基于DEMATEL-ISM的低碳建筑发展制约因素

庄 丽, 陈 娜

(青岛理工大学 管理工程学院, 山东 青岛 266520)

2020年3月,清华大学建筑节能研究中心发布的研究报告显示, 目前,我国建筑领域碳排放量每年约20亿t,占到全国总碳排放量的20%左右。如考虑相关建材生产、运输等,将占到全国总排放量的近40%[1],我国建筑能耗强度仍高于各经合组织国家。伴随城市化程度不断提高,每年新增建筑面积约20亿m2,对我国兑现“2060碳中和”目标构成巨大挑战。建筑领域的减碳已经成为我国实现碳达峰、碳中和目标的“关键一环”,对全方位迈向低碳社会,实现高质量发展具有重要意义[2]。低碳建筑能够减少化石能源的使用、提高能效、降低二氧化碳排放量,对实现人、自然与建筑的平衡具有重要作用。低碳建筑在我国的发展进程比较缓慢,虽然目前还存在一些待解决的问题,但是低碳建筑已成为未来建筑业的发展导向。因此,如何正确认识影响低碳建筑发展的相关因素成为低碳建筑在我国不断推广的关键。

低碳建筑作为未来建筑业走可持续发展道路的有效途径之一,近年来成为国内外关注的焦点,研究者针对低碳建筑的现状以及发展提出了不同的观点:高源等[3]研究表明,实现我国建筑行业节能减排的关键在于建筑业发展低碳建筑;Ma[4]等通过应用层次分析法以及DEMATEL法分析得出,推广低碳建筑必须以政府为核心,同时考虑提高公众的低碳意识并加强低碳建筑激励机制; Morgenstern等[5]认为公众对低碳的认识不全面,导致对低碳建筑的态度不明朗;Wu[6]指出低碳建筑的发展路径需要改进施工技术,加强政策支持,对低碳材料和新能源进行充分利用,完善建筑结构,并需借鉴一些发达国家的评价体系,从而建立具有中国特色的低碳评价体系;陈钢等[7]表明经济因素和市场因素是最为关键的一级指标,建筑业对低碳建筑成本的认识存在误区;潘凌翔等[8]认为由于融资问题的存在,使低碳建筑在我国发展速度较慢;谢福泉等[9]认为目前国内对于低碳建筑认可度普遍偏低,资金很难进入低碳建筑的相关产业,需要通过政府层面制定相应的激励及贷款扶持政策,保障低碳建筑发展;谢超[10]通过结构方程模型对实例进行分析,采用路径系数计算得出,政策影响因素是5大影响因素中制约低碳建筑发展的主要因素;冯佩华等[11]指出低碳建筑的市场推广需要加强政府管控,完善及出台相关法律条例及优惠政策,增加监管督查的力度,从源头上增加低碳建筑新生事物的市场竞争力;张晓清等[12]通过ISM模型从能源有效利用、可再生资源有效利用、交通、低碳行为方式、软技术、运营管理等6个方面构建了我国低碳建筑的评价指标体系;姜虹等[13]提出发展低碳建筑应该通过文化理念的回归与进步, 依靠技术跨越式发展和制度约束。

低碳建筑发展制约因素众多且具有较强的关联性,虽然目前的研究成果较为丰富,但已有文献大多为定性分析,定量分析较少。鉴于此,本文通过构建低碳建筑发展制约因素指标,将DEMATEL方法与ISM模型相结合,分析了各制约因素之间的相互关系和作用机理,避免了单一DEMATEL方法对于逻辑关系分析不足和单一ISM方法对于影响程度分析不准确的缺点。文章利用组合模型找出关键性因素,根据分析结果有针对性地提出了具有指导意义的对策建议,为我国低碳建筑发展中制约因素的研究提供一定的参考。

1 识别低碳建筑发展制约因素

主要采用文献研究法、问卷调查法以及专家访谈法进行制约因素识别,制约因素识别主要分为2步,第1步基于文献研究法识别出低碳建筑发展的制约因素,第2步通过专家访谈法和问卷调查法对识别出的制约因素进行修正和简化,最终提炼出社会、市场、经济、技术等4个维度下的16个制约因素,见表1。社会维度主要体现目前国内大环境下对于低碳建筑的支持情况;市场维度主要体现目前各方对于低碳建筑的消费态度;经济维度主要强调经济产出、材料投入及财政支撑;技术维度主要强调低碳建筑技术运用识别。

表1 低碳建筑发展制约因素清单Table 1 List of influencing factors of low-carbon building development

表1(续)

2 模型构建方法

决策试验与评价实验室(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)是为解决现实世界中的复杂问题而提出的方法论。该方法是一种运用图与矩阵工具进行系统要素分析的方法,通过分析系统中各因素之间的逻辑关系与直接影响关系,计算出每个因素对其他因素的影响程度及被影响度,从而计算出每个中心度和原因度,判断要素之间是否存在关系及强弱[14]。解释结构模型(interpretative structural modeling method, ISM)是结构化模型技术的一种,通过对各种子系统(因素、要素)的拆分,得到各因素间的二元关系,由布尔逻辑关系运算,在不损失系统整体功能的前提下,以最简的层次化有向拓扑图的方式呈现出来,可适用于分析宏微观不同层面的问题。基于DEMATEL-ISM的低碳建筑发展制约因素研究流程见图1。

图1 基于DEMATEL-ISM的低碳建筑发展制约因素研究流程Fig.1 Research process of constraints on the development of low-carbon buildings based on DEMATEL-ISM

3 模型的建立

3.1 综合矩阵T的计算

邀请专家和相关建筑行业工作人员进行问卷调查,分别对低碳建筑发展制约因素S1～S16之间的作用关系进行打分。采取0～4评分标准,0、1、2、3、4分别代表无影响、较小影响、一般影响、较大影响和很大影响。共邀请5位专家,发放调查问卷50份,历时23 d,调研对象主要为低碳建筑设计人员、高校科研人员、政府部门及施工单位等,收回有效问卷39份,有效率为78%,其中有效数据中硕士及以上学历人员占比为41.18%,本科学历人员占比为55.88%,房地产开发人员占比为20.59%,科研机构人员占比为23.53%,设计机构人员占比为11.76%,政府部门人员占比为15.88%,施工单位人员占比为5.88%。采用SPSS 22.0对问卷数据进行信度检查,16个制约因素的Cronbach’sα系数为0.919,可见,调查问卷的稳定性和可靠性较高,数据信度较为理想。根据参与调查的人数计算出每个因素对应数据的算术平均值,然后取平均值的整数(4舍5入),尽可能消除专家的主观误差,形成初始矩阵V=[vij]16×16。矩阵V中的元素vij表示Si因素对Sj因素的直接影响程度,一般情况下,vij≠vji,且令vii=0。规范直接影响矩阵,可得规范化直接影响矩阵G[15](G=[gij]16×16),

式中:n表示元素个数;gij是矩阵G中的元素,表示规范化直接影响矩阵中因素Si对Sj的影响程度。计算综合影响矩阵T(T=[Tij]16×16),用于表示因素之间直接影响关系和间接影响关系的综合累加,从而确定每个因素对于低碳建筑发展过程中其他因素的影响大小[16],其计算公式为

T=G(I-G)-1。

式中,I为单位矩阵。求得的综合影响矩阵T见表2。

3.2 计算中心度及原因度

将综合矩阵T采用式(1)进行行相加得到相应因素的影响度fi,采用式(2)进行列相加得到相应因素的被影响度ei,利用式(3)和式(4)将影响度和被影响度相加得到其中心度Mi,相减得到原因度Ni。

(1)

(2)

Mi=fi+ei,i=1,2,…,n,

(3)

Ni=fi-ei,i=1,2,…,n。

(4)

式中:tij表示表2矩阵中的因素的行影响度;tji表示表2矩阵中的因素的列影响度。中心度是评价影响因素本身对复杂系统影响程度的重要指标,原因度是影响因素对其他因素影响程度评价的重要指标,若原因度大于零,则为原因因素,小于零为结果因素[15]。计算结果见表3。

表2 综合影响矩阵TTable 2 Comprehensive influence matrix T

表3 DEMATEL计算结果Table 3 Results of DEMATEL analysis

绘制原因结果图,原因因素位于上方(其中最右侧的S1、S3、S6、S9为关键因素),结果因素位于下方,见图2。

图2 原因结果图Fig.2 Cause and effect diagram

3.3 DEMATEL分析

通过上述DEMATEL法得出的结果,结合图2分析如下:

1) 原因因素中“相关政策法规建设尚未完善(S1)、低碳建筑成本高(S9)、评价标准及体系不明确(S3)”中心度位于前3位,说明这3项因素对于其他因素的影响程度较大,因此政府层面需要加强政策方面的支持来促进低碳建筑的发展。

2) 结果因素中“利益相关方满意程度欠缺(S8)、公众低碳意识较弱(S5)、政府激励补贴政策缺乏(S11)”中心度位于前3位,表明此类因素受其他因素影响程度大。

3) “相关政策法规建设尚未完善(S1)、评价标准及体系不明确(S3)、低碳建筑成本高(S9)”的中心度位于前3位,表明这3项因素对于低碳建筑的发展影响较大。管理模式越合理,政策引导建设越到位,越能促进低碳建筑的发展。同时适当降低低碳建筑的成本对于低碳建筑的发展也具有重要的促进作用。

4) 原因因素中“低碳建筑优秀示范推广底低(S4)”原因度最高,说明了此因素易影响其他因素,结果因素中“政府激励补贴政策缺乏(S11)”原因度最高,说明此因素易受其他因素影响。

3.4 计算可达矩阵

以综合矩阵T为基础,计算系统整体影响矩阵H(H=[hij]16×16),

H=T+I。

通过设定阈值舍去影响程度较小的影响关系,可以简化系统结构,便于系统层次结构的划分,本研究中取阈值λ为0.17,计算出可达矩阵K为

式中:Kij为可达矩阵的因素;hij为整体影响矩阵H中的元素。

3.5 确定层级结构

根据上述计算出的可达矩阵K进一步进行区域划分,确定各影响因素间的影响程度,建立可达集R(Si),表示可达矩阵中Si所对应的行中包含1的元素所对应的列因素的集合,即因素Si到达的因素;前因集Q(Si)表示可达矩阵中Si所对应的列中包含1的元素所对应的行因素的集合,即因素Si可到达的因素;当R(Si)∩Q(Si)=R(Si)时,则取R(Si)为最高层因素,划除已分层的因素后重复此操作,直到影响因素的所有层次划分完成,具体划分见表4。分析可知,低碳建筑发展影响因素分为6个层级,第1层级为(S8、S13、S14、S15、S16),第2层级为(S4、S5、S6),第3层级为(S7、S9、S12),第4层级为(S10、S11),第5层级(S2、S3),第6层(S1)。

表4 低碳建筑发展影响因素层级分解Table 4 Hierarchical decomposition of influencing factors of low-carbon building development

3.6 ISM分析

多级递阶结构如图3所示,从图中可以看出,将低碳建筑发展影响因素划分为6个层级,第1层级的表层为直接因素,途经第2～5层的中间因素到最后的深层根本因素。

图3 多级递阶结构Fig.3 Multi-level hierarchical structure

表层直接因素中“利益相关方满意程度欠缺(S8)、低碳建筑施工难度大(S13)、缺乏专业的技术指导和培训(S14)、企业对新技术掌握不充分(S15)、整体实现与局部操作之间有矛盾(S16)”属直接影响因素。低碳建筑主要采用品质优良、节能环保、功能良好的新型建筑材料,其技术应用尚未成熟,使低碳建筑建设过程中出现了技术难点等问题,延缓了低碳建筑的发展进程。

中间因素中包含了关于“低碳建筑成本高(S9)、评价标准及体系不明确(S3)、低碳市场机制不完善(S7)、管理模式不完善(S2)、低碳消费需求量少(S6)等”众多因素,其中“低碳消费需求量少(S6)”受到较多因素影响,倡导低碳生活方式,加强对于低碳建筑的宣传,提升大众对于低碳建筑的认知度有利于推进低碳建筑的发展进程,其余中间因素导致了直接因素的出现。

根本因素对低碳建筑的发展起到至关重要的作用,“相关政策法规建设尚未完善(S1)”作为根本影响因素,影响了低碳建筑发展的各个层面。

4 建议及对策

1) 建立良好工作机制,加快政策推进落实。“相关政策法规建设尚未完善”为影响低碳建筑发展最根本的因素,政府部门应当建立良好的工作机制,明确责任分工,加强协调配合,完善相关法律法规建设,借鉴国外先进的管理经验和模式,结合我国国情,制定相应的低碳标准。同时,政府需加大监管力度,采用多种形式进行监督和管理,针对低碳建筑问题企业予以惩治,让低碳建筑有法可循。

2) 运用市场手段,提高低碳建筑理念。鼓励低碳技术发明及应用,推广低污染新技术、资源化新技术,倡导低碳生活方式,推动低碳建筑发展。深入开展多种形式的低碳宣传和教育工作,将推广低碳建筑作为未来发展的社会责任。

3) 财政政策支撑,市场平台辅助。低碳建筑本身的高成本、短期经济效益不明显、投资风险高等特性,说明在其发展过程中资金支撑是重点。政府作为推进低碳建筑发展的关键因素,需要出台相应的财政政策和货币政策来支持低碳建筑的发展,可搭建资金支持平台,设置专项资金,进行多方面支持。同时还要借助市场的力量,鼓励银行、保险和社会机构等投资者积极作为,为发展提供金融保障。

4) 推动低碳建筑优秀示范区建设。可在国内部分地区如北京、上海等地,优先建设一批低碳建筑示范工程,对低碳建筑从设计、施工、竣工验收等全过程进行展示,增加大众和企业对于低碳建筑的认识,进而不断扩大示范区范围,推进低碳建筑向前发展。

5 结 论

通过决策试验与评价实验室(DEMATEL)和解释结构模型(ISM)构建的组合模型,对制约我国低碳建筑发展的因素进行了研究。结果表明,“相关政策法规建设尚未完善”是影响低碳建筑发展的根本因素;中间因素中“低碳建筑成本高、低碳市场机制不完善、管理模式不完善、评价标准及体系不明确”重要程度较高;直接因素中“利益相关方满意程度欠缺”对于低碳建筑的发展更为重要。依据模型得出的结论针对关键因素提出了加快政府对低碳建筑政策、法规、资金的推进落实、提高大众和开发企业的低碳建筑理念、运用市场平台辅助、推动低碳建筑优秀示范区建设等建议和对策,为我国低碳建筑的发展提供了一定的参考价值。