基于AISM的建筑產業化制約因素研究

王敬東，張 茗

(1.中鐵一局集團市政環保工程有限公司,甘肅 蘭州 730050; 2.中國鐵路蘭州局集團公司,甘肅 蘭州 730030)

0 引言

在21世紀,建筑業的發展對我國持續性經濟發展、提高城鎮化、保證進城務工人員就業率起著重大影響作用。但同時資源利用率低、環境污染嚴重、勞動力老齡化、建造工期長等壓力也在圍繞著傳統建筑市場,故推進建筑產業化成為了建筑業勢不可擋的發展趨勢。建筑產業化是指構建一條完整的資源更優化的建筑生產方式,從標準化設計、工業化生產構建到裝配式建筑施工和信息化管理等。而在建筑產業化中,最為主要的部分即為裝配式建筑[1]。裝配式建筑在施工時保證了建筑全過程的質量、進度、成本三大可控,真正地做到節水、節能、節時、節材、節地的五節環保。但近年來,從我國建筑產業化的發展趨勢和市場占有率來看,由于受到多方制約因素影響,我國建筑產業化相較于發達國家相對落后[2]。在此背景下,我國眾多研究人員亦對建筑產業化、裝配式建筑發展作了眾多研究。

錢坤[3]對裝配式結構體系的發展與建筑工業化進行了研究,梅彬[4]對裝配式建筑發展的制約因素進行了研究,范云翠[5]基于PEST分析法對裝配式建筑發展的制約因素進行了研究,邊晶梅[6]基于主成分分析法對裝配式建筑發展制約因素進行了研究。這些研究取得了一定成果,但對于制約因素間的相互關系與層級關系沒有更系統的詮釋,故相關研究應繼續廣泛的開展下去。

本文基于文獻分析法篩選選取因素,結合專家咨詢結果建立關系矩陣,采用AISM對抗解釋結構模型對建筑產業化各制約因素進行對抗層級分析,得出各制約因素間的相互關系和層級關系。

1 主要影響因素識別

為了保證論文數據的科學性與學術性,本文在大量閱讀研究相關文獻后,采用文獻研究法識別建筑產業化(裝配式建筑)發展制約因素。以CNKI作為文獻查找的數據庫,檢索主題“裝配式建筑發展因素”“建筑產業化發展路徑”,初步檢索到81條結果,為保證文獻的科學性與學術性,再次篩選并確定出25篇進行制約因素統計,按照市場因素、技術因素、成本因素、政策因素及人才因素五個方面,結合專家調查法將主要的研究影響因素進行歸納、整理并繪制因素統計表和因素雷達圖,如表1,圖1所示。

表1 裝配式建筑的主要制約因素

2 建筑產業化(發展)制約因素AISM建模

解釋結構模型法(Interpretative Structural Modelling Method,簡稱ISM),是系統工程中結構模型化技術的一種,可對層面、相互關系模糊復雜的因素進行有效分析,得到直觀的,具有良好結構關系的模型。而本文采用的核心方法是2020年黃煒在解釋結構模型法(ISM)與博弈解釋結構模型法(GISM)的基礎上,融入了博弈論中的博弈對抗思想(Adversarial)的對抗解釋結構模型法AISM。AISM的核心是在ISM層級抽取的基礎上,加入與ISM結果優先原則相反的原因優先原則,建立兩組相對立的有向拓撲圖,即對抗層級拓撲圖。通過結果優先(優要素)與原因優先(劣要素)層級抽取的方式所得的對抗層級拓撲圖,可將各因素制約程度進行層級劃分,確定各制約因素間的關聯關系和層次結構。

AISM應用有兩類判別:第一類是對系統中因素的優劣好壞進行比較排序應用;第二類是對系統中因素的因果、可達邏輯排序應用。而本文是對裝配式建筑的制約因素進行研究,故應用第二類方法。據此,對抗解釋結構模型(AISM)的基本建模過程如下所示,A為專家評價結果的關系矩陣;I為單位矩陣;B為相乘矩陣;R為可達矩陣;S為骨架矩陣。

2.1 建立關系矩陣

在確定對建筑產業化制約的18個因素后,根據AISM原理組建評價專家小組,邀請裝配式建筑相關研究學者、項目建設方、項目施工方、監理方負責人等65位專家,使用德爾菲法采用李克特五級量表進行專家咨詢打分,對18個因素進行兩兩比較評價,通過5次集中反饋,得出結論,確定出建筑產業化的制約因素的相互關系,建立18行×18列的關系矩陣A,評價方式如式(1)所示,得到關系矩陣如式(2)所示。

(1)

(2)

2.2 建立可達矩陣

可達矩陣用矩陣形式來描述系統中各元素可達到的路徑程度,描述各元素之間的相對位置的關系[7]。布爾方陣即關系矩陣A加上單位矩陣I得相乘矩陣B(式(3)),再通過布爾矩陣規則連續自乘直至得式(4),其中R為所建立的可達矩陣R(式(5))。

B=A+I

(3)

BK-1≠BK=BK+1=R

(4)

(5)

2.3 對抗層級抽取

對于布爾方陣,有可達集合R(Si),先行集合Q(Si),共同集合T(Si),三者關系為T(Si)=R(Si)∩Q(Si)。在原始關系矩陣A中,對于其要素Si:

Si的可達集合記作R(Si),即要素對應行值為1的所有要素;Si的先行集合記作Q(Si),即要素對應列值為1的所有要素;Si的共同集合記作T(Si),即R(Si)∩Q(Si)。

由于T(Si),R(Si),Q(Si)只能表示要素之間的相互關系而無層級關系,故進行對抗層級抽取確定要素層級,抽取過程如表2所示,抽取結果如表3所示。

1)UP型層級圖:以結果優先,T(Si)=R(Si)為劃分抽取規則的層級圖。將每次抽取出的元素按由上而下的順序放置,每抽出一層,刪除后繼續抽取,直至所有元素抽取完畢。

2)DOWN型層級圖:以原因優先,T(Si)=Q(Si)為劃分抽取規則的層級圖。將每次抽取出的元素按由下而上的順序放置,每抽出一層,刪除后繼續抽取,直至所有元素抽取完畢。

表2 對抗層級抽取過程

對抗層級抽取結果如表3所示。

表3 對抗層級抽取結果

2.4 建立一般性骨架矩陣

關系矩陣A只有唯一可達矩陣R,但可達矩陣R對應的關系矩陣A有許多。而對實現可達矩陣R且具有最小二元關系個數的鄰階矩陣稱為R的骨架矩陣S,其特點是矩陣具有最少的有向邊,具體操作如下所示:

第一步,對可達矩陣R進行縮減處理,得到縮減矩陣R′。

第二步,將縮減矩陣R′有回路系統中的越級二元關系刪除,得到進一步簡化的新矩陣R″。

第三步,去除R″中自身的二元關系,即去除單位矩陣。

骨架矩陣S如式(6)所示:

(6)

2.5 對抗層級拓撲圖繪制

根據對抗層級抽取結果,可用有向線段在拓撲圖中直觀、清晰的表示建筑產業化制約因素之間的相互關系和層級關系。在拓撲圖中,按各因素制約程度將層級劃分為三層、分別是:根源層,間接層和直接層因素。層數越下則表示因素制約性越大,具有根源性,層數越上則代表因素制約性越小,具有直接性,對抗層級拓撲如圖2,圖3所示。

3 結果分析

3.1 AISM影響因素層級分析

由圖2,圖3的UP和DOWN型的有向拓撲層次圖分析可知系統中的建筑產業化制約因素共分為4層結構,其中S13行業政策法規不完善、S14激勵政策體系不完善、S15缺乏健全的管理體制、S16標準規范體系不完善四種因素屬于根源性制約因素,是目前我國建筑產業化發展道路上首先要解決的問題,且對我國建筑產業化后續發展起著長遠影響。間接層制約因素為S8缺乏,此因素對于根源性、直接層制約因素起著承上啟下的作用,是不可忽視的一個因素。S6部品部件標準化、集成度低、S5模數體系不協調、S1缺乏市場、S2公眾認知有偏差、S3配套產業鏈不完善、S4企業轉型意愿不足、S7信息技術BIM應用不足、S10生產投入大、S9缺乏技術引進、S11科研投入不足、S12運輸成本過高、S17缺乏專業人才培養、S18專業施工隊伍缺乏為直接制約因素,對建筑產業化起著直接影響。

3.2 影響因素間關系分析

從根源性制約因素、間接性制約因素、直接性制約因素中分析可發現,我國建筑產業化發展道路上首先要進行改善的是政策方面,如對行業政策法規、激勵政策體系、管理體制、標準規范體系進行制定和改善,之后需對裝配式建筑的安裝標準和質量驗收標準進行科學嚴格的制定,從而對余下因素產生正面影響,促進建筑產業化。

4 結論

2020年9月4日住房和城鄉建設部等9部聯合印發《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》[8],2022年《國家及各地區國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[9]中明確提出大力發展裝配式建筑,但我國對建筑產業化制約因素缺乏一定研究。本文通過文獻分析、專家打分、AISM對抗解釋結構模型等方法得出建筑產業化制約因素的DOWN型和UP型有向拓撲層級圖,再據此對建筑產業化制約因素進行相互關系和層級關系的分析,明確制約的根源因素、直接因素、間接因素,可更好有序的促進建筑產業化。本文采用的AISM模型雖相較于ISM模型可展示逆向抽選層級圖,更具說服力,但仍屬定性分析范疇,在以后的研究還有很大的進步空間。