歷史建筑綠色修繕工程共同體構建與分析方法

王曉鳴， 何南均， 趙 征， 汪 凱， 潘欣蕾

(1. 華中科技大學 土木與水利工程學院, 湖北 武漢 430074;2. 武漢市天時建筑工程有限公司, 湖北 武漢 430024)

歷史建筑是指經各級人民政府確定、公布的具有一定保護價值，能夠反映歷史風貌和地方特色的建筑物和構筑物[1]。國家《“十四五”住房和城鄉建設科技發展規劃》明確將“城鄉建設綠色低碳技術研究”和“城鄉歷史文化保護傳承利用技術創新”列為建設科技發展的兩項首要重點任務[2]。截至2021年底，國家認定的歷史建筑總量已達5.75萬處，比2016年增長近5倍；認定的歷史文化街區總量達1200余片，實現5年數量翻番[3]。對歷史建筑的綠色保護利用已成為我國建筑業創新和綠色建造技術發展的重點領域。

歷史建筑綠色修繕(Green Restoration of Historic Building，簡稱GRHB)是指以保護建筑價值、維護建筑安全、延長建筑使用壽命、恢復建筑風貌、提升使用功能等為目標，綜合采用節約能源資源、改善人居環境、提升使用功能等綠色修繕技術方法，對歷史建筑進行的維護、更新、加固等工程活動[4,5]。

GRHB工程是一類需要由設計方、施工方、管理方和社會方等多方參與密切合作才能順利實施的建設工程，構建適合中國國情的GRHB工程共同體已是當務之急[6]。但由于現階段各參建方還未充分意識到GRHB工程共同體構建應用和技術決策可帶來的工程質量、進度和價值的增值效應，導致GRHB工程共同體和技術的應用推廣相對遲緩。本文探討了GRHB工程共同體的構建方法，提出了基于社會網絡和價值網絡分析的GRHB工程共同體組織結構構建和共同體成員受益度分析方法；旨在從全局性和系統性角度，為GRHB工程共同體研究提供新思考和新路徑。

1 GRHB工程共同體的構建方法

1.1 工程共同體的內涵演變與發展

21世紀初，工程哲學和工程社會學在我國和西方國家同步興起，工程共同體(Engineering Community)應運而生[7,8]。美國學者布希阿勒里著作《工程哲學》的出版和雜志《工程研究》的創建吸引了國內外大批學者關注，但往往忽略了工程師以外的其他利益相關者在工程活動中的重要作用[9]。李伯聰[10]基于科學共同體理論拓展了工程共同體研究，將工程共同體定義為從事某一工程職業或參與某一具體工程活動的個人的“總體”，主要由工程師、工人、投資者、管理者、其他利益相關者組成。

隨著現代社會發展，共同體內涵不斷變化并向其他學科外延。只要是一群能夠因達成某種“共識”而聯結的人都可被稱為共同體[11]。工程共同體的研究日益呈現“具象化”和“多元化”特點，表現為對工程建設共同體[12,13]、工程利益共同體[14]、工程學習共同體、國際工程共同體、工程產學研共同體等更深層次的方法學研究。例如：以“抗疫應急工程”和“平疫結合工程”為代表的建設工程共同體對工程質量、工期、建造方式和組織方法等產生的緊迫轉變需求[15]，“以人為本”及“合作共贏”的現代建設工程共同體管理決策方法[16]等。

1.2 GRHB工程共同體的組織結構

工程共同體的組織形式可分為工程職業共同體和工程活動共同體兩大類，它們在性質和功能上有明顯區別[10]。本文將GRHB工程共同體定義為：集結在GRHB工程活動下，為實現共同的工程目標而組成的有層次、多角色、分工協作、利益多元的復雜工程活動主體系統[13]，其實質是一種工程活動共同體。

工程共同體的成員結構與建設工程類型密切相關，一般由直接或間接參與到建設工程活動中的各類“工程利益相關者”組成[17]。王曉鳴等[18]認為綠色村鎮建設工程共同體成員包括政府、村委會、村民、農村經濟合作社、企業、金融機構和非政府組織等；呂文學等[19]提出大型國際工程共同體是由政府、投資公司和項目參與方(業主、承包商、供應商、咨詢方等)組成的社會組織結構；Baughman等[20]分析了由政府、軍方、產權人、建設領導小組、建筑公司、設備捐贈方等組成的工程共同體在美國波士頓地區應急工程建設中發揮的關鍵作用；盛昭瀚[21]認為重大建設工程管理主體應該包括政府、業主、設計方、承包商、供應商、監理方、科研方與社會公眾等；何南均等[13]調查歸納了武漢火神山醫院項目的34家建設參與單位，構建了由政府方、使用方、設計方、施工方等十類成員組成的抗疫應急工程建設共同體。

GRHB工程共同體的組織構建包括內部共同體和外部共同體兩類。內部共同體成員是指直接參與GRHB技術應用管理或對GRHB工程產生交互影響的工程實施主體，包括業主方、政府方、設計方、施工方、供應方等；外部共同體成員是指在GRHB工程活動中承擔相應責任或獲得相關利益的工程合作主體，包括監理方、運營方、居民方、媒體方、社會團體等。組織結構見圖1。

圖1 GRHB工程共同體的組織結構

1.3 GRHB工程共同體的技術決策

在歷史建筑綠色修繕項目實施過程中，工程共同體的主要任務是通過密切合作對GRHB技術體系進行全過程決策優化和應用管理[22]。作者團隊基于歷史建筑綠色修繕工程的原真性、引導性、創新性和參與性原則，與天時公司合作研發了GRHB技術決策系統，編制了《歷史建筑綠色修繕施工技術手冊》并在實際修繕工程中使用。該系統包括基礎性控制技術、一般性應用技術、專項性創新技術三大類，共166項關鍵技術，是構建和分析GRHB工程共同體的重要基礎，詳見圖2。

圖2中的關鍵技術匹配可根據不同歷史建筑和修繕工程的特點進行選取和增減，詳細內容可參考文獻[6]。在實際修繕工程項目中，GRHB工程共同體對綠色修繕技術的采用比例應達到整體修繕技術的50%以上。

圖2 GRHB工程的技術決策系統

2 GRHB工程共同體的分析方法

實施GRHB工程既要全面保留歷史建筑的原有歷史文化價值，還要創造新增綠色功能價值，需要建立GRHB工程共同體成員的合作關系和受益程度定量分析方法，重點是：識別和分析利益相關者在GRHB技術選擇和應用管理中產生的社會關系和經濟關系[23,24]，計算GRHB技術在工程項目中的應用程度，量化共同體成員在GRHB技術決策過程中的價值關系，衡量成員的價值獲取能力以及受益程度。

2.1 分析方法建立

(1)社會網絡分析(SNA)

新經濟社會學理論是從社會嵌入等角度研究各種經濟現象，以Wasserman等[25]提出的社會網絡分析(Social Network Analysis，SNA)為代表。SNA方法是一種通過識別行動者彼此間關系，構建關系模型和分析結構特征，研究和衡量模式結構對網絡整體和內部個體作用和影響的方法[26]，通過全局性網絡關系分析克服了傳統方法的局限性，在現代建設工程利益相關者研究中的應用趨勢不斷增大[27,28]。作者團隊較系統地探討了SNA方法在鄉村聚落工程[12]、抗疫應急工程[15]、綠色村鎮建設工程[29]和歷史街區復興項目[30]等工程共同體分析中的適用性和可推廣性，證實SNA方法能有效分析和優化工程共同體合作行為。

GRHB工程活動中的技術決策優化與應用管理是一個由共同體成員合作完成、共同創造價值的復雜過程，成員間的關系不唯一且類型不止一種。僅使用SNA方法難以全面分析GRHB技術在應用過程中各方受益情況和共同體的復雜網絡關系特征，需要引入更有效的新分析方法。

(2)利益相關者價值網絡分析(SVNA)

社會交換理論立足于經濟關系，以特定的人性假設為基礎提出“人的一切活動和社會關系都是以獎賞和報酬為向導”，通過經濟交換模型等研究各種社會現象[31]。麻省理工學院學者Cameron等[32]在此基礎上提出了利益相關者價值網絡(Stakeholder Value Network，SVN)的定義：一個由核心組織、利益相關者、核心組織和利益相關者之間、利益相關者本身各方之間的有形和無形價值交換組成的多關系網絡。SVNA方法引入微觀經濟學中“效用”的概念和原理對非經濟的社會交換行為進行經濟價值分析，彌補了SNA方法在多關系分析中的不足，能夠在同一網絡中同時考慮利益相關者之間的社會關系和經濟關系，因而在現代建設工程領域得到了較多應用[33～36]。

但是SVNA方法需要預先主觀設定一個核心成員，并圍繞該核心成員收集全部數據和信息；且同一網絡的定量分析結果會因核心成員的不同設定而產生差異。單獨使用SVNA方法可能會對GRHB工程共同體分析帶來主觀性誤差風險[32]。

(3)基于SNA-SVNA的綜合分析

考慮以上2種分析方法的優點和不足，本文提出了基于SNA-SVNA的GRHB工程共同體綜合分析方法。先識別工程利益相關者并構建GRHB工程共同體，再通過SNA方法計算“中心性”和“影響力”指標確定共同體的核心成員，然后通過SVNA方法進行GRHB工程共同體成員受益度的計算和分析，并以此判定成員在共同體網絡中結構位置和價值交換的優劣勢，最后提出對GRHB工程共同體的優化對策。

2.2 分析要素確定

基于“利益相關者”、“利益相關者關系”和“利益相關者顯著性”三類傳統分析要素[37]，GRHB工程共同體的分析要素應包括：節點、節點關系和節點屬性[32]，以此作為數據收集和分析的重要依據。

(1)節點：是指組成GRHB工程共同體的全部成員。為簡化計算，可將圖1中的外部共同體成員的權責歸并到內部共同體成員中，如將監理方和運營方合并到業主方[34]，將居民方、媒體方、社會團體合并到政府方。簡化后的節點包括：業主方C1、政府方C2、設計方C3、施工方C4、供應方C5。

(2)節點關系：是指共同體成員在工程活動中應用GRHB技術時由資源交換而產生的價值關系，可通過資源依賴理論的價值流方法表示和衡量。主要包括：資金或物資價值V1、產品或服務價值V2、信息和知識價值V3、支持或機會價值V4、法規和建議價值V5[35]。以圖2中的“屋面綠色修繕平改坡技術T31-01”應用分析為例，C1和C3在樣式識別時會產生V3，V4，V5等價值關系，C4和C5在設計變更時又會產生V1，V2，V4等價值關系。應用其他GRHB技術時的價值關系分析方法類同。

(3)節點屬性：是指共同體成員參與GRHB工程活動的受益程度，反映出成員的價值獲取能力和價值創造作用，一般由與核心成員的直接價值交換、與其他成員的間接價值交換、所處的結構位置等共同決定，可通過2.3.3節中有關特征指標進行計算和衡量。

2.3 分析關鍵步驟

2.3.1 工程共同體構建與核心成員識別

(1)項目采用綠色技術占比計算

即工程共同體在承擔實際修繕項目中采用圖2所述GRHB技術的比例是否達到50%以上，作為開展后續工程共同體構建和分析的基本條件。未達標者應先優化調整綠色修繕技術方案再進行。

(2)共同體構建與核心成員識別

共同體構建識別對象是指直接或間接參與到GRHB工程活動中的各類“工程利益相關者”，可根據2.2節提出的方法歸并為五類主體。核心成員識別采用SNA方法，關鍵步驟包括：識別成員價值關系；構建無向鄰接矩陣；計算網絡特征指標[15]，特征指標可根據不同需求進行個性化選取[38,39]。核心成員的識別重點在成員中心性和成員影響力兩個方面，因此選擇以下2個SNA指標：

1)度數中心度(Degree Centrality，DC)，指網絡中某個節點的關系數量總和。若某共同體成員的DC值最高，可視其為GRHB工程的領導者或核心成員。計算式為：

(1)

式中：Xij表示共同體成員i與j是否有價值關系，且Xij∈{0,1}。

2)卡茲指數(Katz Index，KI)，衡量某個成員關注其他成員或被關注的程度。若某成員的KI值最高，說明其對其他成員有最強的影響力[40]，可反映其在GRHB工程中的核心地位。計算式為：

(2)

式中:C′為關系矩陣的轉置矩陣；a為衰減系數。

2.3.2 工程共同體價值流定性定量分析

(1)價值流的定性分析

工程共同體價值流的定性分析可采用利益相關者特征模板法[41]，關鍵步驟為：分析共同體成員j在GRHB工程中的角色和目標，確定成員j在GRHB技術應用中的特定需求，識別提供滿足需求價值資源Vm的成員i；此時就能創建一條從成員i到成員j的價值流，記為：f(i-j;Vm)[33]。

(2)價值流的定量分析

工程共同體價值流的定量分析需考慮影響價值流量值的關鍵變量，主要包括“提供資源成員的重要性(Member Importance，MI)”和“資源的需求程度(Demand Degree，DD)”，可用如下多屬性效用理論中的雙屬性效用函數表示：

Uf=UMI×UDD

(3)

式中：Uf為價值流效用；UMI為變量MI的價值流效用；UDD為變量DD的價值流效用。

兩類關鍵變量計算分別采用均為5刻度劃分線性方法和指數方法[32]。價值流效用的計算式為：

Uf=0.0121×SMI×1.7SDD

(4)

式中:SMI=1,3,5,7,9，表示變量MI的得分，數據來源于2.3.1節中的成員核心性排序；SDD=0,1,2,3,4，表示變量DD的得分，數據來源于專家問卷調查。

2.3.3 工程共同體成員受益度指標計算

(1)價值循環搜尋和計算

價值循環是指以某共同體成員為起始點和終止點、通過多條價值流連接多個成員而形成的一條價值回路，在每個價值循環中共同體成員和價值流均只被計算一次。價值循環計算依據多屬性效用理論中的乘法原則，即價值循環效用等于該回路上所有單條價值流效用的乘積，計算式為：

(5)

式中:Uc為價值循環效用；Uf(n)為價值循環中第n條價值流效用；x為價值循環中價值流的數量。

價值循環搜尋和計算是進行成員受益度特征指標計算的重要基礎，基于其在價值流模型中的復雜性，可采用設計結構矩陣(Design Structure Matrix，DSM)技術以及MATLAB中的鄰接矩陣和可達矩陣算法進行計算優化[36]。

(2)成員受益度特征指標

成員受益度能夠衡量各成員在價值交換中的潛在優勢和在GRHB工程中的受益程度，受益度特征指標計算可采用利益相關者比例和加權利益相關者比例方法[42]。成員受益度表現在價值交換關系受益度、結構位置受益度、綜合受益度3個方面，因此選擇以下3個SVNA指標：

1)綜合受益度(Comprehensive Benefit，CB)。受價值流效用和價值流數量共同影響，能同時反映出由成員間直接/間接價值交換關系強度和結構位置中心性引起的綜合受益程度。計算式為：

(6)

式中: c表示共同體核心成員，∑Uc為以核心成員為起始點和終止點的價值循環效用總和；∑Uck為其中涉及到成員k的價值循環效用總和。

2)結構受益度(Structure Benefit，SB)。受價值流數量影響，僅反映由結構位置引起的受益程度。計算式為：

(7)

式中:∑Nc為以核心成員為起始點和終止點的價值循環數量總和；∑Nck為其中涉及到成員k的價值循環數量總和。

3)交換受益度(Exchange Benefit，EB)。僅反映由價值交換引起的受益程度。計算式為：

(8)

2.3.4 GRHB工程共同體分析應用流程

基于SNA-SVNA的GRHB工程共同體綜合分析方法，本文結合修繕工程實際，建立了GRHB工程共同體分析應用流程，見圖3。

圖3 GRHB工程共同體分析的應用流程

3 案例研究

3.1 曇華林歷史建筑綠色修繕工程項目概況

曇華林核心區歷史建筑綠色修繕工程是武漢市2019年啟動的歷史名城重點保護與整治項目，由中南建筑設計院總承包，天時公司采用綠色修繕技術施工，華中科技大學團隊提供綠色建造技術支持。項目中標價為34062.82萬元，修繕內容包括：既有房屋修繕及改造35022.6 m2，其中9棟武漢市優保建筑4702.84 m2，9棟一般歷史建筑5502.31 m2。現已竣工，受到了社會各界高度評價。

曇華林GRHB工程項目全面對標應用了圖2所述GRHB技術決策系統中的97項關鍵技術，整體采用比例為58.4%，驗證了適應武漢地域特色的GRHB技術體系的可應用性。曇華林工程典型綠色修繕技術應用實況見圖4。

圖4 曇華林工程典型綠色修繕技術應用實況

3.2 曇華林工程共同體構建與核心成員識別

根據1.2節組織結構和2.2節分析要素確定，識別出曇華林GRHB工程共同體(簡稱“曇華林工程共同體”)的成員組成為：業主方C1，武漢武昌文化創新發展有限責任公司；政府方C2，武漢市優秀歷史建筑保護辦公室和武昌區房管局；設計方C3，中南建筑設計院；施工方C4，天時公司；供應方C5，曇華林項目建材和設備供應商等。

根據2.3.1節核心成員識別方法進行專家訪談和問卷調查，考慮到訪談過程可行性及訪談結果有效性，作者團隊采取了每類共同體選取3～5名高中級專家的標準，并要求專家具有GRHB工程實踐管理經驗。對調查數據進行統計分析后得到曇華林工程共同體成員的價值關系，見圖5。

圖5 曇華林工程共同體成員價值關系分析

在圖5中，C1～C5分別表示五類共同體成員；V1～V5表示成員間由資源交換產生的五類價值關系，分別為資金或物資價值、產品或服務價值、信息和知識價值、支持或機會價值、法規和建議價值；連線上價值關系數量反映了價值關系強度。由此可構建曇華林工程共同體社會網絡無向鄰接矩陣，見表1。

表1 曇華林工程共同體社會網絡無向鄰接矩陣

矩陣中的行和列分別代表共同體成員，數值表示成員間的價值關系強度S。 將該矩陣導入社會網絡分析軟件UCINET6.0[43]，可得到曇華林工程共同體社會網絡特征指標計算結果，見表2。

由表2可知，曇華林工程共同體核心成員為業主方C1，與有關研究結論一致[34,35]。業主方作為政府投資方通過行政授權、行政指定或市場招標等選擇確定的項目建設單位，是GRHB項目建設管理責任主體和項目資金使用者，通過發包招標等方式與設計方、施工方等訂立合同，項目建成后交付運營方使用管理。

表2 曇華林工程共同體社會網絡特征指標計算結果

3.3 曇華林工程共同體價值流定性定量分析

根據2.3.2節方法對曇華林工程共同體價值流進行定性分析，以業主方C1為核心成員共確定了37條價值流，其中信息和知識類價值流最多，共12條，占32.4%。可見GRHB技術決策在曇華林修繕項目中是一種基于信息知識流的選用優化過程。曇華林工程共同體價值流分析模型見圖6，圖中標號含義與圖5一致。

圖6 曇華林工程共同體價值流分析模型

根據2.3.2節方法對37條價值流的效用進行量化計算。以f(C4-C3;V3)計算為例，專家問卷調查結果顯示價值流的“資源需求程度”為“一般”，因此SDD=2；C4的核心性排序為2，因此SMI=7；代入公式(4)可得：Uf(C4-C3;V3)=0.260。曇華林工程共同體的價值流效用計算結果見表3。

表3 曇華林工程共同體價值流效用計算結果

3.4 曇華林工程共同體成員受益度指標計算

根據2.3.3節方法計算共同體成員受益度的三個特征指標，計算結果見表4，共同體成員受益度分布見圖7。為確保數據對照合理，對指標值進行了歸一化處理，因此核心成員(業主方C1)的相關特征指標均為1.000；其他成員的指標值越接近于1.000，說明其對應的成員受益度越高。

表4 曇華林工程共同體成員受益度計算結果

圖7 曇華林工程共同體成員受益度分布

曇華林工程共同體的分析結論和優化對策：

(1)五類共同體成員的綜合受益度、結構受益度和交換受益度變化幅度和趨勢大致相同。表明共同體成員占據重要結構位置和進行關鍵價值交換能力均會影響其對整體網絡的控制優勢，進而影響其在GRHB工程中可否獲取更多利益。

(2)除業主方外，施工方具有最高的綜合受益度(0.832)、結構受益度(0.882)和交換受益度(0.943)。驗證了天時公司作為GRHB技術實施應用主體的決策影響重要性。也表明施工方在GRHB工程中應重視技術的研發創新和應用推廣。

(3)設計方、政府方和供應方的結構受益度均高于交換受益度。表明它們在曇華林綠色修繕工程實施過程中具有較高影響力，如設計方進行綠色修繕設計，政府方支持綠色修繕，供應方提供綠色修繕材料設備等，都具有相對結構位置優勢；但由于價值交換不足，特別是在項目生命周期中的全過程參與不足而導致了綜合受益度下降。因此應加強各方的資源和價值交換，從而驅動GRHB技術推廣，增加各參與方的共同受益水平。

4 結 語

面向國家建筑業的“雙碳”戰略和“十四五”時期新發展規劃需求，亟待構建和推廣GRHB工程共同體，制定有效措施鼓勵和吸引各利益相關方積極參與，促進GRHB技術的應用推廣，實現各方受益共享與合作多贏。

本文創新性提出的GRHB工程共同體構建和分析方法，綜合考慮共同體成員在進行綠色修繕工程合作與技術決策時因多次資源交換和價值傳遞而形成的經濟社會關系和復雜關系網絡，結合社會網絡和價值網絡，建立了GRHB工程共同體在技術決策和共同體成員受益度之間的關聯性，有助于各利益相關方進行技術增值效應的量化評價，為共同體構建、綠色修繕技術優選以及成員受益分析提供了新路徑。

GRHB工程共同體的理論研究和技術推廣必須打造“產學研一體化”發展平臺，分析不同綠色修繕技術對共同體整體網絡的影響，完善共同體的價值流機理分析和受益度評價模型，建立多類型應用案例項目庫，增強共同體對不同修繕工程和不同修繕技術所具備的不同經濟社會條件的適應性。