基于Fuzzy ISM和MICMAC的装配式建筑进度影响因素分析.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：装配式建筑作为一种新型建筑生产方式，具有施工速度快、环境污染小等特点。在我国，装配式建筑还处于起步阶段，各阶段施工控制难度大，对施工进度均造成不同程度的影响。因此，本研究通过文献综述、改进解释结构模型和交叉影响矩阵相乘法，筛选出16个影响因素并绘制层次模型；最后将影响因素划分为不同的类别。结果表明：确定的因素对施工进度均产生不同程度的影响，通过分析关键性因素并提出优化措施，为装配式建筑进度控制提供参考。关键词：装配式建筑；进度控制；Fuzzy ISM；MICMAC中图分类号：TU745；TU722文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0155-06DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1155Analysis of Factors Influencing the Schedule of Assembled Buildings Based on Fuzzy ISM and MICMACCAO Cheng1，ZHAO Miaomiao2，MI Zongbao1，TIAN Jianbo2，ZOU Chao2（1.China Construction Fourth Engineering Bureau Co.，Ltd，Guangzhou 510000，China，2.School of Civil Engineering and Architecture，Xi an University of Technology，Xi an 710048，China）Abstract：As a new building production mode，prefabricated building has the characteristics of fast construction speed and low environmental pollution.In China，prefabricated buildings are still in the initial stage，and it is difficult to control the construction of each stage，which will affect the construction progress to varying degrees.Therefore，this study screened 16 influencing factors and drew a hierarchical model through literature review，improved interpretation structure model and cross influence matrix multiplication；Finally，the influencing factors are divided into different categories.The results show that the determined factors have different degrees of impact on the construction progress.Through analyzing the key factors and putting forward optimization measures，it provides a reference for the progress control of prefabricated buildings.Keywords：prefabricated building；schedule control；Fuzzy ISM；MICMAC建筑业是我国国民经济的重要支柱产业，对推动经济发展起着至关重要的带动作用。然而，传统建筑业施工速度慢、效率低，给环境和社会安全以及城市可持续发展带来了巨大的挑战。而以节能减排、低碳绿色环保为主要特点的装配式建筑逐渐受到研究学者的 关注。我国自1950年代开始便引入装配式建筑，经历了发展初期、波动停滞期、发展提速期和发展新时期四个发展历程。近年来，政府出台了一系列政策，以加快推进装配式建筑的发展。2020年，全国新增装配式建筑面积为6.3亿平方米，比2019年增加50%，占新增总建筑面积的20.5%，实现了 “十三五”装配式建筑行动方案提出的2020年装配式建筑比重15%以上的目标。目前，我国正在积极推进和加强对装配式建筑的支持，计划*基金项目：中国建筑第四工程局有限公司科技项目（107-441222063）作者简介：邹超，博士研究生，主要从事装配式建筑智能建造研究。基于Fuzzy ISM和MICMAC的装配式建筑进度影响因素分析*曹铖1，赵妙妙2，米宗宝1，田建勃2，邹超2（1.中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 510000，2.西安理工大学土木建筑工程学院，陕西 西安 710048）建 筑 经 济2023年156到2026年在新建建筑中装配式建筑占比达到30%。在政策驱动下，我国正大力推广装配式建筑的应用，得到了许多学者的关注并进行了大量的科学研究。林彦等人从设计、生产、运输、安装和其他五个方面整理筛选出15个具有代表的影响因素，以此探讨配式建筑的影响因素。甘等人通过文献回顾和半结构化访谈确定了关键障碍，采用解释结构模型（ISM）来探索中国采用场外施工（OSC）障碍之间的相互关系，研究结果为政策制定者提供借鉴。综上所述，当前研究从不同角度分析了装配式建筑在我国发展的挑战、障碍或驱动因素，并取得一些建设性成果。然而，仍有一些限制需要进一步解决：装配式建筑在设计、采购和施工过程中有多个参建方导致管理混乱；在项目建设的各个阶段，存在着多种制约因素，并在一定程度上影响施工进度。因此，本研究结合改进解释结构模型和交叉影响矩阵相乘法，并从驱动力和依赖性两个角度对施工进度不同影响因素之间的机制进行探讨，并进一步明确不同影响因素的优先级，为装配式建筑进度控制提供对策和建议。1进度控制影响因素的识别与确定1.1影响因素的识别与确定通过CNKI、Web of Science、万方等数据库，以“装配式进度控制”“装配式进度风险”“装配式进度管理”等关键词进行检索，检索出进10年相关文献268篇，为确保检索文献与本研究主题具有高度的相关性，挑选出35篇符合条件的文献。通过文献研究知悉，装配式建筑进度管理影响因素研究的维度具有多个划分标准，本研究从项目参与方的维度出发，即业主单位、设计单位、生产单位、施工单位以及外部环境五个方面初步识别出对装配式建筑进度产生重要影响的32个因素。为进一步聚焦影响装配式建筑进度控制的核心问题，本研究邀请8位行业专业人员进行半结构化访谈，针对维度与指标使用更专业的表述，对内容进行补充及修正，对存在重复意义的表述进行总结归纳，对影响程度微弱的作出删减，基于专家访谈建议得出改进影响 因素。依据专家访谈意见，对初步确定的32个装配式建筑施工进度影响因素进行了再次选取和删减。经过两轮筛选，最终遴选出20个具有代表性的因素，如表1所示。1.2数据处理与分析（1）问卷设计为了确定表2中8位行业专家所筛选的20个指标能够作为装配式建筑进度的主要影响因素，本研究采用发放问卷调查的形式，运用Likert 5级量表法，按照15的重要程度对表1中32个因素进行重要性评价。问卷设计中，1代表略微重要，5代表非常重要。（2）数据收集与分析通过问卷发放，共发放72份，其中收回50份，问卷有效回收率为69.44%。参与本次调研问卷的对象是装配式建筑参建单位和科研单位，主要有预制构件生产厂商、设计单位、监理单位、业主单位、施工单位和高校，基本涵盖了装配式建筑相关的各类单位，满足研究的需要，可全面的反应实际情况。（3）数据合理性检验为检验装配式建筑施工进度影响因素，利用SPSS 26软件进行了信度和效度检验，其中信度系数Cronback s 系数为0.9450.9，表明调查问卷信度较高，因此回收问卷具有较高的可靠性；该方法的有效性系数KMO值为0.89650.5；巴特利特球形度测表1装配式建筑进度影响因素指标维度因素标号影响因素指标维度因素标号影响因素业主主导Q1业主单位设计变更要求现场施工Q11施工技术交底Q2业主单位审批、决策效率Q12构件车辆装卸效率Q3业主方进度工程款到位效率Q13施工进度管理水平Q4沟通协调能力Q14施工人员专业素质方案设计Q5设计返工、变更Q15作业流程标准化水平Q6设计单位设计技术水平Q16施工物资管理水平Q7构件设计标准化程度外部环境Q17施工现场平面布置Q8设计技术交底Q18天气等不可控影响构件生产Q9预制构件生产技术水平Q19临时停水停电Q10构件运输车辆调度方案Q20人、材、机市场价格第 44 卷第 S1 期157试为0.000，表明各影响因子的统计关联性较好，适合进行因子分析，并且全部指标集中在5个显著高于1的有效因子上，进一步表明了20个因子间的聚合有 效性。2基于Fuzzy ISM构建装配式建筑进度控制模型解释结构模型（Interpretive Structural Model，ISM）是Warfield于1974年提出的，它基于群体中工作参与者的判断来决定复杂系统中因素之间的相互作用，该方法可以有效地识别复杂系统中不同因素的依赖关系。由于ISM仅考虑到系统元素之间是否存在联系，无法确定关系的强弱。因此，根据现有的研究基础，将模糊数学引入ISM，并对其进行改进，得到Fuzzy ISM。该方法采用模糊关联的方法，对影响装配式建筑进度的因素进行了分析，从而在一定程度上避免了专家评分的主观性，提高了分析结果的准确性和合理性，Fuzzy ISM构建的基本步骤如下：2.1构件模糊关联强度矩阵根据问卷调查结果，建立了影响装配式建筑施工进度各影响因素之间的相互关系，得到了关于影响因素的模糊关联矩阵Xn=（aij）nn，其中，aij为两个影响因素之间的相关强度。模糊关联矩阵Xn，构建模糊关联强度矩阵Bn=（bij）nnbij=aij/（ai*+a*j-aij）ij 0 i=j?（1）bij为Bn中的元素，ai*为Xn中的第i行元素的和；a*j为Xn中的第j列元素的和。2.2构件模糊邻接矩阵通过分析装配式建筑进度的20个影响因素，各要素之间存在一定的相互影响关系，依据因素之间的影响关系，构建装配式建筑工程施工进度的影响因素结构关系。根据对该问题的分析和专家的建议，构建了邻接矩阵An=aij，公式2所示。aij=1bij 0bij?（2）为阈值，0，代表系统所划分的子系统的区域愈大，划分越粗；1，代表系统所包含的区域愈小，系统划分越细。本研究依据文献资料与专家建议，选取=0.08作为阈值，对模糊关联强度矩阵进行筛选后构建装配式建筑进度影响因素邻接矩阵An=（aij）nn。将装配式建筑建造进度视作一个系统Qi（i=1，2，20）等20个组成因素，邻接矩阵是反映系统中两个要素间一步到达关系的矩阵，通过公式（2）确定领接矩阵An=（aij）nn，其中因素Si对Sj有显著影响，aij=1；因素Qi对Qj无明显影响，aij=0（i=1，2，20）。2.3计算模糊可达矩阵可达矩阵表示元素Qi与Qj存在某种可传递的二元关系，即在有向图中i节点存在通往j节点的有向可达路径，则认为Qi与Qj之间是可达的。根据布尔代数操作规则，对相邻矩阵An和单元矩阵E进行幂运算，从而得到An的可达矩阵Rn=（aij）nn，式3所示，可达矩阵如表2所示。R=（A+E）k=（A+E）k-1（A+E）k-2（A+E），（kn-1）（3）在可达矩阵Rn的基础上，求解可达集R（Qi）、先行集Q（Qi）、交集A（Qi）=R（Qi）Q（Qi），得出装配式建筑进度影响因素的递阶结构有向图。R（Qi）=Qi|QiQ，mij=1（4）Q（Qi）=Qi|QiQ，mji=1（5）A（Qi）=Qi|R（Qi）Q（Qi），i=1，2，k（6）式中（4）-（6）中，mij=1表示R中的Qi所对应的行中mij=1元素对应的集合；mji=1表示R中Qi所对应的列中mji=1元素对应的集合；若A（Qi）=R（Qi），则A（Qi）为最高级要素集。（1）ISM模型层级划分可达矩阵Rn层级划分是为了更好区分装配式建筑施工进度影响因素之间的关系和程度，如表3所示。（2）ISM图和模型的形成根据层次划分的结果，将影响装配式建筑施工进度的各因素根据作用关系进行连线，建立了影响因素的ISM模型，见图1。采用ISM解析结构模式，对影响装配式建筑施工进度的各层次进行了层次结构的梳理，并对其层次结构进行了深入剖析。曹铖，等基于Fuzzy ISM和MICMAC的装配式建筑进度影响因素分析图1ISM的分层模型建 筑 经 济2023年158表2影响因素模糊可达矩阵RnQiQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16Q17Q18Q19Q20DRiQ1100000010001010000004Q2011000000000000000002Q3011000000000000000002Q4111100010001010000007Q5000010000111111110009Q60000111101111111100012Q7000000100110000010004Q8000000010001010000003Q9000000001110000010004Q10000000000110000010003Q11000000000110000010003Q12000000000001010000002Q13000000000111111110008Q14000000000000010000001Q15000000000110011110006Q16000000000110011110006Q17000000000110000010003Q18011000000000000001003Q19000000000110000010104Q20011000000110011110019DEj255121241121273116612111表3主要影响因素关系集合与层级划分QiR（Qi）Q（Qi）A（Qi）交集Q11，8，12，141，41Q22，32，3，4，18，202，3Q32，32，3，4，18，202，3Q41，2，3，4，8，12，1444Q55，10，11，12，13，14，15，16，175，65Q65，6，7，8，10，11，12，13，14，15，16，1766Q77，10，11，176，77Q88，12，141，4，6，88Q99，10，11，1799Q1010，11，175，6，7，9，10，11，13，15，16，17，19，2017，10，11Q1110，11，175，6，7，9，10，11，13，15，16，17，19，2017，10，11Q1212，141，4，5，6，8，12，1312Q1310，11，12，13，14，15，16，175，6，1313Q14141，4，5，6，8，12，13，14，15，16，2014Q1510，11，14，15，16，175，6，13，15，16，2016，15Q1610，11，14，15，16，175，6，13，15，16，2016，15Q1710，11，175，6，7，9，10，11，13，15，16，17，19，2017，10，11Q182，3，181818Q1910，11，17，191919Q202，3，10，11，14，15，16，17，202020第 44 卷第 S1 期1591）最底层。处于最底层（L45）的Q1、Q4、Q5、Q6和Q20从深层次对其他各种因素有直接或间接的影响，这是施工进度中最根本的影响因素，也是施工进度中首先考虑的因素。2）中间层。中间层（L23）的9个影响因素是间接影响因素，这些因子往往会将底层的影响效应传递到Level 1层的因素。3）最顶层。处于最顶层的6个影响因素：Q2、Q3、Q10、Q11、Q14和Q17是装配式建筑进度最直接影响因素，同时也是最终需要关注的因素。3基于MICMAC分析装配式建筑进度控制3.1MICMAC的基本原理交叉影响矩阵相乘法（MICMAC）是在矩阵乘法特性的基础上提出的，是用来评估各因素间的相互关系与交互作用的一种评估方法，其核心作用是利用交叉效应矩阵乘积将各因素进行归类，并利用可达矩阵求出各因子的驱动力与依赖性，然后通过MICMAC模型将所有影响因素分为多个类别。驱动和依赖功率的数学公式如下：DRi=?nj=1mij，i=1，2，3，n（7）DRj=?nj=1mij，j=1，2，3，n（8）其中，DRi是元素i对其他元素的影响之和（显示元素i的驱动力），DEj表示其他元素对元素j的影响之和（显示元素j的依赖力）。驱动力和依懒性是通过将模糊可达矩阵Rn中相关因素的行和列所有条目值相加进行计算，每个因素可以分为四个类别：自主因素、依赖因素、联动因素、独立因素。3.2影响因素分析在进行Fuzzy ISM分析后，根据可达矩阵和公式（7）-（8）计算不同因素的驱动力和依赖力（表2），通过采用MICMAC模型将不同的影响因素进行类别划分。这20个主要因素可以划分为MICMAC图的四个集群如图2所示。由图2可知：使用MICMAC模型对装配式建筑施工进度的影响因素进行分类可以帮助利益相关者了解影响因素的优先级、分配资源和降低装配式建筑施工进度提供有价值的参考。（1）自发集群。该集群中的因素包括Q1、Q2、Q3、Q7、Q8、Q9、Q15、Q16、Q18和Q19，如图2所示。这类影响因素具有较低的驱动力和依赖力，但其对深层和浅层因素起着承上启下的作用。（2）依赖集群。依赖型集群中各个因素的驱动力较弱，但是具有很强的依赖性，主要包括直接影响因素以及间接因素，这些间接因素容易被其他因素影响，有Q10、Q11、Q12、Q14和Q17，如图2所示。（3）联动集群。从图2中明显可以看出，联动集群中没有影响因素，由于该集群中的影响因素驱动力和依赖性都较高，表明本次选取的20个装配式建筑建造进度影响因素都具有较好的稳定性。（4）独立集群。在这一集群中的影响因素包括Q4、Q5、Q6、Q13和Q20，如图2所示这些因素驱动力高，但依赖力低，属于驱动变量。这些因素对装配式建筑的进度没有直接影响，但是在系统中的影响却很大。加强这一层影响因素的管理，能将浅中层的风险发生几率控制至最低，因此这一层应该是治理重点。3.3进度控制对策及建议根据结果，对Fuzzy ISM结构的最顶层和最底层进行讨论。（1）业主单位审批、决策效率及工程款到位效率：业主单位是施工过程的监督方和管控方，由于目前建筑行业的利润紧缩，业主单位对项目建造过程干预越来越多，从前期开发报建到后期竣工验收，过程中的决策、审批、变更以及工程款到位情况等环节的工作效率均会对进度造成显著影响。曹铖，等基于Fuzzy ISM和MICMAC的装配式建筑进度影响因素分析图2施工进度影响因素MICMAC分析结果建 筑 经 济2023年160（2）预制构件车辆调度方案：预制构件进场过早或过晚都不利于现场管理。因此，建立科学的数学模型和运用合理的求解算法，对运输车辆和线路进行合理规划，在满足构件需求的前提下，使材料进场顺序运输时间达到最优，进而达到对装配式建筑进度的控制。（3）施工技术交底：施工技术交底是完成现场施工的关键所在。良好的施工技术交底能使施工队伍更好的理解设计与施工过程，从而在保证施工质量的前提下快速进行施工；否则，施工队伍无法完全理解施工要点，造成工程的返工等，进而对装配式进度产生影响。（4）施工人员专业素养：与传统现场施工不同的是装配式建筑预制构件现场安装施工，这对现场预制构件安装施工人员的专业素养要求较高，这样才能更好更快地安装预制构件，才能有效控制施工进度。这就需要选择有经验的施工人员或者前期对施工人员进行多次培训来提高专业素养。（5）沟通协调能力：该项目为西安市首次建设装配率高于70%的住宅，且采用三一自主研发的SPCS体系，缺少可参考的先例及经验总结，未知因素多。发现问题亟需与业主、监理进行沟通协调，沟通协调能力尤为重要，良好的沟通协调能力能快速解决存在的问题，及时进行后续施工。（6）设计单位技术水平：设计单位技术水平决定了设计方案以及技术交底的质量。装配式建筑的方案设计相较于传统建造难度有明显提升，设计单位的技术水平以及在施工过程中的技术交底、协调工作会对进度管理产生显著影响。（7）外部环境：天气等不可控因素，会对工程进度产生很大的影响，因此，施工方案要针对不同的情况，制订相应的进度管理措施。人材机的市场价格波动也会对进度产生影响。4总结本研究确定了影响装配式建筑进度的16个关键因素，并分析研究各影响因素的驱动力和依赖性，探究影响装配式建筑施工进度的相关机理，得出以下 结论：（1）基于Fuzzy ISM-MICMAC模型可有效分辨我国装配式建筑施工进度的影响因素。（2）装配式建筑施工进度主要受外部环境、业主主导以及设计单位的影响，其中，人材机市场价格、沟通协调能力、设计单位技术水平和设计返工变更是装配式建筑施工进度的深层次根源因素。（3）影响装配式建筑施工进度的直接因素包括：业主单位审批决策效率、业主单位工程款到位效率、构件运输车辆调度方案、施工技术交底、施工人员专业素质和施工现场平面布置。（4）从缩短和控制装配式建筑施工进度的角度出发，政府和工程总承包商应从宏观角度入手，不断完善装配式建筑的产业链，提高中国建筑工业化市场标准化程度，加强预制构件标准化设计，促进多元主体之间的沟通协调，将BIM技术与工程项目管理进行深度融合，改进和优化预制构件调度方案，以期在提升装配式建筑项目管理水平的同时最大限度提升工程建造 进度。参考文献1 Arrigoni A，Pelosato R，P Meli，etal.Life cycle assessment of natural building materials：the role of carbonation，mixture components and transport in the environmental impacts of hempcrete blocksJ.Journal of Cleaner Production，2017，149.2 Sha L A，Zl A，Yue T A，etal.A Dynamic Simulation Study on the Sustainability of Prefabricated Buildings，2021.3 Wu G，Yang R，Li L，etal.Factors influencing the application of prefabricated construction in China：From perspectives of technology promotion and cleaner productionJ.Journal of Cleaner Production，2019，219（MAY 10）：753-762.4 廖礼平.绿色装配式建筑发展现状及策略J.企业经济，2019（12）：139-146.5 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