基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究.pdf

建筑与土木工程基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究邓晓雪，霍海娥*，魏滟欢，刘知博，刘明蓉（西华大学建筑与土木工程学院,四川成都610039）摘要：为深入研究装配式建筑成本影响因素，本文通过查阅文献以及专家咨询等方式，构建了装配式建筑成本影响因素指标体系，分析了设计阶段、生产阶段、运输阶段、施工阶段以及环境方面的因素。考虑主客观影响，采用 DEMATEL-FAHP-熵权法组合赋权，对影响装配式建筑成本的主要因素进行评价，并提出相关对策及建议，以期为装配式建筑成本管理及行业发展提供一定参考。关键词：装配式建筑；熵权法；决策与试验评价实验室分析法；模糊层次分析法；建筑成本中图分类号：F407.9；F281文献标志码：A文章编号：1673159X(2024)02008607doi：10.12198/j.issn.1673159X.4642ResearchonInfluencingFactorsofPrefabricatedBuildingCostBasedonCombinationWeightingMethodDENGXiaoxue，HUOHaie*，WEIYanhuan，LIUZhibo，LIUMingrong（School of Architecture and Civil Engineering,Xihua University,Chengdu 610039 China）Abstract:Inordertodeeplystudytheinfluencingfactorsoftheprefabricatedbuildingcost,thispaperconstructstheindexsystemofinfluencingfactorsintheconstructionstagebasedonliteraturereviewandexpertconsultation,thenanalyzesthefactorsinthedesignstage,productionstage,transportationstage,constructionstageandenvironment.Atthesametime,consideringthesubjectiveandobjectiveinfluences,theDEMATEL-FAHP-entropyweightmethodisadoptedtoevaluatethemainfactorsaffectingthecostofprefabricated construction.The relevant countermeasures and suggestions are put forward,which canprovidereferenceforthecostmanagementofprefabricatedconstructionandtheindustrydevelopment.Keywords:prefabricatedbuilding；entropyweightmethod；DEMATEL；FAHP；costofbuilding目前我国装配式建筑的发展状况存在明显的地域性，即便是一个省份的不同区域，发展也极不平衡1-2。我国装配式建筑面临“政策热，市场冷”的严峻挑战，在一定程度上遏制了装配式建筑的高速发展。建造成本高是装配式建筑发展的主要瓶颈，据有关研究，装配式建筑比传统建筑成本高收稿日期：20231127基金项目：西华大学研究生创新基金项目（YCJJ2021082）。*通信作者：霍海娥（1974），女，副教授，博士，主要研究方向为绿色建筑理论与技术。ORCID:0000000248499010E-mail：huoyufan_引用格式：邓晓雪，霍海娥，魏滟欢，等.基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究J.西华大学学报（自然科学版），2024，43（2）：8692.DENGXiaoxue,HUOHaie,WEIYanhuan,etal.ResearchonInfluencingFactorsofPrefabricatedBuildingCostBasedonCombinationWeightingMethodJ.JournalofXihuaUniversity（NaturalScienceEdition）,2024,43（2）:8692.第 43卷第 2 期西华大学学报（自然科学版）2024年3月Vol.43，No.2JournalofXihuaUniversity（NaturalScienceEdition）Mar.202410%20%，单方造价高出 300700 元3-4。因此，对装配式建筑成本影响因素进行研究，降低装配式建筑成本，是推动我国装配式建筑发展的有效手段。目前，装配式建筑成本影响因素的评价已引起众多学者5-14的关注。从现有文献来看，大多数学者对装配式建筑成本影响因素的研究着眼于设计、生产、采购、运输、施工安装以及环境等方面。魏宏亮等5从环境、设计、生产等方面出发，采用DEMATEL-AISM 模型，对预制构件成本影响因素进行了研究，并对各因素间的相互影响及逻辑关系进行了分析；李强年等6从设计、生产、运输、施工等方面研究装配式建筑成本影响因素，利用 SNA-ISM 建立影响因素分析模型，对装配式建筑成本影响因素进行评价；刘光忱等7站在施工总承包方的视角下，从采购、运输和安装 3 个方面，采用熵权物元可拓评价方法对影响因素进行研究；罗岚等8采用模糊认知图模型对装配式建筑成本相关影响因素进行研究，并就分析结果提出了措施及建议；罗祥等9构建了基于 ISM 的装配式建筑成本影响因素的解释结构模型，结合层次分析法和熵权法得出权重并进行排序，对装配式建筑成本影响因素进行分析。目前国内大多数学者对装配式建筑成本影响因素的研究主要是通过计算各影响因素的权重进行排序，从而得到影响程度较大的因素，其采用的研究方法往往较为单一，考虑不够周全，未能全面地体现对装配式建筑成本影响因素的综合考量。基于此，本文在现有研究基础上，考虑主客观影响，运用 DEMATEL-FAHP-熵权法对影响我国装配式建筑成本的因素进行分析，采用组合赋权法进行综合研究，并根据分析结果提出成本控制建议，以期为我国装配式建筑成本控制提供一定的借鉴。1关键因素识别为了科学有效地评价装配式建筑成本影响因素，本文通过文献调查和专家咨询，梳理出 19 个装配式建筑成本影响因素，并将其划分为设计、生产、运输、施工、环境 5 个方面，最终建立了装配式建筑成本影响因素指标体系，如表 1 所示。表1装配式建筑成本影响因素指标体系Tab.1Theindexsystemofinfluencingfactorsofprefabricatedbuildingcost目标层一级指标二级指标装配式建筑成本影响因素指标体系设计阶段成本A装配率与预制率F1设计的标准化程度F2深化设计集成化水平F3构件拆分设计的合理性F4构件重复率F5生产阶段成本B工人生产技术水平和熟练程度F6构件生产规模和生产能力F7构件生产的专业化程度F8构件模具成本及周转率F9运输阶段成本C运输距离与运输方案F10装卸及预制部件运输保护F11施工阶段成本D吊装机械选用及布置F12施工人员安装及吊装水平F13工种间协同配合能力F14项目管理水平F15环境因素E国家相关政策及行业标准F16工人工资F17原材料价格F18信息化技术水平F192模型构建2.1DEMATEL 模型10构建DEMATEL 又称决策与试验评价实验室分析法，是一种主观赋权法。其运用矩阵论原理，对各个影响因素之间的关系进行研究，揭露因素群中的因果关系，通过综合评价得到排列顺序，是一种非常可靠的因素分析方法。DEMATEL 模型的建立包括 4 个步骤。F=(Fij)mn1）根据专家打分结果建立直接影响矩阵。2）规范化直接影响矩阵，得到矩阵X=Fmax1innj=1Fij（1）1 i n，1 j n式中，。3）计算综合影响矩阵T=X（EX）1（2）式中，E 为单位矩阵。DiCiMi4）计算影响度、被影响度、中心度、原第2期邓晓雪等:基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究87Ri因度：Di=nj=1tij，（i=1，2，3，n)（3）Ci=nj=1tji，（i=1，2，3，n)（4）Mi=Di+Ci，（i=1，2，3，n)（5）R=DiCi，（i=1，2，3，n)（6）MiRiRi式中：中心度（）表示该因素在整个体系中的地位与所起作用的大小；原因度（）0，表示该因素为原因因素，对其他因素的影响程度较大；当0时，表示该因素为结果因素，受其他因素影响较大。5）DEMATEL 方法求得因素影响权重Wdj=Mjnj=1Mj（7）6）构建因果因素图。将步骤 4）计算出来的中心度和原因度分别设为横、纵坐标，绘制因果关系图。以 0 刻度为分界线，上面的点表示原因，下面的点表示结果；装配式建筑成本影响因素的重要程度由横坐标上的点表示。2.2模糊层次分析法确定权重模糊层次分析法（FAHP）是层次分析法（AHP）和模糊数学相结合的一种方法，可以有效处理由专家主观打分带来的模糊性与不确定性问题。其使用 0.10.9 标度的模糊判断标准，改正了 AHP 判断矩阵一致性调整过程中的缺点，提高了决策的可靠性。具体过程如下所述。R=(rij)mn1）基于表 2 构造模糊判断矩阵。2）检验矩阵一致性，把不符合一致性的矩阵按照下列公式构造模糊一致性矩阵。Pij=PiPj2(n1)（8）3）计算各因素权重。Wi=1n12a+1nank=1rik（9）a=n12式中，。4）按照权重大小将影响因素排序。2.3熵权法确定权重为克服主观赋权法的不足，本文引入熵权法进行客观评价。熵权法是一种基于数据本身的赋权方法，其关键理念在于通过数据提取信息，计算信息熵。影响因素的信息熵越小，则包含的信息量越大，赋予的权重也越高；反之，信息熵越大，包含的信息量就越小，赋予的权重也应更少。主要计算步骤如下所述。X=(xij)mn1）根据 m 个专家对 n 个指标的评价结果构造原始矩阵。X=(xij)mn2）为消除量纲影响，对原始数据进行归一化处理，形成矩阵，为Xij=Xijminxijmaxxijminxij（10）3）计算信息熵值 ej：ej=kmi=1pijlnpij（11）pij=xijmi=1xijk=1ln(m)ej(0,1)式中：；，k 是常数；。4）计算熵权。wj=1ejmi=1dj（12）djej式中，=1-。2.4组合权重乘法组合赋权法的“倍增效应”，使得主、客观权重大的指标组合后更大，能更好地在权数分配较均匀的指标中区分出权重大的指标，故本文采用乘法组合赋权法。即通过 DEMATEL 法、FAHP 法和熵权法分别得到指标权重 w1、w2、w3之后，由式（13）得到最终的组合权重。wi=w1w2w3nn=1w1w2w3（13）3分析与讨论为确定装配式建筑成本影响因素，邀请了20 位建筑行业相关专家对搜集到的装配式成本影响因素进行打分，以获取后续研究的原始数据。3.1DEMETAL 模型构建结果分析采用 04 标度法来构建装配式建筑成本影响因素的直接影响矩阵，运用 MATLAB 软件辅助计表2FAHP 法的标度原则Tab.2ThescalingprincipleofFAHP标度含义0.5两个因素相比，同等重要0.6两个因素相比，一个因素较另一个稍微重要0.7两个因素相比，一个因素较另一个明显重要0.8两个因素相比，一个因素较另一个重要很多0.9两个因素相比，一个因素较另一个极端重要0.10.4反比较，aij+aji=188西华大学学报（自然科学版）2024年DiCiMiRi算，并依据式（1）（2）对直接影响矩阵进行规范化处理后求解其综合影响矩阵，再依据式（3）（6）计算影响度、被影响度、中心度、原因度，这 4 个指标可综合分析影响因素对装配式建筑成本的影响程度，并依据式（7）计算影响因素权重，绘制中心度原因度结果图。综合影响关系见表 3，中心度原因度结果如图 1 所示。表3综合影响关系Tab.3Comprehensiveimpactrelationship指标Di影响度Ci被影响度Mi中心度Ri原因度原因度排序权重中心度及权重排序F12.2031.0013.2041.20210.0781F21.8310.9852.8160.84620.0682F31.4051.3162.7220.08960.0663F41.3291.3782.7060.049100.0664F51.1111.2132.3230.102120.0569F60.5140.6141.1280.100110.02717F71.1321.1782.3100.04590.05612F80.6311.1801.8120.549170.04415F90.9971.5372.5340.540160.0617F100.7831.6962.4790.913180.0608F110.1780.6320.8090.454150.02019F120.4631.6982.1611.235190.05213F131.0210.9331.9550.08870.04714F140.5020.5241.0260.02280.02518F151.6390.9342.5730.70550.0626F161.7360.8972.6330.84030.0645F171.5570.7642.3210.79340.05610F180.6170.7711.3890.154130.03416F190.9601.3602.3200.401140.05611由图 1 来看，中心度排列前 5 的分别是装配率与预制率、设计的标准化程度、深化设计集成化水平、构件拆分设计的合理性和国家相关政策及行业标准，这些因素对装配式建筑成本影响非常大，应该重视这些因素。从原因度来看，装配率与预制率、设计的标准化程度、国家相关政策及行业标准是排列前 3 的原因因素，它们不仅对装配式建筑成本影响较大，而且对其他影响因素的影响也较大；吊装机械选用及布置、运输距离与运输方案和构件生产的专业化程度是绝对值排列前 3 的结果因素，它们是影响装配式建筑成本的表层因素，易受其他影响因素的影响。3.2模糊层次分析法构建结果分析模糊层次分析法采用 00.9 标度来构建模糊判断矩阵，并依据式（8）（9）计算权重并排序，见表 4。表4装配式建筑成本影响因素权重及排序Tab.4Weightingandrankingofprefabricatedbuildingcostfactors一级指标一级指标权重二级指标二级指标权重排序A0.294F10.0681F20.0643F30.0662F40.0596F50.03718B0.213F60.04814F70.05112F80.0558F90.0587C0.100F100.0604F110.04016D0.219F120.05013F130.05510F140.05510F150.0605E0.175F160.0559F170.04815F180.03219F190.04017由表 4 可知，设计阶段是影响装配式建筑成本最重要的阶段，其次是施工阶段和生产阶段。在二级指标层中，装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度、运输距离与运输方案和项0.51.51.00.5F11F14F6F18F8F13F7F5F19F9F4F3F15F17F16F2F1F10F1200.51.01.51.01.52.0中心度原因度2.53.03.5图1中心度原因度结果图Fig.1Centrality-causediagram第2期邓晓雪等:基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究89目管理水平对装配式建筑成本影响较大。3.3熵权法构建结果分析熵权法更侧重于理论计算，几乎不受主观因素影响，可弥补 DEMETAL 法和 FAHP 法主观评价的局限性。运用熵权法对装配式建筑成本影响因素进行分析，对原始数据进行无量纲化处理后根据式（11）（12）计算信息熵值 ej和熵权，计算结果如表 5 所示。表5各装配式建筑成本影响因素的熵值和熵权Tab.5Theentropyandentropyweightsoftheprefabricatedbuildingcostfactors一级指标二级指标ejwj排序AF10.84990.09161F20.86140.08463F30.85640.08762F40.86370.08314F50.94690.032417BF60.95020.030318F70.92670.044713F80.93890.037315F90.88450.07057CF100.88180.07215F110.95310.028619DF120.91470.052011F130.92600.045112F140.94400.034116F150.88420.07066EF160.88790.06848F170.90580.05749F180.92750.044214F190.90670.056910由表 5 可知，指标层中装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度、构件拆分设计的合理性和运输距离与运输方案对装配式建筑成本影响较大，所占权重分别为 0.0916、0.0876、0.0846、0.0831、0.0721。3.4求解组合权重上述的 3 种方法计算得出排列前 5 的重要影响因素见表 6。在上述的研究中，装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度均排列前 3，可见它们对降低成本而言十分重要。构件拆分设计的合理性、运输距离与运输方案、国家相关政策及行业标准与项目管理水平也很重要，但 3 种方法计算出的排序仍有差异，由于无法确定哪种研究方法计算所得的排序更优；因此，本文采用组合赋权法来计算组合权重使研究结果更具可靠性。用式（13）计算得到的综合权重如表 7 所示。表7装配式建筑成本影响因素综合排序Tab.7Thecomprehensiverankingofprefabricatedbuildingcostfactors指标熵权法DEMETALFAHP综合权重综合权重排序F10.0920.0780.0680.1361F20.0850.0680.0640.1053F30.0880.0660.0660.1082F40.0830.0660.0590.0904F50.0320.0560.0370.01915F60.0300.0270.0480.01118F70.0450.0560.0510.03612F80.0370.0440.0550.02614F90.0700.0610.0580.0717F100.0720.0600.0600.0736F110.0290.0200.0400.00619F120.0520.0520.0500.03810F130.0450.0470.0550.03313F140.0340.0250.0550.01317F150.0710.0620.0600.0745F160.0680.0640.0550.0688F170.0570.0560.0480.0439F180.0440.0340.0320.01316F190.0570.0560.0400.03611由表 7 可知，装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度、构件拆分设计的合理性和项目管理水平为排列前 5 的装配式建筑成本表6不同方法所得排序Tab.6Sorttheresultsofdifferentmethods熵权法DEMETALFAHP排序装配率与预制率装配率与预制率装配率与预制率1深化设计集成化水平设计的标准化程度深化设计集成化水平2设计的标准化程度深化设计集成化水平设计的标准化程度3构件拆分设计的合理性构件拆分设计的合理性运输距离与运输方案4运输距离与运输方案国家相关政策及行业标准项目管理水平590西华大学学报（自然科学版）2024年影响因素，对应的权重分别为 0.136、0.108、0.105、0.090、0.074，其中装配率与预制率对装配式建筑成本影响远比其他因素大，合理的装配率与预制率可以有效控制装配式建筑成本。4对策及建议通过建立装配式建筑成本影响体系，发现装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度、构件拆分设计的合理性和项目管理水平是影响装配式建筑成本的重要因素，对此，给出以下建议。1）合理提高建筑的装配率与预制率。装配率与预制率是评价装配式建筑的重要指标之一，装配率与预制率过高或过低都对装配式建筑成本有不利影响，但适当提高装配率与预制率可有效减小模具等固定成本的摊销费。2）提高深化设计集成化水平。在深化设计时，应与建设过程中的不同单位协同合作，在整个集成化设计中，采用合理方法提升装配率与预制率，提高设计效率，降低设计成本风险。3）优化构件拆分设计的合理性。专业人员在设计阶段对构件进行拆分设计时，应从构件的受力情况、运输、吊点设计等方面综合考虑拆分的合理性，降低生产和施工难度。4）提高设计的标准化程度。预制构件的标准化程度提高，使拆分后异形构件种类减少，同时可降低生产过程中摊销在各构件上的模具成本，提高运输效率，减少运输成本。5）提高项目管理水平。项目管理水平的高低，不仅影响运输阶段的装卸效率，还会影响施工阶段人员调度的合理性以及施工安装的效率，可采用协同工作管理模式，从而提高运输效率、构件安装效率和机械工作效率，并降低构件安装成本。5结论装配式建筑作为一种绿色的建造方式在全国得到大力推广，但近年来其发展速度并不理想。装配式建筑成本偏高是行业内普遍存在的问题。本文围绕装配式建筑整个建造过程对其成本影响因素进行研究，通过查阅文献和专家咨询的方法确定了 19 个影响因素，采用 DEMATEL 法、FAHP 法和熵权法分别计算其主客观权重，并使用综合性更强的组合赋权法求得各指标的组合权重，以使计算结果更为客观可信。结果显示，装配式建筑的建造成本主要受装配率与预制率、深化设计集成化水平、设计的标准化程度、构件拆分设计的合理性和项目管理水平的制约，最后就上述因素，提出了具有针对性的成本控制建议，同时为解决装配式建筑成本偏高的问题提供一定参考，为企业在今后的发展中降低装配式建筑成本提供改进方向，以促进装配式建筑的发展。参考文献1冯身强,任启富.对四川地区装配式建筑发展现状与未来的思考J.四川建筑,2021,41（S1）:46.FENGSQ,RENQF.Reflectionsonthecurrentsitu-ationandfutureofprefabricatedbuildingdevelopmentinthesichuanregionJ.SichuanConstruction,2021,41（S1）:46.2李玲燕,张晶晶.装配式建筑发展水平空间差异及其影响因素研究J.科技管理研究,2020,40（22）:196205.LILY,ZHANGJJ.Spatialdifferenceandinfluen-cing factors of development level of prefabricatedbuildingJ.Science and Technology Management Re-search,2020,40（22）:196205.3荀志远,张丽敏,赵资源,等.基于组合赋权云模型的装配式建筑成本风险评价J.土木工程与管理学报,2020,37（6）:813.XUNZY,ZHANGLM,ZHAOZY,etal.Costriskevaluation of prefabricated buildings based on combinedweightedcloudmodelJ.JournalofCivilEngineeringandManagement,2020,37（6）:813.4李锦华,李雪强,马辉.基于成本最优化的装配式建筑项目模式选择研究J.建筑经济,2018,39（7）:3336.LIJH,LIXQ,MAH.Researchonthemodelselec-tionofprefabricatedbuildingprojectbasedoncostoptimiz-ationJ.ConstructionEconomy,2018,39（7）:3336.5魏宏亮,牛昌林,刘福江,等.基于 DEMATEL-AISM 法的装配式建筑预制构件成本影响因素分析J.建筑经济,2021,42（10）:8388.WEIHL,NIUCL,LIUFJ,etal.Researchonfactorsinfluencingthecostofprefabricatedbuildingcom-ponentsbasedonDEMATEL-AISMmethodJ.Thecon-第2期邓晓雪等:基于组合赋权的装配式建筑成本影响因素研究91structioneconomy,2021,42（10）:8388.6李强年,黄亚琴.基于 SNA-ISM 的装配式建筑成本影响因素分析J.工程管理学报,2022,36（2）:141146.LIQN,HUANGYQ.AnalysisonfactorsaffectingthecostofprefabricatedbuildingsbasedonSNA-ISMJ.JournalofEngineeringManagement,2022,36（2）:141146.7刘光忱,李科达,李爽.施工总承包视角下装配式建筑成本影响因素研究J.建筑与预算,2021（9）:810.LIUGC,LIKD,LIS.StudyonfactorsinfluencingprefabricatedbuildingcostfromtheperspectiveofgeneralconstructioncontractJ.ConstructionandBudget,2021（9）:810.8罗岚,吴霞,黄伟.基于 FCM 的装配式建筑成本影响因素分析J.建筑经济,2020,41（S2）:7782.LUOL,WUX,HUANGW.Analysisofthefactorsinfluencing the cost of prefabricated buildings based onfuzzy cognitive mapJ.Construction Economy,2020,41（S2）:7782.9罗祥,黄喜兵.基于 ISM 的装配式建筑成本控制研究J.建筑经济,2021,42（11）:7377.LUOX,HUANGXB.Researchoncostcontrolofprefabricated building based on interpretative structuralmodeling methodJ.Construction Economics,2021,42（11）:7377.10戴二玲.基于 DEMATEL 的装配式混凝土建筑成本控制模型J.福建建设科技,2021（6）:138140.DAIEL.Thecostcontrolmodelofprefabricatedcon-crete building based on DEMATELJ.Fujian Construc-tionScienceandTechnology,2021（6）:138140.11马明兴.装配式住宅成本影响因素分析与控制对策研究 D.北京:北方工业大学,2021.MAMX.Analysisoffactorsaffectingcostofprefab-ricated houses and research on control measures D.Beijing:NorthChinaUniversityofTechnology,2021.12杨娜.基于 DEMATEL-熵权法的装配式建筑施工进度风险管理研究 D.武汉:湖北工业大学,2021.YANG N.Research on construction schedule riskmanagementofprefabricatedbuildingsbasedonDEMA-TEL-Entropy method D.Wuhan:Hubei University ofTechnology,2021.13李刚,李建平,孙晓蕾,等.主客观权重的组合方式及其合理性研究J.管理评论,2017,29（12）:1726.LIG,LIJP,SUNXL,etal.Thecombinationofsub-jectiveandobjectiveweightsanditsrationalityJ.Man-agementReview,2017,29（12）:1726.14程灏,逯与浩,刘淑芳.基于 G1-熵权-独立性权的装配式建筑绿色施工评价J.数学的实践与认识,2021,51（4）:7587.CHENGH,LUYH,LIUSF.GreenconstructionevaluationofprefabricatedbuildingbasedonG1-entropyweight-independenceweightJ.MathematicalPracticeandUnderstanding,2021,51（4）:7587.（编校：叶超）92西华大学学报（自然科学版）2024年