基于AISM的建筑产业化制约因素研究

王敬东，张 茗

(1.中铁一局集团市政环保工程有限公司,甘肃 兰州 730050; 2.中国铁路兰州局集团公司,甘肃 兰州 730030)

0 引言

在21世纪,建筑业的发展对我国持续性经济发展、提高城镇化、保证进城务工人员就业率起着重大影响作用。但同时资源利用率低、环境污染严重、劳动力老龄化、建造工期长等压力也在围绕着传统建筑市场,故推进建筑产业化成为了建筑业势不可挡的发展趋势。建筑产业化是指构建一条完整的资源更优化的建筑生产方式,从标准化设计、工业化生产构建到装配式建筑施工和信息化管理等。而在建筑产业化中,最为主要的部分即为装配式建筑[1]。装配式建筑在施工时保证了建筑全过程的质量、进度、成本三大可控,真正地做到节水、节能、节时、节材、节地的五节环保。但近年来,从我国建筑产业化的发展趋势和市场占有率来看,由于受到多方制约因素影响,我国建筑产业化相较于发达国家相对落后[2]。在此背景下,我国众多研究人员亦对建筑产业化、装配式建筑发展作了众多研究。

钱坤[3]对装配式结构体系的发展与建筑工业化进行了研究,梅彬[4]对装配式建筑发展的制约因素进行了研究,范云翠[5]基于PEST分析法对装配式建筑发展的制约因素进行了研究,边晶梅[6]基于主成分分析法对装配式建筑发展制约因素进行了研究。这些研究取得了一定成果,但对于制约因素间的相互关系与层级关系没有更系统的诠释,故相关研究应继续广泛的开展下去。

本文基于文献分析法筛选选取因素,结合专家咨询结果建立关系矩阵,采用AISM对抗解释结构模型对建筑产业化各制约因素进行对抗层级分析,得出各制约因素间的相互关系和层级关系。

1 主要影响因素识别

为了保证论文数据的科学性与学术性,本文在大量阅读研究相关文献后,采用文献研究法识别建筑产业化(装配式建筑)发展制约因素。以CNKI作为文献查找的数据库,检索主题“装配式建筑发展因素”“建筑产业化发展路径”,初步检索到81条结果,为保证文献的科学性与学术性,再次筛选并确定出25篇进行制约因素统计,按照市场因素、技术因素、成本因素、政策因素及人才因素五个方面,结合专家调查法将主要的研究影响因素进行归纳、整理并绘制因素统计表和因素雷达图,如表1,图1所示。

表1 装配式建筑的主要制约因素

2 建筑产业化(发展)制约因素AISM建模

解释结构模型法(Interpretative Structural Modelling Method,简称ISM),是系统工程中结构模型化技术的一种,可对层面、相互关系模糊复杂的因素进行有效分析,得到直观的,具有良好结构关系的模型。而本文采用的核心方法是2020年黄炜在解释结构模型法(ISM)与博弈解释结构模型法(GISM)的基础上,融入了博弈论中的博弈对抗思想(Adversarial)的对抗解释结构模型法AISM。AISM的核心是在ISM层级抽取的基础上,加入与ISM结果优先原则相反的原因优先原则,建立两组相对立的有向拓扑图,即对抗层级拓扑图。通过结果优先(优要素)与原因优先(劣要素)层级抽取的方式所得的对抗层级拓扑图,可将各因素制约程度进行层级划分,确定各制约因素间的关联关系和层次结构。

AISM应用有两类判别:第一类是对系统中因素的优劣好坏进行比较排序应用;第二类是对系统中因素的因果、可达逻辑排序应用。而本文是对装配式建筑的制约因素进行研究,故应用第二类方法。据此,对抗解释结构模型(AISM)的基本建模过程如下所示,A为专家评价结果的关系矩阵;I为单位矩阵;B为相乘矩阵;R为可达矩阵;S为骨架矩阵。

2.1 建立关系矩阵

在确定对建筑产业化制约的18个因素后,根据AISM原理组建评价专家小组,邀请装配式建筑相关研究学者、项目建设方、项目施工方、监理方负责人等65位专家,使用德尔菲法采用李克特五级量表进行专家咨询打分,对18个因素进行两两比较评价,通过5次集中反馈,得出结论,确定出建筑产业化的制约因素的相互关系,建立18行×18列的关系矩阵A,评价方式如式(1)所示,得到关系矩阵如式(2)所示。

(1)

(2)

2.2 建立可达矩阵

可达矩阵用矩阵形式来描述系统中各元素可达到的路径程度,描述各元素之间的相对位置的关系[7]。布尔方阵即关系矩阵A加上单位矩阵I得相乘矩阵B(式(3)),再通过布尔矩阵规则连续自乘直至得式(4),其中R为所建立的可达矩阵R(式(5))。

B=A+I

(3)

BK-1≠BK=BK+1=R

(4)

(5)

2.3 对抗层级抽取

对于布尔方阵,有可达集合R(Si),先行集合Q(Si),共同集合T(Si),三者关系为T(Si)=R(Si)∩Q(Si)。在原始关系矩阵A中,对于其要素Si:

Si的可达集合记作R(Si),即要素对应行值为1的所有要素;Si的先行集合记作Q(Si),即要素对应列值为1的所有要素;Si的共同集合记作T(Si),即R(Si)∩Q(Si)。

由于T(Si),R(Si),Q(Si)只能表示要素之间的相互关系而无层级关系,故进行对抗层级抽取确定要素层级,抽取过程如表2所示,抽取结果如表3所示。

1)UP型层级图:以结果优先,T(Si)=R(Si)为划分抽取规则的层级图。将每次抽取出的元素按由上而下的顺序放置,每抽出一层,删除后继续抽取,直至所有元素抽取完毕。

2)DOWN型层级图:以原因优先,T(Si)=Q(Si)为划分抽取规则的层级图。将每次抽取出的元素按由下而上的顺序放置,每抽出一层,删除后继续抽取,直至所有元素抽取完毕。

表2 对抗层级抽取过程

对抗层级抽取结果如表3所示。

表3 对抗层级抽取结果

2.4 建立一般性骨架矩阵

关系矩阵A只有唯一可达矩阵R,但可达矩阵R对应的关系矩阵A有许多。而对实现可达矩阵R且具有最小二元关系个数的邻阶矩阵称为R的骨架矩阵S,其特点是矩阵具有最少的有向边,具体操作如下所示:

第一步,对可达矩阵R进行缩减处理,得到缩减矩阵R′。

第二步,将缩减矩阵R′有回路系统中的越级二元关系删除,得到进一步简化的新矩阵R″。

第三步,去除R″中自身的二元关系,即去除单位矩阵。

骨架矩阵S如式(6)所示:

(6)

2.5 对抗层级拓扑图绘制

根据对抗层级抽取结果,可用有向线段在拓扑图中直观、清晰的表示建筑产业化制约因素之间的相互关系和层级关系。在拓扑图中,按各因素制约程度将层级划分为三层、分别是:根源层,间接层和直接层因素。层数越下则表示因素制约性越大,具有根源性,层数越上则代表因素制约性越小,具有直接性,对抗层级拓扑如图2,图3所示。

3 结果分析

3.1 AISM影响因素层级分析

由图2,图3的UP和DOWN型的有向拓扑层次图分析可知系统中的建筑产业化制约因素共分为4层结构,其中S13行业政策法规不完善、S14激励政策体系不完善、S15缺乏健全的管理体制、S16标准规范体系不完善四种因素属于根源性制约因素,是目前我国建筑产业化发展道路上首先要解决的问题,且对我国建筑产业化后续发展起着长远影响。间接层制约因素为S8缺乏,此因素对于根源性、直接层制约因素起着承上启下的作用,是不可忽视的一个因素。S6部品部件标准化、集成度低、S5模数体系不协调、S1缺乏市场、S2公众认知有偏差、S3配套产业链不完善、S4企业转型意愿不足、S7信息技术BIM应用不足、S10生产投入大、S9缺乏技术引进、S11科研投入不足、S12运输成本过高、S17缺乏专业人才培养、S18专业施工队伍缺乏为直接制约因素,对建筑产业化起着直接影响。

3.2 影响因素间关系分析

从根源性制约因素、间接性制约因素、直接性制约因素中分析可发现,我国建筑产业化发展道路上首先要进行改善的是政策方面,如对行业政策法规、激励政策体系、管理体制、标准规范体系进行制定和改善,之后需对装配式建筑的安装标准和质量验收标准进行科学严格的制定,从而对余下因素产生正面影响,促进建筑产业化。

4 结论

2020年9月4日住房和城乡建设部等9部联合印发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》[8],2022年《国家及各地区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[9]中明确提出大力发展装配式建筑,但我国对建筑产业化制约因素缺乏一定研究。本文通过文献分析、专家打分、AISM对抗解释结构模型等方法得出建筑产业化制约因素的DOWN型和UP型有向拓扑层级图,再据此对建筑产业化制约因素进行相互关系和层级关系的分析,明确制约的根源因素、直接因素、间接因素,可更好有序的促进建筑产业化。本文采用的AISM模型虽相较于ISM模型可展示逆向抽选层级图,更具说服力,但仍属定性分析范畴,在以后的研究还有很大的进步空间。