装配式建筑成本影响因素的识别及ISM-MICMAC分析*

杨敏婕 周珏巧 杨静 陈艺婕

(西南石油大学工程学院，四川 南充 637000)

0 引言

目前，装配式建筑在我国的发展正处于瓶颈阶段，造价偏高一直是阻碍其发展的主要因素。装配式建筑的成本问题成为近年来学术界的研究热点。潘雨红等[1]通过对全国装配式建筑项目的调研发现，在任何一种建造结构体系中，不同预制率下的装配式建筑成本均高于传统现浇建筑体系。王广明等[2]指出，装配式项目管理经验缺乏、构件生产规模小、市场化竞争不够、设计生产和施工脱节等是影响装配式混凝土建造成本的主要因素。李丽红等[3]认为，PC构件的生产、运输和安装是造成装配式建筑成本偏高的主要因素。

尽管关于装配式建筑成本的研究较多，但成本影响因素指标体系仍不完善，缺少关于各因素间的传递关系和作用机理的探讨。基于此，本文基于装配式建筑增量成本和波特钻石模型，对成本影响因素展开识别，构建成本影响因素指标体系。基于ISM(Interpretive Structural Modelling)模型对各因素进行层级结构梳理，采用MICMAC(Matrices Impacts Croises-Multiplication Appliance Classement)法揭示各因素间的相互作用机理。

1 装配式建筑成本影响因素识别与筛选

1.1 增量成本分析

增量成本即装配式建筑相比传统现浇建筑而增加的成本。李丽红等[3-5]通过对比装配式建筑与传统现浇建筑，探求装配式建筑成本高的原因。参考相关文献，对装配式建筑各建设阶段的主要增量成本进行总结分析，见表1。

表1 装配式建筑各建设阶段主要增量成本分析表

1.2 成本影响因素识别

1.2.1 基于增量成本的成本影响因素识别

根据装配式建筑在各建设阶段的增量成本，识别影响增量成本的因素，如图1所示。需要说明的是，图1中的每种增量成本可能受多种因素的交叉影响。为简化问题，本文仅选取与其密切相关的某个因素进行讨论。

图1 基于增量成本的装配式建筑成本影响因素识别

(1)设计阶段。由于构件拆分、深化设计和专项设计等需求，装配式建筑的设计工作量更大，成本也更高，构件拆分与深化设计的成熟程度、BIM技术应用水平等均影响设计成本。

(2)生产阶段。可根据预制构件生产费的分项费用识别成本影响因素。例如，在措施费中，预制构件的模具成本普遍高于传统的建筑模板，模具初期投入成本较高，提高模具周转次数可以降低模具摊销成本，减少措施费；在制作费中，由于预制构件精细化要求高，为保证高精度制作，预制构件生产厂需要投入更多的成本，如生产不同类型的构件试样进行试验选样、培养专业的生产技术工人、引进先进的生产线等；在税金中，由于预制构件是建筑产品，应按国家规定缴纳增值税，因此国家相关政策也会对税金产生一定影响。

(3)运输阶段。合理的运输方案既可以缩短运输时间、提高运输效率，也可以节约人工费、燃油费、过路费等费用；较高的运输管理水平可以提高运输车辆使用寿命，减少维修保养成本。

(4)施工阶段。由于大部分构件的生产已转移至工厂，装配式施工现场主要进行构件吊装和拼缝处理工作，吊装方案合理性、构件安装精度成为该阶段的主要成本影响因素。

装配式建筑的建设是一个高度集成的过程，涉及多个利益相关方，需要企业、行业以及国家相关部门协同配合，这就使得仅通过各建设阶段的增量成本识别成本影响因素不够系统。例如，标准和规范的完善程度影响装配式建筑的设计、生产、运输和施工成本；专业的人才队伍可以提高信息技术应用水平、精细化程度以及综合管理水平等，进而达到降本增效的目的。因此，有必要从其他方面进一步探索成本影响因素。

1.2.2 基于波特钻石模型的成本影响因素识别

造价偏高一直是阻碍装配式建筑产业发展的核心问题，对成本影响因素的识别可以以钻石模型中的要素为突破点，从生产要素、需求条件、政策与机会、同业竞争、相关产业5个方面进行识别，如图2所示。

图2 装配式建筑成本影响因素钻石模型

(1)生产要素。生产要素包括人力、资本和设施等基础要素。受我国目前装配式建造经验不足、装配式建造和管理专业人才缺乏、信息化技术水平不高、各专业间的集成化水平不高等因素影响，装配式建造优势未得到充分发挥，建造成本居高不下。

(2)需求条件。目前，装配式建筑在我国的普及程度不够高，加之规范标准不完善、建设管理经验缺乏等因素使得利益相关方接受程度不够高，接受装配式建筑的企业常常难以把控装配率和预制率指标，若装配率偏低，则达不到装配式建筑的装配要求；若装配率偏高，则因生产预制构件所产生的成本增加。

(3)政策与机会。为推广装配式建筑，我国出台了相关鼓励政策，如建筑面积豁免、给予税收优惠、开通绿色通道等，为装配式建筑的发展提供了政策保障。目前，我国装配式建筑正处于快速发展期，已有政策不能完全满足装配式建筑大力发展的需求，相关政策、规范和标准仍需进一步完善和修订，欠发展地区对装配式建筑的重视程度仍不足。

(4)同业竞争。现阶段，装配式建筑的最大竞争产业是传统现浇建筑。目前虽在大力完善预制构件通用化和模数化的设计方法，但由于长期受传统现浇建造思维模式的影响，建筑的多样化和个性化水平仍有待提高。

(5)相关产业。第三方物流运输专业化程度不高，构件运输质量和效率得不到保证，导致运输成本偏高。上下游资源供应不足，预制构件厂生产规模不大、市场化竞争力不强，导致预制构件成本偏高。

1.2.3 成本影响因素指标体系

由以上论述可知，装配式建筑成本影响因素体现在多个方面，各因素间的关系也较为繁杂。为了简化问题，本文采用因子分析法对成本影响因素进行进一步整理。因子分析数学模型如下

X=AZ+ξ

(1)

式中，Z代表用于解释影响原始变量的共同因素，即因子向量；ξ表示影响原始变量但又不能由Z解释的特殊因素，即残差向量；A是初始因子载荷矩阵；X为原始变量向量。

对图1和图2中所识别出的成本影响因素进行整理，可以获得22个装配式成本影响因素(“国家和行业政策”与“政府扶持政策”、“BIM技术应用水平”与“信息化技术应用水平”意思相近，合并为同一个因素，分别为“相关政策”和“信息化技术应用水平”)，邀请各参建单位的技术和管理人员、高校研究人员、政府相关部门工作人员等参与问卷调查。调查问卷采用5级李克特量表的形式，各成本影响因素的重要程度用1～5分进行评价，成本因素最重要的为5分，最不重要的为1分。基于因子分析法对调查数据进行整理分析，最终确定七大类公共因子。根据各分类下的因素特点，分别命名为设计类因素、生产类因素、运输类因素、施工类因素、技术化水平类因素、供应与需求类因素和政策规范类因素，见表2。

表2 装配式建筑成本影响因素指标体系

(续)

2 成本影响因素的层级结构分析

ISM模型用于分析复杂的系统结构问题[13]，通过建立系统各要素之间关系的结构矩阵，分析各要素间的递阶关系和影响路径，揭示系统中复杂要素的关联性和传递性机理。

2.1 构建邻接矩阵

A=[aij]，aij为1，代表因素Xi对Xj有影响；aij为0，代表因素Xi对Xj无影响。矩阵如下

(2)

2.2 计算可达矩阵

当A满足式(3)时，M为矩阵A的可达矩阵

(A+I)1≠(A+I)2≠…≠(A+I)k-1=(A+I)k=M

(3)

式中，k为正整数。

(4)

2.3 层级要素划分

根据M和式(5)～式(7)求出先行集A(Si)、可达集R(Si)、交集R(Si)∩A(Si)以及可以到达Si的全部因素的集合Q(Si)，然后找出R(Si)=Q(Si)的元素，即为ISM模型的第一层；将M去掉第一层元素所在的行和列，继续寻找第二层所包含的元素。依此类推，可以得到各层级要素。本文只列出部分成本影响因素的可达集合、先行集合、交集和层级，见表4。

R(Si)={Sj|Sj∈S,Sij=1}

(5)

A(Sj)={Si|Si∈S,Sij=1}

(6)

Q(Si)={Si|Si∈S,R(Si)∩A(Si)=R(Si)}

(7)

2.4 层级结构分析

根据层级划分和可达矩阵M，可以绘制出装配式建筑成本影响因素的层级结构，如图3所示。

表3 装配式建筑成本影响因素层级结构

图3 装配式建筑成本影响因素层级结构

装配式建筑成本影响因素的层级分析如下：

(1)底层(第8层)因素有1个，为相关政策(G2)因素。该因素对其他因素产生直接或间接影响，是根本影响因素。例如，政府通过出台相关政策，提高社会对该建筑的认知和接受程度，促进行业积极完善相关标准和规范，推动预制构件生产形成规模化效应，提高上下游供应水平等。

(2)中间层(第2～7层)因素有17个，属于间接影响因素。例如，构件拆分与深化设计的成熟程度(A1)和设计的标准化程度(A2)属于设计因素类，准确的设计受专业人员技术水平、专业集成化水平和信息化技术应用水平等因素的影响，可以避免生产和施工过程中出现返工，提高构件在后期的可生产性、可运输性和可施工性，间接降低装配式建造成本。

(3)顶层(第1层)因素有4个，属于直接影响因素。其中，装配率与预制率对装配式建筑成本产生直接影响。李丽红等[4]指出，装配率在46%～65%的装配式建筑成本增量最低，经济性最好；由于装配式建筑具有较高的产品质量，这使得预制构件在制作和安装时的精度要求极高，直接导致成本增加；由于目前预制构件的通用性和标准化程度不高，异形构件需进行定制，对个性化需求的满足直接导致建造成本增加。

3 成本影响因素的MICMAC分析

根据因素间的层级结构，进一步通过MICMAC法分析各因素所处的地位和作用，以明晰装配式建筑各成本影响因素间的作用机理。MICMAC法通过分析系统中每个因素的驱动力和依赖性，把因素分为自治簇、依赖簇、联系簇和独立簇[14]，如图4所示。

图4 装配式建筑成本影响因素MICMAC分析

据图4可知，联系簇中不存在成本影响因素。具体分析如下：

(1)属于自治簇的因素有9个，它们较为独立，受其他因素影响不大。其中，构件拆分与深化设计的成熟程度(A1)和设计的标准化程度(A2)不仅影响设计成本，也会对后期生产、运输和安装成本产生重要影响。因此，设计类因素是影响构件生产、运输和安装类因素的重要来源；预制构件厂生产规模(B4)和生产管理水平(B5)属于生产类因素，主要影响预制构件生产方案合理性和构件制作精度；运输管理水平(C2)和第三方物流发展水平(C3)影响运输方案合理性，合理的运输方案既可以减少运输过程中的构件损坏，也使得构件装卸顺序最优，使得构件吊装更加合理，进而提高安装精度。装配率与预制率(F1)和个性化需求的满足程度(F3)虽属于直接影响因素，但由于这两个因素属于项目决策和设计中讨论的问题，所以主要受规范政策、利益相关方的接受程度、上下游供应商的供应水平等因素影响，与生产、运输、施工和技术化水平等因素联系不大，依赖性不够强。

(2)属于依赖簇的因素有6个，这几个因素对其他因素的依赖性较强，分别位于ISM解释结构模型(图2)的第1、2、3层，处于较上部位置。其中，构件制作精度(B3)和构件安装精度(D2)依赖性最强。例如，构件安装精度(D2)可以通过优化构件吊装方案得到直接提高，如调整构件吊装顺序，提高安装技术手段、合理安排技术工人等，还可以通过加强各工种间的协同，提高专业集成化水平等得到间接提高；模具周转次数(B2)和吊装方案的合理性(D1)的依赖性次之，这两个因素直接影响构件制作和安装精度，并受其他绝大部分因素的影响；构件生产方案的合理性(B1)和运输方案的合理性(C1)分别属于生产类因素和运输类因素，预制构件的生产和运输既受构件拆分和标准化设计的影响，也受技术化水平、管理水平以及政策规范等其他因素的影响，同时又影响着预制构件的制作和安装精度等。

(3)属于独立簇的因素有7个，这些因素驱动力较强，位于ISM解释结构模型(图3)的第5～8层，处于较下部位置。其中，相关政策(G2)的驱动力最强，直接或间接影响其余21个成本影响因素。国家予以足够的重视并出台相关优惠扶持政策是推动我国装配式建筑发展，控制装配式建筑成本的根本；相关标准和规范的完善程度(G1)和利益相关方的接受程度(F2)直接受相关政策(G2)的影响，驱动力较强，完善的装配式建筑标准和规范既可以提高利益相关方对装配式建筑的接受程度，也可以使得各参建单位在建设过程中有章可循，积极主动作为，提高技术化水平的应用程度，促进装配式设计、生产、运输和施工过程中的成本控制；上下游供应商的供应情况(F4)的驱动力次之，成熟的装配式配套件和设备供应会直接影响装配率和预制率、预制构件厂生产规模和各专业的集成化水平等，并间接影响其余各成本影响因素；专业人员技术水平(E1)、信息技术的应用水平(E2)和专业集成化水平(E3)属于技术化水平类因素，此类因素相对独立，主要受规范政策和利益相关方接受程度的影响，但也深刻影响着其他绝大部分成本影响因素，提高装配式建筑的技术化水平是控制装配式建筑成本的关键。

4 结语

围绕装配式建筑成本偏高的问题，本文通过构建装配式建筑成本影响因素指标体系，对各因素展开ISM-MICMAC分析，结论如下：相关政策是影响装配式建筑成本的根本性因素，驱动力最大。政府对装配式建筑的成本控制起关键作用，政府应发挥“看得见的手”的作用，积极推进装配式建筑发展，控制装配式建筑成本。构件制作精度和安装精度是直接影响因素，受其他因素影响大，依赖性最强。预制构件的制作和安装精度的控制应以技术化水平、政策规范、设计水平、运输水平等因素的控制为前提。