基于市场准入和管理的全预制拼装技术在城市隧道应用中的关键因素分析

鲍燕妮， 王洪飞， 陆雪晴， 姬杨蓓蓓， 崇 丹

(1. 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司， 上海 200092； 2. 中建八局第二建设有限公司， 山东 济南 250014； 3. 上海大学 管理学院， 上海 200444)

城市隧道建设依赖于传统现浇作业，带来了交通占道、垃圾污染、噪音等外部问题。同时由于城市隧道作业空间局限，也带来了作业环境恶劣、施工效率低下、施工工序多、质量控制难等[1, 2]内部问题。城市隧道项目建设应用全预制拼装技术，不仅可以有效回避以上弊端，还大大缩短了工期并提高了施工安全性，符合可持续绿色发展要求，有助于实现碳达峰、碳中和发展目标。考虑全预制拼装城市隧道处于推广初期阶段，为推动全预制拼装技术在城市隧道中的快速发展，本研究以市场准入和管理为基础，在政治经济环境、技术方案的先进性、团队的科研能力、施工能力、项目经验等方面[3]，基于结构方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)，分析了城市隧道项目应用全预制拼装技术的关键成功因素(Critical Success Factors，CSFs)。

关键成功因素通常被认为是确保一个公司或组织成功所需的关键因素或活动[4]，它可以有效识别城市隧道项目成功应用全预制拼装技术的关键因素，而运用结构方程模型可以科学确定各关键因素的影响路径、相互关系及作用效应，结合工程应用实例验证分析，从而为全预制拼装技术在城市隧道中的大范围应用提供参考建议。

国内外学者在高速公路、地铁、基础设施、城市轨道、综合管廊项目等基础设施项目研究中均应用了关键成功因素[3～7]。同时，文献综述、因子分析等方法也常被用于关键成功因素的相关研究中。例如，Ghanbaripour等[5]从承包商的角度出发，采用文献综述、专家访谈、问卷调查、因子分析等方法确定了地铁工程的关键成功因素。张余钰等基于国内外典型案例分析，对城市轨道交通 PPP 项目的关键成功因素问题进行了研究[6]。

结构方程模型是一种建立、估计和检验因果关系模型的多元统计分析技术[8]，能够对难以直接测量的变量之间的相互关系及作用路径进行有效确定。例如，Chen等[9]通过广泛的文献综述及深入的专家访谈建立了全面的工程建设项目关键成功因素体系，并采用结构方程对关键因素之间的相互关系进行了探讨，同时揭示了这些成功因素之间的影响机制。

1 研究设计

1.1 全预制拼装城市隧道初始成功因素清单确定

本研究首先通过文献研究法提取了全预制拼装城市隧道项目初始成功因素清单。其主要步骤如下：

(1)文献搜集

以“预制拼装成功因素”“隧道成功因素”“地下通道成功因素”“地下管廊成功因素”“轨道交通成功因素”“交通基础设施成功因素”等为关键词，在中国知网、Web of Science、Ebsco、Google Scholar上对发表在2000—2020年期间的论文进行检索。

(2)文献梳理与归纳

对搜集的文献资料进行手工筛选，筛选出与研究主题相关度较高，研究内容包含全预制拼装技术相关特征、城市隧道及类似工程项目成功因素的文献，共得到20篇相关度较高的文献，它们多发表在《Journal of Management in Engineering》《Journal of Construction Engineering and Management》等期刊上，发表年份集中于2010—2019年。为确保影响因素识别的可靠性，本研究对出现频率较低 (出现次数<3次) 的影响因素进行剔除，最终提炼出25个影响因素。

(3)半结构化访谈

基于初始调查问卷，邀请实践界专家6名及学术界专家2名进行半结构化访谈，6名实践界专家均参与过上海市诸光路通道[2]与江浦路越江隧道[10](预制率均在90%以上)的建设，2名学术界专家均为本专业领域资深的研究者，且均主持过与本课题相关的基金项目研究工作。8名专家分别对每个因素的合理性与完备性进行细致审查。依据专家意见,具体修正如下：

(1)删除“项目团队的学习创新能力”“企业的核心竞争力”“企业的战略规划”。删除原因：项目团队通过预制拼装隧道的实践和科研创新掌握解决问题的能力，这个含义已包含在各参建方的能力之中；“企业的核心竞争力与战略规划”含义较空泛，并不适用于城市隧道建设中。

(2)增加“C10现浇工艺的技术团队的阻碍”“C12科研资金的投入能力”。这些因素是依据专家建议总结归纳的，为本文特有因素。

(3)将“预制构件供应的充足性”和“预制构件的质量”合并为“C09预制构件的工厂化”。

(4)将“最高管理层的承诺和支持”替换为“C19建设单位管理层的承诺与支持”。

最后确定了23个初始成功因素，构成了实证调查问卷(表1)。

表1 全预制拼装城市隧道的23个初始成功因素清单及部分文献来源

1.2 项目效益指标选取

全预制拼装城市隧道项目的效益是指项目建设成功并运营后获得的效果与利益，包括项目本身获得直接效益和由项目带来的间接效益。

本文依据项目效益内涵及全预制拼装城市隧道项目的特点确定其项目效益的衡量指标，主要包含三个方面：一是经济效益，即以建设成本降低、建设时间缩短、工程质量提高、建设安全系数提高、项目的可复制性强等为考察标准，是项目自身的直接效益，用B1表示；二是社会效益，是指项目的建设及运营过程中对社会产生的效益，是项目的间接效益，包括提高公共服务质量，减轻交通压力，节约乘客出行时间，带动沿线不动产增值，促进城市经济可持续增长等，用B2表示；三是环境效益，是指项目的建设及运营过程中对环境产生的效益，是项目的间接效益，包括节约资源，降低能耗，改善城市污染状况，减少占地，提升工作环境等，用B3表示。

1.3 数据收集分析

基于初始23个成功因素清单设计问卷，并请相关受访者用李克特五点量表法(1分=“非常不同意”；5分=“非常同意”)对问卷进行打分。受访者分别来自于政府机构、建设单位、施工单位、设计单位、监理与咨询单位等，有4年以上工作经验者人数达到71.1%，有16.3%的受访者“非常了解”全预制拼装城市隧道相关项目，表明问卷具有良好的有效性与真实性。此次问卷的发放采用线上(问卷星平台)和线下(纸质问卷)的方式，共发放300份问卷，并收回280份，回收率为93%，其中删除存在答题不当、漏项、异常值的样本，最终得到有效问卷246份，有效率达82%，样本量满足因子分析的适用性[3]。

2 关键成功因素的分析与识别

2.1 探索性因子分析的适用性

探索性因子分析是一种多元统计方法，通过降维将关系复杂的原始变量精简为少数几个核心因子，其目的是探索原始变量与因子之间内在关系，实现原始变量间的归类与重构[20]。因此，本研究利用收回的原始数据开展探索性因子分析，获取城市隧道应用全预制拼装技术的最终关键成功因素，并提取对应的公因子。

2.2 探索性因子分析的信度与效度检验

(1)信度检验。信度检验用来评估测量结果体现出的一致性和可靠性，管理实证研究中常使用Cronbach’sα系数来检验多维度量表的内在一致性。利用SPSS进行信度分析，本文样本Cronbach’sα=0.827>0.7，说明样本内部一致性较高，具有较高的信度。

(2)效度检验。效度检验用来评估测量工具或手段是否能够测量到所需的潜在概念，包括内容效度、准则效度和建构效度。初步调查问卷是在大量文献综述和对专家的半结构化访谈的基础上制定的，经过汇总与反复修正，确保了问卷的内容效度和准则效度。对于建构效度，需计算数据的KMO值并进行Bartlett球体检验，结果显示，KMO为0.709>0.7，Bartlett检验值为2751.864，显著性p值小于0.001，表明建构效度良好，适合进行探索性因子分析。通过主成分分析，得到本问卷的累计方差为0.769，每个变量的因子载荷均大于0.5[14]，进一步验证了问卷建构效度较好。

2.3 公因子的识别

本文对收集到的246份有效问卷进行探索性因子分析，为达到KMO值大于0.7，各变量共同性和因子载荷均大于0.5，且不存在双重载荷的标准，本文共反复进行了5轮因子分析，最终筛选出18个变量。采用主成分分析法和最大方差旋转法共提取6个公因子(表2)。因子分析结果显示，各测量变量的共同性和因子载荷量均大于0.5。各公因子特征值均大于1，且累计贡献率达76.909%，符合大于60%的要求，说明这6个公因子可以有效的反应并解释原始数据的大部分信息。

表2 各公因子方差贡献率及因子载荷量

结合理论与实践对所识别的各公因子进行命名，得出城市隧道成功应用全预制拼装技术的6个公因子，并定义为结构方程模型中的6个潜变量，即：技术环境、建设单位、外部环境、政策法律、施工单位、科研团队。

3 结构方程模型构建与分析

3.1 关键成功因素研究假设与模型构建

3.1.1 研究假设

我国经济的快速发展、政治上的支持，为科研资金的投入和相关技术的持续创新提供了强有力的保障[3,11]，此外，在可持续发展背景下，政府对工业化、标准化城市绿色建设给予高度重视和支持，必然会影响预制拼装技术相关政策法律的制定与实施[6,9]。因此作出以下假设：

H1：外部环境因素对技术环境因素有正向影响；

H2：外部环境因素对科研团队因素有正向影响；

H3：外部环境因素对政策法律因素有正向影响。

科研资金的投入力度与利用效度是促进全预制拼装相关技术研发与进步的重要因素[13]。通过培养具备城市隧道全预制拼装设计知识的科研人员以及具有隧道预制构件设计、工厂制作和现场安装技能的技术人才，对可行且先进的技术方案的提出提供了保障。因此提出假设：

H4：科研团队因素对技术环境因素有正向影响。

施工单位的能力和经验、科研团队的科研攻关能力及资金投入力度均会对建设单位管理层的选择与决策产生较大的影响[9,13]。因此提出假设：

H5：施工单位因素对建设单位因素有正向影响；

H6：科研团队因素对建设单位因素有正向影响。

城市隧道的全预制拼装技术的应用，资金投入巨大，因此经济环境的优劣会直接影响项目的决策，还会影响隧道车流量大小，从而对项目后期运营收益影响较大[9,11]，因此提出假设：

Ha1：外部环境因素对项目效益因素有正向影响。

全预制拼装技术的先进性与可行性保证了工程质量，缩短了建设周期，降低了建设成本，从而提升了其经济效益，与传统现浇工艺相比，会给城市隧道建设带来更大的社会与环境效益[1]，同时技术的创新与进步又与科研团队的创新能力与投入力度密切相关。因此提出假设：

Ha2：技术环境因素对项目效益因素有正向影响；

Ha3：科研团队因素对项目效益因素有正向影响。

施工单位项目管理人员强有力的业务能力，保障了项目在初始阶段、施工阶段与竣工阶段的准确、高效施工[4,11]，加上相似项目的经验积累，确保了施工效率与质量，从而有效提高了项目效益[3,4,9]。因此提出假设：

Ha4：施工单位因素对项目效益因素有正向影响。

建设单位在全预制拼装技术领域获得的丰富经验，以及建设单位自身较强的融资能力与资金运作能力[4,9]，使之在全预制拼装技术应用的全过程中能有效把控工程的质量与进度，从而提高项目的经济、社会和环境效益[3,11,18]。因此提出假设：

Ha5：建设单位因素对项目效益因素有正向影响。

政府相关政策法律的颁布会间接影响各参建方对全预制拼装相关技术研发的资金投入力度[21]，同时相关环境保护政策的实施促使各参建方更重视改善环境、降低污染等问题[11,13]，从而有效提高项目的建设和运营过程中所产生的经济、社会和环境效益[4]。因此提出以下假设：

Ha6：政策法律因素对项目效益因素有正向影响。

3.1.2 模型构建

依据前面的理论假设建立潜变量间的关系模型(图1)。

图1 基于研究假设的潜变量间关系模型

3.2 验证性因子分析的信度与效度检验

3.2.1 信度检验

经因子分析后删除无效变量，重新对各潜变量进行信度检验，由表3可知各潜变量Cronbach’sα均大于0.7，且整体Cronbach’sα>0.7，表明各潜变量具有较好的内部一致性和信度，满足结构方程模型建立的标准要求。

表3 各潜变量信度检验结果

3.2.2 效度检验

(1)通常将潜变量的组合信度CR和平均方差萃取量AVE作为收敛效度的判断。由表4可知，各潜变量对应的AVE值均大于0.5，且CR值均大于0.7，说明问卷具有良好的收敛效度。

(2)采用方差萃取法检验区分效度，由表4可知，各潜变量AVE的平方根均大于相对应潜变量间相关系数，即各个潜变量分别对应的AVE平方根值最小为0.748，大于潜变量间相关系数的最大值0.397，表明问卷具有较好的区分效度。

表4 各潜变量效度检验结果

3.3 结构方程模型拟合与分析

3.3.1 模型拟合与修正

在理论假设和理论模型的基础上，利用AMOS软件构建结构方程模型。将经过信度和效度检验的数据带入结构方程模型中进行拟合操作，验证数据与模型的拟合度，并对拟合不佳的模型依据修正指标MI值进行适当修正，增加了e5和e6、e8和e12、e3和e9、e19和e21之间的共变关系，在理论实际中均存在一定相关性。本文选用8个具有代表性的拟合指标作为模型拟合效果判别标准，如表5。发现修正后的拟合指标均达到适配要求，说明该模型的数据拟合效果相对较好，修正后最优模型路径关系如图2所示。图中用实线代表该影响路径具有显著性，用虚线代表该影响路径不具有显著性。结构方程模型的路径回归系数及显著性水平p如表6所示，其中，标准化路径系数可以代表各潜变量对项目效益的作用效应大小。

表5 结构方程模型的拟合优度检验

3.3.2 假设检验与结果分析

依据修正后结构方程模型可以得出如下结论：

(1)由表6可知，外部环境对技术环境(H1)、科研团队(H2)、政策法律(H3)的显著性水平p均小于0.05，说明均达到显著水平。施工单位对建设单位(H5)、科研团队对建设单位(H6)的显著性水平p均小于0.05，说明均达到显著水平。同样，外部环境对项目效益(Ha1)、建设单位对项目效益(Ha5)、政策法律对项目效益(Ha6)的显著性水平p均小于0.05，说明均达到显著水平。故这9个假设均成立。

(2)技术环境对项目效益(Ha2)、科研团队对项目效益(Ha3)和施工单位对项目效益(Ha4)的显著性水平p均大于0.05，说明未达到显著水平，故假设H8，H9，H10均不成立。分析主要由于目前国内已熟练掌握预制拼装技术，并广泛应用于各个工程领域，虽然技术因素对项目效益产生的影响并不显著，但依旧可以一定程度上影响项目效益。科研团队虽然不显著影响项目效益，但可以通过建设单位因素间接影响项目效益。同样，施工单位对建设全预制拼装城市隧道的积极性虽然不高，但也正向影响项目效益。

图2 全预制拼装城市隧道结构方程模型路径关系

表6 结构方程模型路径回归系数及显著性检验

(3)在各潜变量对项目效益的作用效应中，从大到小依次为政策法律(0.320)、外部环境(0.204)、建设单位(0.203)、施工单位(0.114)、科研团队(0.066)和技术环境(0.029)。结果表明，政策法律、外部环境与建设单位因素是影响全预制拼装城市隧道项目效益最为显著的潜在变量。其中，政策法律对项目效益的作用效应最大，表明政策法律因素是促进全预制拼装城市隧道项目效益提升的直接因素。

(4)由图2可知，外部环境包含的相关路径最多(4条)，直接或间接对其他4个潜变量有作用效应，表明外部环境在关键成功因素路径关系中发挥重要作用，是影响全预制拼装城市隧道项目成功建设的根本原因。

3.3.3 关键成功因素在工程实例中的验证

上海诸光路地下通道是国内首个全预制拼装城市隧道，预制率达90%以上。本文对诸光路地下通道在成功应用全预制拼装技术实践过程中重点把控的关键要点进行了梳理和分析，以验证前文研究成果的合理性。

(1)政策法律因素：《上海市城乡建设和管理“十三五”规划》中指出市政工程优先采用预制拼装技术[22]，此外，上海市交通委员会发布的《上海市交通建设装配式技术应用推广方案(2016-2018)》中提到要将盾构段预制率达到75%～90%[23]。诸光路地下通道作为上海国家会展中心的重要配套项目，市建设交通委、环保局、发改委等相关单位对诸光路通道的建设给予高度的关注与支持，相继出台配套的经济技术政策与税收等优惠政策。

(2)外部环境因素：1)上海是中国的金融中心，有着稳定的经济状况及可利用的金融市场；2)上海市长期保持着政治环境稳定，经济平稳发展。全预制拼装技术符合节能减排、可持续建设理念，得到了上海市政府相关部门及各参建方的积极支持；3)诸光路地下通道从开工建设到全线通车，一直备受社会各界关注。2016年，诸光路地下通道被评为首届上海“人气工地”。

(3)建设单位因素：诸光路地下通道由上海城投(集团)有限公司投资建设。上海城投作为专业从事城市基础设施投资、建设、运营的特大型国有企业，具有强大的融资能力与资金实力。上海城投已成功投资并建设了如上中路越江隧道等众多城市隧道工程，这些工程内部结构施工均有应用预制拼装技术。因此，上海城投具有强有力的项目管理能力及丰富的类似工程建设经验。此外，全预制拼装技术符合可持续绿色发展理念，交通环境矛盾小，得到上海城投相关领导层的积极支持。

(4)施工单位因素：诸光路通道的施工方是上海隧道工程股份有限公司(简称隧道股份)，上海几乎所有的超大直径隧道工程均为隧道股份所承建，具有丰富的城市隧道施工管理经验。隧道股份具备先进的混凝土预制构件研发能力和工厂化生产能力，并拥有优良的融资渠道、丰富的人才团队支撑、完备的研发体系。

(5)科研团队因素：1)作为诸光路通道设计单位——上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，具备强有力的科研能力，其大盾构设计团队与隧道股份科研团队一起，攻克了施工过程中遇到的诸多技术难题，完成了隧道内部上层防撞侧石等的首次预制拼装工艺设计；2)诸光路通道内部全预制拼装的施工技术研究获得上海市科委有力资助；3)相关科研团队定期会对预制工厂及施工现场的管理人员和生产人员进行系统培训，包括预制件制作、相关机械操作等。

(6)技术环境因素：1)上海西藏南路越江隧道、武汉三阳路越江隧道等工程均有采用预制拼装技术，预制拼装技术已十分成熟；2)上海市政总院制定的《诸光路通道新建工程可行性研究报告》中推荐采用的盾构法与全预制拼装技术，具有实施可控性与可行性强，对周边环境与交通影响小，技术方案先进性等特点；3)所有预制构件在混凝土预制件生产基地工业化生产，从源头上保证产品高质量，施工更加精细化和智能化。

4 建 议

依据模型路径分析与工程实例分析结果，提出以下建议：

(1)国家层面

提供有力政策支持，健全标准法律体系。政策法律是影响全预制拼装城市隧道项目效益最显著的因素(标准化路径系数为0.320)。健全标准的政策法律体系对城市隧道成功采用全预制拼装技术发挥着基础性作用。当前相关政策法律依旧存在着不完备、不统一、针对性不强等问题。因此，一方面为有效促进全预制拼装城市隧道产业的发展，政府需制定预制拼装率指标等强制性政策；另一方面通过制定财政补贴、税收优惠、贷款贴息、放宽城市隧道的规划审批标准等奖励性政策的方式，提高产业的投资收益，从而激励各参建方在城市隧道建设中广泛应用全预制拼装技术；再者，国家需完善有关全预制拼装技术的法律体系，制定专项法和法律纠纷机制，以法律约束力推动全预制拼装城市隧道工程的健康发展。

(2)行业层面

完善相关技术标准和规范。行业主管部门应尽快完善全预制拼装城市隧道的国家标准、行业标准、地方标准及企业标准，以建立全预制拼装城市隧道规划、设计、施工、验收和运营维护全过程标准规范体系，从项目建设的全周期出发，做到全过程、精细化、标准化施工和管理，切实保障项目的质量与进度。

依托稳定有利的外部环境。健康稳健的外部环境是城市隧道成功应用全预制拼装技术的根本原因，也是影响项目效益的第二大因素(标准化路径系数为0.204)。因此，全预制拼装城市隧道产业的开发建设要依托于当地稳定的政治、经济和社会环境，包括稳定有序的金融市场、稳健发展的经济，以及通过宣传等方式获得社会公众对城市隧道采用全预制拼装技术的理解和支持等。

(3)企业层面

提高各建设单位综合能力。建设单位是影响项目效益的第三大因素(标准化路径系数为0.203)，也是全预制拼装城市隧道项目建设的发起者和主要参建方。因此，在全预制拼装城市隧道建设过程中，一方面建设单位要加强融资能力，降低融资成本，把控好财务风险，从而提高自身的财务综合能力；另一方面需重视项目全过程、全要素、数字化、智能化管理，积累项目建设经验，制定合理技术方案，采取有效措施降低成本，提高收益；再者，管理层要勇于对城市隧道应用全预制拼装技术采取主动采纳的态度并在实施过程中给予有力支持。

加强各参建方协同合作。建设单位、施工单位和科研团队之间相互影响、相互制约，全预制拼装技术的成功应用和项目效益的有效提升都离不开相关参建单位自身强大的能力与通力合作。政府、企业、研究院、高校等各单位应成立产业联盟平台，加大科研资金投入力度，增强协同创新能力。

5 结 论

本文基于市场准入和管理，对城市隧道应用全预制拼装技术的关键成功因素进行了识别与分析，通过文献研究、专家访谈、因子分析法等对识别的18个全预制拼装城市隧道的关键成功因素提取出6个潜变量，构建结构方程模型并探求了各潜变量对项目效益的路径关系。本文研究成果主要为以下两点：(1)“政策法律”“外部环境”与“建设单位”是影响全预制拼装城市隧道项目效益最为显著的潜变量；(2)通过工程应用实例验证了理论研究中识别的关键成功因素的合理性，并从国家层面、行业层面和企业层面有针对性地提出促进全预制拼装城市隧道发展的建议。本研究成果为各参建方在全预制拼装城市隧道项目管理过程中提供参考和借鉴。

由于相关资料获取难度较大，数据调研局限性及作者水平有限等因素，本研究依旧存在一些不足：(1)虽然本文已进行全面的文献研究和有效的专家面对面访谈，但识别的成功因素依旧缺乏全面性，需在今后研究中进一步完善；(2)本文选取6个潜变量作为全预制拼装城市隧道项目效益的影响指标，然而在实际情况中，影响因素可能更加繁多，且各潜变量间的关系尤为复杂，仍需进一步分析。