智能建造与建筑工业化协同发展系统及作用机制

李 桃， 严小丽

(上海工程技术大学 管理学院， 上海 201620)

建筑业是我国国民经济的支柱产业，但传统的碎片化、粗放式的工程建造方式不仅造成资源浪费较大、环境污染严重、生产效率较低等问题，且已使建筑业发展严重落后于其他产业，建筑业转型升级刻不容缓[1]。随着数字技术的发展及应用，智能建造模式应运而生，但建筑业迄今还未完成工业化转型，就直接进入了智能化时代。2020年7月3日，住房和城乡建设部等13部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，旨在大力推动二者协同发展，加快建筑业转型升级。

二者协同发展涉及建造生产要素升级、企业更迭与组织调整、产业升级等多种因素，且以诸多因素的有效作用为前提条件，在其相互作用之下形成有序的、层次结构庞大且复杂的动态系统。将此系统具象化，对其组成要素、结构层次的作用机制进行研究，有助于明确二者深层次的作用机制，促进其协同发展。但当前关于二者协同发展的研究文献屈指可数。国外，发达国家建筑工业化与智能建造是串联式发展，无法获得理论与实践借鉴；国内，对于二者关系研究均是解释性、描述性探讨[2,3]和观点性解读[4]，更多研究将二者的协同落脚于装配式建筑与BIM(Building Information Modeling)技术的融合：林树枝等[5]基于智慧建造内涵对应用BIM技术的装配式建筑进行分析；赵飞等[6,7]对BIM技术在钢结构模块化、轻型木结构的建筑工程中的应用进行研究；姜琳等[8,9]对装配式建筑中BIM技术应用模式及问题进行了研究；薛茹等[10]对基于BIM的装配式建筑施工阶段问题进行分析；刘金典等[11]对应用BIM和激光扫描的装配式建造中的质量管理进行研究。

但二者协同发展不仅是技术创新融合，更是建筑业整体转型升级。因此，本文立足于产业发展，构建二者协同发展系统，分析协同发展内涵及系统层次；在此基础上，研究系统内部作用机制，明确系统各层次间的作用路径，以期能够为政府政策制定及企业实践提供依据。

1 理论基础

智能建造与建筑工业化协同发展既涉及环境、建造生产要素、企业组织等协同作用，也涉及产业发展、产业组织等基本理论。

1.1 产业发展与产业组织理论

(1)产业发展理论

产业发展理论研究产业发展过程中的规律、技术创新、产业集群、资源与环境等问题[12]，其中产业发展的产生、成长、进化中包括企业、产品服务的变化，主导产业的更迭以及产业结构的调整，因此产业发展不仅是要素、企业量的增加，更是产业进化质的飞越。同时，产业发展理论指出产业发展的动因包括劳动力、科技创新等生产要素，政策、市场、社会发展、自然环境等外部环境[11]。

(2)产业组织理论

产业组织理论主要用于研究企业行为与市场结构演变的密切关系，Bain[13]架构了“市场结构-企业行为-市场绩效”SCP(Structure Conduct Performance)分析范式，如图1。其中:1)外部冲击，主要指国家政策、市场经济环境、技术升级、自然环境等外部因素的改变带来的影响；2)市场结构，主要指市场针对外部环境变化做出的调整；3)企业行为，主要指企业在环境发生变化和市场结构改变后所采取的措施；4)市场绩效，主要指在一定市场结构下，企业运作及企业间的相互作用，达到的市场资源配置状态。

图1 贝恩SCP分析范式

产业发展理论研究产业发展的演化中环境、生产要素、产业结构多个维度的影响与演变；产业组织理论研究环境与企业、企业之间、企业与产业结构之间的作用机制，在企业层面对产业发展理论进行补充。

1.2 协同学

协同是协同学最基本概念。如果系统的多个子系统之间互相配合产生协同，系统便处于自组织状态，逐渐在宏观尺度上形成空间、时间或功能有序结构。协同发展的主要特征是系统内各层次、组分间的协同，系统能否顺利演进取决于子系统间是否在竞争与合作中产生协同作用机制，发挥整体协同效应，产生更高层次的新型结构[14]。协同学具有广阔的应用范围，它在地理学[15]、生态学[16]、经济学[17]、社会学[18]以及管理科学[19]等许多方面都取得了重要成果，其中何立峰[20]基于协同理论对协同发展的产业体系基本层次逻辑进行分析：产业体系处于顶端，中层表现为企业组织规模和资本有机构成，微观基础是技术、资本、劳动力等生产要素。这为本文系统结构划分提供了启发和理论依据。

智能建造与建筑工业化协同发展符合产业发展的基本规律，同时是个复杂的系统工程，其构成要素、企业、产业之间多重协同，具有系统结构特征。

2 智能建造与建筑工业化协同发展的内涵与系统结构

智能建造与建筑工业化协同发展是以建筑业转型升级为目标，在具备创新技术、专业人才等建造要素基础上，企业主体为适应外部环境开展智能建造与工业化协同发展活动，形成丰富的协作机制，在企业群体的迭代发展下，逐渐形成新的产业结构，最终实现建筑业高效有序发展。推动二者协同发展的前提是明确系统结构层次，为探索层次内各要素协同作用、各层次间及系统整体协同机制奠定基础。因此，根据产业发展、协同学等相关理论，对二者协同发展系统结构进行构建和分析，如图2所示。

图2 智能建造与建筑工业化协同发展系统结构

(1)系统目标

系统科学理论认为，系统是诸多要素围绕目标而形成的有机体，系统构建应当以目标为中心，坚持目标导向，目标导向遵循问题导向[21]。智能建造与建筑工业化协同发展是针对目前建筑业发展问题所提出，目标是将智能化、工业化并行发展，推动各要素向目标发力，形成整体协同发展效应，构建适合中国国情的建筑业转型升级模式。

(2)系统功能

1)工业化建造+智能化管理，提高生产效率，改善作业环境。通过统一设计标准，将建筑产品的部件分解，进行工业化生产，并对资源调度、现场装配施工等进行智能化组织管理，提高建造效率，同时改善建造作业环境。

2)资源有效整合，减少资源消耗及浪费。建造过程中涉及大量资源的输入与输出，包括物质、信息、知识以及海量工程数据的产生和使用。创新技术应用、管理模式及产业结构调整可有效管理和利用工程建造活动中的资源，最大限度地减少建造过程中的资源浪费。

3)业务丰富，市场扩展，产业升级。通过多种技术、知识渗透到建造活动，扩展了产业范围，提升产业价值，推动建筑业由劳动密集型产业向技术密集型、知识密集型产业转型。

(3)系统结构层次

1)微观层面——建造要素：科技创新技术与专业人才等高级要素配置。二者协同发展系统包括建筑业传统生产方式所涵盖的生产要素：技术、资本、一般劳动力等，在此基础上对专业人才、科技创新技术、知识信息资源、建筑部品标准等有更大的需求。其中科技创新技术、专业人才属于高级要素，高级要素培育是协同发展产业建设的基石[20]，为建筑业转型发展提供要素禀赋升级。

2)中观层面——企业：企业种类的变化以及组织结构、管理模式调整。二者协同发展系统中的企业是建筑业传统企业与智能建造企业、建筑工业化企业的有机构成，包括：设计单位、建设单位、施工企业、咨询单位、预制厂、施工机械供应商、信息技术服务企业、科技公司、软硬件服务企业等。二者协同发展是从数字设计、云端采购、智能工厂、智慧工地到产品集成展示及运维平台等的全产业链贯通的组织管理模式的整体升级[1]；且企业之间通过竞合机制，调整企业关系促进建筑产业发展[22]。

3)宏观层面——产业：产业市场化、产业标准完善、产业结构完善。产业发展过程中市场化程度正向影响经济长期增长[23]，二者协同发展中建造要素量与质的提升及企业调整使建造活动价值升值，影响着主体活动，形成新的市场。并且，创新技术及管理模式、商业模式的应用与革新要求配套的技术标准、商业规则更加完善，例如信息技术带来的信息安全与隐私问题要求责任体系与诚信体系的建立[1]。随着建筑业核心产业扩展并转移[22]，衍生产业更迭，以致产业结构重构，丁烈云院士[1]提出建筑业转型发展的趋势由“工业经济”转变为“服务经济”，符合世界经济产业结构变化的大趋势。

(4)系统环境

目前科技革命、需求结构调整以及新冠疫情等诸多不确定因素及其复杂组合，使二者协同发展所处环境更加开放、持续复杂化。在诸多外部环境因素中：1)自然环境与建筑业有着紧密关系，随着对环境保护的重视及可持续发展的要求，传统建造方式变革需求更加迫切；2)政府政策起着重要的引导作用，通过主导试点项目开发、实行税收优惠等，推动市场、产业发展；3)市场环境显著正向影响市场渗透程度及要素利用程度[24]，在市场机制驱动作用下，企业主体追求竞争优势、利润，形成了系统所有组分相互影响的动力机制[21]，逐步形成新的产业形态。环境以自身变化及引发系统内部结构、性质、规模等变化，从而发挥其对协同发展系统的塑造功能。

3 智能建造与建筑工业化协同发展系统内部作用机制

3.1 变量选取与假设

基于前文对协同发展的内涵与系统结构的理论分析，获得潜变量与观测变量(表1)。对潜变量间关系进行假设，构建如图3所示概念模型。

表1 变量选取

图3 结构方程概念模型

以下假设均为前者对后者有直接的显著正向影响，包括：

假设H1：建造要素对企业；

假设H2：建造要素对产业；

假设H3：建造要素对二者协同发展；

假设H4：企业对产业；

假设H5：企业对二者协同发展；

假设H6：产业对二者协同发展；

假设H7：环境对建造要素；

假设H8：环境对企业；

假设H9：环境对产业；

假设H10：环境对二者协同发展。

3.2 数据搜集及初步分析

3.2.1 数据收集

借鉴部分学者对产业发展水平维度的划分[22]以及本文构建的系统结构，设计调查问卷。调查内容根据协同发展系统层次进行设计，包括建造要素、企业主体及企业关系、产业发展、环境以及二者协同发展状况五个方面。采用Likert 5 级量表为计量尺度。采取线上问卷调查，针对智能建造、建筑工业化相关从业人员展开调查，收到问卷205份，有效问卷180份。

3.2.2 问卷信度、效度分析

对模型中建造要素、企业、产业、环境、二者协同发展各组分的因子进行可靠性分析，结果如表2。其中CITC均大于0.4，各项之间具有良好的相关关系；Cronabach’s α最小值为0.837，表明调查得到的数据具有较好的可靠性；标准因子负荷最小值为0.736，说明各因子对模型具有较强解释能力。

表2 测量模型效度

3.3 模型检验与分析

3.3.1 模型检验

运用AMOS 24.0软件对10项假设进行检验，并以拟合指数评价模型的拟合情况。对初始模型假设进行检验，发现：假设H3中，t=-3.636，p=0.466>0.05，表明建造要素对二者协同发展没有直接关系；假设H5中，t=-0.254，p=0.800>0.05，表明企业对二者协同发展没有直接关系；假设H10中，t=-1.012，p=0.311>0.05，表明环境对二者协同发展没有直接关系。因此，删除假设H3，H5，H10，对模型进行修正，修正后的模型检验结果见表3，此时所有假设检验均通过。

对修正模型再次进行检验性因子分析，各拟合指标见表4，各指标均在标准范围内，因此可认为模型整体拟合度可接受，无需再次进行修正。

3.3.2 模型分析

最终得到的系统内部作用机制模型如图4所示。

表3 模型检验结果

表4 修正模型拟合指数计算结果

图4 智能建造与建筑工业化协同发展系统作用机制模型

(1)路径分析

将环境作为外生变量，获得四组系统内部作用路径。

1)环境→建造要素→企业→产业→二者协同发展。环境影响建造要素的革新与发展，衍生出相关企业，使企业关系的复杂度及竞合程度提升，同时也促使企业变革管理模式、提升管理水平以适应环境变化；企业调整及其间关系的变化重构产业生态，包括商业模式、经营理念、市场形态、行业管理等多方面，形成二者协同发展的新稳态。

2)环境→建造要素→产业→二者协同发展。环境主要为自然环境、市场、政策，建筑业转型升级需求以及政策导向刺激了建造活动对专业人才的需求和创新技术的应用，提高了建筑业产业发展的基础禀赋要求，且科技创新技术和人才的涌现也有助于建筑业产业发展。

3)环境→企业→产业→二者协同发展。市场需求情况是企业判断潜在市场、智能建造收益的依据；同时政策引导直接影响企业开展智能建造、工业化建造活动的意愿和战略制定。政策的出台一方面强制企业主体进行智能建造发展，另一方面所提供的优惠补贴等措施支持鼓励企业开展智能建造活动。企业大力开展相关实践活动，形成新的产业体系，实现二者协同发展。

4)环境→产业→二者协同发展。环境的动态变化影响着产业结构的配置、调整及产业发展状态，积极的市场及政策调控产业发展方向，支持主导产业，鼓励衍生产业发展，使其形成具有一定规模和经济效益的协同发展新产业。

由上述作用路径可见，产业对二者协同发展具有直接显著影响，其路径系数为 0.9255；建造要素、企业、环境并不直接对二者协同发展起到显著影响，而通过产业结构、市场化程度、产业标准等方面间接影响协同发展系统的演化。

(2)观测变量分析

进一步对模型中潜变量的观测变量进行分析，其中标准化因子荷载表明观测变量与潜变量的关系，其数值越高，则与相应潜变量的关系越紧密，可作为观测变量重要性排序依据，结果见表5。

1)建造要素变量中，科技创新能力最为重要。在劳动力、资本等初级要素投入基础上，实现要素升级，通过创新能力的提升改善建筑业的要素禀赋，建立二者协同发展的新的初始条件和比较优势基础，实现产业体系向更高层次新稳态的转型演进[21]。

表5 测量表达关系结果

2)企业变量中，竞合关系最为重要。二者协同发展中对技术、专业人才等需求形成新竞争点，同时创新技术的应用也重构了企业的合作模式，例如BIM技术使设计单位与施工单位平台化协同，企业间的竞争与合作关系更加复杂和非线性，良好的合作竞争关系更易形成资源共享的新型企业群体，推动建筑业产业的调整。

3)产业变量中，产业结构完善度最为重要。目前建筑业的产业结构单一，根本无法满足智能建造与建筑工业化发展需求。二者协同发展所要求的产业结构包括产业上下游的供需关系与价值交换、主导产业与相关产业的对接，包括建造、制造、技术服务、技术研发、金融服务等多产业的协同，只有完善的产业结构才能推动智能化、工业化的建造活动流畅地开展。

4)环境变量中，政府支持力度最为重要。此结果符合二者协同发展现状，目前大部分企业意识到转型升级的必要性及发展前景，但由于传统生产方式的固化使企业直接进行智能建造项目需要付出巨额成本，因此部分企业一直处于观望状态。在上述环境特征下，政策是最关键的驱动因素，政策导向增强企业信心，优惠政策及补贴为项目开展提供资金支持。

4 研究结论与启示

智能建造与建筑工业化协同发展是我国建筑业转型升级的关键路径。本文基于产业发展与协同学理论，构建二者协同发展系统，借助结构方程模型剖析在系统环境作用下的内部作用机制。通过实证研究得出四条作用路径：(1)环境→建造要素→企业→产业→二者协同发展；(2)环境→建造要素→产业→二者协同发展；(3)环境→企业→产业→二者协同发展；(4)环境→产业→二者协同发展。其中可得出产业对二者协同发展水平具有显著的直接影响，而建造要素、企业、环境则通过产业结构、市场化程度、产业标准等方面间接影响二者协同发展。在此基础上，进一步分析了系统各层次的关键因素：科技创新、企业竞合程度产业结构完善、政府支持力度。

基于此，本文提出以下三点政策建议：

(1)应发挥政府引导作用，加大政策支持。政策制定是产业发展导向，政策支持是产业发展的支撑。智能建造与建筑工业化协同发展是对传统建造模式的变革，政府作为市场引导者应积极承担起推动二者协同发展的重任，营造良好的政策环境，推进各地实施方案的制定，细化相关扶持政策，如出台技术研发、项目应用示范的奖励政策，高新技术企业税收优惠政策等。

(2)应加大科技创新技术的研发、转化、应用。技术是产业发展的推动器，科技创新引领产业发展格局。二者协同发展要求建造生产要素从劳动力、资本等初级要素的数量投入转换到专业人才、创新技术等高级要素的质量提升上，为建筑业发展奠定坚实的初始条件。因此必须加大科技创新技术的研发应用，搭建科技创新基地，增强对关键核心技术的研发、转化和商业应用，提升建筑业科技创新能力。

(3)应激发企业的适应能力及创新能力。企业作为产业发展主体，其活动影响着产业发展。为了适应二者协同发展趋势，应通过产品、服务的升级、创新满足发展需求；加强企业间的合作、协同创新，形成新的开放型建筑业产业结构，营造建筑业产业新生态；同时，建筑企业应主动适应，进行业务、组织管理等方面的动态调整。