我国装配式建筑区域发展水平评价——以西南地区为例

张亚钊, 刘 洋, 陈自强, 韩 嘉

(1.中国京冶工程技术有限公司, 北京 100088; 2.昆明理工大学建筑工程学院, 昆明 650500; 3.云南省交通发展投资有限责任公司, 昆明 650100)

我国的经济走势已经由高速增长阶段转变为高质量发展阶段,正处在经济结构调整、发展方式转化的攻关期,建筑业发展的外部环境也在发生着深刻的变化。建筑业作为国家的支柱性产业,在经济发展和生活质量提高方面一直起着重要的支撑作用。我国于2020年提出“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”战略目标,基于国情寻求更具可持续性、包容性和韧性的经济增长方式以推进国家生态文明建设[1]。建筑业作为经济文明建设的支柱性产业,面临着碳排放量大、能耗高和污染严重的问题,一直是我国实现节能减排的重点领域之一,在实现“双碳”战略目标方面承担着重要任务。据统计,2020年我国建筑行业的碳排量占全国总量的50.9%,采用合理适度的人均建造面积和合适的建筑设计及技术可以合理减少碳排放[2]。

传统建筑业由于自身基础性质,一直存在着建筑建设施工高污染、施工效率底下、施工质量参差不齐等问题,随着如今对于建筑业高质量发展的追求以及人口老龄化、劳动力资源缺失、人工成本增加、设计问题和施工返工率高等问题的出现[3],依靠规模扩张的传统发展方式难以为继,在建筑业高质量发展和“双碳”目标的背景下,建筑业亟须转型[4]。

1 我国装配式建筑发展

传统建筑业生产方式不利于国内目前的可持续性健康发展,随着人们的绿色发展意识加强,装配式建筑应运而生。装配式建筑是传统建造方式的升级和未来建筑业发展的趋势,最先应用于欧美等西方国家,是应对绿色发展和城镇化进程的产业结构转型升级尝试[5],它与传统建筑方式存在很大区别。相较于传统建筑以现场施工为核心的工作流程,装配式建筑是将工厂预制好的各类构件,运送到施工场地进行拼装,再通过后浇混凝土的方式进行连接,可以与现场各个专业施工同步进行,具有施工快、工程建设周期短、利于冬季施工等特点。装配式建筑自身的设计多样化、功能科技化和生产工业化使得它们的施工效率极大提高,减少了工人劳动强度和材料浪费[6]。现场施工的各个环节均集中在构件的吊装环节,比传统现浇建筑更环保,产生更少的建筑垃圾、噪声和灰尘,消耗更少的能源,其环保节能和施工安全的特点能够提升建筑行业的绿色、环保和可持续性,大大减少了施工现场的噪声污染、空气污染等环境负效应[7]。不同类型的装配式建筑在施工工艺上与传统建筑相比存在着不一样的优势,同时,装配式建筑在施工效率方面也优于传统建筑,具有人工需求少、资源浪费少等优势[8]。

2013以来,国家陆续颁布了多个促进装配式建筑发展的政策,如《绿色建筑行动方案的通知》《国家新型城镇化发展规划》《“十三五”装配式建筑行动方案》等,都明确提出要发展建筑工业化[9]。2016年国务院发布《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发〔2016〕71号)后,各个省份也都加速发展装配式建筑[8]。之后住房和城乡建设部印发了《“十四五”建筑业发展规划》,提出到2025年,装配式建筑占新建建筑的比例达30%以上;新建建筑施工现场建筑垃圾排放量控制在300 t/m2以下,建筑废弃物处理和再利用的市场机制初步形成,建设一批绿色建造示范工程。为了促进装配式建筑的发展,各地也相继出台了装配式建筑发展目标。北京市提出,2025年实现装配式建筑占新建建筑比例达到55%;四川省提出新开工装配式建筑占新建建筑的40%,装配式建筑单体建筑装配率不低于50%。在装配式建筑面积和项目数量快速发展并取得了一定进步的同时,由于各区域经济基础、政策环境等方面发展的不充分不平衡,造成了不同地区的装配式建筑发展程度也存在极大的差异化现象。

政府部门、研发设计单位及建筑生产企业等行业内相关主体均积极推进装配式建筑的发展,到2017年11月底,住房和城乡建设部公布的有关国家级装配式建筑产业基地的企业信息统计,国家级装配式建筑产业基地主要集中在山东、江苏、浙江等东部地区,以山东为例,其产业基地数量达到27个,而西北地区如宁夏、重庆、青海、西藏则均处于培育状态,产业基地数量较少。此外,全国各省份出台的关于推动装配式建筑发展的相关政策性文件中(据统计截至2018年底),东、中、西部地区累计发布文件分别为220条、110条、94条,装配式建筑政策的出台力度在地域上表现为东部大于中、西部地区[10]。到2020年,根据住建部统计,全国装配式建筑各省份新开工装配式建筑共计6.3亿m2,占新建建筑面积的比例约为20.5%,而重点推进地区如京津冀、长三角、珠三角等地区装配式建筑占全国的比例约为54%,呈现极大的空间分布不平衡现象[8]。

综上,我国装配式建筑发展在不同区域表现较为明显的差异,分析哪些省份装配式建筑发展较好,哪些发展的不理想,它们之间的差距有多大,表现在哪些方面,等等,都可以促进我国装配式建筑健康、高效发展,并根据研究所得差距提出相应建议及对策。

李芊等[11]从行业从业者出发,运用网络信息挖掘技术和调查问卷的方法,结合以往研究,从政治、经济、社会、技术四个方面探究中国西部地区的装配式建筑发展状况;吴玉婷等[12]、蒋必凤等[13]分别以河北、海南为对象,设计问卷和结构模型分析影响地区装配式发展的因素;李欣函和尤完[14]基于装配式建筑产业发展系统,结合DPSIR模型将全国装配式建筑发展水平以其他基础发展数据表示,分析出我国五个地区装配式建筑发展水平高低次序;吴邵艳和苏庆香[15]以装配式建筑发展视角为出发点,利用各省份装配式建筑发展动态数据,通过构建结构模型宏观分析全国31个省份装配式技术发展的影响因素。以往研究多以中国整体区域为视角,从全面性、覆盖性角度出发分析全国各地区装配式区域发展,从宏观视角指出装配式建筑发展大区域之间的差异;或评价分析中、西部等经济技术发达地区的装配式建筑发展状况,衡量装配式建筑高质量发展的地区经济相关性,缺少针对西南地区等相对经济条件发展落后的区域的装配式发展研究;而西南地区大部分省份经济起步晚,发展相对落后,装配式作为新兴产业技术,探究西南地区装配式建筑发展,从基础建筑建设角度判断各省份的经济发展效能差异,对分析西南地区近年来经济发展状况、制定西南地区各省份装配式建筑发展评价指标具有重要意义。因此,本文将装配式建筑发展水平作为评价对象,选取合适的评价指标,具体分析西南地区(四川、云南、重庆、贵州、西藏)五个省份的装配式区域发展水平,并提出相应的对策建议。

2 评价指标确定及模型构建

2.1 数据来源与研究方法

自国务院发文大力推广装配式建筑发展,全国各地积极响应,出台具体政策推动装配式建筑发展。装配式建筑作为未来建筑业发展不可避开的一环,对其研究分析可以规划未来发展方向,给出相应对策。朱宏莉和林智敏[16]基于定性比较分析方法(qualitative comparative analysis,QCA),以我国24个省份经济发展状况为契合点,对于装配式建筑区域发展的非对称性提出5个影响装配式建筑发展的条件因素;程晓东和王东[17]也运用csQCA法就装配式建筑的技术、组织、环境等维构建了装配式建筑新建建筑占比、装配式建筑产业基地数量、装配式建筑政策文件和推广时间等多衡量标准的条件变量;李欣函尤完和[14]以DPSIR模型进行评价研究,从驱动力、压力、状态、影响、响应五个准则层出发,制定了17个关于装配式建筑发展的具体指标;赵丽坤等[18]通过结合目前装配式建筑区域发展的行业瓶颈和区域环境特征, 构建包括发展规模、生产建造技术水平、技术创新水平、管理水平和发展潜力等5个维度的20个二级指标, 以衡量当前装配式建筑的发展程度。

本文通过对已有的关于中国本土装配式建筑发展相关文献数据进行梳理,并结合国家住建部、中国统计年鉴、各省份住建厅、预制建筑网、中国建设新闻网、各省份统计局和新闻、网络等各个平台的统计数据,构建装配式建筑区域发展水平评价指标,运用DEMATLE、AHP法和TOPSIS评价方法对所找寻的指标数据进行优化、权重选取、综合评价,整理并最后分析2021年(部分数据至今)西南地区装配式建筑发展水平优劣。

2.2 基于DEMATEL法的评价指标设计优化

通过对国内现有文献分析,发现我国有关装配式的指标设计体系系统性不完整,且大部分数据难以在官方渠道获得,故结合其他学者指标设计,从官方网站、新闻、其他数据库如百度等地方的数据建立7个初级指标,分别为发展规模、发展规范水平、发展供应水平、装配式建筑质量、政策环境、技术创新水平和基础指数,由于指标装配式建筑质量和基础指数的数据难以统计和查找,故删除指标,将剩下的5个指标设立为准则层,其中包括了19个具体指标,初步设立评价指标体系,如表1所示。

表1 装配式建筑区域发展水平评价指标体系

决策和试验评价方法(DEMATEL)可以识别出评价体系之中指标和指标之间的关系,侧重于区别指标的相对重要性程度,确定指标在评价体系中的地位。运用DEMATEL方法将评价体系中重要性程度低、相关性不强的指标进行删除,确保评价体系的可靠性[19]。

将所收集的数据进行罗列,由于所研究内容的指标数据是具有变化性质的,且部分指标样本因为数据缺失的原因无法准确找到对应年份的数据,因此根据指标的变化趋势利用平均增长率进行数据的补充(如新开工装配式建筑面积)。部分数据无历史记录的,则统一采用能收集到的最近时期的数据插补(如预制构件年设计产能、政策激励数量等);无法收集到的数据则将其删除。具体数据情况如表2所示。

表2 装配式建筑区域发展具体指标

(1)创造影响矩阵。通过调查问卷的方式获取各个指标间影响程度的打分,构建影响矩阵X,矩阵中的数值代表着两项指标间的影响程度。共分为0、1、2、3、4五个等级,分别代表没有影响度、影响度很小、影响度较小、影响度较大、影响程度很大。每个指标对自己的影响度为0。将每一个指标用字母代替,如发展规模(A)中的指标为预制混凝土构建年设计产能(A1)、2025装配式建筑占新建建筑比例(A2)、建筑业总产值(A3)、建筑业劳动生产率(A4),以此类推;最终构建影响矩阵X=[Xij]m×n,如表3所示。

表3 影响矩阵X

(2)归一化处理。对影响矩阵X中所有数据进行归一化处理,得到规范化矩阵G,并通过单位矩阵I和规范化矩阵G的计算得到综合影响矩阵T。

(1)

T=G(I-G)-1

(2)

(3)通过对各个指标的中心度mi、原因度ni、被影响度ei和影响度fi等数据的分析,确定该指标在整个评价体系中的地位。

(3)

根据指标优化方法得到优化后的指标如表4所示。

表4 DEMATEL计算结果

由表4可知,政策发布数量的影响度最高,其次是已发展国家级装配式建筑示范城市和政策激励数量,监理单位企业影响度最低,说明国家政策对装配式发展的影响程度非常高;已发展国家级装配式建筑示范城市的被影响度最高,其次是2025年装配式建筑占新建建筑比例和预制混凝土构件年设计产能,被影响度最低的是政策发布数量;已发展国家级装配式建筑示范城市的中心度值最高,说明其在整个装配式建筑发展过程中起着至关重要的作用,且对其他因素和被其他因素影响程度都高;原因度方面,负数指标如建筑业企业签订合同总额等都是结果因素,其他正数指标是原因因素,说明良好的政策环境、优秀的技术创新和装配式建筑发展基础设施完备程度都十分有利于其发展,从而带动发展规模和生产供应水平等的发展。

从中心度方面考虑,指标中重要性程度最低的分别是专利授权量、设计勘察单位和监理单位企业,他们与其他指标的联系性不强,不太满足对于装配式建筑这个目标的评价。故将这3个指标删除。由于技术创新层面只剩下一个指标,将其指标并入发展规范水平层面,最终确定的评价指标体系如图1所示。

图1 装配式建筑区域发展水平评价指标体系

2.3 指标权重确定

由于装配式建筑在我国的发展时间不长,能收集到的数据量不大,且限制多;在实际数据收集过程中发现,装配式建筑除了新开工装配式建筑面积、装配式建筑示范城市和建筑业企业相关等数据有官方作为支撑,其他相关数据量很分散且多以其他媒体和渠道的报道、文件发布为主,部分数据真实性难以保证,加上各个地区装配式建筑有关网站和官方数据各有不同,收集难度很大,所以客观赋权法不适合用于其权重确定,最终综合考虑以上因素确定采用层次分析法确定指标权重[20]。它是一种将定量定性分析方法结合,将复杂事件划分为若干个层级和元素的方法,通过对指标进行重要性判断构建矩阵,并计算矩阵最大特征值和对应向量,得到不同种方案的重要性程度的权重,为最后做出选择提供依据[21]。

(1)将指标体系划分为三层:以装配式建筑区域发展水平为目标层,发展规模、生产供应水平、发展规范水平和发展基础环境4个维度为准则层,16个具体指标为指标层,如图1所示。通过向在装配式建筑领域有深刻认知的19位专家,包括对装配式建筑有深入了解的老师、从事装配式构件生产的企业家,以发放问卷的方式获取量化数据,并依据1～9标度法确定重要性程度,如表5所示。

表5 1～9标度法

(2)构造判断矩阵U,将准则层4个维度分别用U1、U2、U3、U4表示,具体矩阵如下所示。

准则层判断矩阵为其他判断矩阵如下所示。

U1的判断矩阵为U2的判断矩阵为

U3的判断矩阵为U4的判断矩阵为

(3)将判断矩阵进行归一化处理(表6),并监测各个指标的一致性和计算权重。

表6 U1的规范化矩阵

通过公式判断矩阵的最大特征根:

(4)

计算一致性指标CI:

(5)

计算一致性比例CR:

(6)

表7 随机一致性RI

其他判断矩阵按照上述步骤计算其一致性比例,如表8所示。

表8 一致性比例CR

所有指标的CR<0.1,通过一致性检验;

将准则层权重与指标层权重相乘得到最终的总权重,如表9所示。

表9 权重计算

2.4 基于TOPSIS的装配式建筑发展水平评价

根据所收集到的数据,将其进行加权计算后可以综合排序出西南地区各省份的发展水平,TOPSIS法可以根据给定的指标数据计算出理想解和不理想解,用于多个对象进行定量分析,并依据评价结果与最理想解的接近程度给各地区的装配式建筑发展水平排序从而选出最优对象和最劣对象,具有几何意义直观、运算灵活、应用领域广等优点[9]。

(1)归一化处理。采用平方和归一化法将收集到的数据进行处理,公式如下所示。

(7)

具体归一化数值如表10所示。

表10 平方和归一化矩阵

(2)依据层次分析法获得的权重,将归一化后的数值进行加权计算,并确定正负理想解C+、C-(表11),公式如下:

表11 正负理想解

X″ij=X′ij×Wj

(8)

C+=maxX″ij

(9)

C-=minX″ij

(10)

(3)计算各个指标与正负理想解之间的距离,并计算相对接近度,公式如下:

(11)

(12)

(13)

最终结果如表12所示。

表12 TOPSIS评价水平排名

由表12可知,装配式建筑在西南地区的发展存在着较大差异,四川综合排名第一,即四川的装配式建筑发展水平最高,其次是贵州、重庆、西藏和云南。其中只有四川的综合得分指数超过了0.6,其他省份为0.25～0.42,说明它们的装配式发展程度与四川还存在较大差距。

3 结论与建议

(1)西南地区与我国其他地区的装配式建筑发展存在较大差距[14]。其中四川装配式建筑发展水平高于其他4个省份,不论是预制混凝土构件产能、劳动生产率等人力技术指标还是装配式建筑新增面积、省级装配式建筑示范城市数量等客观可视化数据,四川都独占鳌头,其出色的经济实力和发展水平带动着其装配式建筑发展,一直紧跟国家政策。其他省份由于经济实力的落后,装配式建筑的客观发展存在着较大限制,各省份对装配式技术的政策导向没有放在最优先的位置,在经济实力方面限制了它们的装配式建筑发展,是导致装配式发展落后于四川的一个关键因素。大力促进其他省份经济发展,推动基础设施建设,提高省域内经济流动能力和人力发展水平,经济基础扎实才能带动其他新兴技术发展,装配式建筑的重点应用的可行性才会提高。

(2)国家改革开放以来经济发展的重心更偏向于东南沿海地区和东部区域,因为各个区位的地理位置、战略定位不同,在基础资源分配方面的侧重点不一样,导致各个区位的重心不同,发展走势不同。西南地区中四川地处盆地,有着“天府之国”的美称,在整个西南地区中拥有着最为优势的经济发展潜力,经济、文化等方面的领先使其在其他重点领域的发展也优先于周边省份,所以其的装配式发展基础如构件厂数量、设计监理单位数量等都多于其他西南四省份,这也是四川装配式建筑发展好的原因之一。其他省份需根据地理位置因素,因地制宜促进经济、文化交流,促进建筑业转型,结合自身的独特优势留住人口、提高企业数量,才能为装配式建筑发展提供良好的基础,并根据各省份的特点制定出符合地区装配式发展的实际策略。