基于模糊ISM-MICMAC模型的新型建筑工業化發展障礙因素研究

趙金煜，王定河，徐玉澤

(北京建筑大學 城市經濟與管理學院， 北京 100044)

近期，住房和城鄉建設部等多部委聯合發布了《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》，以期推動新型建筑工業化的發展。而當前我國建筑工業化的發展與西方發達國家相比尚有較大差距，主要體現在建筑垃圾產量高、勞動生產效率低、工業信息化程度低等方面[1]。若問題得不到妥善解決，推進中國新型建筑工業化發展無疑是紙上談兵，建筑業預期的環境、社會、經濟協同效益終將難以實現。因此，為響應國家建筑工業化建設需求，促進新型建筑工業化穩步發展，有必要開展新型建筑工業化發展障礙因素內在關聯性研究。

探究新型建筑工業化發展障礙因素方面已有較多的研究。SHIN等[2]對韓國住宅市場的研究發現，建筑專業人才是建筑工業化轉型升級的重要支撐。RAHMAN[3]采用問卷調查研究中英建筑工業化市場，并采用因子分析發現影響工業化的公因子是界面差和監管不足、市場限制、協調不足和文化障礙、缺乏技能和工具、對產品性能的懷疑等。LUO等[4]認為標準化與個性化的矛盾、缺乏現代化管理模式及管理經驗、市場認可度低等阻礙了建筑工業化發展。紀穎波[5]認為缺乏政策支持、技術標準不完善、行業管理不配套是關鍵問題。文林峰[1]解析了建筑工業化發展的障礙，包括建筑工業化與信息化深度融合不夠、組織管理模式未轉變、全產業鏈協同能力差、工業化專業人才短缺。高群等[6]采用主成分分析法確定了影響建筑工業化發展的因素，包括政策支持不到位、模數協調體系不匹配、成本增量突出、市場認同感弱等。王俊等[7]認為建造成本偏高、模數化和標準化程度低、盲目追求預制率和裝配率、盲目效仿國外建設體系、BIM軟件應用不成熟、現場施工安裝混亂制約了建筑工業化的發展。葉浩文[8]則認為發展新型建筑工業化應該從政策扶持、技術體系研究、集成技術研發、成本管控、輿論引導、專業人才培養方面改進。

當前我國新型建筑工業化推廣仍面臨較多挑戰，如何在眾多障礙因素中篩選出最具影響力的因素，成為攻克問題的關鍵。已有研究主要從宏觀定性角度對建筑工業化發展障礙因素進行論述，既缺少客觀數據有效支撐障礙，又未落實到項目層面，成果指導性較差，并且過分依賴專家經驗進行主觀評分，研究結論正確與否有待商榷?；诖耍芯繉⑹紫韧ㄟ^大量文獻研究辨析研究對象的概念及特征，同時采用文獻調研及專家問詢法研究障礙因素，并采用德爾菲法對障礙因素識別清單進行修正，創建新型建筑工業化發展指標體系。隨后邀請業內專家對障礙因素間的關聯性進行模糊打分，結合ISM- MICMAC關系模型進行因素間的關聯性分析，最后依托研究結論為當前的新型建筑工業化推廣現狀提出針對性建議。

1 新型建筑工業化概念界定及特征分析

新型建筑工業化是為區別傳統建筑工業化提出的，主要體現在生產方式及建造方式和項目全過程管理理念的轉變。葉浩文[9]38-39從產業鏈角度，將新型建筑工業化定義為能夠整合設計、生產、施工等全產業鏈，實現建筑產品節能、環保和全生命周期價值最大化的可持續發展新型建筑生產方式。而葉明[10]則基于產品思維，指出新型建筑工業化是運用現代工業化的組織和手段,實現生產要素資源的系統集成及優化配置,并形成有機的產業鏈和有序的流水式作業，以輸出高質量的建筑產品。綜合考量兩者內涵，本文將新型建筑工業化定義為應用信息化手段，實現過程管理信息化、生產要素集成化、組織管理科學化，促進設計、生產、施工、運維整個產業鏈融合，達到建筑構件生產及產品交付讓各方滿意的新型建造方式。為研究新型建筑工業化發展障礙因素，需圍繞新型建筑工業化的內涵及特征進行分析。參考葉明和繆英[10-11]觀點將新型建筑工業化特征概括為：設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、組織管理集成化、過程管理信息化、生產經營專業化、工業產品市場化。

2 新型建筑工業化發展障礙因素識別與分類

為充分考慮文獻時效性及研究周期性，本文基于新型建筑工業化內涵及特征，本著科學合理、系統全面、動態適用的原則，從中國知網及Science Direct數據庫中篩選研究中國新型建筑工業化影響因素的文獻，精選相關度較高的14篇文章作為研究基礎，并經研究團隊討論分析得出20個影響因素。為保證因素可信度，特邀從事建筑工業化技術研發、理論研究和工程實踐方面的行業專家10位。通過2次意見征詢后，進行如下修訂：因現代化管理理念與經驗缺乏包含建筑企業信息化管理薄弱，故刪除后者；將建筑部品工業化水平低與建筑部品模數協調缺失合并為預制構件工業化程度低；增加構件市場產能供需不平衡、新一代信息技術建筑化應用緩慢；刪除盲目引用國外建設體系。調整后所得的障礙因素指標清單見表1，其中文獻所含相似指標用“√”表示。為方便開展指標內涵分析，根據指標屬性分為政策層面、技術層面、人員層面、管理層面、市場層面5個準則，對應指標依次編號為Si，i∈[1,18]，見表2。

表1 基于文獻分析的新型建筑工業化發展障礙因素清單

表2 障礙因素內涵辨析及分類

3 新型建筑工業化發展障礙因素層次關系確定

3.1 改進ISM- MICMAC模型原理

為探究復雜經濟系統問題，Warfield教授研發出解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)[23]151-153。該模型可將變量繁多且關系復雜的系統，轉換為直觀明了的多級遞階結構模型。然而新型建筑工業化發展障礙因素還具有類別繁雜、無法精確描述的特點。傳統ISM模型對專家咨詢結果一致性要求極高，基于新型建筑工業化復雜系統以及專家個人行業宏觀認知能力、主觀偏好等影響，極易出現不穩定且隨機的情況，導致結果失效。模糊數學可以實現將不確定性問題模糊化后解模糊達到精確的目的,因此有機融合ISM模型和模糊數學理論有利于改進傳統ISM模型對專家評分的高要求。

交叉影響矩陣相乘法(Matrices Impacts Croises-multiplication Appliance Classement，MICMAC)可應用于新型建筑工業化發展系統，研究障礙因素反應路徑、分析因素間的關聯性及重要性。依據障礙因素的驅動力值和依賴度值，可將因素分為4個象限類別，即自發象限、依賴象限、聯動象限和獨立象限[24]。其中處于自發象限的因素驅動力及依賴度較低，既不受其他因素影響，也對其他因素影響較小，需要單獨處置；處于依賴象限的因素驅動力低而依賴度較高，該類因素受其他因素影響較大，但對其他因素影響較小，需依靠其他因素的帶動作用發揮獨有優勢；處于聯動象限的因素驅動力及依賴度均較高，因素受其他因素影響及對其他因素影響較大，在系統中處于中介作用；而位于獨立象限的因素驅動力較高而依賴度較低，該類因素受其余要素影響程度較弱,但對其他要素影響較大,是影響新型建筑工業化發展的根本原因。

改進的ISM模型降低了業內專家的主觀作用，更好解決新型建筑工業化發展系統中障礙因素間的模糊性問題，使新型建筑工業化發展系統障礙因素可以呈現分級遞階。同時，聯合MICMAC分析方法能對障礙因素進行有效層級劃分與屬性辨析,從而實現對障礙因素的分析評價。

3.2 改進模型構建

依據研究對象特點對原有模型進行改進，流程如圖1所示。

圖1 改進的ISM建模流程Fig.1 Improved ISM modeling process

操作步驟如下：

步驟1界定系統，明確因素。在對原有文獻及案例資料深度分析的基礎上，充分尊重業內專家的意見，界定出研究問題的系統邊界及其相關因素,設其因素集為S,則有S={S1,S2,S3…，Sn}。

步驟2行業專家模糊評分。邀請新型建筑工業化行業專家根據模糊評價標準(表3)，對系統因素Si與Sj的關聯度進行模糊評分，其中影響程度評價最大值為1，確定模糊鄰接矩陣F。

表3 新型建筑工業化發展障礙因素模糊評價標準

步驟3計算關聯強度矩陣B。

(1)

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

步驟4計算鄰接矩陣A及可達矩陣M，并確定閾值。

(2)

式中：aij為矩陣A中第i行第j列元素；bij為矩陣B第i行第j列元素；λ為閾值，由專家經驗值確定。

A1=A+I，A2=(A+I)2,…Ai=(A+I)i

(3)

A1≠A2≠A3≠A4≠…≠Ai=Ai+1=M

(4)

式中：M為可達矩陣。

步驟5繪制ISM遞階圖。通過式(5)、式(6)，確定可達矩陣M中Pi因素的可達集合R(Pi)和先行集合S(Pi)。當式(7)成立時，則Pi為第1層級。然后將M中的Pi因素剔除,重新按照式(5)～(7)來確定第2層級的因素集，同理直到確定出最底層因素集,則可繪制因素的ISM遞階圖。

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

(5)

式中：R(Pi)為可達矩陣M中每一行Pi對應矩陣元素為1的所有列因素的集合；mij為矩陣M第i行第j列元素。

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

(6)

式中：S(Pi)為可達矩陣M中每一列Pj對應矩陣因素為1的所有行因素的集合。Mji為矩陣M第j行第i列元素。

R(Pi)∩S(Pi)=S(Pi)

(7)

式中：R(Pi)∩S(Pi)為共同集合。

步驟6繪制依賴度與驅動力圖。依據式(8)、式(9)可得矩陣的驅動力Di和依賴度Rj，其中Di為該因素對系統其他元素的驅動作用，Rj為該因素對其他因素的依賴程度。

(8)

(9)

式中：Rj為可達矩陣M的j列和。

在生長情況觀測中，大花月季生長量最高，其中最突出的為梅郎口紅、月季王朝、大紫光、彩云、金獎章、美國粉、薩曼莎等；藤本月季生長量次之，其中最突出的為御用馬車、安吉拉；豐花月季整體生長量最小，位居前五位的為紅帽子、世紀之春、金馬莉、滿堂紅、仙境、冷香玫瑰。

基于上述步驟對新型建筑工業化發展障礙因素采用改進的ISM- MICMAC模型,探尋障礙因素間的層次結構及內部影響機制，為推進新型建筑工業化發展提供理論指引。

3.3 改進ISM- MICMAC模型關系分析

3.3.1 模糊關聯矩陣閾值確定

在上述因素解析及改進模型分析的基礎上，邀請來自政府部門、設計單位、預制構件廠、裝配施工方及高校的7位具有副高級以上職稱且長期從事新型建筑工業化實踐及研究的專業人士。依據表3評價標準，對新型建筑工業化發展障礙因素間的關聯性進行模糊評分。為避免專家打分時受外界因素干擾，保證專家獨立性，本次問卷采取線上發放和回收，并取數據的平均數作為模糊鄰接矩陣F的元素。

明確模糊鄰接矩陣F后將元素進行處理得到關聯強度矩陣B，然后比較元素與閾值λ大小，確定鄰接矩陣A。鑒于閾值λ取值越小時,因素劃分的層次越少，因素間弱作用將被忽略，不易體現因素間深層關系;取值較大時,因素劃分的層次越多，會消耗管理人員用于數據處理的精力，增加因素管控成本。為避免因素層次劃分多寡對結果分析理解產生障礙[25]，本文依據模糊評價標準及專家評價穩定性原則，取閾值λ為0.5。

3.3.2 模型計算

簡化步驟1～4的計算，采用MATLAB軟件計算可達矩陣M，其中可達矩陣橫向加和為驅動力Di，列項加和為依賴度Rj，結果見表4。構成指標Si(Rj，Di)二維坐標，對應圖3中圓點位置。

表4 模糊可達矩陣

3.3.3 改進模型關系確定

影響因素的層級劃分取決于因素驅動力。因素驅動力越大，表示其所處位置越低，對其他因素具有驅動作用，反之亦然。依據可達矩陣以及因素分層級公式，將因素進行分級，顯現因素間的內在關聯性(圖2)。形成ISM圖后,依據各因素的驅動力及依賴度進行影響因素MICMAC分析，如圖3所示。

圖2 障礙因素ISM遞階關系Fig.2 ISM hierarchical relationship of influencing factors

圖3 障礙因素MICMAC分析Fig.3 MICMAC analysis of influencing factors

3.3.4 模型結果分析

對新型建筑工業化發展障礙因素用改進ISM- MICMAC模型進行分析可知：

1)沒有屬于自發象限的因素。假設不考慮專家評分主觀性，此結果表明所選取因素不會通過單一作用影響新型建筑工業化發展，而是通過因素間的相互關聯協同影響。

2)屬于依賴象限的因素是S13研發投入與創新力不足、S18構件市場產能供需不平衡，2個因素依賴度較高而驅動力不足，說明該類因素需要依賴其他因素解決，通常是由其他因素處理不當累計所致, 且一旦發生將直接導致工業化發展更加困難。在ISM遞階關系中，S13、S18均位于第1層級，這些因素需要通過中間層及最底層因素作用，屬于表層的直接因素，可直接作用于新型建筑工業化的發展。如完成S13需要解決因素S1政策支持力度不夠與S11專業人士缺乏，因為政策支持會為社會發展新型建筑工業化提供支撐，鼓舞企業加大投入，激勵專業人士參與新型建筑工業化的技術研發、理論研究。而創新力來源于產業工人及管理人員，兩者相輔相成共同促進可以解決研發投入及創新力不足問題。S18得益于S8標準化與個性化矛盾、S12社會認知度低、S17全產業鏈協同尚未成熟這3個問題的解決，只有建筑部品實現標準化、模數協調化，滿足使用者個性化需求，以及提高社會公眾對工業化建筑的認可度，才能達到全產業鏈的協同，實現供需平衡最終目標。

3)屬于聯動象限的因素有10個，分別是S1政策支持力度不夠、S3政府宣傳引導不夠、S5技術標準體系不完善、S6關鍵技術發展緩慢、S8標準化與個性化矛盾、S10預制構件工業化程度低、S12社會認知度低、S15性價比低、S16產品發展滯后、S17全產業鏈協同尚未成熟。這類因素的驅動力及依賴度均較大，但事實上并不穩定，甚至在發生阻礙作用時沒有先兆，極易造成較大影響，并且分布于ISM遞階關系中的第2層級，屬于中間層因素，存在較為復雜的相互作用關系，既受到上下層因素的影響還存在同層次因素的相互作用。如S12不僅影響上層因素S18，而且相互影響S15,還受到S3的影響。

4)屬于獨立象限的因素有6個，分別是S2頂層設計落實不到位、S4監督機制不配套、S7技術系統集成與工業化體系缺乏、S9新一代信息技術建筑化應用緩慢、S11專業人才缺乏、S14現代化管理理念與經驗缺乏。該象限中的因素依賴度低但驅動力高，表明該類因素在發展過程中較少依賴于其他因素的影響而間接致力于推動新型建筑工業化的發展，可以認為是阻礙發展的源頭，若應對措施不當將影響較大。因此在發展新型建筑工業化過程中要倍加重視該區域因素的管控，避免產生擴散作用。在ISM遞階關系中S11在第5層級，其直接或者間接通過中介效用影響其他因素，可視為發展新型建筑工業化的深層次因素，S9與S14在第4層級，因素S2、S4、S7分布于第3層級。S14、S7基本上可通過S11的發展而得以調整，其中S9、S2、S4不受其他因素影響。一方面新信息技術在我國飛速發展，但實現建筑化應用的新技術卻寥寥無幾，工業化發展是以信息化為基礎的發展階段，因此為解決新型建筑工業化發展應強調新信息技術建筑化應用；另一方面頂層設計落實不到位及監督機制不配套均屬于政策層面，并非某一行業或個人所能改變的，而是國家宏觀調控的產物，因此欲推動新型建筑工業化發展，妥善解決好S2、S4、S9、S11這4個因素至關重要。

4 對策建議

4.1 落實頂層設計，完善工業化建造流程監管

不同層級政府部門應該分層分級編制可操作性方案，并設立任務清單落實責任主體，實現橫向到邊、縱向到底的策略，逐層推進。工業化建筑發展中要加強完善配套建筑法規和技術標準[26]，在建造流程上要不斷優化工程建設管理制度，特別是配套的項目監管機制。立足工業化建設項目全壽命周期，從項目立項決策、工程招標、設計建造、竣工驗收、運營維保等階段，予以創新性監管保障，完善并落實制度保障，以推動新型建筑工業化的發展。

4.2 依托產學研平臺，培養新型工業化專業人才

新型建筑工業化轉變了傳統建造方式，對設計人員、技術工人、項目管理人員等建筑從業人員的專業素質提出了新要求。為解決專業人才短缺問題，一方面可以組織原有技術工人參與新型建筑工業化技術培訓，并引導管理人員學習新理念、新工藝，完善管理知識體系；另一方面依托產學研合作項目，完善高職院校人才培養計劃，依托市場對新型建筑產業人才技能要求，動態調整專業人才培養知識體系。同時建立實訓基地及開展技能培訓、技能競賽等交流活動，加快培育專業管理人才和技能型產業工人。

4.3 加強科研協作，助推信息技術建筑化應用

新型建筑工業化以信息化為基礎，而我國建筑業信息化應用水平尚處于初級階段，以建筑信息模型與無線射頻技術為代表的新型技術在新型建筑工業化發展過程中進展緩慢，應用范圍比較局限，產品插件兼容性差，暫且無法實現信息化管理的預期收益。一方面應加強科技公司與建筑企業的科研協作，打造信息技術建筑化應用協同系統；另一方面應逐漸推進5G通信技術、大數據技術、物聯網技術在新型建筑工業化流程管理、工廠生產、現場管理中的應用。

5 結論

1)鑒于我國新型建筑工業化發展滯后的現狀，以新型建筑工業化發展的障礙因素為研究對象，通過內涵特征分析、文獻調研及專家問詢，歸納總結出政策、技術、人員、管理、市場5個層面的18個阻礙新型建筑工業化發展的影響因素指標體系，豐富了新型建筑工業化研究理論。

2)運用改進的ISM模型分析障礙因素間的遞階關系,結合MICMAC方法分析障礙因素的驅動力與依賴度關聯，并進行因素分類，辨明因素內在關聯性。ISM遞階關系發現S11專業人才缺乏位于結構層的最底層，屬于新型建筑工業化發展受阻的深層次因素，而S13研發投入與創新力不足和S18構件市場產能供需不平衡為最高層，屬于阻礙發展的直接因素原因，其他因素在系統中扮演著過渡的作用機制。MICMAC分析發現所歸納因素分布于3個象限而不存在于自發象限，說明所選因素均無法單獨作用于目標系統，而是通過多因素間的合力作用影響目標。

3)通過改進的ISM- MICMAC模型填補了既有研究指標定量化的缺陷，得到了影響新型建筑工業化發展的重要原因，分別為S2頂層設計落實不到位、S4監督機制不配套、S9新一代信息技術建筑化應用緩慢、S14現代化管理理念與經驗缺乏，并提出針對性建議指導實踐。