裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素研究

楊慧迎，陳為公,2,*，高志國

(1.青島理工大學 管理工程學院，青島 266525；2.山東省高校智慧城市建設管理研究中心，青島 266525)

現階段，推動裝配式建筑的可持續發展已成為我國加速建筑業轉型升級的重要舉措。與傳統建筑相比，裝配式建筑具有工期短、資源利用率高、綠色環保等優勢，但因其高空作業多、吊裝操作多等施工工藝的特殊性，在實際工程中暴露出較多安全隱患，對現場人員的生命安全造成嚴重威脅，使得裝配式建筑的優勢不能發揮到極致。裝配式建筑施工系統作為一個開放的復雜系統，系統內外多方因素都會影響到其正常作業，但究其根本，是系統自身的脆弱性導致的。因此，準確地識別脆弱性影響因素，探究其相互作用關系，尋求降低系統脆弱性的有效途徑，對科學地進行裝配式建筑施工安全評價、有效提升其安全水平具有重要意義。

脆弱性起源于自然災害學領域，其用來反映災害發生時對系統產生不利影響的程度[1]。經過諸多專家學者的不斷探索，其概念逐漸從“風險”“損失”的代名詞發展成為研究系統安全的全新視角，成為系統產生風險、發生安全事故及表現出不可靠、不穩定性的本質原因。在隧道[2]、道路交通[3]、油氣管網[4]等基礎設施系統以及綠色建筑[5-6]、PPP項目[7]等領域得到廣泛關注，對于開放、復雜的裝配式建筑系統的研究卻尚未涉及。目前，脆弱性影響因素作為進行脆弱性評估及控制應對的重要基礎，其相關研究已有一定成果。如張蕾等[2]針對隧道施工安全管理問題，采用ISM方法剖析了脆弱性因素間的耦合關系，并構建了脆弱性評價的層級體系；在此基礎上，段曉紅等[3]將脆弱性因素間的耦合關系進一步劃分為3種類型，通過構建N-K模型對體系中各層級脆弱性因素之間的耦合關系進行量化，最終獲得影響道路交通系統脆弱性的關鍵耦合作用方式；尹洪英等[8]通過識別路網脆弱性的相關影響因素并分析因素間的關系，構建了影響路網脆弱性的因素遞階層次模型，提出了降低路網脆弱性的有效建議；李靜茹等[9]在研究復雜的高速公路路段脆弱性影響因素時，采用ISM分析了各因素間的關系，將復雜的路段脆弱性影響因素轉化為良好的層次結構，探索了導致路段脆弱性的深層因素和直接因素；孫劍等[10]運用Delphi法與ISM模型相結合，得到脆弱性影響因素遞階層次結構，為提升城市基礎設施系統脆弱性提出了建議。

目前對于脆弱性影響因素的研究多采用ISM模型構建因素層級結構，該模型簡單實用，取得了一定的效果。但是，部分研究都是從宏觀角度對各因素間的關系進行梳理，未對因素本身的特征及其相互作用機理進行深入分析，導致其對策建議缺乏一定的針對性，實際工程指導性略顯不足。鑒于此，本文將脆弱性概念引入事故多發的裝配式建筑施工系統，通過因子分析等方法定量篩選出裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素，并采用ISM模型分析梳理各因素間關系的內在層次結構，在此基礎上結合MICMAC模型將各脆弱性影響因素進行依賴性和驅動力分析，探究各因素的本質特征及其相互作用機理，以期為更加科學地評估裝配式建筑施工脆弱性奠定基礎，為降低施工系統脆弱性、提升安全水平提供更有針對性的對策建議。

1 脆弱性影響因素識別

脆弱性影響因素的識別是進行因素間相互關系分析的基礎，本文以裝配式建筑施工系統為研究對象，在綜合考慮研究對象特點及方法適用性的基礎上，將識別過程分“兩步走”：一是基于文獻研究并結合專家意見對裝配式建筑施工脆弱性相關的全部影響因素進行初步識別；二是通過問卷調查和因子分析對影響因素進行篩選，提取關鍵影響因素，以保證識別的全面性和準確性。

1.1 確定脆弱性影響因素清單

考慮到裝配式建筑施工工藝的特殊性以及系統脆弱性作為固有屬性存在于施工作業的各個環節，將裝配式建筑施工系統細分為構件生產、構件運輸、現場存放、構件吊運、構件安裝五個子系統。在此基礎上進行相關文獻檢索，由于目前對裝配式建筑施工脆弱性的研究尚未涉及，因此以“裝配式建筑施工風險”“裝配式建筑施工安全”等為關鍵詞在Science Direct，Web of Science，CNKI等數據庫進行檢索，通過對檢索出的142篇相關文獻與本研究主題進行契合分析，篩選出28篇涉及影響因素的文獻，隨后對文獻中涉及的影響因素進行總結，結合實際案例及專家咨詢的方式對因素進行刪減、合并，最終得到裝配式建筑施工脆弱性影響因素初步識別清單，見表1。

表1 裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素清單

1.2 提取關鍵因素

1.2.1 問卷數據搜集

基于表1脆弱性影響因素清單，采用Likert Scale五點量表設計問卷，通過調查對象對問題陳述的回答準確地表明態度，將各因素對裝配式建筑施工脆弱性的影響程度進行量化處理。調查問卷選用線上、線下兩種方式同時進行，方式靈活，可迅速擴大范圍。調查對象以從事裝配式建筑現場施工人員、管理者以及相關研究人員為主，發放城市選取山東省內首批國家裝配式建筑示范城，即濟南、青島、濟寧、濰坊、煙臺五個城市。本次調查共發放問卷500份，收回327份，通過對打分態度不嚴謹、評分結果規律明顯等無效問卷的剔除，共篩選出有效問卷263份，有效回收率為80.43%。

1.2.2 信度、效度檢驗

采用Cronbachα系數進行信度分析，經SPSS 21.0軟件計算得出問卷數據的Cronbachα系數為0.824，問卷具有較高的穩定性和可靠性。通過KMO值和Bartlett球形度進行效度分析，經SPSS 21.0軟件統計分析后顯示KMO值為0.792，介于0.7～0.8之間，指標變量適合進行因子分析，同時，sig為0.000，小于0.01顯著性水平，單位矩陣和相關關系矩陣之間差距顯著，問卷具有良好的效度。因此，本次問卷調查數據可信、有效，適合進一步的因子分析。

1.2.3 因子分析

考慮到各裝配式建筑項目的實際需求不同，其具體施工工藝也會有所差異，因此可總結、提煉出導致各子系統脆弱性的共性因子，探究共性因子間相互作用關系，具體實踐可根據共性因子所包含的具體因素進行更深入的探討。因子分析即是一種從變量群中提取共性因子的統計方法，其本質就是通過少數幾個因子去描述眾多指標或因素之間的聯系，通過把關聯緊密的變量進行歸類處理，將每一類變量命名為幾個不同的公因子，以較少的幾個公因子反映原始變量的大部分信息。通過因子分析，以特征值>1且累計方差貢獻率≥80%為準則確定公因子。結合相關性系數矩陣可得出共有9個公因子的特征值大于1，說明這9個公因子影響力度均超過原有變量，且累計貢獻率為86.98%，表明公因子能夠基本反映原始變量的全部信息。在此基礎上，為進一步明確公因子的實際含義，通過對因子的正交旋轉處理將原解釋方差和方差貢獻率得到更加均勻的分配，縮小了各公因子所含因素的差距，其相關性系數矩陣見表2。根據進一步明確的方差結果提取公因子，并對其進行命名，見表3。

表2 方差解釋

表3 公因子命名及方差解釋

2 ISM模型構建

解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling, ISM)是1974年由WARFIELD教授開發的一種用于系統分析的結構化模型技術。其基本思路就是將復雜的系統分解成若干個系統要素的基礎上，充分利用人們的知識與經驗分析各因素兩兩之間的關系，通過計算機輔助處理，最終將復雜系統轉化為一個多級分階、具有良好結構關系的模型[16]。將其運用在本研究中，可通過層級圖的方式直觀地了解裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素間的因果層次、遞階結構。因此，為了更加清晰直觀地描述系統內脆弱性影響因素間關系，本文借助ISM模型對裝配式建筑施工脆弱性影響因素間關系進行探究。

2.1 脆弱性影響因素相互關系分析

裝配式建筑施工系統是一個開放、動態的復雜系統，其脆弱性不是單一因素作用的結果，而是由多個相互影響、相互關聯的影響因素共同作用導致的，因此，各脆弱性影響因素之間相互關系的確定是構建結構模型的首要前提。邀請6位從事裝配式建筑相關研究的課題組專家組成本次研究的ISM小組，各位專家結合自身經驗對9個關鍵影響因素的相互影響關系進行充分討論，最終得到影響裝配式建筑施工系統脆弱性的關鍵影響因素關聯矩陣，見表4。

表4中，行元素用Fi表示，列元素用Fj表示，各因素間關系則可表示為：O即Fi與Fj互無影響；E即Fi與Fj相互影響；D表示Fi對Fj有影響，反之無影響；A表示Fj對Fi有影響，反之無影響。

表4 裝配式建筑施工系統關鍵影響因素關聯矩陣

2.2 鄰接矩陣建立與可達矩陣計算

將表4關聯矩陣進行量化，用“0”和“1”分別表示各因素間有無關系，即當Fi對因素Fj有影響時，aij=1；當Fi對因素Fj沒有影響時，aij=0，i≠j。經過量化處理，關聯矩陣就轉化為一個9×9的鄰接矩陣A：

可達矩陣是通過描述鄰接矩陣中Fi與Fj是否存在影響，表明各因素間相互作用關系的路徑。將鄰接矩陣A與單位矩陣I9×9相加構成新的矩陣(A+I)，對(A+I)進行若干次布爾運算，直到(A+I)n-1≠(A+I)n=(A+I)n+1。借助MATLAB計算最終得到可達矩陣M：

2.3 可達矩陣分解

在可達矩陣的基礎上，對其進行級間分解，以進一步了解各因素間影響路徑。其基本思路為：首先通過梳理得到各因素的可達集P(Fi)={Fi|aij=1}與先行集Q(Fj)={Fj|aji=1},然后計算兩集合的交集C(Fi)，當C(Fi)=P(Fi)時，表示從其他因素可以到達該因素，即可確定第一層級因素。將第一層級因素從可達集中去除，繼續按照以上方式依次確定第二層級、第三層級等其他層級因素。第一層級因素分析見表5。

表5 第一層級因素分析

裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素經級間分解可得5個層級：第1層級為F1；第2層級為F2，F4，F7；第3層級為F3，F6，F8；第4層級為F5；第5層級為F9。

2.4 多層遞階結構圖

在以上層級劃分的基礎上，將可達矩陣中的關鍵因素按照層級順序重新排列，即可得到可達矩陣的標準形式M′：

標準形式M′中，對角線上的每一個單位矩陣分別對應一個層級。通過標準形式，可清晰地劃分出各影響因素的層級關系及影響路徑。如因素防護措施F2對應的列中值為1的因素均對其產生影響，而對應行中為1的因素F1則被其所影響，同理可得到其他因素間的影響路徑。則可據此繪制出該系統脆弱性影響因素的多層級因素層遞階結構圖，如圖1所示。

根據圖1可將5層關鍵脆弱性影響因素劃分為三組，分別為：頂層因素、中層因素和底層因素。

圖1 脆弱性影響因素遞階結構

頂層因素只包含操作缺陷F1一個因素，是最直觀、最容易被發現的因素，此類因素的出現會直接作用于裝配式建筑施工系統，改變系統脆弱性水平。

中層因素包含第2，3，4層級的因素，是承上啟下的一組因素。此類因素推動直接因素的發展、變化，同時也受到深層因素的影響，但其對裝配式建筑施工系統的影響必須通過直接因素才可發生作用，進而影響系統的脆弱性。根據上文分析可知，頂層和中層因素均來源于施工系統構件、設備、人員、管理等方面，是系統的內部因素，其相互作用共同構成了系統的固有脆弱性。

底層因素相關規章制度F9，是隱性、不容易感知的因素，屬于外界干擾因素。此類因素只有通過直接或間接作用于其他因素才可影響系統的脆弱性，因其隱藏較深常常被忽視，但越是深層、不容易發現的因素越應得到重視。

3 MICMAC分析與對策建議

3.1 MICMAC分析

通過脆弱性影響因素遞階結構圖初步確定了各因素之間的結構層次關系，在宏觀上了解了各影響因素的層次排位，但對于具體實踐意義的指向性略顯微弱，無法提出針對性較強的對策建議，為此應在其基礎上進一步分析，以期提供指向性更明確、針對性更強的應對措施。交叉影響矩陣相乘法(MICMAC)是通過應用矩陣相乘原理分析因素間相互關系的一種方法，其主要思路是通過計算各因素的驅動力值和依賴度，以此為依據繪制驅動力-依賴性分類圖，從而更清晰直觀地了解各因素特征[17]。該方法常用來識別系統中具有高度動力性和高度依賴性的變量，有助于探究各因素本質，進而結合其自身特點提出具有針對性的改進措施。

圖2 影響因素依賴性-驅動力分布

表6 影響因素驅動力值、依賴度計算

經過MICMAC分析可將影響因素分為四類：

Ⅰ自發因素包括協調管理F3、構配件問題F4、專業技術水平F5、溝通配合F6、設備用具問題F7、準備工作F8，位于第一象限。此類因素兼具驅動力和依賴性，但程度均較低，作為關鍵的中間因素，對施工系統各脆弱性因素之間相互影響起到重要的承上啟下的作用。因此，此類因素是裝配式建筑施工系統中應首先進行控制的脆弱性影響因素。尤其是位于一二象限分界線上的協調管理F3和專業技術水平F5應重點關注，因為其驅動力相對較高，率先解決這兩項因素更有助于其他因素的解決。

Ⅱ獨立因素包括相關規章制度F9，位于第二象限。該類因素依賴度較低而驅動力較高，即其能夠影響較多其他因素，而不易受其他因素的影響。因而可將其看作系統脆弱性的“源頭”，較難對其進行間接控制，但若忽視此類因素，則可能導致一系列連環效應，其重要性不容小覷。

Ⅲ聯動因素不包含任何因素，位于第三象限。此類因素具有較高的不穩定性，說明本研究中裝配式建筑施工系統脆弱性的影響因素都處于相對可控的范圍。

Ⅳ依賴因素包括操作缺陷F1和防護措施F2，位于第四象限。此類因素具有較高依賴性，是施工系統脆弱性最直接的影響因素，主要依靠其他因素的解決而逐漸完善。因此，可通過加強對自發因素的控制來解決該類因素。

3.2 對策建議

通過ISM-MICMAC模型分析可知，裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素間存在復雜的相互作用關系，且層次分明，特征清晰，對施工系統脆弱性有著不同程度的影響。因此，結合各因素本質特征，按照不同層級提出如下建議：

1) 斬草除根，深入落實“源頭”問題。相關規章制度、法律法規是降低裝配式建筑施工系統脆弱性的根本，一方面政府應盡快完善裝配式建筑相關政策和規范標準，建立行業標準；另一方面各參與方應重視自身體系的規章制定，嚴格遵守行業標準要求，從根本上約束各方行為。只有政府和社會各參與方共同努力，防止獨立因素產生一系列“蝴蝶效應”，才能降低外界對系統的干擾，提升系統穩定性。

2) 提升管理，著力解決間接因素。影響裝配式建筑施工系統脆弱性的間接因素眾多，關系復雜，應率先提升系統的協調管理水平。針對裝配技術交底不到位等溝通配合不暢以及缺乏各專項預案等準備工作不當的問題，應加強系統內組織機構建設，提升管理人員素質，建立完善的管理體系。同時，更應注重構配件進出場的檢查與保護，設備用具安全檢查，保障硬件設施的正常使用，尤其是加強對防護措施的設置和監督，從而有效降低系統固有脆弱性，提升系統自身抵御能力。

3) 實時監管，持續控制表層因素。操作缺陷是導致裝配式建筑施工脆弱性水平上升的最直接因素，運輸車輛不規范駕駛、臨時固定支撐系統不規范拆除等都將直接導致安全事故的產生。因此，應實時監控操作人員工作狀態，防止出現紕漏。提升現場施工人員的專業技術水平，尤其是專項工藝操作技能，做好崗前培訓教育、資格審查，增強裝配式建筑施工系統的抵抗力。同時做好應急預案，以確保事故發生造成的損失最小化。

4 結論

1) 以裝配式建筑整個施工系統為研究對象，結合問卷調查、因子分析等方法，對35個裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素進行篩選、總結歸類，確定了9個公因子作為關鍵因素。綜合運用ISM-MICMAC模型，根據各因素間相互作用關系，分別得到了裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素的遞階結構模型和驅動力-依賴性分布圖，從宏觀微觀兩個層面較為全面地分析了脆弱性影響因素，填補了現階段裝配式建筑施工系統脆弱性研究的空白。

2) 降低裝配式建筑施工系統的脆弱性，不僅要實時關注施工人員是否存在操作缺陷的直接因素，更應注重解決完善且遵守規章制度的源頭問題。從根本因素抓起，步步為營，全面增強施工系統自身的抵御能力，提升安全水平。

3) 在充分了解裝配式建筑施工系統脆弱性影響因素的層級關系和本質特征的基礎上，提出了有針對性的對策建議，以期能夠降低裝配式建筑施工系統脆弱性和事故發生率，為科學地進行裝配式建筑施工安全評價、有效提升其安全水平奠定基礎。