装配式钢结构住宅产业链风险评估与应用研究.pdf

第 卷第 期 年 月兰州交通大学学报 ，收稿日期：?学报网址：基金项目：甘肃省重点人才项目（）第一作者：闫林君（），男，山东高密人，副教授，主要研究方向为土木工程建造与管理。?：通信作者：王起才（），男，河北晋州人，教授，博士生导师，工学博士，主要研究方向为工程新材料及干寒地区混凝土耐久性与结构全寿命。?：文章编号：（）：装配式钢结构住宅产业链风险评估与应用研究闫林君，常晋荣，王起才，（兰州交通大学 土木工程学院，兰州 ；兰州交通大学 道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室，兰州 ）摘要：从产业链视角出发对装配式钢结构住宅进行风险评估与应用研究。首先，以 方法论为分析维度选取“产业发展环境、成本、信息技术、管理以及人员”五个方面风险影响因素建立风险评估指标体系；其次，利用区间层次分析法确定指标权重，并基于该权重结果构建灰色聚类分析法风险评估模型；最后，以甘肃省兰州新区保障性住房项目为例进行装配式钢结构住宅产业链风险评估，根据总体风险状态及评估结果搜寻产业链高风险影响因素，并提出相应对策以降低装配式钢结构住宅产业链风险。关键词：装配式钢结构住宅；产业链；风险评估；区间层次分析法；灰色聚类分析法中图分类号：文献标志码：，（，；，）：，（?），；，；，?，：；装配式钢结构住宅是指以工厂生产的钢型材构件作为整个住宅建筑的承重骨架，以新型轻质、保温兰州交通大学学报第 卷隔热、高强度的墙体材料为围护结构构建而成的居住类建筑 。作为新型建筑工业化集成产品，它具有绿色节能环保、资源可回收利用、能够推动化解过剩钢铁产能等特点，是我国住宅产业化最理想的住宅体系之一 ，不仅得到国家政策层面的大力推广，更是受到了各行各业的青睐。根据相关数据表示，住建部重点推动钢结构住宅试点建设卓有成效，年新开工的钢结构住宅约 万，较 年增长了 ，可见随着政策导向的有利驱动，装配式钢结构住宅将迎来新的发展契机。但目前来说，钢结构住宅建设与其他发达国家相比，其生产建造仍依附于传统方式，产业链中所涉及相关建设环节与参建主体之间各自为战，相互割裂的情况时有发生，极易引起产业链断链等问题的出现，给钢结构住宅的发展带来了极大的风险忧患。要想解决此问题，就要树立产业链全局观念，从产业链视角出发来探索钢结构住宅产业链中存在的潜在风险隐患，进而有效掌握产业链风险控制要点以明确及避免风险影响因素对于产业链的作用与影响。目前，美、日以及欧洲部分发达国家装配式钢结构产业化体系已较为成熟，应用领域相对广泛，在住宅建筑市场中发育完善，已形成完整产业链 ，对于装配式钢结构住宅的研究成果重点集中在钢结构集体住宅公寓扩建 以及生产工艺改进 等方面；而国内尚未构建相对完善的钢结构住宅产业链，对其研究也相对较少，且现有研究成果多关注钢结构住宅技术研究与应用 、全寿命周期成本与经济性分析?、产业化发展过程中可能面临的各类问题与对策研究?、以及全产业链发展思考 等方面，并未对产业链各环节中可能存在的风险影响因素进行深入挖掘与探讨，从而限制了钢结构住宅产业链的统筹发展。本文从装配式钢结构住宅产业链视角出发，针对其特点对产业链各环节中不同类型风险影响因素进行深入剖析与系统分类，在此基础上构建风险评估指标体系并选择合理有效的评估模型（即区间层次分析?灰色聚类分析法）来进行装配式钢结构住宅产业链风险综合评估研究，以期根据评估结果搜寻高风险影响因素，进而为后续相关研究提供思路。构建产业链风险评估指标体系装配式钢结构住宅产业链以研发规划、设计、采购等节点为主线，以产业链上、中、下游所涉及各相关企业单位为载体，在生产建造过程中涉及建设环节与相关参建主体众多，不同类型风险影响因素复杂繁多并在产业链条上传递，且对于各节点环节的影响程度与作用方式存在一定的差异，如图 所示。政府开发商或建设单位设计单位或部门业主?总承包商构件生产商投融资政策支持研发规划招投标精细化设计与定位上游节点中游节点下游节点物流企业施工单位物流运输结构安装材料采购供应部品部件加工生产运营商?物业管理部门建筑拆除与分拣企业建筑垃圾资源化企业验收维护与销售拆除与资源化处理图 装配式钢结构住宅产业链各节点及相关参建主体 方法论?作为一种解决复杂问题的工具，在观察和分析复杂系统时具有独特性质，故适用于钢结构住宅产业链风险评估研究。（物理）是指钢结构住宅产业链系统中存在的各种客观物质，主要体现在产业发展环境因素与成本因素方面；（事理）强调结合有效措施解决实际问题，例如如何运用信息技术机制及管理手段来降低产业链风险；（人理）则指在钢结构住宅产业链系统中充分发挥人员的主观能动性来进行协调管理，体现在人员因素方面。以 方法论为理论指导，在分析装配式钢结构住宅产业化发展现状及特点的基础上，通过 法以及结合现有文献研究成果?，按照以下评价指标体系构建思路（如图 所示）从“产业发展环境、成本、信息技术、管理及人员”个方面对产业链风险影响因素进行全面识别与系统分类，最终确定 个细化指标来构建装配式钢结构住宅产业链风险评估指标体系，如图 所示。确定产业链风险评估模型 权重确定方法权重是指某一因素或指标对于某一事物的相对重要程度，其合理性直接影响到评估结果的准确性，而装配式钢结构住宅产业链作为一个复杂系统，其第 期闫林君等：装配式钢结构住宅产业链风险评估与应用研究风险影响因素评价指标权重确定方法的选择尤为重要。由图 可知，装配式钢结构住宅产业链风险评估指标大多为难以量化的定性指标，很难量化为一个具体的数值，故宜采用区间层次分析法（，）?进行评估研究。由于相关专家学者的阅历及能力水平具有差异性，在构建成对判断矩阵时利用区间数代替单点数值，可减弱人为主观意愿的影响，使得评价指标的权重结果更加符合实际。具体计算步骤 如下所示：）构建层次结构模型依据图 所示装配式钢结构住宅产业链风险评估指标体系构建层次结构模型。文献梳理阅读?评价指标分类与选取初步构建?高频?可操作性指标归纳总结筛选分析?结合专家咨询结果对所选或遗漏指标进行归纳与补充最终构建?结合相应规范最终构建产业链风险评估指标体系图 评价指标体系构建思路 产业发展环境因素?成本因素?信息技术因素?管理因素?人员因素?物理事理人理装配式钢结构住宅产业链风险评估指标体系?相关标准规范及产业政策完善性?建筑项目管理制度执行力?市场公平竞争机制健全性?产业链发展完整度?人才保障机制健全性?工程造价成本?运拆费用估算?企业财务状况?产品?服务竞争力?信息共享机制健全性?高新科技研发与引进?技术交流与共享?关键性技术突破?合同风险?项目管理经验水平与模式?产业链节点协同管理?合作伙伴选择?技术工人学习与创新能力?消费者认知与市场接受度?各环节主体协同意愿?相关企业主体可持续发展能力?图 装配式钢结构住宅产业链风险评估指标体系 ）构建成对判断矩阵将所列各评价指标进行两两对比来构建成对判断矩阵，假设（）为区间数判断矩阵，则有（）、（），记为 ，其中区间数判断矩阵中各元素 ，表示评价指标 相对于 的相对重要程度。区间层次分析法同样采用 标度法对指标重要程度进行量化，且量化值可根据实际状况再次细化。）一致性检验根据式（）（）计算 与 数值大小来判断所构建区间数判断矩阵能否通过一致性检验：槡（）槡（）当 ，时，说明所构建区间数判断矩阵通过一致性检验；反之则认为不通过。此时应对区间数判断矩阵进行适当调整直到通过一致性检验。）评价指标权重计算利用特征根法计算矩阵 与 的最大特征根所对应的正分量特征向量，即为矩阵 与 的权重向量，分别记为（，）、（，）；对应各层次结构评价指标的相对权重向量（）（，）可由式（）计算得出：（）（）（）归一化处理兰州交通大学学报第 卷对各层次结构评价指标相对权重向量（）进行归一化处理，得权重向量为（，）。构建灰色聚类分析风险综合评估模型 灰色聚类分析法的适用性装配式钢结构住宅建造过程中各类风险影响因素相互作用并以产业链为载体进行传递，对其展开风险评估，可根据评估结果将其有效分解。针对装配式钢结构住宅产业链研究较少，存在“少数据、少信息”的现实问题，故宜采用灰色聚类分析法混合型中心点三角白化权函数进行风险评估研究。灰色聚类分析法计算步骤灰色聚类分析法混合型中心点三角白化权函数是以中心点三角白化权函数为依据，根据下限与上限测度白化权函数定义而改进的函数模型来对研究对象进行总体评估 ，具体计算过程 如下：）风险等级灰类划分在考虑评估要求的基础上，参考我国现行规范 以及专家咨询结果来对装配式钢结构住宅产业链风险评估等级进行灰类划分；将其划分为 个灰类，分别为低风险、较低风险、中等风险、较高风险、高风险 个灰类。假设阈值区间为（?），其各个风险评估等级灰类的相应取值范围即为（?）、（?）、（?）、（?）、（?）；并结合灰类等级，确定风险等级分布情况，如表 所列。表 装配式钢结构住宅产业链风险灰类划分评语集 风险灰类等级阈值区间产业链风险等级描述高风险（?）住宅产业链很不完善，各环节很不协调较高风险（?）住宅产业链较不完善，各环节较不协调中等风险（?）住宅产业链完善程度一般，各环节协调程度一般较低风险（?）住宅产业链较完善，各环节较协调低风险（?）住宅产业链很完善，各环节很协调）利用区间层次分析法对一、二级评价指标进行权重结果计算）计算产业链风险评价指标混合型中心点三角白化权函数假设 为第 个灰类的中心点，连接第 个灰类中心点（，）、第 个灰类中心点（，）与第 个灰类中心点（，）三个坐标点，由此可得指标 关于第 个灰类的三角白化权函数（）（，；，）。依据下限测度与上限测度白化权函数定义，当 时，（）采用下限测度白化权函数，即向左延申至；当 时，（）采用上限测度白化权函数，即向右延申至 。由（）、（）以及（）可构建评价指标灰色聚类分析法混合型中心点三角白化权函数，如图 所示。将评价指标对应分值 带入式（）（）可计算得出所属灰类结果，其中 ，。（），（）（），（）式中：，。（），（）?图 灰色聚类分析法混合型中心点三角白化权函数图 第 期闫林君等：装配式钢结构住宅产业链风险评估与应用研究）计算综合灰类系数由式（）可计算一级指标关于 灰类的综合灰类系数 （）（）式中：，为二级指标的权重结果。）计算综合评估系数根据式（）可计算产业链风险综合评估系数 （）式中：，为一级指标的权重结果。由式（）可判断装配式钢结构住宅产业链风险综合评估结果隶属于灰类，进而得出产业链风险评估等级 （）分析计算结果依据式（）搜寻钢结构住宅产业链高风险影响因素，并通过式（）计算出高风险因素风险系数，将计算结果按从大到小进行排序，依据排序结果提出相应对策建议以降低产业链风险。（）（）（）（）（）式中：，。实例分析为积极响应国家装配式住宅产业化政策，甘肃省兰州新区保障性住房建设项目采用宝钢装配式钢结构住宅体系以及天大设计院 型钢框架?钢板剪力墙结构生产建造，住宅项目类型为?层二类高层住宅建筑。该项目业主自身拥有产业链，但产业链条较长，产业链各环节中不同类型潜在风险影响因素复杂繁多且难以把控，故需对其进行风险评估，以期根据评估结果掌握产业链风险把控要点，从而降低产业链风险。评价指标权重结果计算由于本文所列装配式钢结构住宅产业链风险评估指标大多为定性指标，缺乏统一的参考数值，故本文需根据现场实地情况，邀请 位该钢结构住宅项目参建单位的技术人员以及具有装配式钢结构建设经验的专家学者组成产业链风险评估小组，在结合项目实际情况与工程资料的基础上对评价指标进行赋值打分，并根据评价指标的相对重要程度构建成对判断矩阵，进而计算得出评价指标权重结果。以一级指标为例：）构建成对判断矩阵 ，则有 以 及 ）一致性检验根据式（）（）计算得、值分别为 、，即满足 、的一致性检验条件。）权重结果计算利用特征根法计算矩阵以及的最大特征根对应的正分量特征向量，即为权重向量，分别为（，）、（，）；对应各层次结构评价指标的相对权重向量可依据式（）计算得出，归一化后一级指标权重结果为 （，）。二级指标权重结果同理可得，结果如下：（，）；（，）；（，）；（，兰州交通大学学报第 卷 ，）；（，）。评价指标灰色聚类分析在该住宅项目参建过程中，上述 位技术人员与专家学者在根据工程实际情况以及相关现行规范的基础上，对本文所列装配式钢结构住宅产业链风险评估指标风险情况做出评分，并对其打分结果进行整理；将各项评价指标的平均分作为指标对应分值 用以判断指标所属灰类，并依据式（）计算得出一级指标关于 灰类的综合灰类系数，计算结果如表 所列；由式（）计算得装配式钢结构住宅产业链综合风险评估系数为（，），可见该钢结构住宅项目产业链总体风险属于“中等风险”灰类。表 评价指标所属灰色聚类计算结果 风险影响因素评价指标权重结果专家打分结果评价指标所属灰类计算结果总分平均分低风险较低风险中等风险较高风险高风险产业发展环境因素 相关标准规范及产业政策完善性 建设项目管理制度执行力 市场公平竞争机制健全性 产业链发展完整度 人才保障机制健全性 成本因素 工程造价高 运拆费用难以估算 企业财务状况 产品、服务竞争力 信息技术因素 信息共享机制健全性 高新科技研究与引进 技术交流与共享 关键性技术突破 管理因素 合同风险 项目管理经验水平与模型 产业链节点协同管理 合作伙伴选择 人员因素 技术工人学习与创新能力 消费者认知与市场接受度 各环节主体协同意愿 相关企业主体可持续发展能力 将表 所列综合灰类系数结果带入式（）进行计算分析来搜寻钢结构住宅产业链高风险影响因素，计算结果表明高风险影响因素分别为 、以及 ，由式（）对这 个高风险影响因素进行风险系数计算，并将计算结果进行从大到小排序，如表 所列。由表 所列装配式钢结构住宅产业链高风险影响因素风险系数排序结果可知，信息共享机制健全性位列第一，为钢结构住宅产业链中首要高风险影响因素，这主要是由于钢结构住宅产业链条较长，各环节信息繁琐，极易导致信息共享链条割裂等因素引起的。随着 技术日渐成熟，它具有可覆盖钢结构住宅建设整个生命周期、有效解决产业链中信息孤岛问题以及提高各相关企事业单位协同效率等特点，与装配式钢结构住宅建设具有高度适配性，在之后的生产建造过程中，应鼓励打造基于产业链视角的 信息技术共享机制，打破部门壁垒以推进产业链统筹发展。第 期闫林君等：装配式钢结构住宅产业链风险评估与应用研究表 高风险影响因素风险系数计算及排序 评价指标高风险灰类结果指标权重分值高风险系数排序信息共享机制健全性 产业链发展完整度 产业链节点协同管理 产品、服务竞争力 各环节主体协同意愿 结论）从产业链视角出发，结合装配式钢结构住宅产业链特点，以 方法论为理论指导，通过深入剖析产业链中各环节不同类型潜在风险影响因素并将其系统分类，选取“产业发展环境、成本、信息技术、管理以及人员”五个方面风险影响因素来构建风险评估指标体系；该评价指标设置相对合理、完善，对后续研究具有一定的参考意义；）建立基于区间层次分析（）?灰色聚类分析法的产业链综合风险评估模型，以区间数代替单点数值构建成对判断矩阵进行评价指标权重结果计算，可有效减少人为主观意愿的影响，使得评估结果更具准确性；）以甘肃省兰州新区保障性住房建设项目为工程实例加以产业链风险评估研究，进一步验证所选用风险评估模型的适用性与合理性；虽然该钢结构住宅产业链总体风险属于“中等风险”灰类，但仍不可掉以轻心；在以后的工程项目建设实践中应密切关注产业链高风险影响因素的动态并及时解决，以达到降低产业链风险的目的，进而提高产业链整体运行效率与稳定性。参考文献：杨双龙 装配式钢结构住宅建筑的应用和发展 砖瓦，（）：?李惠玲，王婷 我国装配式钢结构住宅产业化发展面临的问题与对策研究 建筑经济，（）：?冯士章，武振，韩叙，等 美国装配式钢结构住宅发展情况与借鉴 住宅产业，（）：?，：?，（）：?尹兰宁，余汪洋，岳锟 装配式钢结构住宅墙板连接节点施工技术 钢结构，（）：?侯和涛，王弘扬，杜广丽，等 装配式钢结构建筑全寿命周期成本分析 建筑钢结构进展，（）：?金龙 居住建筑中应用装配式钢结构的经济性对比分析 南京：东南大学，周绪红，王宇航 我国钢结构住宅产业化发展的现状、问题与对策 土木工程学报，（）：?韩同银，杜命刚，尚艳亮，等 产业化趋势下装配式建筑发展策略研究 铁道工程学报，（）：?李庆伟，侯兆新 我国装配式钢结构住宅全产业链发展思考 住宅产业，（增刊 ）：?张葭伊，吕淑然，张宇栋 基于?熵权物元可拓模型的古建筑火灾风险等级评价 安全与环境工程，（）：?石广斌，赵浩杨，杨振宏，等 基于?的学生公寓火灾风险评价 安全与环境学报，（）：?陈蓉芳，姜安民，董彦辰，等 装配式建筑施工质量风险评估模型的构建与应用研究 铁道科学与工程学报，（）：?曲珩斌 基于 和专家群决策的桥式起重机安全评价 重庆理工大学学报（自然科学），（）：?陆胜辉，黄华，田兴明 混合型中心点三角白化权函数灰评估法在样板工地评选中应用 工程技术研究，（）：?陈伟，付杰，熊付刚，等 装配式建筑工程施工安全灰色聚类测评模型 中国安全科学学报，（）：?中华人民共和国住房和城乡建设部 建设工程项目管理规范：北京：中国建筑工业出版社，：?（责任编辑：马延麟）