西宁市装配式构件市场预测研究

孙 洋 龚志起

(青海大学土木工程学院 西宁 810016)

0 引言

装配式构件的供给市场与需求市场达到供需平衡是装配式产业链的理想状态。装配式建筑具有能够缩短工期、降低能耗、提高构件质量和产生较少的建筑垃圾等众多优点,在全面推进生态文明建设、加快推进新型城镇化的进程中,装配式建筑的发展意义重大。发展装配式建筑是住房和城乡建设行业落实绿色高质量发展要求的重要举措之一,各地在发展装配式建筑过程中,要以高品质、高质量为发展目标,要以提质增效为核心,要通过发展新型建造方式,促进建筑业的转型升级。

据研究统计,2021年全国新开工装配式建筑面积达7.4×108m2,较2020年增长18%,我国装配式产业发展飞速。以西宁市为例,2017年青海省政府印发了《关于推进装配式建筑发展的实施意见》,提出了全省的装配式产业工作目标,提出优先推广在西宁市、海东市为装配式建筑产业,以装配式混凝土结构、钢结构建筑为主。过去5a中,西宁市累计新开工装配式建筑面积达1.556×106m2,仅2019年新开工装配式建筑面积占新开工建筑面积的7.27%[1],取得了一定的成果。但由于青海省装配式建筑仍处于起步阶段,相较东部地区,在装配式建筑推进的过程仍显较慢,青海省地区装配式产业极度缺乏。

在国家政策的大力推进下,各地积极响应国家政策的同时,也存在没有科学合理地对装配式构件市场需求进行规划,一些地区甚至出现了供不应求或产能过剩、资源浪费等情况,严重影响装配式产业的发展。科学预测装配式构件需求量对于西宁市在未来合理布局和调控装配式构件厂规模意义重大,因此,建立合理的预制建筑构件需求量预测模型尤为重要,是有效推进装配式产业发展的基础。

目前国内关于装配式构件需求的研究较少,相关研究方法有时间序列法、灰色预测法、多元回归预测法、BP神经网络算法[2-5],每种方法都有各自的适用的条件和应用范围。有学者根据行业经验指导和历史数据推演相结合进行预测分析,建立经验公式和对已有的公式进行预测[6-7],该方法能够对具体区域的建筑总量进行分析。而经验公式法具有理论基础不强、可靠性差等缺点,因此,引入其他算法进行适当的组合模拟可以进一步弥补其不足,提高模型预测精度[8]。

以西宁市为例,采用经验公式和灰色预测结合方法对装配式构件需求进行预测,对经验公式自变量原始数据进行转换调整,对转换后的数据进行灰色预测,然后基于经验公式计算进而得到最终预测数据,为政府部门制定相关政策提供数据参考。

1 模型构建

1.1 经验公式预测装配式构件需求

1.2 灰色预测模型GM(1,1)

灰色预测GM(1,1)模型结果的表达具有单调性,适合处理非负单调光滑数据,且需数据较少,预测精度较高。但对于具有振荡性的无序数据时,其预测结果不好,有学者引入加速变化和缓冲算子对原始序列进行优化,使预测结果更加精确[9-10]。因此,在GM(1,1)模型的基础上,将原始序列进行加速变换和加权平均处理,再对得到序列建立GM(1,1)模型进行预测[11]。具体步骤如下:

(1)设随机序列:

X=(x(1),x(2),x(3),…,x(n))

(1)

设M=max{x(k)1k=1,2,3…,n},m=min{x(k)1k=1,2,3,…,n},T=M-m为随机序列X的最大振幅

(2)设x(k)d1=x(k)+(k-1)T,k=1,2,…,n,为加速平移变换调整,即:

x(k)D1={x(1)d1,…,x(2)d1,…,x(k)d1}

(2)

x(k)D2={x(1)d2,…,x(2)d2,…,x(k)d2}

(3)

调整后序列x(k)d2为单调增序列;

(4)设调整后序列x(k)为:

Y0={y(0)(1),y(0)(2),…,y(0)(n)}

(4)

建立GM(1,1)微分方程模型计算。一次累加成序列为:

Y(1)={y(1)(1),y(1)(2),…,y(1)(n)}

(5)

Y(1)为Y(0)的1-AOG序列

(6)

其中参数a,b由最小二乘法确定

a=(BTB)-1BTYn

(7)

(8)

则微分方程的响应函数为:

(9)

递减得:

(10)

还原得:

(11)

其中{x1(0)(k)}={x1(0)(1),x1(0)(2),…x1(0)(n)}一次还原值

进一步还原得

x2(0)(k+1)=x1(0)(k+1)-kT, k=2,3,…,n

(12)

其中{x2(0)(k)}={x2(0)(1),x2(0)(2),…x2(0)(n)}二次还原值,最终得到预测数据。

2 结果对比及实例分析

2.1 西宁市的房地产发展规模

近10a来房地产开发产业发展飞速,西宁市房地产市场目前出现库存过多问题。在2018年西宁市房地产调控收紧以及去库存化达到顶峰,2018年后全市房屋施工面积增速逐步放缓,以解决库存过多为主要目的[12]。根据2016—2021年西宁市统计年鉴数据,近期西宁市的房地产发展情况如表1所示。由表可知西宁市近期新开工建筑面积的原始数据是一个振荡数列,对数据转换后进行灰色预测分析。

表1 近期西宁市的房地产发展情况

2.2 数据处理分析

运用灰色预测法对新开工建筑面积进行预测,由于2018年数据较于往年偏差较大,造成预测误差增大,故剔除该数据。由表1数据可知,设西宁市年新开工建筑面积的原始数据为:

X(0)(k)={642.29,551.57,556.40,520.42,502.21},转换后数据为:

X′(k)={642.29,666.97,723.50,777.79,834.74},得到白化方程为:

(13)

将原始数据直接建立GM(1,1)模型,和变换后GM(1,1)模型计算结果对比,如表2所示。

表2 西宁年新开工建筑面积的实际与预测对比

通过对比发现,变换后的GM(1,1)模型残差与相对误差及平均相对误差都比对原始数据直接建立GM(1,1)模型明显较小,预测精度显著提升。为进一步验证模型的精度,通过进行后验差检验分析可知:

¯x=553.66、S1=53.28、¯σ=4.26、S2=5.07,C=0.10,由于S0=0.6745s1=35.94,|σ(0)(k)-σ(0)|={4.26,0.15,8.69,2.38,1.88},P=P{εi

表3 2022—2026年西宁市新开工建筑面积预测

2.3 参数分析

2017年,青海省政府印发了《关于推进装配式建筑发展的实施意见》,提出“十三五”期间全省新建装配式建筑占同期新开工建筑的占比达到10%以上的工作目标,提出以西宁市、海东市为装配式建筑重点推进区域。并结合西宁市的装配式建筑实际情况,对装配式建筑占比进行预测。混凝土占比系数,根据一般建筑的混凝土建筑用量[13],多层砌体住宅:0.30～0.33m3/m2;多层框架结构:0.33～0.35m3/m2;高层(11—18层)住宅:0.35～0.36m3/m2,西宁市装配式建筑混凝土占比取均值0.34m3/m2。预测西宁市未来各项指标如表4所示。

表4 西宁市装配式建筑占比和混凝土占比预测

其中《装配式建筑评价标准》指出,主体结构竖向构件的装配式占比≥35%,装配式建筑按装配率占比划分三个等级,装配率在60%～75%之间,评价等级为A;装配率在76%～90%之间,评价等级为AA;装配率在91%及以上,评价等级为AAA。整体装配式建筑装配率≥50%,则西宁市未来5a装配率按50%考虑。

2.4 预测西宁市装配式构件未来需求量

综上所述,通过经验公式法预测西宁市装配式构件需求量,结果如表5所示。

表5 西宁市2022—2026年装配式构件需求量预测

3 讨论与结语

(1)研究得到2022—2026年西宁市装配式构件需求量分别为1.22×105m3、1148×105m3、1.79×105m3、2.20×105m3、2.73×105m3。根据预测结果可知,西宁市装配式构件需求在未来五年逐步增长且涨幅逐年上升,从2022年西宁市装配式构件需求量为1.22×105m3,到2026年需求量达到2.73×105m3。其中,随着装配式建筑的产业政策及钢结构、木结构住宅的大力推广,将对目前的装配式建筑应用比例及装配率等经验参数有极大影响,将直接影响装配式构件供需关系,对装配式建筑行业影响巨大。

(2)研究表明:目前西宁市还未有装配式混凝土构件厂,仅靠周边城市供应远远不足以支撑装配式建筑发展需求,科学合理地规划西宁市装配式构件厂布局需进一步深入研究。

(3)鉴于研究阶段数据获取有限,基于经验公式进行数据预测,并借助灰色预测法对其自变量进行预测,以弥补经验公式存在的可靠性不足问题。由于自变量年新开工建筑面积历史数据具有振荡性,则将原始数据进行加速变换和加权平均处理,使其成为单调递增数据及光滑性提升,然后用转换后的数据建立GM(1,1)模型,通过与原始数据计算结果作对比来证明精确性显著提升,且预测结果也符合历史数据的规律,可见预测结果具有较高的准确性。通过政策及数据分析,确定经验公式参数,进而预测装配式构件的需求量。