基于模糊ISM-MICMAC模型的新型建筑工业化发展障碍因素研究

赵金煜，王定河，徐玉泽

(北京建筑大学 城市经济与管理学院， 北京 100044)

近期，住房和城乡建设部等多部委联合发布了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，以期推动新型建筑工业化的发展。而当前我国建筑工业化的发展与西方发达国家相比尚有较大差距，主要体现在建筑垃圾产量高、劳动生产效率低、工业信息化程度低等方面[1]。若问题得不到妥善解决，推进中国新型建筑工业化发展无疑是纸上谈兵，建筑业预期的环境、社会、经济协同效益终将难以实现。因此，为响应国家建筑工业化建设需求，促进新型建筑工业化稳步发展，有必要开展新型建筑工业化发展障碍因素内在关联性研究。

探究新型建筑工业化发展障碍因素方面已有较多的研究。SHIN等[2]对韩国住宅市场的研究发现，建筑专业人才是建筑工业化转型升级的重要支撑。RAHMAN[3]采用问卷调查研究中英建筑工业化市场，并采用因子分析发现影响工业化的公因子是界面差和监管不足、市场限制、协调不足和文化障碍、缺乏技能和工具、对产品性能的怀疑等。LUO等[4]认为标准化与个性化的矛盾、缺乏现代化管理模式及管理经验、市场认可度低等阻碍了建筑工业化发展。纪颖波[5]认为缺乏政策支持、技术标准不完善、行业管理不配套是关键问题。文林峰[1]解析了建筑工业化发展的障碍，包括建筑工业化与信息化深度融合不够、组织管理模式未转变、全产业链协同能力差、工业化专业人才短缺。高群等[6]采用主成分分析法确定了影响建筑工业化发展的因素，包括政策支持不到位、模数协调体系不匹配、成本增量突出、市场认同感弱等。王俊等[7]认为建造成本偏高、模数化和标准化程度低、盲目追求预制率和装配率、盲目效仿国外建设体系、BIM软件应用不成熟、现场施工安装混乱制约了建筑工业化的发展。叶浩文[8]则认为发展新型建筑工业化应该从政策扶持、技术体系研究、集成技术研发、成本管控、舆论引导、专业人才培养方面改进。

当前我国新型建筑工业化推广仍面临较多挑战，如何在众多障碍因素中筛选出最具影响力的因素，成为攻克问题的关键。已有研究主要从宏观定性角度对建筑工业化发展障碍因素进行论述，既缺少客观数据有效支撑障碍，又未落实到项目层面，成果指导性较差，并且过分依赖专家经验进行主观评分，研究结论正确与否有待商榷。基于此，研究将首先通过大量文献研究辨析研究对象的概念及特征，同时采用文献调研及专家问询法研究障碍因素，并采用德尔菲法对障碍因素识别清单进行修正，创建新型建筑工业化发展指标体系。随后邀请业内专家对障碍因素间的关联性进行模糊打分，结合ISM- MICMAC关系模型进行因素间的关联性分析，最后依托研究结论为当前的新型建筑工业化推广现状提出针对性建议。

1 新型建筑工业化概念界定及特征分析

新型建筑工业化是为区别传统建筑工业化提出的，主要体现在生产方式及建造方式和项目全过程管理理念的转变。叶浩文[9]38-39从产业链角度，将新型建筑工业化定义为能够整合设计、生产、施工等全产业链，实现建筑产品节能、环保和全生命周期价值最大化的可持续发展新型建筑生产方式。而叶明[10]则基于产品思维，指出新型建筑工业化是运用现代工业化的组织和手段,实现生产要素资源的系统集成及优化配置,并形成有机的产业链和有序的流水式作业，以输出高质量的建筑产品。综合考量两者内涵，本文将新型建筑工业化定义为应用信息化手段，实现过程管理信息化、生产要素集成化、组织管理科学化，促进设计、生产、施工、运维整个产业链融合，达到建筑构件生产及产品交付让各方满意的新型建造方式。为研究新型建筑工业化发展障碍因素，需围绕新型建筑工业化的内涵及特征进行分析。参考叶明和缪英[10-11]观点将新型建筑工业化特征概括为：设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、组织管理集成化、过程管理信息化、生产经营专业化、工业产品市场化。

2 新型建筑工业化发展障碍因素识别与分类

为充分考虑文献时效性及研究周期性，本文基于新型建筑工业化内涵及特征，本着科学合理、系统全面、动态适用的原则，从中国知网及Science Direct数据库中筛选研究中国新型建筑工业化影响因素的文献，精选相关度较高的14篇文章作为研究基础，并经研究团队讨论分析得出20个影响因素。为保证因素可信度，特邀从事建筑工业化技术研发、理论研究和工程实践方面的行业专家10位。通过2次意见征询后，进行如下修订：因现代化管理理念与经验缺乏包含建筑企业信息化管理薄弱，故删除后者；将建筑部品工业化水平低与建筑部品模数协调缺失合并为预制构件工业化程度低；增加构件市场产能供需不平衡、新一代信息技术建筑化应用缓慢；删除盲目引用国外建设体系。调整后所得的障碍因素指标清单见表1，其中文献所含相似指标用“√”表示。为方便开展指标内涵分析，根据指标属性分为政策层面、技术层面、人员层面、管理层面、市场层面5个准则，对应指标依次编号为Si，i∈[1,18]，见表2。

表1 基于文献分析的新型建筑工业化发展障碍因素清单

表2 障碍因素内涵辨析及分类

3 新型建筑工业化发展障碍因素层次关系确定

3.1 改进ISM- MICMAC模型原理

为探究复杂经济系统问题，Warfield教授研发出解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)[23]151-153。该模型可将变量繁多且关系复杂的系统，转换为直观明了的多级递阶结构模型。然而新型建筑工业化发展障碍因素还具有类别繁杂、无法精确描述的特点。传统ISM模型对专家咨询结果一致性要求极高，基于新型建筑工业化复杂系统以及专家个人行业宏观认知能力、主观偏好等影响，极易出现不稳定且随机的情况，导致结果失效。模糊数学可以实现将不确定性问题模糊化后解模糊达到精确的目的,因此有机融合ISM模型和模糊数学理论有利于改进传统ISM模型对专家评分的高要求。

交叉影响矩阵相乘法(Matrices Impacts Croises-multiplication Appliance Classement，MICMAC)可应用于新型建筑工业化发展系统，研究障碍因素反应路径、分析因素间的关联性及重要性。依据障碍因素的驱动力值和依赖度值，可将因素分为4个象限类别，即自发象限、依赖象限、联动象限和独立象限[24]。其中处于自发象限的因素驱动力及依赖度较低，既不受其他因素影响，也对其他因素影响较小，需要单独处置；处于依赖象限的因素驱动力低而依赖度较高，该类因素受其他因素影响较大，但对其他因素影响较小，需依靠其他因素的带动作用发挥独有优势；处于联动象限的因素驱动力及依赖度均较高，因素受其他因素影响及对其他因素影响较大，在系统中处于中介作用；而位于独立象限的因素驱动力较高而依赖度较低，该类因素受其余要素影响程度较弱,但对其他要素影响较大,是影响新型建筑工业化发展的根本原因。

改进的ISM模型降低了业内专家的主观作用，更好解决新型建筑工业化发展系统中障碍因素间的模糊性问题，使新型建筑工业化发展系统障碍因素可以呈现分级递阶。同时，联合MICMAC分析方法能对障碍因素进行有效层级划分与属性辨析,从而实现对障碍因素的分析评价。

3.2 改进模型构建

依据研究对象特点对原有模型进行改进，流程如图1所示。

图1 改进的ISM建模流程Fig.1 Improved ISM modeling process

操作步骤如下：

步骤1界定系统，明确因素。在对原有文献及案例资料深度分析的基础上，充分尊重业内专家的意见，界定出研究问题的系统边界及其相关因素,设其因素集为S,则有S={S1,S2,S3…，Sn}。

步骤2行业专家模糊评分。邀请新型建筑工业化行业专家根据模糊评价标准(表3)，对系统因素Si与Sj的关联度进行模糊评分，其中影响程度评价最大值为1，确定模糊邻接矩阵F。

表3 新型建筑工业化发展障碍因素模糊评价标准

步骤3计算关联强度矩阵B。

(1)

式中：bij为矩阵B中第i行第j列元素;fij为矩阵F第i行第j列元素，fi·为矩阵F第i行元素和;f·j为矩阵F第j列元素和。

步骤4计算邻接矩阵A及可达矩阵M，并确定阈值。

(2)

式中：aij为矩阵A中第i行第j列元素；bij为矩阵B第i行第j列元素；λ为阈值，由专家经验值确定。

A1=A+I，A2=(A+I)2,…Ai=(A+I)i

(3)

A1≠A2≠A3≠A4≠…≠Ai=Ai+1=M

(4)

式中：M为可达矩阵。

步骤5绘制ISM递阶图。通过式(5)、式(6)，确定可达矩阵M中Pi因素的可达集合R(Pi)和先行集合S(Pi)。当式(7)成立时，则Pi为第1层级。然后将M中的Pi因素剔除,重新按照式(5)～(7)来确定第2层级的因素集，同理直到确定出最底层因素集,则可绘制因素的ISM递阶图。

R(Pi)={Pi|mij=1}

(5)

式中：R(Pi)为可达矩阵M中每一行Pi对应矩阵元素为1的所有列因素的集合；mij为矩阵M第i行第j列元素。

S(Pi)={Pj|mji=1}

(6)

式中：S(Pi)为可达矩阵M中每一列Pj对应矩阵因素为1的所有行因素的集合。Mji为矩阵M第j行第i列元素。

R(Pi)∩S(Pi)=S(Pi)

(7)

式中：R(Pi)∩S(Pi)为共同集合。

步骤6绘制依赖度与驱动力图。依据式(8)、式(9)可得矩阵的驱动力Di和依赖度Rj，其中Di为该因素对系统其他元素的驱动作用，Rj为该因素对其他因素的依赖程度。

(8)

(9)

式中：Rj为可达矩阵M的j列和。

在生长情况观测中，大花月季生长量最高，其中最突出的为梅郎口红、月季王朝、大紫光、彩云、金奖章、美国粉、萨曼莎等；藤本月季生长量次之，其中最突出的为御用马车、安吉拉；丰花月季整体生长量最小，位居前五位的为红帽子、世纪之春、金马莉、满堂红、仙境、冷香玫瑰。

基于上述步骤对新型建筑工业化发展障碍因素采用改进的ISM- MICMAC模型,探寻障碍因素间的层次结构及内部影响机制，为推进新型建筑工业化发展提供理论指引。

3.3 改进ISM- MICMAC模型关系分析

3.3.1 模糊关联矩阵阈值确定

在上述因素解析及改进模型分析的基础上，邀请来自政府部门、设计单位、预制构件厂、装配施工方及高校的7位具有副高级以上职称且长期从事新型建筑工业化实践及研究的专业人士。依据表3评价标准，对新型建筑工业化发展障碍因素间的关联性进行模糊评分。为避免专家打分时受外界因素干扰，保证专家独立性，本次问卷采取线上发放和回收，并取数据的平均数作为模糊邻接矩阵F的元素。

明确模糊邻接矩阵F后将元素进行处理得到关联强度矩阵B，然后比较元素与阈值λ大小，确定邻接矩阵A。鉴于阈值λ取值越小时,因素划分的层次越少，因素间弱作用将被忽略，不易体现因素间深层关系;取值较大时,因素划分的层次越多，会消耗管理人员用于数据处理的精力，增加因素管控成本。为避免因素层次划分多寡对结果分析理解产生障碍[25]，本文依据模糊评价标准及专家评价稳定性原则，取阈值λ为0.5。

3.3.2 模型计算

简化步骤1～4的计算，采用MATLAB软件计算可达矩阵M，其中可达矩阵横向加和为驱动力Di，列项加和为依赖度Rj，结果见表4。构成指标Si(Rj，Di)二维坐标，对应图3中圆点位置。

表4 模糊可达矩阵

3.3.3 改进模型关系确定

影响因素的层级划分取决于因素驱动力。因素驱动力越大，表示其所处位置越低，对其他因素具有驱动作用，反之亦然。依据可达矩阵以及因素分层级公式，将因素进行分级，显现因素间的内在关联性(图2)。形成ISM图后,依据各因素的驱动力及依赖度进行影响因素MICMAC分析，如图3所示。

图2 障碍因素ISM递阶关系Fig.2 ISM hierarchical relationship of influencing factors

图3 障碍因素MICMAC分析Fig.3 MICMAC analysis of influencing factors

3.3.4 模型结果分析

对新型建筑工业化发展障碍因素用改进ISM- MICMAC模型进行分析可知：

1)没有属于自发象限的因素。假设不考虑专家评分主观性，此结果表明所选取因素不会通过单一作用影响新型建筑工业化发展，而是通过因素间的相互关联协同影响。

2)属于依赖象限的因素是S13研发投入与创新力不足、S18构件市场产能供需不平衡，2个因素依赖度较高而驱动力不足，说明该类因素需要依赖其他因素解决，通常是由其他因素处理不当累计所致, 且一旦发生将直接导致工业化发展更加困难。在ISM递阶关系中，S13、S18均位于第1层级，这些因素需要通过中间层及最底层因素作用，属于表层的直接因素，可直接作用于新型建筑工业化的发展。如完成S13需要解决因素S1政策支持力度不够与S11专业人士缺乏，因为政策支持会为社会发展新型建筑工业化提供支撑，鼓舞企业加大投入，激励专业人士参与新型建筑工业化的技术研发、理论研究。而创新力来源于产业工人及管理人员，两者相辅相成共同促进可以解决研发投入及创新力不足问题。S18得益于S8标准化与个性化矛盾、S12社会认知度低、S17全产业链协同尚未成熟这3个问题的解决，只有建筑部品实现标准化、模数协调化，满足使用者个性化需求，以及提高社会公众对工业化建筑的认可度，才能达到全产业链的协同，实现供需平衡最终目标。

3)属于联动象限的因素有10个，分别是S1政策支持力度不够、S3政府宣传引导不够、S5技术标准体系不完善、S6关键技术发展缓慢、S8标准化与个性化矛盾、S10预制构件工业化程度低、S12社会认知度低、S15性价比低、S16产品发展滞后、S17全产业链协同尚未成熟。这类因素的驱动力及依赖度均较大，但事实上并不稳定，甚至在发生阻碍作用时没有先兆，极易造成较大影响，并且分布于ISM递阶关系中的第2层级，属于中间层因素，存在较为复杂的相互作用关系，既受到上下层因素的影响还存在同层次因素的相互作用。如S12不仅影响上层因素S18，而且相互影响S15,还受到S3的影响。

4)属于独立象限的因素有6个，分别是S2顶层设计落实不到位、S4监督机制不配套、S7技术系统集成与工业化体系缺乏、S9新一代信息技术建筑化应用缓慢、S11专业人才缺乏、S14现代化管理理念与经验缺乏。该象限中的因素依赖度低但驱动力高，表明该类因素在发展过程中较少依赖于其他因素的影响而间接致力于推动新型建筑工业化的发展，可以认为是阻碍发展的源头，若应对措施不当将影响较大。因此在发展新型建筑工业化过程中要倍加重视该区域因素的管控，避免产生扩散作用。在ISM递阶关系中S11在第5层级，其直接或者间接通过中介效用影响其他因素，可视为发展新型建筑工业化的深层次因素，S9与S14在第4层级，因素S2、S4、S7分布于第3层级。S14、S7基本上可通过S11的发展而得以调整，其中S9、S2、S4不受其他因素影响。一方面新信息技术在我国飞速发展，但实现建筑化应用的新技术却寥寥无几，工业化发展是以信息化为基础的发展阶段，因此为解决新型建筑工业化发展应强调新信息技术建筑化应用；另一方面顶层设计落实不到位及监督机制不配套均属于政策层面，并非某一行业或个人所能改变的，而是国家宏观调控的产物，因此欲推动新型建筑工业化发展，妥善解决好S2、S4、S9、S11这4个因素至关重要。

4 对策建议

4.1 落实顶层设计，完善工业化建造流程监管

不同层级政府部门应该分层分级编制可操作性方案，并设立任务清单落实责任主体，实现横向到边、纵向到底的策略，逐层推进。工业化建筑发展中要加强完善配套建筑法规和技术标准[26]，在建造流程上要不断优化工程建设管理制度，特别是配套的项目监管机制。立足工业化建设项目全寿命周期，从项目立项决策、工程招标、设计建造、竣工验收、运营维保等阶段，予以创新性监管保障，完善并落实制度保障，以推动新型建筑工业化的发展。

4.2 依托产学研平台，培养新型工业化专业人才

新型建筑工业化转变了传统建造方式，对设计人员、技术工人、项目管理人员等建筑从业人员的专业素质提出了新要求。为解决专业人才短缺问题，一方面可以组织原有技术工人参与新型建筑工业化技术培训，并引导管理人员学习新理念、新工艺，完善管理知识体系；另一方面依托产学研合作项目，完善高职院校人才培养计划，依托市场对新型建筑产业人才技能要求，动态调整专业人才培养知识体系。同时建立实训基地及开展技能培训、技能竞赛等交流活动，加快培育专业管理人才和技能型产业工人。

4.3 加强科研协作，助推信息技术建筑化应用

新型建筑工业化以信息化为基础，而我国建筑业信息化应用水平尚处于初级阶段，以建筑信息模型与无线射频技术为代表的新型技术在新型建筑工业化发展过程中进展缓慢，应用范围比较局限，产品插件兼容性差，暂且无法实现信息化管理的预期收益。一方面应加强科技公司与建筑企业的科研协作，打造信息技术建筑化应用协同系统；另一方面应逐渐推进5G通信技术、大数据技术、物联网技术在新型建筑工业化流程管理、工厂生产、现场管理中的应用。

5 结论

1)鉴于我国新型建筑工业化发展滞后的现状，以新型建筑工业化发展的障碍因素为研究对象，通过内涵特征分析、文献调研及专家问询，归纳总结出政策、技术、人员、管理、市场5个层面的18个阻碍新型建筑工业化发展的影响因素指标体系，丰富了新型建筑工业化研究理论。

2)运用改进的ISM模型分析障碍因素间的递阶关系,结合MICMAC方法分析障碍因素的驱动力与依赖度关联，并进行因素分类，辨明因素内在关联性。ISM递阶关系发现S11专业人才缺乏位于结构层的最底层，属于新型建筑工业化发展受阻的深层次因素，而S13研发投入与创新力不足和S18构件市场产能供需不平衡为最高层，属于阻碍发展的直接因素原因，其他因素在系统中扮演着过渡的作用机制。MICMAC分析发现所归纳因素分布于3个象限而不存在于自发象限，说明所选因素均无法单独作用于目标系统，而是通过多因素间的合力作用影响目标。

3)通过改进的ISM- MICMAC模型填补了既有研究指标定量化的缺陷，得到了影响新型建筑工业化发展的重要原因，分别为S2顶层设计落实不到位、S4监督机制不配套、S9新一代信息技术建筑化应用缓慢、S14现代化管理理念与经验缺乏，并提出针对性建议指导实践。