基于DEMATEL-ISM模型的装配式建筑成本影响因素研究.pdf

第25卷第4期 辽宁工业大学学报(社会科学版)Vol.25,No.4 2023 年 8 月 Journal of Liaoning University of Technology(Social Science Edition)Aug.2023 收稿日期：2023-02-21 基金项目：辽宁文旅康养产业融合发展目标与成长路径研究项目(2023JH4/10600014)作者简介：潘讯速(1998-)，男，四川巴中人，硕士生。通信作者：刘文昌(1969-)，男，辽宁建昌人，教授。DOI：10.15916/j.issn1674-327x.2023.04.010 基于 DEMATEL-ISM 模型的装配式 建筑成本影响因素研究 潘讯速，刘文昌(辽宁工业大学 经济管理学院，辽宁 锦州 121001)摘 要：在装配式建筑持续发展的过程中，高建筑成本阻碍了其发展。为降低装配式建筑成本，本文从 5 个层面分析装配式建筑成本的影响因素，构建 DEMATEL-ISM 模型，确定装配式建筑成本关键影响因素及各因素间的层级关系和关联度。结果表明：装配式建筑成本影响因素分为七层，预制构件成本、构件运输损耗率、预制构件安装质量为表层致因，国家政策及标准、预制率与装配率、预制构件拆分为深层致因，且中心度排名为前三。根据分析结果提出措施与建议，为装配式建筑发展提供参考。关键词：装配式建筑；成本影响因素；DEMATEL-ISM 法 中图分类号：TU723.3 文献标识码：A 文章编号：1674-327X(2023)04-0037-07 引言 随着全球经济的快速发展，人与自然矛盾不断凸显，全球气候变暖、自然资源枯竭及环境污染等问题是人类发展所面临的巨大挑战。2022 中国建筑能耗与碳排放研究报告数据显示，2020 年在建筑能耗方面，建造周期总能耗为 22.7 亿 tce，占总能耗的 45.5%，其中生产阶段能耗为 11.1 亿 tce，施工阶段能耗为 0.9 亿 tce，运行阶段能耗为 10.6亿 tce；在碳排放方面，建筑建造总排放为 50.8 亿tCO2，占总排放的 50.9%，其中生产阶段碳排放为28.2 亿 tCO2、施工阶段碳排放为 1.0 亿 tCO2、运行阶段碳排放为 21.6 亿 tCO2。由此可见，建筑业稳居我国能源消耗的榜首。装配式建筑作为一种新型绿色建筑模式，其主要是将在工厂中标准化和工业化生产的预制构件运输至施工现场，通过现场组装而形成的建筑结构。相比传统浇筑，装配式建筑具有低能耗、低消耗、节约资源、低碳环保等优势（见图 1）。因此，装配式建筑是我国建筑业未来的发展方向。但高成本是其发展的最大障碍，严重阻碍了我国建筑业工业化发展的进程，所以解决装配式建筑高建筑成本问题，对加快我国装配式建筑的发展具有重要意义。020406080100120材料消耗及垃圾排放比/%各材料用量及垃圾排放量装配式建筑传统现浇建筑 图 1 材料用量对比 针对成本问题，国内外学者对装配式建筑进行了大量的研究。WASIM 等1在装配式建筑与现浇建筑成本的对比中获知，在高层建筑中，装配式建筑优势更明显。LEE 等2根据实际项目指出，构件运输成本是阻碍装配式建筑发展的主要因素之一，并提出运输优化方案。吕哲琦等3应用 LCC 理论框架从产品、管理、技术、其他 4 个层次分析装配式建筑成本影响因素，利用灰色聚类模型确定成本主要影响因素。罗岚等4通过 9 个概念节点构建 FCM 模型，诊断及预测分析了装配式建筑成本的影响因素。彭军龙等5构建了 FISM-ANP 分析模型，从决策、设计、生产、施工及运营与回收 5 个阶段分析38 辽宁工业大学学报(社会科学版)第 25 卷 装配式建筑成本直接影响因素、动力因素、深层导向因素且用直观图展示各影响因素之间的逻辑关系。张艺媛等6通过熵权法和灰色关联度分析法分析装配式建筑成本影响因素，证明装配率、标准规范、装配方案、生产方案及规模为主要影响因素。陈圆月等7运用系数分析法指出，先进施工法、规模经济有利于降低装配式生产成本。针对装配式建筑成本影响因素，上述学者利用单一分析模型或单阶段、单因素进行成本分析，缺乏多因素综合逻辑分析，无法表达各因素间的重要性与相互关系。因此，本文采用 DEMATEL（决策与试验评价实验室）与 ISM（解释结构模型）相结合的方法，构建DEMATEL-ISM 结构模型，分析和梳理装配式建筑成本影响因素逻辑关系、相关性，为装配式建筑发展提供建议和依据。一、装配式建筑成本影响因素识别 由于影响装配式建筑成本的因素涵盖范围广且复杂，为保证分析结果的有效性，本文主要从装配式建造阶段（设计、生产、运输、施工）及其他两方面进行成本影响因素梳理。本文通过在维普、中国知网（CNKI）等数据库中检索“装配式建筑成本影响因素”“装配式建筑成本”等内容，共筛选出涉及装配式建筑成本影响因素的普通期刊文献 65 篇，核心期刊文献 12 篇，共获得装配式建筑成本影响因素 26 个。再结合施工现场管理人员、专业技术人员、装配式建筑专家及高校教授意见，剔除重复、表达模糊的因素，最终确定 14 个装配式建筑成本影响因素，详见表 1。表 1 装配式建筑成本影响因素 阶 段 编号 影响因素 设计阶段 A1 预制构件拆分 A2 预制率与装配率 A3 标准构件重复使用率 生产阶段 A4 预制构件成本 A5 构件生产效率 A6 专业人员技术水平 运输阶段 A7 预制厂商选址 A8 运输方案 A9 构件运输损耗率 施工阶段 A10 施工现场管理水平 A11 预制构件安装质量 A12 各工种密切配合度 其 他 A13 国家政策及标准 A14 信息技术水平 二、DEMATEL-ISM 模型构建（一）DEMATEL-ISM 方法简介 决策与试验评价实验室法（DEMATEL），是美国 Battelle 实验室的学者为了解现实世界中复杂、困难的问题而提出的图论和矩阵工具。通过各要素逻辑关系构建直接影响矩阵、综合影响矩阵，计算各要素原因度和中心度，研究系统的原因和结果，识别关键核心要素。解释结构模型法（ISM）是揭示复杂系统关系结构的研究方法，通过分析其子系统和要素，构建层次有向关系图揭示系统结构，识别系统目标要素、根本要素8。结合两种方法进行分析，能够精确、全面地识别装配式建筑成本影响因素，DEMATEL-ISM 模型流程如图 2 所示。装配式建筑成本影响因素文献搜集与阅读装配式建筑成本影响因素筛选与调整装配式建筑成本影响因素确定确定初始直接影响矩阵F建立规范化直接影响矩阵N计算综合影响矩阵T计算中心度、原因度、影响度、被影响度设定阈值 关系矩阵W 相乘矩阵B单位矩阵I确定可达矩阵K 层级划分专家效验构建层级图DEMATELISM德尔菲法 图 2 DEMATEL-ISM 模型流程图 第 4 期 潘讯速等：基于 DEMATEL-ISM 模型的装配式建筑成本影响因素研究 39 （二）模型构建方法 1.DEMATEL 法（1）确定初始直接影响矩阵 F 本文通过德尔菲法收集数据，邀请装配式建筑专家 3 人、高校教授 3 人、专业技术人员 2 人及 1名施工现场管理人员共 9 人，对装配式建筑成本影响因素采用 03 四级标度法进行判断并赋值，规则如下：1111nijnnnfffffF （1）式中，01,2,3,ijfijn。0:1:2:3:ijijijijijAAAAfAAAA对无影响 对影响较小 对影响较大 对影响非常大 通过发放问卷，收集专家对装配式建筑成本各影响因素分值，计算其算术平均值，得出直接影响矩阵 Fij。0022133232222230323333333102000200002022020000002030020300220100000202000100000001020000330001122200023310211202002000000012220021000020000200210000200001000000000000200330320302200100020010000000F （2）综合影响矩阵 T 对直接影响矩阵按式（2）进行规范化处理，得到规范化直接影响矩阵 N，再由矩阵 N 按式（3）求出综合影响矩阵 T。141maxijjfFN （2）1231kkkTNNNNNN IN （3）0.0010.0080.0920.0930.0560.1180.1060.0710.1230.0740.0840.1000.0830.1170.0940.0030.1330.1110.1200.1290.1170.1020.1420.1080.1210.0870.0280.1370.0000.0010.0100.0700.0020.0010.0070.0010.0740.0010.0660.0T730.0100.0780.0000.0010.0090.0080.0080.0080.0670.0020.0960.0030.0070.0750.0150.1070.0000.0010.0640.0730.0010.0320.0070.0010.0110.0010.0050.0730.0060.0770.0000.0000.0010.0360.0010.0010.0040.0000.0030.0000.0000.0340.0030.0670.0010.0060.0190.0190.1020.1030.0050.0070.0090.0370.0380.0760.0680.0950.0000.0010.0170.0810.0990.1020.0390.0010.0760.0330.0370.0850.0130.0750.0010.0060.0740.0120.0880.0060.0040.0070.0100.0050.0410.0700.0680.0750.0000.0010.0680.0410.0010.0010.0050.0010.0710.0010.0070.0120.0050.0760.0000.0010.0680.0390.0010.0010.0040.0010.0710.0010.0070.0110.0050.0440.0010.0060.0080.0030.0070.0050.0010.0060.0020.0050.0050.0020.0630.0050.0090.0940.1230.0410.1150.0880.0180.1040.0380.0760.0850.0340.0060.0790.0000.0000.0010.0640.0040.0040.0360.0000.0060.0010.0020.0070.0030.009（3）影响度、被影响度、原因度及中心度计算 利用综合影响矩阵 T，按式（4）、式（5）、式（6）、式（7）计算装配式建筑成本影响因素影响度 Di、被影响度 Ci、中心度 Mi和原因度 Ri。影响度为 T 矩阵各行值之和，表示各行要素对装配式建筑成本其他要素的综合影响值；被影响度为 T 矩阵各列值之和，表示各列要素对装配式建筑成本其他要素的综合影响值9；中心度表示某要素在体系中所起综合作用大小，值越大，要素越重要；原因度为影响度与被影响度之差，若 Ri0，为原因要素，若 Ri0，为结果要素。计算结果见表 2。11,2,3,14niijjDti （4）11,2,3,14nijijCti （5）iiiMDC （6）40 辽宁工业大学学报(社会科学版)第 25 卷 iiiRDC （7）式中，tij（i=1,2,3,14）表示 T 矩阵第 j 列元素；tji（i=1,2,3,14）表示 T 矩阵第 j 行元素。（4）原因结果关系图绘制 基于表 2 数据情况，建立以横坐标为中心度，纵坐标为原因度的装配式建筑成本影响因素原因图，见图 3。表 2 装配式建筑成本影响因素 DEMATEL 分析 因素 影响度 Di 被影响度 Ci 中心度 Mi 中心度排名 原因度 Ri 因素属性 A1 1.127 0.106 1.233 3 1.021 原因因素 A2 1.432 0.129 1.561 1 1.303 原因因素 A3 0.394 0.686 1.070 7-0.292 结果因素 A4 0.405 0.689 1.094 6-0.284 结果因素 A5 0.352 0.525 0.877 11-0.173 结果因素 A6 0.150 0.598 0.748 13-0.448 结果因素 A7 0.574 0.420 0.994 8 0.154 原因因素 A8 0.679 0.304 0.983 9 0.375 原因因素 A9 0.387 0.733 1.120 5-0.346 结果因素 A10 0.289 0.346 0.635 14-0.057 结果因素 A11 0.253 0.706 0.959 10-0.253 结果因素 A12 0.119 0.639 0.758 12-0.520 结果因素 A13 0.909 0.375 1.284 2 0.534 原因因素 A14 0.637 0.551 1.188 4 0.086 原因因素 0.700.800.901.001.101.201.301.401.501.03中心度Mi原因度Ri0A14A9A3A4A10A6A11A5A12A8A7A13A1A2关键因素-1.000.001.00 图 3 装配式建筑成本影响因素原因结果图 2.ISM 法（1）构建关系矩阵和可达矩阵 为降低系统复杂性，剔除直接影响矩阵中要素相互影响较小的要素，保留影响较大的主体要素，通过综合影响矩阵 T 引入阈值 0,1，构建关系矩阵 W，其构建规则见式（8）。1,1,2,3,140,ijijijti jtT （8）为了确保各要素之间影响的合理性，本文通过平均值 与方差 之和作为阈值，运用 Spssau 和Excel 计算得出=+=0.036 8+0.041 5=0.078 3。将关系矩阵 W 与单位矩阵 I 相加求得相乘矩阵 B，并将相乘矩阵 B 连续相乘，直到矩阵不再变化得到可达矩阵 K。1011100111110110111011111101000100001010000001000010100000011000101000000101101111000001000110100000010000101000000100001010000001000011100000010000101000000100001111001111111111111100011001111101K 第 4 期 潘讯速等：基于 DEMATEL-ISM 模型的装配式建筑成本影响因素研究 41 （2）层级划分 根据上述可达矩阵 K，求出装配式建筑成本各影响因素的先行集 X(Ai)、可达集 K(Ai)及交集 J(Ai)。先行集表示在系统中，可以对它产生影响的要素集合；可达集表示在系统中，它可以影响其他要素的集合。通过集合运算式 i=X(Ai)K(Ai)，得出要素1(A4、A9、A11)，且 1为第一层（顶层），然后剔除可达矩阵 K 中 1要素的行与列，反复进行同样操作，直到筛选出整个可达矩阵要素，结果见表 3，层级图见图 4。表 3 装配式建筑成本影响因素分层 因素 可达集 K(Ai)先行集 X(Ai)交集 J(Ai)层级 A1 1,3,4,5,8,9,10,11,12,14 1,2,13 1 五 A2 1,2,3,4,5,7,8,9,10,11,12,14 2,13 2 六 A3 3,4 1,2,3,13 3 二 A4 4 1,2,3,4,5,13,14 4 一 A5 4,5 1,2,5,13,14 5 二 A6 6,10,11,12 6,13 6 四 A7 7,8,9 2,7,13 7 三 A8 8,9 1,2,7,8,13,14 8 二 A9 9 1,2,7,8,9,13,14 9 一 A10 10,11 1,2,6,10,12,13,14 10 二 A11 11 1,2,6,10,11,12,13,14 11 一 A12 10,11,12 1,2,6,12,13,14 12 三 A13 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 13 13 七 A14 4,5,8,9,10,11,12,14 1,2,13,14 14 四 预制构件成本(A4)构件运输损耗率A9预制构件安装质量A11标准构件重复使用率A3构件生产效率A5运输方案A8施工现场管理水平A10预制构件成本A4预制厂商选址A7各工种密切配合度A12信息技术水平A14专业人员技术水平A6预制构件拆分A1预制率与装配率A2国家政策及标准A13第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层 图 4 装配式建筑成本影响因素层级关系 三、模型分析（一）DEMATEL 模型分析 根据 DEMATEL 模型数据分析结果如下：1.影响度：由分析结果可知，预制构件拆分A1、预制率与装配率 A2和国家政策及标准 A13影响度排名占据前三，表明此三项因素对其他因素有较大影响，前两者主要在设计阶段进行成本控制，后者主要受国家对市场调控影响。2.被影响度：由分析结果可知，排名前三的分42 辽宁工业大学学报(社会科学版)第 25 卷 别为预制构件成本 A4、构件运输损耗率 A9和预制构件安装质量 A11。3.中心度：由分析结果可知，预制率与装配率 A2、国家政策及标准 A13、预制构件拆分 A1、信息技术水平 A14和构件运输损耗率 A9排名为前五，表示其对装配式建筑成本有很大影响，应该特别关注。4.原因度：由分析结果可知，预制率与装配率A2、预制构件拆分 A1、国家政策及标准 A13、运输方案 A8、预制厂商选址 A7和信息技术水平 A14对其他因素影响较大，即为原因因素；预制构件成本A4、构件运输损耗率 A9、预制构件安装质量 A11、各工种密切配合度 A12、专业人员技术水平 A6、标准构件重复使用率 A3、构件生产效率 A5和施工现场管理水平 A10受其他因素影响，即为结果因素；而预制构件拆分 A1、预制率与装配率 A2、国家政策及标准 A13中心度、原因度排名均高，因此为装配式建筑成本影响关键因素。（二）ISM 模型分析 由上述 ISM 模型层级图知：1.底层（七层）有 1 个因素，为国家政策及标准 A13，它为根本影响因素。例如政府出台装配式政策能够直接节约企业计划成本，也能通过间接因素影响装配式建筑成本。2.中间层（二到六层）有 10 个因素，其中施工现场管理水平 A10、信息技术水平 A14和专业人员技术水平 A6具有较强的关联度影响，对表层影响因素具有潜在的影响。施工现场管理水平、专业人员技术水平均与人才有重大关系，专业人才的聘用能够显著提高施工现场管理水平，而信息技术水平能够改善施工条件，降低施工风险与返工，进而降低装配式建筑成本。3.表层（一层）有 3 个因素，均为直接影响因素。因此，预制构件成本 A4、构件运输损耗率 A9和预制构件安装质量 A11能够直接影响装配式建筑成本的高低。（三）DEMATEL-ISM 模型分析 通过分析可知，国家政策及标准 A13、预制率与装配率 A2和预制构件拆分 A1为基础影响因素，其中心度排名为前三，均为原因因素，应该控制对其他因素的直接与间接影响。预制构件成本A4、构件运输损耗率 A9和预制构件安装质量 A11为直接影响因素和结果因素，易受其他因素影响。在间接影响因素中，标准构件重复使用率 A3、构件生产效率 A5、专业人员技术水平 A6、施工现场管理水平 A10和各工种密切配合度 A12为结果因素，其余为原因因素。其中信息技术水平 A14在间接影响因素中关系度很强，中心度排名也较高，因此，提高信息技术水平能有效降低装配式建筑成本。四、对策与建议（一）健全标准规范，完善政策 国家政策与装配式建筑标准规范为装配式建筑成本深层次影响因素。装配式建筑设计阶段的成本占总成本的 70%，在整个成本控制阶段起着关键性作用。因此，制定预制构件标准生产规范，对拆分预制构件、提高构件生产效率、降低构件生产成本起着重要作用。同时，政府制定装配式建筑资金扶持、拿地优惠、提供贷款利息、资金奖励等政策，既能降低企业装配式建筑成本预算，也能充分促进我国装配式建筑的快速发展。（二）提高预制率与装配率 预制率与装配率能直接影响工程成本。通过数据分析可知，装配率越低，其成本越高。当装配率在 65%以下时，材料费、运输费、管理费会增加，但人工费、措施费、工期均会减少，综合效益明显；当装配率大于 65%时，与现浇建筑成本对比，装配式建筑施工成本效益将更明显10。因此，提高装配率能有效节约成本。（三）加强 BIM 技术信息运用与管理 信息技术水平能有效控制装配式建筑成本。BIM 技术信息运用与管理是一种全过程、全方位、集成化的先进技术，它能将设计、生产、运输、安装等多个阶段融合于一体进行全过程管理，模拟各实际生产阶段、各安装环节，降低施工纠纷与设计变更的发生，精选最优运输方案，进而降低工程成本。如设计阶段可通过 BIM 技术完成初步设计、施工图设计以及构件碰撞演练，能极大提高设计质量与效率，降低设计阶段工程成本消耗11。（四）完善人才培养机制 人才在装配式建筑成本控制中起着关键性的作用。专业人才能够明显提高施工现场管理水平、预制构件安装质量及各工种密切配合度等，大大节约施工管理成本。因此，建立高校、科研机构、装配式建筑协会及企业等多方合作的人才培养机制，可以实现人才高质量发展。如开展装配式建筑技术知识培训讲座、加强实践技能培训、实行高校联合教育、吸引海外优秀人才加入、建立人才学习鼓励政策以及提高人才服务待遇等。第 4 期 潘讯速等：基于 DEMATEL-ISM 模型的装配式建筑成本影响因素研究 43 五、结语 在国内绿色发展的背景下，绿色低碳型发展是建筑业的发展方向，这也体现出装配式建筑发展的必然性。但高成本投入是阻碍其发展的关键障碍，因此，建立高效成本控制措施对装配式建筑发展有着重要意义。本文通过文献计量法，分析与归纳出装配式建筑成本的影响因素，构建DEMATEL-ISM模型，梳理各影响因素中心度、原因度、影响度与被影响度，建立影响因素层级图，总结出装配式建筑成本过高的重要因素，并提出有效措施和成本控制建议，为企业降低装配式建筑成本提供参考，也为装配式建筑发展奠定基础。参考文献：1 WASIM M,HAN T M,HUANG H,et al.An approach for sustainable,cost-effective and optimised material design for the prefabricated non-structural components of residential buildingsJ.Journal of Building Engineering,2020,32:101474.2 LEE Y J,KIM J,KHANZODE A,et al.Empirical study of identifying logistical problems in prefabricated interior wall Panel constructionJ.Journal of Management in Engineering,2021,37(3):05021002.3 吕哲琦,孙宏亮,温董瑶,等.全生命周期视角下吉林省装配式建筑成本影响因素研究J.建筑经济,2022,43(S01):120-125.4 罗岚,吴霞,黄伟.基于 FCM 的装配式建筑成本影响因素分析J.建筑经济,2020,41(S2):77-82.5 彭军龙,周静.基于 FISM-ANP 的装配式建筑成本影响因素分析J.长沙理工大学学报(自然科学版),2021,18(2):57-65+98.6 张艺媛,钟春玲.装配式建筑增量成本影响因素研究J.吉林建筑大学学报,2022,39(1):61-66.7 陈圆月,李伟清.预制装配式建筑生产成本影响因素分析J.西南师范大学学报(自然科学版),2020,45(2):68-72.8 陈立文,张孟佳,李素红,等.基于 DEMATEL-ISM 的既有建筑节能改造推广影响因素研究J.建筑经济,2022,43(1):84-92.9 王波,王祥.马来西亚高校疫情应急管理CSFs研究基于 DEMATELAISM 的分析J.黑龙江高教研究,2022,40(8):66-73.10 杨敏婕,周珏巧,杨静,等.装配式建筑成本影响因素的识别及 ISM-MICMAC 分析J.项目管理技术,2022,20(12):60-68.11 林彦,郝萌萌,王艳艳.基于 DEMATEL-ISM 模型的钢结构装配式建筑成本控制研究J.建筑经济,2022,43(9):54-60.(责任编辑：许伟丽)（上接第26页）展。最后，在便捷性方面：老旧小区中居民老龄化程度比较高，对于接送孩子及求医的需求更多。围绕小区周边的医疗设施、学校设施等进行筹划能有效解决痛点问题。有针对性地重点解决以上问题，可以提升居民对于老旧小区改造的参与意愿，提高老旧小区的改造效果，推动改造项目的发展。参考文献：1 刘军.城市老旧小区改造实施存在的问题及对策J.建筑技术开发,2021,48(12):53-54.2 马鑫,侯嘉奕,黄涛.老旧小区改造对住房价值影响评估来自南京市的实证经验J.南开经济研究,2022(8):119-138.3 梁传志,李超.北京市老旧小区综合改造主要做法与思考J.建设科技,2016(9):20-23.4 张险峰,董淑秋,夏小青,等.建立分级响应机制,科学推进老旧小区改造J.城市发展研究,2020,27(10):96-101.5 王承华,李智伟.城市更新背景下的老旧小区更新改造实践与探索以昆山市中华北村更新改造为例J.现代城市研究,2019(11):104-112.6 董方雨,张凤,张静晓.多群组结构方程模型视角下的老旧小区居民改造意愿影响因素研究J.工程管理学报,2021,35(5):24-29.7 柴贤龙,沈洁莹,侯宇红,等.浙江省未来社区问卷调查分析报告J.统计科学与实践,2019(5):42-44.8 何琴琴,李希胜,万寅子.基于 SEM 的老旧小区改造内容优先级分析以南京市上怡新村为例J.建筑经济,2021,42(3):70-74.9 蔡云楠,杨宵节,李冬凌.城市老旧小区“微改造”的内容与对策研究J.城市发展研究,2017,24(4):29-34.(责任编辑：许伟丽)