邻接矩阵A

表6 装配式混凝土建筑推广制约因素的可达矩阵B

表7 装配式混凝土建筑推广制约因素层级结构

1)处于模型底层的制约因素有质量、安全监管体系缺失(C14)和标准规范体系不完善(C16)2个制约因素. 处于底层的因素属于系统中的决定性因素，直接或间接对上层因素产生影响，是项目实施过程中应当重点关注的关键制约因素.

2)处于模型顶层的制约因素有初始成本高(C1)、投资回收期长(C3)和结构设计类型单调(C18)3个因素，处于顶层的因素属于系统中的直接影响因素，是进行目标管理和控制的最终目标，通常需要依靠约束底层或中间层因素对其进行控制.

3)处于模型中间层(2～5层)的风险因素共有9个：政策执行力低(C17)、部品部件标准化、集成度低(C20)、依赖传统施工方法(C5)、专业施工队伍缺乏(C6)、设计- 施工分离(C12)、施工难度较大(C22)、配套产业链不完善(C7)、构件运输困难(C13)和设计效率低(C21). 处于ISM模型中间层的一般为系统中间接影响因素，即在模型中起传递作用，将下层的驱动影响传递至上层因素.

4 MICMAC分析

4.1 风险因素MICMAC分类

通过将可达矩阵(表6)转换成MICMAC图(图2)，对这14个制约因素进行分类，MICMAC图有助于评估装配式混凝土建筑制约因素的驱动力和依赖性. 一般来说，一个具有更高依赖性的制约因素说明在消除这个制约因素之前，需要解决其他几个制约因素. 具有更高驱动力的制约因素意味着其消除也解决其他几个制约因素. 按照先前研究者的分类，制约因素被分为4类. 第一类，驱动力和依赖性都很低的变量称为自发变量，它们相对独立，不易受到其他因素的影响，与系统的关联性较小，但对系统可能有很强的作用，在考虑其制约因素时需要进行单独考虑. 第二类，驱动力低但依赖性高的变量称为依赖变量，这类变量通常处于ISM模型最顶层且可以通过控制其他变量来控制. 第三类，驱动力和依赖性都高的变量称为关联变量，此类变量一般处于ISM模型的中间层，起到传递作用. 第四类，驱动力高但依赖性低的变量称为驱动变量，此类变量一般处于ISM模型的底层，因为其驱动力较高，有效控制此类变量能够有效缓解其他变量的直接负面影响.

4.2 ISM-MICMAC结果分析

由以上分析建立ISM-MICMAC分析得到表8，对装配式混凝土建筑制约因素进行依赖性- 驱动力分析得到如下结论：

1)属于自发变量的制约因素有C3(投资回收期长)、C7(配套产业链不完善)、C13(构件运输困难)和C20(部品部件标准化、集成度低)，自发变量的依赖性和驱动力都很弱. 重点关注C20，因为C20具有较强的驱动力和较低的依赖性，说明其受少数因素影响，但对上层的因素影响较大.

2)属于依赖变量的制约因素有C1(初始成本高)、C18(结构设计类型单调)和C21(设计效率低)，属于此象限的变量一般位于ISM模型最顶层，可以通过控制其他驱动变量来加以控制.

表8 ISM-MICMAC分析

3)装配式混凝土建筑推广制约因素中没有第三类关联变量，可以说明其制约装配式混凝土建筑中没有关联因素，主要是依赖性强- 驱动力弱或者驱动力强- 依赖性弱的因素变量.

4)属于驱动变量的是C5(依赖传统施工方法)、C6(专业施工队伍缺乏)、C12(设计- 施工分离)、C14(质量、安全监管体系缺失)、C16(标准规范体系不完善)、C17(政策执行力低)和C22(施工难度较大)，重点关注C14与C17这2个因素，因为其驱动力最高且一般处于ISM模型的最顶层，通过影响其他变量来对目标问题进行控制. 驱动变量中C5、C6、C12、C22具有较高的驱动力和较高的依赖性，一般位于ISM模型中间层级，起到传递作用，将下层影响传递至上层因素.

4.3 建议

根据ISM-MICMAC分析结果可得，装配式混凝土建筑制约因素之间关联很大，各因素处于系统不同层级且影响力也是不同的，为了促进装配式混凝土建筑的推广，从政府层面和企业层面提出如下建议.

4.3.1 政府层面

1)对于监管体系缺乏的问题，政府应该尽快从装配式建筑的设计、生产、运输、施工到验收制定或完善质量、安全监管体系，在整个过程中统一的控制规范和标准，有利于企业在实际过程中有据可依.

2)制定全国范围内装配式混凝土建筑部品部件通用化、标准化的标准体系，且可以将部品部件拆分为最小单位以进行多样化拼接，完善标准规范体系有利于装配式混凝土构件前期批量生产，减少总的生产成本.

3)完善细化国家和各地方政府相继出台的关于推进建筑产业现代化的相关政策，具体落实到细节而不是浮于表面.

4.3.2 企业层面

1)对于投资回收期长及初始成本高的经济问题，装配式混凝土建筑的节能优势主要发挥在后期运营阶段，建设单位应该与承包单位签订后期奖励合同，进行节能效益分成，使装配式混凝土建筑在施工过程中真正做到绿色、健康及环保.

2)对于设计- 施工分离的问题，企业可以采用EPC承发包模式(设计采购施工总承包)进行装配式混凝土建筑建设，避免预制构件施工安装时尺寸大小等有问题，且将整个项目从设计到施工发包给同个承包商能使承包企业避免设计与施工分离所造成的成本浪费.

3)依赖传统施工方法、专业队伍缺乏以及施工难度大是相互影响的，企业应该加强专业人才的培养，培养装配式混凝土建筑拼接安装的专业施工队，克服对传统现浇建筑施工的依赖，减小施工难度.

5 结论

1)本文从制约装配式建筑发展的相关文献出发，采用词云分析技术进行词频统计处理，归纳总结出22个制约影响因素，结合专家意见构建出基于经济、社会意识和市场、信息与知识管理、政府政策、技术及设计方面的多维度装配式混凝土建筑推广制约因素指标体系. 然后采用Delphi法对各项指标进行打分，应用MATLAB计算各指标向量间的一致度进行重要性排序，优选出14项关键影响因素指标.

2)对约简后的指标体系使用ISM模型进行层级分析，找出了影响装配式混凝土建筑推广的直接、间接、根本因素，阐明了装配式混凝土建筑推广制约因素的层次结构，厘清了各制约因素之间存在的相互关系. 模型结果显示初始成本高、投资回收期长和结构设计类型单调是装配式混凝土建筑制约因素中最直接因素，但更深层制约因素是质量、安全监管体系缺失和标准规范体系不完善.

3)ISM模型分析仅能划分制约因素间的层级关系，为更深层次探究指标因素间内在的关联性，结合MICMAC模型分析驱动力和依赖性，将制约因素分为4类变量. 分析发现政策执行力低虽位于ISM的第二层级，但其驱动力强，在系统中直接影响其他多个因素，属于根本因素，需要重点关注.

4)政府应该在监管、制定标准体系以及出台扶持政策上落到实处，从顶层设计上对根本性制约因素进行控制；建筑企业应该发挥主观能动性进行成本管控、增加收益，并持续开展技术创新，推进装配式混凝土建筑的发展. 本文从政府层面及企业层面提出相关建议，以期在政府与建筑企业协同推进下，实现建筑业转型升级的目标.