裝配式建筑成本影響因素的識別及ISM-MICMAC分析*

楊敏婕 周玨巧 楊靜 陳藝婕

(西南石油大學工程學院，四川 南充 637000)

0 引言

目前，裝配式建筑在我國的發展正處于瓶頸階段，造價偏高一直是阻礙其發展的主要因素。裝配式建筑的成本問題成為近年來學術界的研究熱點。潘雨紅等[1]通過對全國裝配式建筑項目的調研發現，在任何一種建造結構體系中，不同預制率下的裝配式建筑成本均高于傳統現澆建筑體系。王廣明等[2]指出，裝配式項目管理經驗缺乏、構件生產規模小、市場化競爭不夠、設計生產和施工脫節等是影響裝配式混凝土建造成本的主要因素。李麗紅等[3]認為，PC構件的生產、運輸和安裝是造成裝配式建筑成本偏高的主要因素。

盡管關于裝配式建筑成本的研究較多，但成本影響因素指標體系仍不完善，缺少關于各因素間的傳遞關系和作用機理的探討。基于此，本文基于裝配式建筑增量成本和波特鉆石模型，對成本影響因素展開識別，構建成本影響因素指標體系。基于ISM(Interpretive Structural Modelling)模型對各因素進行層級結構梳理，采用MICMAC(Matrices Impacts Croises-Multiplication Appliance Classement)法揭示各因素間的相互作用機理。

1 裝配式建筑成本影響因素識別與篩選

1.1 增量成本分析

增量成本即裝配式建筑相比傳統現澆建筑而增加的成本。李麗紅等[3-5]通過對比裝配式建筑與傳統現澆建筑，探求裝配式建筑成本高的原因。參考相關文獻，對裝配式建筑各建設階段的主要增量成本進行總結分析，見表1。

表1 裝配式建筑各建設階段主要增量成本分析表

1.2 成本影響因素識別

1.2.1 基于增量成本的成本影響因素識別

根據裝配式建筑在各建設階段的增量成本，識別影響增量成本的因素，如圖1所示。需要說明的是，圖1中的每種增量成本可能受多種因素的交叉影響。為簡化問題，本文僅選取與其密切相關的某個因素進行討論。

圖1 基于增量成本的裝配式建筑成本影響因素識別

(1)設計階段。由于構件拆分、深化設計和專項設計等需求，裝配式建筑的設計工作量更大，成本也更高，構件拆分與深化設計的成熟程度、BIM技術應用水平等均影響設計成本。

(2)生產階段。可根據預制構件生產費的分項費用識別成本影響因素。例如，在措施費中，預制構件的模具成本普遍高于傳統的建筑模板，模具初期投入成本較高，提高模具周轉次數可以降低模具攤銷成本，減少措施費；在制作費中，由于預制構件精細化要求高，為保證高精度制作，預制構件生產廠需要投入更多的成本，如生產不同類型的構件試樣進行試驗選樣、培養專業的生產技術工人、引進先進的生產線等；在稅金中，由于預制構件是建筑產品，應按國家規定繳納增值稅，因此國家相關政策也會對稅金產生一定影響。

(3)運輸階段。合理的運輸方案既可以縮短運輸時間、提高運輸效率，也可以節約人工費、燃油費、過路費等費用；較高的運輸管理水平可以提高運輸車輛使用壽命，減少維修保養成本。

(4)施工階段。由于大部分構件的生產已轉移至工廠，裝配式施工現場主要進行構件吊裝和拼縫處理工作，吊裝方案合理性、構件安裝精度成為該階段的主要成本影響因素。

裝配式建筑的建設是一個高度集成的過程，涉及多個利益相關方，需要企業、行業以及國家相關部門協同配合，這就使得僅通過各建設階段的增量成本識別成本影響因素不夠系統。例如，標準和規范的完善程度影響裝配式建筑的設計、生產、運輸和施工成本；專業的人才隊伍可以提高信息技術應用水平、精細化程度以及綜合管理水平等，進而達到降本增效的目的。因此，有必要從其他方面進一步探索成本影響因素。

1.2.2 基于波特鉆石模型的成本影響因素識別

造價偏高一直是阻礙裝配式建筑產業發展的核心問題，對成本影響因素的識別可以以鉆石模型中的要素為突破點，從生產要素、需求條件、政策與機會、同業競爭、相關產業5個方面進行識別，如圖2所示。

圖2 裝配式建筑成本影響因素鉆石模型

(1)生產要素。生產要素包括人力、資本和設施等基礎要素。受我國目前裝配式建造經驗不足、裝配式建造和管理專業人才缺乏、信息化技術水平不高、各專業間的集成化水平不高等因素影響，裝配式建造優勢未得到充分發揮，建造成本居高不下。

(2)需求條件。目前，裝配式建筑在我國的普及程度不夠高，加之規范標準不完善、建設管理經驗缺乏等因素使得利益相關方接受程度不夠高，接受裝配式建筑的企業常常難以把控裝配率和預制率指標，若裝配率偏低，則達不到裝配式建筑的裝配要求；若裝配率偏高，則因生產預制構件所產生的成本增加。

(3)政策與機會。為推廣裝配式建筑，我國出臺了相關鼓勵政策，如建筑面積豁免、給予稅收優惠、開通綠色通道等，為裝配式建筑的發展提供了政策保障。目前，我國裝配式建筑正處于快速發展期，已有政策不能完全滿足裝配式建筑大力發展的需求，相關政策、規范和標準仍需進一步完善和修訂，欠發展地區對裝配式建筑的重視程度仍不足。

(4)同業競爭。現階段，裝配式建筑的最大競爭產業是傳統現澆建筑。目前雖在大力完善預制構件通用化和模數化的設計方法，但由于長期受傳統現澆建造思維模式的影響，建筑的多樣化和個性化水平仍有待提高。

(5)相關產業。第三方物流運輸專業化程度不高，構件運輸質量和效率得不到保證，導致運輸成本偏高。上下游資源供應不足，預制構件廠生產規模不大、市場化競爭力不強，導致預制構件成本偏高。

1.2.3 成本影響因素指標體系

由以上論述可知，裝配式建筑成本影響因素體現在多個方面，各因素間的關系也較為繁雜。為了簡化問題，本文采用因子分析法對成本影響因素進行進一步整理。因子分析數學模型如下

X=AZ+ξ

(1)

式中，Z代表用于解釋影響原始變量的共同因素，即因子向量；ξ表示影響原始變量但又不能由Z解釋的特殊因素，即殘差向量；A是初始因子載荷矩陣；X為原始變量向量。

對圖1和圖2中所識別出的成本影響因素進行整理，可以獲得22個裝配式成本影響因素(“國家和行業政策”與“政府扶持政策”、“BIM技術應用水平”與“信息化技術應用水平”意思相近，合并為同一個因素，分別為“相關政策”和“信息化技術應用水平”)，邀請各參建單位的技術和管理人員、高校研究人員、政府相關部門工作人員等參與問卷調查。調查問卷采用5級李克特量表的形式，各成本影響因素的重要程度用1～5分進行評價，成本因素最重要的為5分，最不重要的為1分。基于因子分析法對調查數據進行整理分析，最終確定七大類公共因子。根據各分類下的因素特點，分別命名為設計類因素、生產類因素、運輸類因素、施工類因素、技術化水平類因素、供應與需求類因素和政策規范類因素，見表2。

表2 裝配式建筑成本影響因素指標體系

(續)

2 成本影響因素的層級結構分析

ISM模型用于分析復雜的系統結構問題[13]，通過建立系統各要素之間關系的結構矩陣，分析各要素間的遞階關系和影響路徑，揭示系統中復雜要素的關聯性和傳遞性機理。

2.1 構建鄰接矩陣

A=[aij]，aij為1，代表因素Xi對Xj有影響；aij為0，代表因素Xi對Xj無影響。矩陣如下

(2)

2.2 計算可達矩陣

當A滿足式(3)時，M為矩陣A的可達矩陣

(A+I)1≠(A+I)2≠…≠(A+I)k-1=(A+I)k=M

(3)

式中，k為正整數。

(4)

2.3 層級要素劃分

根據M和式(5)～式(7)求出先行集A(Si)、可達集R(Si)、交集R(Si)∩A(Si)以及可以到達Si的全部因素的集合Q(Si)，然后找出R(Si)=Q(Si)的元素，即為ISM模型的第一層；將M去掉第一層元素所在的行和列，繼續尋找第二層所包含的元素。依此類推，可以得到各層級要素。本文只列出部分成本影響因素的可達集合、先行集合、交集和層級，見表4。

R(Si)={Sj|Sj∈S,Sij=1}

(5)

A(Sj)={Si|Si∈S,Sij=1}

(6)

Q(Si)={Si|Si∈S,R(Si)∩A(Si)=R(Si)}

(7)

2.4 層級結構分析

根據層級劃分和可達矩陣M，可以繪制出裝配式建筑成本影響因素的層級結構，如圖3所示。

表3 裝配式建筑成本影響因素層級結構

圖3 裝配式建筑成本影響因素層級結構

裝配式建筑成本影響因素的層級分析如下：

(1)底層(第8層)因素有1個，為相關政策(G2)因素。該因素對其他因素產生直接或間接影響，是根本影響因素。例如，政府通過出臺相關政策，提高社會對該建筑的認知和接受程度，促進行業積極完善相關標準和規范，推動預制構件生產形成規模化效應，提高上下游供應水平等。

(2)中間層(第2～7層)因素有17個，屬于間接影響因素。例如，構件拆分與深化設計的成熟程度(A1)和設計的標準化程度(A2)屬于設計因素類，準確的設計受專業人員技術水平、專業集成化水平和信息化技術應用水平等因素的影響，可以避免生產和施工過程中出現返工，提高構件在后期的可生產性、可運輸性和可施工性，間接降低裝配式建造成本。

(3)頂層(第1層)因素有4個，屬于直接影響因素。其中，裝配率與預制率對裝配式建筑成本產生直接影響。李麗紅等[4]指出，裝配率在46%～65%的裝配式建筑成本增量最低，經濟性最好；由于裝配式建筑具有較高的產品質量，這使得預制構件在制作和安裝時的精度要求極高，直接導致成本增加；由于目前預制構件的通用性和標準化程度不高，異形構件需進行定制，對個性化需求的滿足直接導致建造成本增加。

3 成本影響因素的MICMAC分析

根據因素間的層級結構，進一步通過MICMAC法分析各因素所處的地位和作用，以明晰裝配式建筑各成本影響因素間的作用機理。MICMAC法通過分析系統中每個因素的驅動力和依賴性，把因素分為自治簇、依賴簇、聯系簇和獨立簇[14]，如圖4所示。

圖4 裝配式建筑成本影響因素MICMAC分析

據圖4可知，聯系簇中不存在成本影響因素。具體分析如下：

(1)屬于自治簇的因素有9個，它們較為獨立，受其他因素影響不大。其中，構件拆分與深化設計的成熟程度(A1)和設計的標準化程度(A2)不僅影響設計成本，也會對后期生產、運輸和安裝成本產生重要影響。因此，設計類因素是影響構件生產、運輸和安裝類因素的重要來源；預制構件廠生產規模(B4)和生產管理水平(B5)屬于生產類因素，主要影響預制構件生產方案合理性和構件制作精度；運輸管理水平(C2)和第三方物流發展水平(C3)影響運輸方案合理性，合理的運輸方案既可以減少運輸過程中的構件損壞，也使得構件裝卸順序最優，使得構件吊裝更加合理，進而提高安裝精度。裝配率與預制率(F1)和個性化需求的滿足程度(F3)雖屬于直接影響因素，但由于這兩個因素屬于項目決策和設計中討論的問題，所以主要受規范政策、利益相關方的接受程度、上下游供應商的供應水平等因素影響，與生產、運輸、施工和技術化水平等因素聯系不大，依賴性不夠強。

(2)屬于依賴簇的因素有6個，這幾個因素對其他因素的依賴性較強，分別位于ISM解釋結構模型(圖2)的第1、2、3層，處于較上部位置。其中，構件制作精度(B3)和構件安裝精度(D2)依賴性最強。例如，構件安裝精度(D2)可以通過優化構件吊裝方案得到直接提高，如調整構件吊裝順序，提高安裝技術手段、合理安排技術工人等，還可以通過加強各工種間的協同，提高專業集成化水平等得到間接提高；模具周轉次數(B2)和吊裝方案的合理性(D1)的依賴性次之，這兩個因素直接影響構件制作和安裝精度，并受其他絕大部分因素的影響；構件生產方案的合理性(B1)和運輸方案的合理性(C1)分別屬于生產類因素和運輸類因素，預制構件的生產和運輸既受構件拆分和標準化設計的影響，也受技術化水平、管理水平以及政策規范等其他因素的影響，同時又影響著預制構件的制作和安裝精度等。

(3)屬于獨立簇的因素有7個，這些因素驅動力較強，位于ISM解釋結構模型(圖3)的第5～8層，處于較下部位置。其中，相關政策(G2)的驅動力最強，直接或間接影響其余21個成本影響因素。國家予以足夠的重視并出臺相關優惠扶持政策是推動我國裝配式建筑發展，控制裝配式建筑成本的根本；相關標準和規范的完善程度(G1)和利益相關方的接受程度(F2)直接受相關政策(G2)的影響，驅動力較強，完善的裝配式建筑標準和規范既可以提高利益相關方對裝配式建筑的接受程度，也可以使得各參建單位在建設過程中有章可循，積極主動作為，提高技術化水平的應用程度，促進裝配式設計、生產、運輸和施工過程中的成本控制；上下游供應商的供應情況(F4)的驅動力次之，成熟的裝配式配套件和設備供應會直接影響裝配率和預制率、預制構件廠生產規模和各專業的集成化水平等，并間接影響其余各成本影響因素；專業人員技術水平(E1)、信息技術的應用水平(E2)和專業集成化水平(E3)屬于技術化水平類因素，此類因素相對獨立，主要受規范政策和利益相關方接受程度的影響，但也深刻影響著其他絕大部分成本影響因素，提高裝配式建筑的技術化水平是控制裝配式建筑成本的關鍵。

4 結語

圍繞裝配式建筑成本偏高的問題，本文通過構建裝配式建筑成本影響因素指標體系，對各因素展開ISM-MICMAC分析，結論如下：相關政策是影響裝配式建筑成本的根本性因素，驅動力最大。政府對裝配式建筑的成本控制起關鍵作用，政府應發揮“看得見的手”的作用，積極推進裝配式建筑發展，控制裝配式建筑成本。構件制作精度和安裝精度是直接影響因素，受其他因素影響大，依賴性最強。預制構件的制作和安裝精度的控制應以技術化水平、政策規范、設計水平、運輸水平等因素的控制為前提。