基于DEMATEL-ISM的绿色建筑成本控制影响因素

王连月, 曲晓伟, 李丁丁, 曲荣荣

(青岛理工大学 管理工程学院, 山东 青岛 266520)

建筑业的飞速发展改善了生活环境,但施工过程中过度的能源消耗和污染问题不仅加重了人们的经济负担,而且对环境也产生巨大的影响.据统计,人类从自然界获得的50%的原材料被用于建筑设施的建设,人类生产活动产生的垃圾中有40%为建筑垃圾[1].根据2018年中国建筑能耗研究报告统计,我国建筑在能耗数据量化方面存在明显的缺陷,2016年我国建筑总能耗为8.99亿t标准煤,占全国能源消耗总量的20.62%,建筑总能耗呈现持续增长的趋势.建筑二氧化碳排放量达到19.6亿t[2],钢材的消耗量占全国用钢量的60.4%.绿色建筑是建筑业发展的必然选择.

Ulubeyli等[3]通过PESTLE(政治、经济、社会、技术、法律和环境)框架,提出了以模糊综合评价为中心的绿色建筑宏观环境评价的模糊模型,结果表明整体宏观条件对绿色建筑的影响从中到高,其中技术因素是最有效的群体,其次分别为环境、经济、法律、政治和社会因素.Ruan等[4]找出了47个影响绿色建筑成本的因素,通过建立模糊因素分析模型,计算模型中的模糊特征值、模糊相关系数和因子负荷矩阵,提取出8个公共因子,即居住特征因子、社会期望因子、经验与能力因子、技术与物质因素、政策因子、意识因子、参与者关系因素和项目资金因素,结果发现,技术与物质因素影响最大.马晓国[5]通过实物期权法识别、计量和评价绿色建筑增量成本效益,对比增量现金流与增量费用流,提出政府应采取相应的税收激励政策来促进绿色建筑的推广.曹申等[6]通过绿色建筑项目全生命周期成本分析模型剖析各要素的影响,得出延长机械设备的使用寿命、控制管理的成本都能有效实现成本控制.何向彤[7]利用主成分分析法分析了24个与绿色建筑成本控制有关联的因素,并通过蒙特卡洛模拟和模糊识别法构造绿色建筑成本估算模型.薛凡等[8]采用半结构问卷来收集影响绿色建筑增量成本的各因素数据,构建影响因素体系,得出项目理念、节能、室内环境、相关政策为重要的影响因素.

目前对于绿色建筑方面的研究多集中于全生命周期成本效益上[9],对成本控制影响因素的研究较少,且研究方法局限于主成分分析法、支持向量机、作业成本法等,方法单一,在科学严谨性、应用可行性方面存在很多的问题.本文借助DEMATEL和ISM各自的优势来构建模型,筛选出影响绿色建筑成本的关键因素并得到因素间的相互关系,期望为绿色建筑的成本控制工作提供积极的策略.

1 绿色建筑成本控制影响因素

绿色建筑成本受项目全生命周期行为、项目内外环境等多方面的影响[10].由于条件限制,不能总结所有学者们的看法,本文采用关键词频次总结法,分析相关文献102篇,选取了频次不低于6次的关键词,组成20个绿色建筑成本控制的影响因素,如表1所示.

表1 绿色建筑成本控制影响因素及频数Table 1 Influencing factors of green building cost control and their freguencies

2 计算与分析

2.1 模型简介

决策实验室分析法(DEMATEL)专门用于分析复杂要素之间的影响关系[11],通过运用图论与矩阵进行系统要素分析[12],构建直接影响矩阵,计算要素之间的影响度与被影响度、中心度与原因度,能够减少系统要素的构成,简化要素之间的关联,但难以分析大的复杂系统.

解释结构模型(ISM)中系统可以被划分成不同的模块,通过建立可达矩阵整理出各要素的多层递阶结构图,结合MATLAB,能对影响因素之间的相互关系以及因素对系统的影响进行处理[13],适用于关系复杂且变量多的系统分析,但无法知道要素的影响大小.

将2种方法结合,实现互补,既能将复杂系统的层次进行清楚地划分,又能够筛选出关键的影响因素,提高效率及可行性.

2.2 数据分析

2.2.1 直接影响矩阵的确定

基于表1中20 个影响因素编制问卷,进行调查统计.其中受调研对象包括建设单位10人,设计单位8人,施工单位12人,监理单位5人,高校研究绿色建筑相关领域的教师10人.根据算数平均法计算,对计算结果进行四舍五入,得到直接影响矩阵Bd.aij=0、1、2、3,依次表示影响程度为无影响、弱相关、中等相关、强相关.

2.2.2 计算各因素的影响度Tp与被影响度Tq

将Bd中各个因素除以行和的最大值即可得到规范化直接影响矩阵B,见式(1).运用式(2)求出综合影响矩阵T,依据矩阵T中的值tij确定各个影响因素的影响度Tp和被影响度Tq,其中tij表示因素i和j的间接影响关系[14].

2.2.3 计算各因素的中心度与原因度

因素Ai所对应的行和与列和相加即为Ai的中心度Ti,二者相减即为其原因度Ri,见式(5)、式(6).中心度数值的大小反映了该因素对其他因素的影响程度.原因度为正值表明该因素对其余因素的影响大于反向的影响;原因度为负值,则为结果因素,表明该因素对其他因素的影响小于反向的影响,结果见表2.

原因度大于0,即为原因因素,原因度小于0则为结果因素,因此由表2可知,影响绿色建筑成本控制的因素中A4,A8,A10,A3, A9,A12,A2,A5为原因因素,A1,A6,A7,A11,A13,A14,A16,A15,A17,A18,A19,A20为结果因素.

表2 绿色建筑成本控制影响因素的DEMATEL参数Table 2 DEMATEL parameters of influencing factors of green building cost control

2.2.4 关键因素的选定

原因度体现了各个因素之间的相关程度,原因度越大表明它对其他因素的影响程度越大,原因因素为影响系统的关键因素,因此可选取A4,A8, A10, A3, A9, A12, A2, A5为关键因素.

中心度可以判断影响因素的重要性,表2中因素的中心度由大到小依次为A6, A9, A1, A2, A3, A7, A5, A19, A10, A11, A8, A16, A14, A15, A18, A13, A17, A20, A4, A12.中心度越大表明该因素越重要,通过图 1能够清晰看出中心度的变化幅度,直观地看出各因素之间的差别,据此选取中心度大于7的因素A6, A9, A1, A2, A3, A7, A5, A19, A10, A11, A8为关键因素.

图1 影响因素中心度与原因度曲线Fig.1 Curve of influence factor centrality and cause degree

将由原因度和中心度筛选出的关键因素合并即为最终的关键影响因素,包括A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, A12, A19.整合关键因素得出关键因素矩阵H.

2.2.5 建立邻接矩阵

将DEMATEL中的直接影响矩阵转化成ISM方法中的邻接矩阵W,矩阵中的aij表示Ai到Aj的影响关系,将大于等于3的因素设为1,小于3的因素设为0,以此来简化系统关系结构.

2.2.6 建立可达矩阵

通过布尔代数计算规则求得可达矩阵M[15].

2.2.7 区域及级位划分

以M为基础,将影响因素分成可达集R(Ai)、先行集O(Ai)和交集N(Ai).R(Ai)表示Ai可以对其他因素产生影响.O(Ai)表示其余因素对Ai产生影响.结果见表3与表4.

表3 区域划分Table 3 Regional division

当R(Ai)∩O(Ai)=R(Ai),可得矩阵的最高级因素集L1,即从其他因素可以达到该影响因素,而从该影响因素无法到达其他因素.按照式(7)从原来的M中删掉L1中影响因素对应的行与列,对得到的新的矩阵进行同样操作,找到新矩阵中的最高级影响因素集L2,以此类推,将影响因素划分到不同的级别当中.

2.2.8 骨架矩阵

1) 初级骨架矩阵.

处于同级别区域相互影响的因素在可达矩阵中相应的行值与列值完全相同,具有相同的关系,可以相互替换,只需保留一个因素作为代表.因此,根据表4,提取初级骨架矩阵时各级别因素只选取一个来缩减矩阵,得初级骨架矩阵M1.

表4 级位划分Table 4 Rank division

2) 二次简化矩阵.

下一级只对上一级有影响,因此对跨级产生影响的因素将其由1改为0,构建新矩阵M2.

3) 最终矩阵.

将二次简化得到的矩阵减去单位矩阵,即可得到最终可达矩阵M3.

2.2.9 得出多级递阶图

在得到的最终矩阵中,0表示因素无联系,1代表因素间有影响,由此得出的绿色建筑成本控制影响因素之间的影响关系见图2.

图2 绿色建筑成本控制影响因素多级递阶图Fig.2 Multi level hierarchical chart of influencing factors of green building cost control

2.2.10 模型结果分析

通过DEMATEL-ISM模型得到绿色建筑成本控制影响因素多级递阶图,分析如下.

1) 绿色建筑成本控制影响因素分为2个级别,施工技术、材料成本、施工水准、废料再利用为一级影响因素,为最直接影响因素;其余因素为二级影响因素;其内部会相互影响,且会影响一级影响因素.

2) 政策法规处于最底层,中心度为4.81,为基础性因素,表明政策法规是制约我国绿色建筑发展的最根本因素.政府应不断补充绿色建筑评价标准,为绿色建筑各项技术的开发提供资金支持.

3) 处于最顶层的影响因素包括施工技术、材料成本、施工水准以及废料再利用,原因度均为负值,为结果因素,容易受到其他影响因素的影响,其中材料成本的中心度为最高值8.84,表明其受其他因素的影响最大,是绿色建筑成本控制过程中最重要、需首要考虑的因素,因此在施工过程中需格外重视.绿色施工技术需要在绿色建筑设计、施工以及后期的维护阶段都将环境问题考虑其中,在施工阶段会涉及到节地、节水、节材、节能等对成本有较大影响的环节,需将施工资源达到最大利用程度,但若盲目使用价格高却不合适的技术,就会导致成本的大幅度增加.达到标准化技术的创新对施工效率及成本管理有很大的促进作用.对废弃物进行加工改造,在拆除阶段,木材、混凝土、钢筋等均可以回收用于其他项目,不仅能够变废为宝,节约成本,还能减少其对环境的污染.

4) 位于顶层与底层之间的为间接影响因素,其中可行性研究为结果影响因素,成本控制意识、成本管理水平、设计方案、绿色建筑标准、地域因素、项目定位、客户的环保觉悟均为原因因素.项目的定位不同,成本的增加量会有很大的变化.可行性研究以及设计方案体现了通过合理的预测与分析来选择最佳的建设方案,减少后期变更所导致的成本的增加,使施工过程能够按计划进行.在建设项目投资决策前,需对建设地区水质、地形、气候状况、自然资源、法律法规等进行充分的调研,对经济效益、投资状况、技术条件、成本效益等进行合理的预测与分析.成本控制意识和成本管理水平体现了管理者在绿色建筑成本控制过程中的主导作用.绿色建筑标准是建设单位进行项目建设的参考,在绿色建筑全寿命周期过程中,工作人员可依据相应的规范采取不同的应对措施促进项目的实施.客户的环保觉悟体现了消费者在环保节能方面的收益,与普通建筑相比,绿色建筑在能源费用方面占有很大的优势,且舒适度更强,绿色建筑需求量的提高会促进建设单位对绿色建筑的开发,建设单位通过控制成本,降低费用,从而获得最大利益.

5) 间接影响因素通过直接因素影响绿色建筑的成本控制,客户的环保觉悟对地域因素和项目定位均有影响,第二、三、四层因素对绿色建筑成本控制的影响路径有 2条,其中第1条路线为地域因素和项目定位影响绿色建筑标准,进而影响成本控制意识、成本管理水平和设计方案,再经由首层直接影响因素作用于绿色建筑成本控制;第2条作用路径为项目定位和地域因素共同影响绿色建筑投资决策阶段的可行性研究,进而影响成本控制意识、成本管理水平和设计方案,通过表层因素直接影响绿色建筑的成本控制.

6)顶层的直接影响因素之间关系复杂,一旦其中某一因素没有得到较好的控制,会在其余因素间迅速互相传递,因此通过对顶层的关键影响因素进行合理的控制是控制绿色建筑成本的关键.

3 结 论

通过DEMATEL对20项影响因素进行排序,筛选出主要影响因素包括:施工技术、成本控制意识、材料成本,成本管理水平、政策法规、设计方案、地域因素、项目定位、绿色建筑标准、可行性研究、施工水准、客户的环保觉悟、废料再利用.

在此基础上利用ISM模型得出绿色建筑成本控制影响因素多级递阶图,将影响因素划分为5个层次,并将影响因素依据其对绿色建筑成本控制的影响程度划分为2个级别.通过分析可以得知政策法规为影响绿色建筑成本控制的最本质的影响因素,会对其他因素产生直接或间接的影响.绿色建筑标准与可行性研究是较深层次的影响因素.成本控制意识、成本管理水平、设计方案既会受到绿色建筑标准与可行性研究的影响,又会影响施工技术、材料成本、施工水准和废料再利用.施工技术、材料成本、施工水准和废料再利用为直接影响因素,对成本产生直接影响,因素之间也会产生相互影响.