基于DEMATEL-ISM 的装配式建筑 发展制约因素研究

李强年，陈瑞军，马岷成

（1. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州730050，E-mail：2752674307@qq.com； 2. 甘肃省建设设计咨询集团有限公司，甘肃 兰州 730050）

近年来，随着社会经济发展水平的不断提高，我国劳动力资源的优势已经消失，建筑行业正面临劳动力短缺和劳动力成本不断升高等问题，装配式建筑较传统建筑对劳动力的需求大幅降低，缓解了劳动力短缺。传统的现场湿作业施工方式由于其生产方式和管理模式的粗放，造成了环境污染和资源浪费，装配式建筑具有工厂化生产、装配化施工和信息化管理的特点，避免了环境污染和资源浪费等问题。为深入贯彻落实我国“绿色、环保、可持续发展”战略，大力发展装配式建筑显得尤为迫切。目前，装配式建筑已经在欧洲、日本、新加坡等发达国家取得了预期的成果，但我国在推广装配式建筑时却受到了一定程度的制约[1]。

国内外学者对我国装配式建筑发展制约因素进行了研究。Zhang 等[2]采用模糊层次分析法分析影响中国装配式建筑发展的主要因素是缺乏专业人才、未形成完整的产业链以及相关规范标准不完善。Hong 等[3]以实际案例为背景，分析发现中国装配式建筑较传统建筑成本偏高的主要原因是新增了构件的运输费用和装配费用。Χue 等[4]通过社会网络分析（SNA）和结构方程模型发现缺乏创新是中国装配式建筑推广受阻的主要原因之一。Wu 等[5]从技术推广的角度研究了中国装配式建筑发展的状况，并从行业、公司、技术、政府、市场5 个方面构建影响因素模型，结果发现技术对装配式建筑的影响程度比成本大。陈文萍等[6]运用因子分析法研究影响我国装配式建筑发展因素间的相对重要程度，认为成本偏高和市场需求不高是主要原因。桑培东等[7]采用主成分分析法将影响装配式住宅发展的因素归纳为供应链、技术创新、管理因素、市场因素、政策与法规、成本因素六大类，并通过多元回归法得出政策与法规是最主要的原因。李德智等[8]从建设单位的角度出发，利用二元回归法分析影响我国装配式建筑的主要阻碍因素是建设工期和建安成本。叶浩文[9]认为监管机制不完善和物流运输系统不完善阻碍了装配式建筑的快速发展。秦旋等[10]利用解释结构模型（ISM）理清了各影响因素之间的层级关系，认为标准化与多样化的矛盾和关键技术不成熟也是不可忽略的影响因素。

综上，国内外学者对我国装配式建筑发展制约因素的研究大多停留在理论研究与定性分析阶段，缺乏对制约因素间的相互关系以及作用机理的研究。因此，本文以施工企业为视角，通过文献查阅及问卷调查，将决策试验评价实验（DEMATEL）分析出的制约因素的中心度和原因度融入到解释结构模型（ISM）的多级递阶结构图中，构建组合评价模型，分析各制约因素之间的相互关系和作用机理。避免了DEMATEL 不能表达制约因素间的相互联系和逻辑关系的不足，也避免了ISM 不能准确地分析各制约因素对复杂系统的影响程度的不足。通过组合模型找出关键制约因素，针对关键制约因素提出相应的建议与解决措施，可为施工企业提升装配式建筑施工综合水平提供理论指导，为推动我国装配式建筑的发展提供科学合理的指导意见。

1 识别装配式建筑推广受阻的制约因素

通过文献查阅[1～10]，识别出制约我国装配式建筑发展的21 个因素，从施工企业的角度，对其进行问卷调查，剔除对我国装配式建筑发展影响弱的制约因素，最终确定出13 个主要制约因素，并根据制约因素本身具有的层次性和系统性以及制约因素的内涵，将其划分为政策、经济、市场、技术四大类，已确定的制约因素的内涵解释如表1 所示。

表1 制约因素的内涵解释与分类

2 构建DEMATEL 和ISM 的组合模型

2.1 方法模型基本原理分析

ISM（Interpretive Structural Modeling）即解释结构模型，用于研究复杂系统而开发的一种模型。基于有向图、矩阵和计算机技术等工具，构建出一个多级递阶结构模型[10]。DEMATEL（Decision Making Trial and Evaluation Laboration）即决策试验评价实验法，它是一种以图论和矩阵为工具简化复杂系统结构的科学方法[11]。本文组合模型是将DEMATEL 中的中心度、原因度融入到ISM 的多级递阶结构中，不仅可以理清各制约因素的层级关系也对制约因素的相对重要度进行了研究，使分析的结果更加客观合理，构建的模型如图1 所示。

图1 组合结构模型框架图

构建组合模型步骤如下：

（1）确定制约因素集S={Si丨i=1，2，…，n}。

（2）确定要素影响标度，通过专家知识和经验确定要素间的相互影响关系，得到直接影响矩阵V=[vij]n×n。其中vij表示要素Si对要素Sj的影响程度，当i=j 时vij=0。

（4）计算规范化直接影响矩阵X 得到综合影响矩阵T。T=X(I-X)-1，I 表示单位矩阵。

（5）计算制约因素的影响度fi、被影响度ei、中心度zi、原因度yi。计算公式如下：

（6）对直接影响矩阵V=[vij]n×n设置阈值λ，若vij＞λ，则aij=1；若vij≤λ，则aij=0，得到新的矩阵A=[aij]n×n。用矩阵A 代替ISM 中的邻接矩阵既能简化邻接矩阵复杂的求解过程又能实现DEMATEL和ISM 的深度融合[12]。

（7）计算可达矩阵M=[mij]n×n，M=(A+I)r，其中(A+I)≠(A+I)2≠…≠(A+I)r-1≠(A+I)r=(A+I)r+1=…= (A+I)n且遵循布尔代数运算规则。

（8）对可达矩阵划分区域和级位。确定可达集R(Si)、先行集A(Si)、共同集C(Si)。整理出高级要素，逐级剔除高级要素，直至解出最低要素集合[13]。

（9）根据上述计算结果，绘制我国装配式建筑发展制约因素的多层递阶结构模型图。以多级递阶结构模型图为框架，中心度、原因度为依据构建组合模型。

2.2 问卷设计及数据的收集与处理

在上述问卷调查的基础上，对这13 个制约因素间的相互关系再次进行问卷调查，其中受调研对象主要是从事装配式建筑的设计人员、施工人员、现场管理人员、预制构件生产人员以及高校从事装配式建筑相关领域研究的科研人员，他们都具有从事装配式建筑的相关经验，如设计经验、施工经验、监管经验和现场管理经验等。本次选择专家50 人（其中高校从事装配式建筑相关领域研究的教师为10 人，业主为12 人，设计单位为8 人，施工单位为14 人，咨询/监理单位为6 人）作为此次调研的对象，采用0～3 标度（0-无影响；1-影响弱；2-影响一般；3-影响强）对要素间的相互关联程度进行打分。由于各专家在主观认识方面存在一定程度的差异，本文在收集到各位专家对装配式建筑发展制约因素间的相互关联程度打分的问卷后，对打分结果取平均值，进行客观分析，若要素Si对要素Sj的影响程度只有一种结果，即(vij={0},{1},{2}, {3})，则直接取其值作为影响标度，若要素Si对要素Sj的影响程度有两种连续的结果，即(vij={0,1}，{1，2},{2，3})，则取平均值作为影响标度；若要 素Si对要素Sj的影响程度有其他结果出现时，则需要通过排列图法，分析出累计百分比为80%的结果，并将这些结果做平均值，作为影响标度。若通过排列图法得出的结果差值等于3，则需要对其重新进行问卷调查。根据上述原理，对收集的数据经行处理，可以得到装配式建筑发展制约因素的直接影响矩阵V。

2.3 DEMATEL 分析

2.3.1 综合矩阵T 的计算

在问卷调查数据处理的基础上可以得到直接影响矩阵V，通过上述步骤（3）和（4）对直接影响矩阵V 进行规范化处理和综合处理，得到综合影响矩阵T，为了提高矩阵计算的精度和便于大量数据的处理，上述矩阵的运算都是借助Matlab 软件处理的，计算结果如下：

2.3.2 计算fi、ei、zi、yi

通过上述步骤（5）可计算得出装配式建筑发展制约因素的影响度fi、被影响度ei、中心度zi、原因度yi。其中，中心度是评价影响因素本身对复杂系统影响程度的重要指标，原因度是影响因素对其他因素影响程度评价的重要指标。若原因度大于零，则为原因因素，若原因度小于零，则为结果因素[14]。最后对中心度的大小进行排序，计算结果如表2 所示。

表2 我国装配建筑发展制约因素的综合影响关系

2.4 ISM 分析

2.4.1 构建邻接矩阵及可达矩阵

对直接影响矩阵V=[vij]n×n设置阈值λ=2，可以得到邻接矩阵A。以此为基础，根据步骤（7）并遵循布尔代数运算原理，得到可达矩阵M。其最终计算结果如下：

2.4.2 绘制多级递阶结构图

对可达矩阵M 进行步骤（8）运算，详细过程不再赘述。本研究为了使制约因素的内部关系更加清楚，在考虑制约因素的相互关系时，只考虑它们之间是否有关。若既有直接影响关系，又有间接影响关系，只考虑直接影响关系。根据上述计算结果构建我国装配式建筑发展制约因素的ISM 模型，如图2 所示。

图2 装配式建筑发展的制约因素多级递阶结构图

2.5 构建组合模型

通过DEMATEL 分析结果，将我国装配式建筑发展制约因素的原因度根据其正负可分为原因集合和结果集合，并对中心度的大小进行排序；同时以ISM 模型中的多级递阶结构图为框架，构建组合模型，如图3 所示。

图3 组合模型图

（1）对图3 进行分析，显然，处于最底层的制约因素只有缺乏专业人才（S11），是原因因素，且其中心度为3。说明缺乏专业人才（S11）是制约我国装配式建筑发展的最根本原因，也是最重要原因之一，在装配式建筑推广过程中它是需要重点关注的对象。

（2）处于最顶层的制约因素有相关标准规范不完善（S12）、监管机制不完善（S13）和市场认可度不高（S31）。S13是原因因素，主要影响其他制约因素；S12和S31是结果因素，它们易受其他制约因素的影响。

（3）间接影响复杂系统的因素处于底层和顶层之间，中间层有两个相对独立的制约素是政策支持力度不够（S11）、未形成完整的产业链（S32）。S11和S32是原因因素；建造成本偏高（S21）是结果因素，其中心度排序为1，S21是装配式建筑推广受限的首要原因，它是装配式建筑在推广过程中需要首先考虑的因素。

综上分析，将13 个制约因素按中心度由大到小进行排序，依次为S21建造成本偏高、S31市场认可度不高、S44缺乏专业人才、S33物流运输系统不完善、S41缺乏创新、S11政府支持力度不够、S32未形成完整的产业链、S46关键技术不成熟、S43PC 构件模数不完善、S42标准化与多样化的矛盾、S45现场管理模式不成熟、S13监管机制不完善、S12相关标准规范不完善。其中原因因素排序依次为S44缺乏专业人才、S33物流运输系统不完善、S41缺乏创新、S11政府支持力度不够、S32未形成完整的产业链、S13监管机制不完善。

3 建议和措施

根据DEMATEL 与ISM 构建的组合模型分析可知，原因因素是制约我国装配式建筑发展的主要因素，对原因因素提出相应的解决措施，可解决结果因素对我国装配式建筑发展的制约问题。因此本研究立足于施工企业视角，按原因因素的中心度排序，制定出提升施工企业装配式建筑施工水平和管理水平的应对措施，为推动我国装配式建筑的发展提供一定的建议和指导。

（1）完善人才培养体系。装配式建筑在施工过程中主要缺乏专业技术人才、现场管理人才、专业的施工队伍等。建议政府出台相关政策完善装配式建筑人才培养体系，如在高校开设装配式建筑的设计、施工和管理等相关课程，加强科研单位对装配式建筑施工技术的研究，同时将装配式建筑相关知识纳入建筑工程执业资格考试大纲中，完善装配式建筑专业人才需求。施工企业应加强专业技术人才、专业施工队伍和施工现场管理人才的培养，以及引进BIM 人才，为施工企业装配化施工、信息化管理提供一个平台，指导装配式建筑的施工过程[15]。

（2）完善物流运输系统。在预制构件的运输过程中主要存在时间难以控制、质量难以保障等问题。建议政府对施工企业给予政策上的支持，如在预制构件的运输方面，地方交通运输部门应给予施工企业绿色通道的保障，使施工企业的施工进度能满足施工要求；协调和要求设计单位尽量减少大尺寸构件的设计，在满足设计要求和使用功能的同时，要求预制构件的设计向着模块化、标准化方向发展。施工企业应规划好运输路线，加强与当地交通部门的沟通和预制构件运输过程中的管理，避免由于路线规划不合理、操作不当和路面不平整等问题影响预制构件的质量，同时借鉴目前电商物流运输方式，根据其下单、商品运输动态和售后服务，制定出适合运输预制构件的物流运输系统。

（3）激励创新。现有的关键节点连接技术和构件精准定位技术等不能满足目前的施工要求，给现场装配化施工带来一定的困难。政府应鼓励高校和科研单位加强装配式建筑施工管理方法的创新，促进装配式建筑的快速发展。施工企业应加强装配式建筑施工工艺的创新，根据施工现场特点，总结施工经验，为构件精确定位和关键节点连接等技术的创新提供数据支撑，为提升自身装配式建筑施工综合水平和其他施工企业发展装配式建筑提供一 定的指导。

（4）加大政府支持力度。在宣传和政策优惠等方面，政府的支持力度还不够。应以政府为主导，施工企业和设计单位积极配合，完善装配式建筑的施工规范和设计标准等，同时政府应以传统建筑监管机制为参考加强装配式建筑监管机制的建设，避免装配式建筑在实施过程中出现交叉管理和无人管理的现象，同时出台相关优惠政策，如通过减免预制构件加工厂的构件税费，进一步降低装配式建筑的建设成本。施工企业需要联合政府宣传装配式建筑性能的优越性，消除消费者对装配式建筑性能的误解，提高装配式建筑在市场中的认可度。

（5）形成完整的产业链。由于我国目前装配式建筑的设计、预制、安装之间的联系不紧密，导致我国装配式建筑的产业链不完善。政府应对具备生产预制构件能力的企业进行政策上的优惠，大力支持预制构件供应企业的建设，如对具备生产能力的施工企业给予优先使用其生产预制构件的优惠，促进施工企业对装配式建筑的积极性。施工企业应加强设计、预制、安装一体化建设，推动其上下游产业的整合，进一步降低装配式建筑的建设成本。

4 结语

本文从建筑施工企业的角度，通过决策试验评价实验（DEMATEL）和解释结构模型（ISM）构建的组合评价模型，对制约我国装配式建筑发展的因素进行了研究，分析发现，建设成本偏高是制约我国装配式建筑发展的首要原因，市场认可度不高是最直接的原因，缺乏专业人才是最根本的原因。根据原因因素的中心度排序，确定出关键制约因素，并针对关键制约因素提出了相应的建议与解决措施，以期为施工企业提升装配式建筑施工水平提供理论指导，为我国装配式建筑发展提供一定的参考价值。但本研究也存在一些不足：一是收集的样本有限，本次问卷仅限甘肃省内的项目，以后可以在全国范围内进行问卷调查；二是本研究仅在建筑施工企业的视角下，对我国装配式建筑发展的制约因素进行了研究，未来可以在开发方、设计方、供应方等相关利益方的角度，研究我国装配式建筑发展的制约因素。