基于解釋結構模型的智慧工地發展阻礙因素研究

劉 潔,李國昌

(安徽建筑大學 經濟管理學院，安徽 合肥 230001)

我國建筑行業尚處于粗放式管理模式，浪費現象嚴重。且建筑結構形式和施工工藝日益復雜，對建設工程的精細化、高效化、節約化程度要求進一步提高，而傳統的工程管理理念已經無法滿足這一需求，為了解決上述問題，智慧工地應運而生。目前，國內許多學者對智慧工地的發展及運用進行了相關研究。張先穩[1]等在分析了智慧工地系統集成的基礎上，對施工工地的安全管理提出對策建議。張艷超[2]在智慧工地信息化需求分析的基礎上，列舉智慧工地信息集成應用實例，對智慧工地的建設提出意見。以往的研究對智慧工地的發展起到了一定的推動作用，但未充分揭示影響智慧工地發展的關鍵因素。對此，在梳理智慧工地在我國的發展現狀的基礎上，結合相關文獻資料，羅列了阻礙智慧工地發展的主要因素，采用解釋結構模型分析各因素間的影響機理，并提出針對性建議。

1 智慧工地在我國的發展現狀

目前，智慧工地在我國還是一個較為新穎的工程管理理念，對其研究的起步相較于國外也較晚。但隨著信息化時代的來臨以及我國科學技術的飛速發展，目前全國已有500多個城市開始建設智慧城市，在上海、重慶、安徽等地都有成功的工程實例；根據2018年的統計數據，互聯網上對于“智慧工地”一詞的搜索量以25%的速度逐步上升，智慧工地行業市場規模達99.1億，同比增長24.03%，這些都說明智慧工地在我國近年發展迅速。然而不能忽略的是，智慧工地的發展目前仍存在諸多問題，如智慧工地的應用范圍不夠廣泛、深度也有待加強；相應軟件供應商未能提供符合實際施工管理情況的個性化軟件；多數施工企業僅在直接影響施工效果的環節上運用智慧工地，沒有將智慧工地管理貫穿到整個施工過程中，致使智慧工地的延展性較差，難以真正發揮智慧工地的作用和價值等等。總體來說，智慧工地在我國的發展潛力巨大但任重而道遠。

2 智慧工地發展障礙因素分析

在國內相關學者研究的基礎上，總結概括出影響智慧工地發展的8個因素，且8個因素的排序無主次關系。

2.1 政府的長期推進戰略和機制不完善

智慧工地在我國尚屬于一個比較新穎的管理理念，發展也處于初期階段，在上海、南京、合肥等幾個城市有比較成功的實踐案例，但沒有實現廣泛的推廣應用。張朋偉[3]等認為其中很重要的一個原因就是缺乏政府層面的引導，政府尚未對智慧工地的廣泛應用制定有力的長期推進戰略和機制;丁小虎[4]等認為，政府在智慧工地發展中應明確自身定位，成為其推動者和監管者。由于政府層面的推進戰略未能及時跟上，雖然我國已經分批次設立了多個智慧工地試點城市，但取得的結果并不理想，很大程度上阻礙了智慧工地的發展。

2.2 市場缺乏相關標準規范

智慧工地的發展離不開相應的市場規范和市場服務，但目前我國的建筑行業市場對于智慧工地該如何建立并無統一的規范和標準。丁小虎[4]等認為目前建筑市場缺乏關于智慧工地的通信技術、終端設備、數據接口以及建設方面的標準規范，這使智慧工地的推廣喪失了市場基礎。并且查閱現有的法律條文，沒有相應的法律條文規定對存在問題的智慧工地采取怎樣的處理措施，法律責任不明，這對智慧工地的統一推廣造成阻礙。

2.3 智慧工地運營成本較高

智慧工地基于互聯網、物聯網、云計算、大數據、移動終端等技術手段[5]，它的建立離不開先進的網絡技術手段和電子設備應用，這較傳統施工工地而言無疑增加了工地的運營成本，這也是許多施工企業放棄建立智慧工地管理體系的重要原因之一。故而高昂的建設成本也間接阻礙了智慧工地的發展。

2.4 現階段無有力的網絡體系支撐

智慧工地在施工現場的實際運用部分可以理解為將感應器植入到建筑、機械、人員穿戴設施等各類物體中，在此基礎上形成“物聯網”，再與“互聯網”結合，構建智慧工地網絡體系[6]，所以建立有力的網絡體系是智慧工地建設發展的關鍵。智慧工地網絡體系層次較多，包含遠程監控體系、施工監測體系、作業人員監控體系和環境監控體系[7]等，但由于這一整套網絡體系的建設目前來說需要高昂的成本，很多施工企業無法自主建立全面有效的網絡體系，使智慧工地的推廣受阻。

2.5 從業人員素質有待提高

專業人才缺乏，相關從業人員綜合素質不高是阻礙智慧工地發展的一大因素[3]。查閱有關智慧工地的文獻可以發現，國內學者對于這方面的研究很少且文獻質量參差不齊，這反映出目前國內在智慧工地的理論和實踐方面都缺乏專業人才。這主要是由于我國對于智慧工地的研究和應用起步較晚，行業疏于對相關專業人才的培養和引進，許多管理人員受到傳統管理思想的束縛，對于新事物的接受度不高，對智慧工地了解不夠，這在很大程度上阻礙了智慧工地的廣泛應用。

2.6 施工企業觀念守舊

2017中國建設行業年度峰會上發布的《中國建筑施工行業信息化發展報告(2017)智慧工地應用與發展》報告詳細闡述了智慧工地在中國目前的發展現狀；2017年5月11日，央視新聞對“智慧工地助力安全施工”做了專題報道。由此可以看出智慧工地在我國受到關注的時間較晚。加之我國的建筑施工企業質量參差不齊，行業結構不合理，創新能力不強[8],企業的管理人員多數憑借以往的施工承包經驗對企業和施工過程進行管理且思維較為局限，不愿嘗試新的管理模式，這對智慧工地的推廣造成負面影響。

2.7 相關企業積極性不高

智慧工地管理需要將以往工地現場主要依靠人工監管施工質量以及安全情況轉變為數字化監控，主要依靠信息數據的采集、傳輸、分析、共享等來輔助管理人員對施工過程進行監管。這樣的管理方式轉變對大多數傳統施工企業也是一種挑戰，因此許多企業對于建造智慧工地的意愿不強。其次，許多施工企業缺乏相關技術和實踐經驗，這些都造成了企業在建立智慧工地時存在困難，一定程度上阻礙了智慧工地的普及。

2.8 企業對智慧工地的研究經費投入不足

建筑行業競爭激烈，施工企業處于微利的市場環境中，大多數企業在考慮成本的前提下注重經營管理但忽略技術研發，對科研項目的經費投入、研究內容等都缺少評估，也缺乏相應的專業人才[9]。與發達國家對比，我國施工企業科研能力欠缺，經費投入不足[10]，以致智慧工地在我國缺乏科研基礎，對其未來發展造成阻礙。

3 智慧工地推廣制約因素的解釋結構模型

3.1 研究方法

解釋結構模型的作用是將復雜模糊的結構問題用簡單清晰的結構關系模型表示出來。通過定義系統中元素的相互作用關系，使各個元素間交錯的關系層次化[11]，形成一個多層級的階梯型結構模型[12]。

3.2 影響因素識別

參考相關文獻以及咨詢有關專家學者的意見，總結出影響智慧工地發展的8個因素，如表1所示。并通過訪問三位施工企業負責人和三位高校專家學者，對8個影響因素打分，有相互影響關系的打“1”分，無相互影響關系的打“0”分，以此為基礎構建解釋結構模型。

表1 影響因素表

符號影響因素F1智慧工地發展受阻F2政府長期推進戰略和機制不完善F3市場缺乏相關標準規范F4智慧工地運營成本較高F5現階段無有力的網絡體系支撐

符號影響因素F6從業人員素質有待提高F7施工企業觀念守舊F8相關企業積極性不高F9企業對智慧工地的研究經費投入不足

3.3 建立鄰接矩陣

因素鄰接矩陣反應的是系統間兩要素的關系，與有向圖一一對應。通過建立鄰接矩陣A來表示制約因素間的相互影響關系。鄰接矩陣A=[aij](i,j=1,2…9)，定義aij有如下性質：aij=1(當Fi對Fj有影響時)，aij=0(當Fi對Fj無影響時)。

根據專家打分結果，可得到智慧工地發展阻礙因素鄰接矩陣A。F1表示智慧工地發展受到阻礙，F2～F9表示制約智慧工地發展的8個因素。

3.4 求解可達矩陣

由已得的鄰接矩陣求解可達矩陣，鄰接矩陣為布爾矩陣，按照布爾矩陣運算規則，通過鄰接矩陣的迭代分析建立阻礙因素的可達矩陣，可達矩陣既能反應因素間的直接關系，也能反應因素的間接關系，即多步到達關系[13]。可達矩陣滿足如下條件：

(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3…≠(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1=M，K≤n,

式中，M就是可達矩陣；I是單位矩陣；K是大于1的自然數。經計算可得到如下可達矩陣M：

3.5 基于可達矩陣進行阻礙因素層級劃分

依據可達矩陣M，找到每個要素的可達集和先行集。對M求集合P(Fi)={Fj|aij=1}(表示從阻礙因素Fi出發可到達的所有阻礙因素)，對M求集合Q(Fi)={Fj|aij=1}(表示所有可以到達阻礙因素Fi的因素)。再依據公式P(Fi)∩Q(Fi)=P(Fi)，其中(i=1，2，…，9)如表2所示。求解障礙要素集合Ri，Ri中的要素滿足條件從其他因素可以達到該要素，但從該要素不能到達其他要素[14]，則R1即為頂層要素集合。再將頂層要素集合中的因素從可達集和先行集中刪除，對剩下的因素再重復以上步驟求F2，以此類推。

表2 智慧工地發展各阻礙因素的可達集合和先行集合表

按照上述方法可得到各層級要素集合分別為：

R1={F1},R2={F2,F3,F6},R3={F4,F5,F8},R4={F7,F9}。

3.6 構建解釋結構模型

通過計算，將最終可達矩陣及層次劃分求得結果模型結構化，構建出智慧工地阻礙因素解釋結構模型如圖1所示。

圖1 智慧工地發展阻礙因素的解釋結構模型

4 解釋結構模型結果分析

通過圖1可以看出，阻礙智慧工地發展的影響因素可以劃分為4個層級的階梯型結構模型。模型顯示了影響因素間的層級關系：F1為第一層，F2、F3、F6為第二層，F4、F5、F8為三層，F7、F9為第四層。其中智慧工地發展受阻的直接影響因素是政府的長期推進戰略和機制不完善、市場缺乏相關標準規范和相關企業積極性不高；關鍵因素為運營費用高、現階段無有力網絡支持和施工企業觀念守舊；根源因素為從業人員素質有待提高和企業對智慧工地的研究投入經費不足。

4.1 直接因素

所謂直接影響因素是指對這些因素施加干預可以直接影響智慧工地的發展狀況。根據圖1所示解釋結構，若政府建立完善的長期發展戰略、市場具備健全的標準規范和提高施工企業的積極性都可以直接快速影響智慧工地的推廣進程。并且根據圖1還可看出，這3個影響因素還受到下一層級因素的影響。施工企業管理觀念守舊、思維局限以及現階段無有力網絡體系支撐這兩個因素會對政府推行智慧工地的意愿形成負反饋。其次，許多施工企業并不會在施工全過程中運用智慧工地管理，往往只是在某項施工工藝或施工階段運用智慧工地，這就造成了市場的相對混亂，市場無法針對智慧工地的建立運營制定統一的全過程的標準規范，進而影響到了有關智慧工地的法律責任劃分。

4.2 關鍵因素

所謂關鍵因素是指在解釋結構模型中，這些因素與其他層級間的因素之間關系密切，互相影響。由圖1可知，模型中第三層級的運營費用高、現階段無有力網絡支持和施工企業觀念守舊這3個因素為關鍵因素，即想通過改進這3個因素來對智慧工地發展進程產生影響，需要結合第二層級和第四層級間的各個因素，不能單一作用于一個層級。如許多企業對智慧工地這一新的管理理念重視程度不高，研究經費投入不夠，造成了現有的網絡體系不夠完善無法很好地支撐智慧工地的運作，進而對施工企業建造智慧工地造成障礙；高昂的運營成本也迫使施工企業不得不考慮到成本效益問題；企業管理理念是否與時俱進也很重要，局限的管理思維同樣會影響施工企業建立智慧工地的意愿。

4.3 根源因素

所謂根源因素是指間接作用于智慧工地發展的影響因素，但其不再受其他因素的影響。根據圖1所示，模型中第四層級的從業人員素質有待提高和企業對智慧工地的研究投入經費不足兩個因素為根源因素，且這兩個因素對現階段智慧工地的網絡體系建設產生影響。專業人才的培養工作存在不足，管理人才和技術人才都存在缺口，這對智慧工地的網絡建設造成負面作用。

5 推動智慧工地發展建議

通過構建解釋結構模型對我國智慧工地發展制約因素進行分析可以看出，政府、市場和企業是決定智慧工地未來發展的3個主體，要想切實有效地推動智慧工地在我國平穩迅速的發展，就必須從這三方入手尋求解決辦法。基于此，對如何推動我國智慧工地發展提出以下建議：

5.1 政府層面

對于政府來說，加大對智慧工地的宣傳推廣是必不可少的工作。智慧工地對于我國的許多施工企業來說是一個新穎的管理理念，很多企業管理者對智慧工地的優勢和發展前景并不了解；加上有的企業管理者思維比較保守，難以接受新興事物，因此對建造智慧工地的意愿不強。針對這樣的情況，一方面政府可以通過網絡、電視、報紙、雜志等各種媒體平臺加大對智慧工地的宣傳，使施工企業和建設企業對智慧工地的優勢和未來發展前景加深了解；另一方面，政府可以制定相關的優惠政策，對愿意建造智慧工地的施工企業給予資金方面的補貼或者相關審批手續的簡化輔助。政府還應該加強對智慧工地網絡體系技術研究的支持力度，可以通過政府資助有關的科研機構或者軟件開發公司，鼓勵他們開發出更有力的網絡體系以支持智慧工地的建設。

5.2 市場層面

一個產品如果沒有相應的市場規范對其進行監管和束縛，那么它在市場上的流通則是雜亂無章的，是無法長遠存在于市場之中的。目前市場對智慧工地的建造程序和運營等方面并無具體的標準規范，主要原因還是建造信息化的智慧工地成本高昂。施工企業礙于成本，很少會在全壽命周期運用智慧工地管理，這為市場針對有關智慧工地的方方面面建立標準規范造成阻礙。所以盡可能得降低智慧工地建造成本是解決問題的關鍵，一是要通過技術研究降低智慧工地所需的硬件設備的生產成本，二是要從思想上改變施工企業對于投入成本大小的認識，讓企業管理者明白前期較高的建造成本會為后期項目建設節約許多不必要的損失，最終會大大提高工程項目的效益水平。除此以外，扭轉施工企業的管理觀念也很關鍵，只有企業認識到智慧工地的優勢所在才會主動接受和運用這一管理理念，進而形成市場。

5.3 企業層面

當前施工企業在建造智慧工地時確實存在諸多困難，成本高、網絡硬件設備有缺陷、企業管理者思維局限等都是影響到企業建造智慧工地的主要因素。針對網絡系統不力這一硬件上的短板，一方面需要國家加大對專業技術人才的培養力度，為網絡技術研發做好充足的人才準備；另一方面施工企業自身也應加大對于智慧工地的研究投入，培養適應智慧工地信息化特征的管理人員，從而更充分有效地發揮智慧工地的管理優勢。

6 結語

智慧工地可以實現工程項目的信息化、智能化、可視化管理[2]，提高施工現場人員的協同工作能力，降低施工成本和安全事故發生率，提高施工質量，提升工程項目的最終效益。通過建立解釋結構模型解析了智慧工地發展阻礙因素間的層級關系和影響路徑，并對此提出相關建議，為助力智慧工地未來的發展提供參考。