基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素及控制研究.pdf

安徽建筑中图分类号：TU723.3文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0173-04DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.0650引言建筑业是我国国民经济的重要支柱产业1，对国家的发展建设有着举足轻重的作用。近5年建筑业增加值占国内生产总值的比例稳定在7%左右。随着我国经济形势和经济环境的变化，传统的现浇建筑建造方式存在严重的资源浪费、环境污染，无法适应经济发展的需要。2016年国务院办公厅印发的 关于大力发展装配式建筑的指导意见 提出转变建筑产业的结构升级，以及在“十四五”期间，我国提出了实现碳达峰和碳中和的目标要求，装配式建筑的绿色环保、节能低碳发展理念符合多项目标要求。目前我国装配式建筑正步入起步发展阶段，虽然政府推出许多优惠政策，但未改变装配式建筑成本过高的局面。因此，降低装配式建筑成本是助推其快速发展的重要举措，本文具体对装配式建筑成本的影响因素进行研究分析。1装配式建筑成本研究现状装配式建筑不再采用传统建筑粗放型的建造模式是建筑行业实现可持续发展的有效途径，但过高的成本是影响其发展的主要阻力。对于装配式建筑成本控制的研究，国内学者从不同角度进行了分析并给出了改进措施。赵亮2等从设计、生产、运输、安装、运维和拆除回收阶段对引起增量成本的要素进行了探究，并在全寿命周期内的增量成本影响要素基础上提出了相关对策。李颢3等从装配式建筑成本构成特点出发，以成本控制难点为视角，在设计标准化、生产专业化、运输效率、施工工艺等方面进行了分析，并对此提出了相应建议。常春光4等从预制构件生产特点出发，建立了以最小化生产成本为目标的预制构件生产调度优化模型，设计了求解该模型的改进差分进化算法，并通过实例应用验证了模型可行性。以上研究针对装配式建筑及构件各阶段的成本控制，除此之外，申金山5等从精益管理角度出发，从构件的设计、生产、运输、安装等阶段对装配式建筑成本过高的原因展开了分析，通过以精益管理视角来降低建造成本。综上所述，已有研究多是从装配式建筑或构件的设计、生产、运输、施工四个实施阶段进行成本影响因素的分析，或者针对单一施工阶段进行研究，在进行影响因素分析时，尚未考虑到其他层面，比如数字建造技术在成本控制中的应用。将数字建造技术与装配式建筑建造工艺流程相结合，采用组合赋权法（层次分析法+熵权法）对装配式建筑成本影响因素重要程度进行分析，并针对影响因素提出成本控制的优化措施，以达到推动装配式建筑高质量、可持续性发展的目的。2装配式建筑成本影响因素分析装配式建筑与传统建筑相比，在施工流程、施工工艺、建造方式方面均存在不同之处。施工流程上装配式建筑多了预制构件的生产、运输阶段，将影响装配式建筑成本的因素按建造流程分为设计、生产、运输、施工四个阶段进行分析，考虑到数字建造技术对装配式建筑成本控制具有适用性、重要性，因此也将它纳入到成本影响因素，即装配式建筑成本的影响因素应考虑五个层面。2.1预制构件设计阶段传统建筑设计包括方案、初步、施工图三个阶段，而装配式建筑设计阶段除上述三个阶段外，还包括技术策划、构件深化设计两个阶段。技术策划阶段对装配式建筑后期设计方案的可行性起重要作用，设计单位应当充分了解项目位置、建设规模等各方面因素，并与建设单位协同制定技术实施方案；构件深化设计阶段主要目的是优化预制构件设计方案，强调由设计单位和构件加工厂及施工单位合作完成构件加工图。设计阶段影响成本的主要因素有装配率及预制率、建筑形式及规模、构件标准化程度、设计人员水平等。2.2预制构件生产阶段与传统建筑相比，装配式建筑大多数的构件需在构件加工厂加工，这对构件加工厂综合要求较高，如加工厂生产预制构件的数量，大量地生产构件能有效提高模具的使用次数，减少损耗，生产水平（人员）、模具的标准化程度、成品仓储及保护水平等也是影响因素。结合相关文献，生产阶段影响成本的主要因素有生产规模、模具周转次数、生产水平、模具标准化程度等。2.3预制构件运输阶段预制构件检验合格后，需运输到施工现场安装。运输阶段影响成本的因素有运输工具、运输距离、运输效率、装载方案、调度水平、计划路线选择及优化、二次搬运等。结合相关文献，运输阶段影响成本的主要因素有运输效率、运输距离、装载方案等。2.4预制构件施工阶段预制构件运输到仓储位置，通过专业的吊装设备和施工技术工人相互协作完成组装。结合相关文献，施工阶段影响成本的主要因素有施工管理人员水平、吊装设备、施工安装人员水平等。2.5数字建造技术应用Fred Mills于2016年提出了数字建造概念，理解为数字建造是利用信息技术（如互联网/BIM/云计算）、传感器技术及其他先进的数字化技术进行建筑设计、施工、运营等新型建造模式6。针对装配式建筑存在的全生命周期管理难度大、缺乏沟通交流平台、信息收集利用不充分等问题，数字建造技术凭借集成性、可视化、模拟性等特征可解决。结合相关文献，数字建造技术应用影响成本的主要因素有BIM技术、物联网技术、GIS基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素及控制研究安玉华，刘毅（吉林建筑大学经济与管理学院，吉林长春130118）摘要：文章将装配式建筑成本的影响因素作为研究对象，从设计阶段、生产阶段、运输阶段、安装阶段和数字建造技术应用五个层面筛选出了18个比较有代表性的影响因素，然后运用层次分析法-熵权法模型计算出了影响因素之间的占比权重，并根据各个阶段成本的影响因素提出了相应的控制对策。研究表明，装配率及预制率、BIM技术应用、构件标准化程度、模具标准化程度、装载方案、施工管理人员水平影响因素占比权重较大，其余影响因素占比权重相对较小。关键词：装配式建筑；影响因素；成本控制；层次分析法；熵权法作者简介：安玉华（1974-），女，吉林长春人，毕业于吉林大学管理科学与工程专业，博士，副教授。专业方向：建筑工程造价管理、建设项目评价。建筑经济与管理173安徽建筑技术、3D激光扫描技术等。3基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素模型构建指标的占比权重是表示对成本影响程度的相对大小。采用层次分析法+熵权法对影响装配式建筑成本的主要因素进行分析，以确定各因素对成本的影响程度，从而提出相对应的优化措施。层次分析法是主观的赋权方法，特点表现为在样本数据不足的前提下凭借主观判断来进行赋权，赋权依据主要来自于决策者的主观意识。熵权法属于客观赋权法，优点是可利用原始数据信息熵的效用价值，样本数据完整时可靠性较高，但在体现决策者的主观判断及主观表达等方面稍有劣势。3.1层次分析法确定影响因素主观权重3.1.1构造层次结构模型层次结构模型划分为目标层、准则层、指标层，将装配式建筑成本影响因素作为目标层，将预制构件设计阶段、预制构件生产阶段、预制构件运输阶段、预制施工设计阶段、数字建造技术应用作为准则层，将上文确定的各阶段的主要影响因素作为指标层，具体内容如图1所示。3.1.2构造判断矩阵采用19标度法比较相对权重，具体含义见表1。通过参考从事装配式建筑领域人员的建议，采取各项指标两两对比打分，形成判断矩阵A，然后进行权重值的计算及一致性检验。其中，aij为判断矩阵A的第i行第j个元素；判断矩阵A具有以下特点：aij=1，aij0，aij=1/aji。3.1.3层次单排序将判断矩阵A进行归一化处理：A=(-aij)nn=aijk=1naij(j,i=k=1,2,n)（1）用求和法求解归一化的判断矩阵权重集。首先将处理后的判断矩阵按行相加：-Wi=j=1n-aij(i=1,2n)（2）然后解出判断矩阵的第i行权重Wi：(1,2)iiWWnni=（3）计算归一化判断矩阵的最大特征值max：()max11(1,2)niiiAWinnWl=（4）3.1.4一致性检验为了检验判断矩阵的一致性和确保排序的有效性，需要将CI和CR作为检验标准。其中，一致性指标CI：max1nCInl-=-（5）随机一致性比率CR：CICRRI=（6）式中，RI表示平均随机一致性指标，具体取值与n有关，见表2。当CR0.1时，表示一致性通过，如未通过则需要对判断矩阵做进一步调整。3.1.5层次总排序求出各层次元素对于总层次的综合重要度。3.2计算各层级影响因素权重首先针对准则层元素：预制构件设计阶段B1、预制构件生产阶段B2、预制构件运输阶段B3、预制构件施工阶段B4、数字建造技术应用B5构建的影响装配式建筑成本的阶段各指标判断矩阵A进行求解，如表3所示。将判断矩阵A通过式（1）进行归一化处理,形成矩阵-A：0.32430.34290.30770.35290.30000.16220.17140.23080.23530.15000.08110.05710.07690.05880.10000.10810.08570.15380.11760.15000.32430.34290.23080.23530.3000A=。通过式（2）（3）求解权重向量W：权重向量W=(0.3256,0.1899,0.0748,0.1231,0.2866)T。求解最大特征值max由式（4）得：max010.96650.37660.61951.462650.3255.0726l+=+=（1 0.3256+2 0.1899+4 0.0748+3 0.1231+1 0.2866）0.18990.07480.12310.2866max010.96650.37660.61951.462650.3255.0726l+=+=（1 0.3256+2 0.1899+4 0.0748+3 0.1231+1 0.2866）0.18990.07480.12310.2866一致性检验。由式（5）（6）解得：CI=max-nn-1=5.0720-54=0.0180，CR=CIRI=0.01801.12=0.0161。CR0.1，满足一致性检验。对应指标层的二级指标运用相同的方法求解及二级指标均满足一致性检验。以设计阶段成本影响因素指标分析为例，具体内容见表4。计算得出各阶段影响成本的关键因素权重，如表5所示。3.3熵权法确定影响因素客观权重为了消除层次分析法主观评价存在图1装配式建筑成本影响因素层次结构图表1判断矩阵标度及其含义含义标度Bi与Bj相比较aij同等重要1稍微重要3比较重要5非常重要7绝对重要9上述2个相邻判断因素的中间值2，46，82个元素相比，后者比前者的重要性标度倒数表2平均随机一致性指标矩阵阶数RI102030.5240.8951.1261.2671.3681.4191.46101.49表3A-Bi影响装配式建筑成本的阶段各指标判断矩阵A-BiB1B2B3B4B5B111/21/41/31B2211/31/22B343123B4321/212B511/21/31/21表4B1-Ci指标对比分析及一致性检验指标项C1C2C3C4权重值0.45960.15720.29450.0886最大特征根4.0456CI值0.0152CR值0.0293一致性检验满足建筑经济与管理174安徽建筑的误差，利用熵权法客观评价进行修正，具体计算原理如下。构建判断矩阵构建m个评价对象，k个评价指标。数据的标准化处理假设对 k 个评价指标X1、X2、X3Xk标准化后得到Y1、Y2、Y3Yk，则Yij=Xij-min(Xij)max(Xij)-min(Xij)，将数据标准化处理后，为避免数据产生零的情况，将数 据 进 行 平 移H单 位，一 般 取H=0.0001，Yij=Yij+0.0001。（7）求解各指标在评价对象下的比值pij=Yij/i=1mYij。（8）求 解 第j个 指 标 的 信 息 熵ej=-ln(m)-1i=1mpijlnpij，其中(j=1,2,k)。（9）确定第j个指标的差异系数gj=1-ej，其中(j=1,2,k)。（10）确 定 第j个 指 标 的 权 重Wj=gjj=1kgj，其中(j=1,2,k)。（11）3.4综合赋权运用层次分析法和熵权法对装配式建筑成本影响因素进行综合赋权，得到综合权重，组合公式为:Wi=umi+(1-u)ni（12）其中，0 u 1