基于ISM-ANP的郑州市装配式建筑发展制约因素分析

吴 峥， 黄喜兵, AL-SEBAEAI MAGED, ALJABOOBI MOHAMMED

(1.中国建筑科学研究院有限公司建研科技股份有限公司，北京 100013； 2.西南交通大学土木工程学院， 四川成都 610031)

装配式建筑是指将组成建筑的各个部品、构件在工厂预制加工完成，再运送至施工现场进行起吊、安装、连接而形成的建筑物。目前，我国建筑业以传统现浇施工为主，这种粗放式生产方式的弊端日益凸显，难以适应时代的发展要求。对传统施工方式进行转型升级，推广应用高效质优、节能减排、绿色环保的装配式建筑，以实现可持续发展，是未来建筑业发展的必经之路。近几年，国家开始大力推广装配式建筑，郑州市作为国家中部地区重要的中心城市，其装配式建筑的发展为中原城市群起到十分重要的示范作用。

二战后，装配式建筑开始发展起来，国外学者的相关研究也起步较早。Alistair通过研究美国装配式建筑案例，发现在推广前期预制工厂的建造、部品构配件专业化运输以及存储方面需要投入大量的精力和成本[1]。Lara通过分析预制构件在中国香港装配式住宅中的应用，从成本、政策、技术等角度提出中国香港装配式住宅项目的影响因素[2]。Colin Davidson认为任何技术变革都会对建筑过程中的组织产生影响，必须有与该地区政治、社会和经济环境相适应的配套和系统的组织，才能实现技术与组织的结合，并推动住宅产业化的发展[3]。Imad Dawood为政府和决策者提供制定关于住宅产业战略及规划的科学方法，提出了建立决策支持系统(DSS)模型[4]。我国学者的相关研究在近几年也开始大量涌现。李丽红等通过对装配整体式与现浇建筑工程技术指标的成本差异的分析研究，认为高成本是阻碍装配式建筑工程快速发展的瓶颈[5]。李朔通过模糊综合评价法从技术、材料、生产、政策四个方面对沈阳市装配式建筑质量管理影响因素进行综合权重棑序[6]。张璐通过研究安徽省新型建筑工业化装配式建筑，发现政府相关补贴和信贷政策不健全、预制部品构配件设计标准和产品生产目录的缺失阻碍了其快速发展[7]。杨仕文等人运用博弈论方法对构建装配式混凝土建筑产业结构模型分析发现，产业链存在PC构件生产和装配式建筑产品销售两个关键节点，政府对产业链的干预有驱动作用[8]。李可柏等人通过DEMATEL模型对制约沈阳市装配式建筑发展的9个因素进行分析，确定各因素之间的关系及重要性[9]。史玉芬等人对我国装配式建筑发展进行了SWOT分析，并提出了相关对策[10]。

国外对装配式建筑的研究要早于我国几十年，在技术层面和实施层面都积累了丰富的经验。而我国装配式建筑还处于发展初期，对装配式建筑发展制约因素的研究大多停留在定性分析的阶段，缺乏定量数据支撑，带有一定的主观色彩。此外，我国地域广阔，各地区自然环境和社会经济状况差异较大，应考虑这些因素对装配式建筑发展的影响。本文在总结装配式建筑发展制约因素的基础上，结合郑州市自身特点，通过ISM-ANP方法进行定性、定量分析，探讨制约郑州市装配式建筑发展的主要因素，为推进装配式建筑又好又快发展提供有益参考。

1 郑州市装配式建筑发展制约因素识别

制约因素的选取是否合理，很大程度上影响了研究者针对制约因素制定措施的有效性。本研究在制约因素的选取上遵循全面性、科学性、针对性的原则，通过查阅大量前人研究资料，并对相关专家和学者进行咨询，识别出4个方面共22个郑州市装配式建筑发展制约因素，分别为：(1)经济方面，科研经费投入不足F1、企业建设融资困难F2、前期准备投入大F3、预制构件费用高F4；(2)技术方面，技术基础研究不够F5、相关技术引进不足F6、专业人才短缺F7、创新能力和动力不足F8、新技术转化和应用不到位F9、部品构件配套化和集成化程度低F10、模数协调和技术标准体系不完善F11、参与者间的协同作业程度低F12；(3)政策方面，没有形成有效的激励体制F13、质量认证和监管机制不健全F14、管理体制不配套F15、缺乏强制性标准和技术法规F16、政府推进产业发展机制有待改进F17；(4)市场方面，没有形成完整产业链F18、缺乏行业龙头企业F19、消费者认知和认同度低F20、企业转型意愿低F21、市场拓展难度大F22。

为了进一步对筛选出的制约因素进行确认，以22个制约因素的重要性为基础，向装配式建筑相关从业人员进行问卷调查。问卷设计采用5分量表，通过现场及网络填写，问卷共计发放225份，收回203份，其中无效样本25份，最终回收有效样本178份。将有效样本导入到SPSS软件中进行分析。描述性统计各因素均值大于3，标准差小于1，调查问卷集中度较高。对样本数据进行信度分析，α系数为0.948，信度非常高。对样本数据进行检验，KMO值为0.935>0.5，Bartlett检验的近似卡方为3 311.839，自由度(df)为231，对应的概率值P=0<0.01，适合做因子分析。对样本数据进行因子分析，根据解释的总方差表得到前4个因子的特征值合计大于1，累积方差贡献率为76.195 % > 60 %，按照公因子个数确定的原则，将前4个因子作为公因子，能充分表达原始变量的大部分信息，郑州市装配式建筑发展制约因素可以归纳为经济、技术、政策和市场等四个方面。

2 郑州市装配式建筑发展制约因素ISM模型构建

ISM模型是美国J.N.Warfield教授于1973年为分析复杂的社会经济有关的问题而提出的模型[11]。通过构建解释结构模型，将一个结构较为复杂的系统进行拆分，分解为从属于复杂系统的若干个子系统，再分析若干个子系统元素之间的关联程度，最终将系统构建成一个多层级、递阶型的结构模型。

2.1 确定邻接矩阵

邻接矩阵是表示系统要素间的直接相关关系的方阵。若有邻接矩阵A=(aij)n×n，则其定义式为：

根据以上节确定的22个郑州市装配式建筑发展制约因素，通过咨询相关专家对各因素的相关性进行分析，建立了制约因素的邻接矩阵A如下：

2.2 计算可达矩阵

可达矩阵是通过矩阵形式来反映有向图各个节点之间通过一定的连通路径实现到达的程度，表示要素间的间接影响关系，由邻接矩阵A的逻辑运算得到，其方法是：利用布尔代数法则(A+I)k=I+A+A2+A3+…+Ak，其中I为单位矩阵，求得可达矩阵M=(A+I)r+1=(A+I)r≠(A+I)r-1≠…≠(A+I)2≠(A+I)1，其中r为无回路条件下的最大传递次数。利用Matlab软件计算得到可达矩阵M如下：

2.3 划分因素级别及构建层次结构图

在可达矩阵M中，R(Si)为第i行中所有元素为1的列对应的要素集合，即为一组可达集元素；A(Sj)为第j列中所有元素为1的行对应的要素集合，即为一组先行集元素。当满足R(Si)IA(Si)=R(Si)，则R(Si)是同属一级的较高层级的要素集，从M中去除该要素后得到新矩阵M1，对M1重复相同的计算操作，以此类推，划分出所有要素对应的层级。经计算，L1={F10，F11，F18，F22}，L2={F2，F3，F4，F5，F6，F7，F9，F12，F19，F20，F21}，L3={F1，F13，F14，F15，F16}，L4={F17}，L5={F8}。

根据上述因素级别的划分结果，绘制郑州市装配式建筑发展制约因素的ISM模型如图1所示。

图1 郑州市装配式建筑发展制约因素的ISM模型

郑州市装配式建筑发展制约因素指标体系是一个具有5层的多级递阶系统。L1包含4个因素，L2包含11个因素，这15个因素是制约郑州市装配式建筑发展的表层直接因素；L3包含5个因素，是中间层因素；L4和L5分别包含1个因素，是制约郑州市装配式建筑发展的深层根本因素。

3 郑州市装配式建筑发展制约因素ANP模型分析

ANP 模型是一种可用于分析非独立递阶层次结构的决策方法，能较好分析元素集内部的依存关系与元素集之间的外部传递性，并深入指标影响度的量化过程[12]。上节通过解释结构模型法定性分析出了郑州市装配式建筑发展制约因素间的多重反馈关系，但无法获得各因素的影响力大小。由于ISM模型中的表层直接因素发生改变对系统作用效果明显，因此，本节借助网络分析法将复杂的决策问题从定性分析转化为定量计算，以确定各表层直接因素对郑州市装配式建筑发展的制约程度。本节采用Super Decision(SD)软件进行相关计算。

3.1 构造ANP模型

ANP模型将系统结构分为控制层和网络层。控制层中只有目标，即郑州市装配式建筑发展表层直接制约因素。网络层中包含四个元素组，分别是模数协调和技术标准体系不完善A1、部品构件配套化和集成化程度低A2、没有形成完整产业链A3和市场拓展难度大A4，各元素组内又分别包含各自所属元素。元素组间相互影响，元素组内的元素互相作用。将各因素指标素及其关系输入SD软件中，构造出ANP模型如图2所示。

图2 郑州市装配式建筑发展表层直接制约因素的ANP模型

3.2 构建并计算超矩阵

ANP控制层中有元素A1，A2，……，Am，控制层下的网络层中有元素组B1，B2，……，Bn，其中Bi包含元素bi1，bi2，……，bini，i= 1，2，……，n。以控制层元素As(s=1，2，……，m)为准则，以Bj中的元素bjl(l = 1，2，……，nj)为次准则，按照Bi中元素对bjl影响力的大小比较间接优势度，构造判断矩阵。利用特征根法对判断矩阵求解，并进行一致性检验，最终得到排序向量Fij。Fij的列向量为Bi中元素bi1，bi2，……，bini对Bj中元素bj1，bj2，……，bjnj影响程度的排序向量。若Bj中元素不受Bi中元素的影响，则Fij= 0，最终得到控制层元素As下的超矩阵Fs。本文对郑州市装配式建筑发展表层直接制约因素采用“1～9标度法”构造判断矩阵，通过咨询相关专家对制约因素进行两两比较打分，并将数据输入SD软件进行计算，得到模型的未加权超矩阵Fs：

3.3 制约因素重要性排序

对超矩阵求解结果即为各个元素指标相对于问题目标的最终权重。一级因素指标从A1到A4分别为0.314、0.245、0.198、0.243。二级因素指标从B1到B11分别为0.110、0.153、0.100、0.128、0.068、0.070、0.065、0.044、0.087、0.074、0.101。分析结果表明，模数协调和技术标准体系不完善、部品构件配套化和集成化程度低、市场拓展难度大和没有形成完整产业链等四个一级因素均对郑州市装配式建筑的发展有明显制约性，二级因素中专业人才短缺、新技术转化和应用不到位、技术基础研究不够、预制构件费用高和相关技术引进不足等五个因素的权重均大于0.1，制约性较为明显，此外，缺乏行业龙头企业、消费者认知和认同度低、前期准备投入大、参与者间的协同作业程度低、企业转型意愿低以及企业建设融资困难等几个因素也对郑州市装配式建筑的发展有不同程度的制约性。

4 结论

本文运用解释结构模型法将识别出的22个郑州市装配式建筑发展制约因素划分为五级，从表层、中间层和深层三个方面进行分析。根据ISM模型所确定因素关系，运用网络分析法计算其中15个表层直接因素的重要度权重，确定关键制约因素。本文通过定性和定量分析相结合，对郑州市装配式建筑发展制约因素进行了系统讨论，对制约因素间的关系及重要性有了进一步的了解。目前，国家大力发展装配式建筑已经成为热点话题，郑州市的装配式建筑发展还处于初期探索阶段，未来还有很长的路要走。在后续研究中，还需对制约因素进行更为深入和详细的研究，针对各方面制约因素提出有效可行的解决措施，并结合实际工程对理论成果的合理性和适用性进行实践验证和修正完善，以期为装配式建筑在郑州市乃至全国范围的推广发挥更好的参考作用。