装配式建筑预制构件生产基地多目标选址研究.pdf
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1、Jun.2023JournalofEngManagement2023年0 6 月Vol.37No.3第3期理报程学第37 卷管装配式建筑预制构件生产基地多目标选址研究李明顺1.2,刘紫薇1,黎嘉琪1,邓鑫涛1(1.长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙41 0 1 1 4,E-mail:2 2 91 8 97 8 2 8 q q.c o m;2.长沙理工大学交通基础设施智慧建造与生态乡村建设管理湖南省高等学校重点实验室,湖南长沙41 0 1 1 4)摘要:为了在装配式建筑预制构件生产基地选址中减少运输过程中的碳排放量、降低预制构件配送的总成本,从5个维度识别出影响选址的因素,利用决策实验室分析
2、法(DEMATEL)筛选出关键影响因素,再根据关键因素碳排放量和总成本构建0-1整数规划的多目标选址模型,并采用基于改进的优劣解距离法(TOPSIS)将多目标转化为单目标求解选址模型。以长沙市进行实例验证,更加接近理想解的选址地为岳麓区,基于此,可以进行特定范围内多个厂址的评估和决策。研究表明:DEMATEL筛选出的关键影响因素适用于多目标的装配式建筑预制构件生产基地选址,基于改进的TOPSIS方法能精确达到符合经济和环境最优的研究目的,且具有良好的适用性。关键词:装配式建筑;影响因素;预制构件生产基地;多目标选址;碳排放中图分类号:TU741文献标识码:A文章编号:1 6 7 4-8 8 5
3、9(2 0 2 3)0 3-0 2 5-0 6D0I:10.13991/ki.jem.2023.03.005Multi-objective Site Selection Study of Prefabricated ComponentsProduction Base for Assembled BuildingsLI Mingshunl2,LIU Ziweil,LI Jiaqil,DENG Xintaol!(1.School of Traffic&Transportation Engineering,Changsha University of Science and Technology,C
4、hangsha 410114,China,E-mail:;2.Key Laboratory of Intelligent Construction of Transportation Infrastructure and Ecological RuralConstruction Management in Hunan Province,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410114,China)Abstract:In order to reduce carbon emissions during transportat
5、ion and the total cost of prefabricated components distribution inthe site selection of prefabricated components production base for assembled buildings.The factors affecting the site selection areidentified,the key influencing factors are screened out using decision laboratory analysis(DEMATEL).The
6、n,a multi-objective siteselection model with 0-1 integer programming is constructed.Finally,the site selection model is solved using the improved distancebetween superior and inferior solutions(TOPSIS)based method.The key influencing factors are carbon emission and total cost,andthe site selection l
7、ocation closer to the ideal solution is Yuelu District by using Changsha City for example verification.The studyshows that the key influencing factors screened by DEMATEL are applicable to the multi-objective site selection of prefabricatedbuilding components production base,and the improved TOPSIS-
8、based method can precisely achieve the research purpose ofmeeting the economic and environmental optimum and has good applicability.Keywords:assembled buildings;influencing factors;prefabricated components production base;multi-objective site selection;carbon emissions我国建筑领域年碳排放占全国总碳排放的比例超过40%,传统建筑行
9、业具有高耗能、高污染的特点。装配式建筑是“工业4.0”时代建筑业的一收稿日期:2 0 2 3-0 2-2 8.基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(52 2 0 42 0 2);湖南省教育厅科研项目(2 2 A0202).场重大变革,能够有效降低建筑的碳排放量。“十四五”规划提出,要推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,培育一批装配式建筑基地,建设低碳城市。但是,装配式建筑的成本相对于现浇建筑却高很多,不利于装配式建筑产业未来的发展,其中一个主要原因是预制构件运输成本占比较高,需要.026.理报学程第37 卷管合理选择构件生产厂。因此,为促进装配式建筑未来的发展,在生产基地选址时降低运输
10、过程的碳排放量和成本成为呕待解决的问题目前对装配式建筑选址的研究中,不同学者在研究设施选址的过程中考虑不同的目标,最初大多是高预制率和低成本等单目标,如单翠等1 基于预制合格率建立构件生产基地选址模型。单目标还包括服务水平和设施覆盖范围,如VATSAD等2 。一般来说,单一目标难以满足实际需求,因此采用多目标决策选址的研究逐渐发展起来。如马春山等3将选址问题与服务网络优化问题相结合。张岚等4同时考虑成本、距离、平均时间及线路客流情况等要素。随着环境污染的严重,学者们开始关注绿色选址问题,以确保环境保护和经济发展的双赢。如陶经辉等5 建立总成本和二氧化碳排放量最小的多目标模型,设计NSGA-II
11、算法求解模型。王璇等6 研究在用地条件和资源环境约束下高耗能项目的选址。综上所述,目前国内外有不少学者对装配式建筑选址进行研究,但缺少对运输阶段和绿色发展因素的研究;且考虑的目标均来源于阅读文献,没有采用系统的分析方法解读。鉴于此,本文利用决策实验室分析法(DEMATEL)筛选关键影响因素,使选址的目标更有依据;根据关键因素构建总成本最低和碳排放量最少的0-1 整数规划的多目标选址模型;并采用基于改进的优劣解距离法(TOPSIS)将多个目标转化为单一目标来求解选址模型。以长沙市为模型对象进行实例验证,从经济和绿色的角度为装配式建筑基地布局及其他类似的规划提供合理的建议。1关键影响因素的识别与筛
12、选1.1影响因素识别装配式建筑构件生产基地选址需要考虑众多的影响因素,同时由于建筑业及预制构件的特殊性,其考虑因素与传统的规划选址不同。基于选址原则和对绿色装配式建筑推广的考虑,通过检索和阅读众多文献,从社会环境、经济环境、自然条件、产业环境和绿色发展5个维度初步识别装配式建筑预制构件生产基地选址可能存在的影响因素,经修正完善后最终确定1 6 个影响因素。(1)社会环境。社会环境维度包括地方激励政策Si、城市发展规划S2、基础设施条件S3和劳动力水平S4。地方激励政策指地方政府为支持装配预制率制定的优惠政策;城市发展规划,产业基地的建设应协调城市发展模式、空间布局和各项建设所作的战略部署和方案
13、7 ;基础设施条件主要包含水、电、通信、燃力及污水和垃圾处理等;劳动力水平,不同地区的劳动力数量和劳动成本不同,产业基地的正常运营需要足够的劳动力来维持。(2)经济环境。经济环境维度包括市场需求情况Ss、交通条件S6、土地成本S7、原材料运输成本S:和预制构件运输成本S9。市场需求情况,充分了解当地对预制构件的需求,可以帮助投资者确定生产基地的产能和资源配置;交通条件,产业基地对公路运输的车辆运力、限高限宽达标和道路平整度要求很高;土地成本,不同地区的工矿仓储用地单价不同;原材料运输成本,原材料主要包括砂石、混凝土、木材及钢材等;预制构件运输成本,主要是指预制构件从生产地到施工地的运费。(3)
14、自然条件。自然条件维度包括原材料获取情况Sio和地形状况Sil。原材料获取情况指生产基地在生产过程中对上述原材料的可得性;地形状况,备选地要地势平坦,具备良好的地质条件,避开地震带和软弱土层。(4)产业环境。产业环境维度包括地方技术与科研创新Si2和现有产业基地的竞争S13。地方技术与科研创新,当科研能力和技术领先时,有利于提高构件生产的效率;现有产业基地的竞争包括行业内竞争者、周围生产类似产品和潜在竞争者等,良性竞争对生产基地有促进作用。(5)绿色发展。绿色发展维度包括碳排放S14、生态环境的影响S1s和民众认知程度S16。碳排放,装配式建筑大幅度规避建筑废弃物、扬尘、噪声的出现,有效推进建
15、筑“双碳”工作;对生态环境的影响,要考虑当地对如噪声、扬尘、废水、废物处理等是否符合当地要求8 ;民众认知程度,须树立并贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念,践行低碳的绿色生活方式。1.2基于DEMATEL的关键影响因素筛选DEMATEL的中心思想是确定影响因素体系通过判别系统中各要素的直接作用和逻辑联系,计算各要素间的影响程度,依此计算中心度与原因度,从而判断出每个因素的重要程度9。1.2.1模型构建步骤(1)构建影响因素体系。明确影响装配式建筑预制构件生产基地选址的因素,依次记为Si,S2,Sno027李明顺,等:装配式建筑预制构件生基地多目标选址研究第3期(2)构造直接影响矩
16、阵A。采用专家打分法,划定5种影响级别,分别赋值0 4,按照各影响因素之间相互影响的程度进行两两比较,对各影响因素进行量化处理,得到矩阵A=(ai)nxn。设定当ij时,aij-0。(3)求得规范化影响矩阵B。矩阵B由直接影响矩阵A进行规范化运算获得,计算式为:AB=(b,)nxn(1)nmaxi1inj=1(4)求解综合影响矩阵C。按照下式以矩阵B为基础,求得矩阵C,式中E为单位矩阵。C=B(E-B)-1(2)(5)在矩阵C的基础上,分别计算每个因素的影响度Xi被影响度Yi、中心度M和原因度N,9,计算方法如下:X,=Zcy,其中1in(3)j=1Y,=Zcj,其中ljnn(4)i=1M,=
17、X,+Y,(5)N,=X,-Y,(6)1.2.2数据处理以上述识别的16 个影响因素作为选址标准,采用0 4标度制作调查问卷。分别向建设管理部门政府人员、高校从事建设工程的专家学者、工程咨询单位、开发商、承包商等发放。共发放问卷95份,回收7 9份,其中6 8 份有效,有效率为7 1.58%。应用SPSS来分析数据的可靠性,计算出Cronbachsalpha为0.7 91,检验合格,以每个专家对每个影响因素的平均评分创建直接影响矩阵A,如表1所示。表1直接影响矩阵ASTS2S3S4SsS6S7SsS9SoSilS12S13S14SisS16Si03121 20 013203101S210022
18、000一11 12100S302022000 111 12100S41120211200 2210 0 0Ss31420 103333 3 3200S6010220312231 1 100S721 4321044 43 3 3300Ss20322310222 33200S90 113214303223100Sio0011110230212 00 0S1 1 222 21 1一2021一00S123 1311 000一1204011S13303222111 1 1 101 00S144142123324203011Sis10000000000111 01S160001100 0000001 10
19、根据DEMATEL的构建步骤,利用Matlab软件最终得到以中心度为横坐标、原因度为纵坐标的中心度-原因度图(见图1)1.51一*S.41一10.5*55+591一52T*512+S.1-0.5+1SS.*S4+S101131*S3111.51.522.533.54图1中心度-原因度图1.2.3中心度-原因度分析在DEMATEL中,根据公式(5)求出的中心度来评价该因素在所有因素中的作用程度,由式(6)求得的原因度指其对其他因素的重要性。由图1的中心度-原因度图做出解释,根据实际情况进一步处理。(1)中心度。在16 个影响因素中,中心度大的影响因素有7 个,分别为 Ss、S7、S13、S9、S
20、8、S14和S11。中心度的大小表明该因素在装配式建筑预制构件生产基地选址的关键程度,即中心度越大,该因素在生产基地选址的影响程度越大,更有被考虑的价值。(2)原因度。原因因素有6 个,分别为S7、S14、S8、Ss、Sg 和S6。表明上述因子可以对其他因子产生影响,是所有影响因素中的主要因素。本文以中心度和原因度的综合关系作为影响因素重要程度判定的依据,即第一象限内的因素为关键因素。装配式建筑所需资源主要为砂、石、水泥、钢材和木材等原材料,生产商数量多且遍布范围广,因此原材料运输成本S:暂不考虑。所以根据实际的关键影响因素,选取市场需求情况Ss、土地成本S7、预制构件运输成本Sg和碳排放S1
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