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      基于SEM的裝配式建筑建造成本影響因素分析

      2019-11-05 01:01:42武亞帥童明德
      關(guān)鍵詞:部件裝配式運(yùn)輸

      陳 偉, 武亞帥, 鄒 松, 李 輝, 童明德

      (1. 武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院, 湖北 武漢 430070;2. 武漢市建筑節(jié)能辦公室, 湖北 武漢 430023)

      裝配式建筑可節(jié)約材料、降低能耗、縮短工期、有效改善施工環(huán)境和質(zhì)量,是有別于當(dāng)前傳統(tǒng)建筑的新型建造模式。裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展很快,但其市場(chǎng)占有率不高,阻礙其推廣的直接原因是建造成本較高。學(xué)者對(duì)裝配式建筑的成本進(jìn)行了研究,大多數(shù)認(rèn)為裝配式建筑建造成本高是因?yàn)轭A(yù)制部件成本高,但是沒(méi)有學(xué)者對(duì)預(yù)制部件進(jìn)行系統(tǒng)、深入研究。

      有學(xué)者通過(guò)構(gòu)結(jié)構(gòu)方程建模型(Structural Equation Model,SEM),得出裝配式建筑發(fā)展受五大因素影響,其中成本體系影響最為重要[1],但沒(méi)有對(duì)成本進(jìn)一步細(xì)分,存在控制因素不明確的局限。有研究表明預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)裝配式建筑影響較大[2~4],其中預(yù)制部件生產(chǎn)過(guò)程中材料費(fèi)(占主體部分材料費(fèi)的89.97%)[5]、前期固定成本[6]是裝配式建筑成本增加的重要因素,但未充分考慮預(yù)制部件多維作業(yè)空間的特性。還有學(xué)者認(rèn)為預(yù)制部件運(yùn)輸成本占比大[7,8],結(jié)合預(yù)制部件各階段的物流環(huán)節(jié)得出通過(guò)了解物流成本能達(dá)到對(duì)總成本的控制[9],但對(duì)各階段其他影響因素未能全面考慮。Barlow等[10]通過(guò)信息技術(shù)在住宅工業(yè)化施工中全方位的應(yīng)用,認(rèn)為信息技術(shù)能夠大幅降低建造成本。Bortolini等[11]認(rèn)為BIM模型協(xié)同作用能夠解決構(gòu)件調(diào)度的復(fù)雜問(wèn)題,Hong等[12]考慮了裝配式建筑效益,建立了成本分析框架對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行了分析并提出對(duì)策。已有研究成果沒(méi)有系統(tǒng)、全面考慮預(yù)制部件各作業(yè)空間之間的耦合影響,結(jié)論難以對(duì)裝配式建筑建造成本進(jìn)行有效控制。

      鑒于此,本文以預(yù)制部件為研究對(duì)象,通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型將信息技術(shù)運(yùn)用與預(yù)制部件的三個(gè)不同作業(yè)維度相結(jié)合,系統(tǒng)考慮各階段相互耦合,最終從整個(gè)過(guò)程中找到影響裝配式建筑建造成本的關(guān)鍵因素,并提出相應(yīng)對(duì)策,對(duì)降低裝配式建筑成本以及加大其推廣有重大意義。

      1 研究范圍界定及關(guān)鍵因素選取

      1.1 范圍界定

      (1)本文以預(yù)制部件為研究對(duì)象,以預(yù)制部件的整個(gè)施工過(guò)程來(lái)定義建造成本,是較為廣義的建造成本,不僅包括預(yù)制部件的現(xiàn)場(chǎng)組裝施工成本,還包括預(yù)制部件的生產(chǎn)、運(yùn)輸階段的成本。

      (2)本文從裝配式建筑總承包的視角出發(fā),研究總承包所有裝配式建筑項(xiàng)目的建造成本,而非單個(gè)裝配式建筑的建造成本。

      1.2 關(guān)鍵因素的選取

      為了科學(xué)有效地評(píng)價(jià)裝配式建筑建造成本的影響因素,本文大量研究了目前我國(guó)學(xué)者在裝配式建筑建造成本影響方面的研究,并通過(guò)在CNKI檢索主題“裝配式建筑成本”,出現(xiàn)近五年256篇文獻(xiàn),通過(guò)篩選最終確定對(duì)其中168篇進(jìn)行影響因素統(tǒng)計(jì),按照預(yù)制部件生產(chǎn)成本、預(yù)制部件運(yùn)輸成本、預(yù)制部件組裝成本以及預(yù)制部件應(yīng)用信息技術(shù)四個(gè)方面,將主要研究的影響因素進(jìn)行歸納、整理并繪制因素統(tǒng)計(jì)表和因素雷達(dá)圖,如圖1、表1所示。

      圖1 主要影響因素雷達(dá)圖

      編號(hào)影響因素?cái)?shù)量占比/%a容錯(cuò)能力低5.95b預(yù)制部位選擇14.88c專(zhuān)用材料9.52d預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化50.60e勞動(dòng)力成本44.64f材料成本53.57g固定成本71.43h預(yù)制部件定期檢查41.67i倉(cāng)儲(chǔ)及維護(hù)52.98j運(yùn)輸車(chē)輛選擇46.43k路線選擇及38.10l裝卸及預(yù)制部件保護(hù)設(shè)備46.43m預(yù)制部件連接57.74n垂直運(yùn)輸機(jī)械65.48o專(zhuān)業(yè)操作人員63.10p二次運(yùn)輸57.14qBIM技術(shù)39.88r云模型33.33sRFID技術(shù)39.29

      根據(jù)圖1中影響因素分布趨勢(shì),表明近五年內(nèi)學(xué)者對(duì)影響因素d~s研究較多,說(shuō)明這些因素對(duì)裝配式成本的影響尤為關(guān)鍵;在表1中進(jìn)一步對(duì)文獻(xiàn)中影響因素的數(shù)量進(jìn)行梳理,分析出各因素占比,明顯看出d~s因素在文獻(xiàn)研究中占30%以上,但a~c因素占比在15%以下,此數(shù)據(jù)為構(gòu)建指標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及對(duì)有經(jīng)驗(yàn)承包商訪談最終按照預(yù)制部件生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝三個(gè)階段以及預(yù)制部件應(yīng)用的信息技術(shù)四類(lèi),建立影響裝配式建筑建造成本因素,如表2所示。

      表2 影響裝配式建筑施工成本因素

      2 結(jié)構(gòu)方程模型及數(shù)據(jù)分析

      2.1 結(jié)構(gòu)方程模型

      結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)作為一種多元統(tǒng)計(jì)技術(shù),能夠同時(shí)處理多個(gè)原因、多個(gè)結(jié)果的關(guān)系,容許變量存在測(cè)量誤差,并且能夠測(cè)量整體模型的擬合程度。考慮到影響成本的因素可能會(huì)有復(fù)雜的交互關(guān)系,所以選取結(jié)構(gòu)方程模型作為工具進(jìn)行研究。本文結(jié)構(gòu)方程模型的觀念架構(gòu)如圖2所示。

      圖2 裝配式建筑施工成本影響因素

      根據(jù)榮泰生的《AMOS與研究方法》[13]一書(shū),應(yīng)對(duì)模型中的每條路徑作出假設(shè)。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)裝配式建筑預(yù)制部件整個(gè)建造過(guò)程的實(shí)際情況提出以下假設(shè):

      H1:預(yù)制部件應(yīng)用信息技術(shù)投入成本越高,越能控制預(yù)制部件運(yùn)輸成本,越能控制預(yù)制部件生產(chǎn)成本,越能控制預(yù)制部件現(xiàn)場(chǎng)組裝成本,越能有效控制裝配式建筑建造成本;

      H2:預(yù)制部件生產(chǎn)成本投入越多,控制運(yùn)輸成本越有效,控制預(yù)制部件組裝成本越有效;

      H3:預(yù)制部件運(yùn)輸成本越高,裝配式建筑建造成本就越高;

      到了南門(mén)外,四處掃了一圈,沒(méi)見(jiàn)到沈侯。正在給他發(fā)短信,一輛車(chē)停到了顏曉晨面前,車(chē)窗滑下,沈侯坐在駕駛座上,對(duì)她招手,“上車(chē)?!鳖仌猿看艨粗?。

      H4:預(yù)制部件生產(chǎn)成本越高,裝配式建筑建造成本就越高;

      H5:預(yù)制部件組裝成本越高,裝配式建筑建造成本就越高。

      2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

      通過(guò)實(shí)地調(diào)研、訪談和文獻(xiàn)閱讀,將表1中選取的影響裝配式建筑建造成本的因素作為結(jié)構(gòu)方程模型建立的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)建立的模型設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查,采用李克特五級(jí)量表法對(duì)各因素影響程度進(jìn)行打分,其中“1”表示沒(méi)有影響,“5”表示影響特別大,從“1”到“5”影響程度逐級(jí)遞增。

      根據(jù)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)方程模型設(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查,并通過(guò)郵件形式向國(guó)內(nèi)大型裝配式建筑企業(yè)的專(zhuān)家、高??蒲泄ぷ髡咭约把b配式建筑從業(yè)人員發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查,共同完成問(wèn)卷調(diào)查工作。為確保問(wèn)卷的科學(xué)性、適用性,此次調(diào)查涵蓋了不同單位、企業(yè)、高校以及不同教育背景、年齡段的裝配式建筑相關(guān)人員。此次調(diào)查問(wèn)卷共發(fā)放了220份,有效回收187份,有效回收率達(dá)85%。具體情況如表3所示。

      表3 調(diào)查對(duì)象情況分布

      2.3 信效度分析

      利用SPSS 22.0對(duì)調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行信效度分析,問(wèn)卷的信度系數(shù)Cronbach’s α為0.832,測(cè)量條款設(shè)計(jì)良好,信度較高;KMO值為0.858,較適合做因子分析,巴特萊特球體檢驗(yàn)為0.000,統(tǒng)計(jì)量顯著,各個(gè)指標(biāo)相關(guān)性強(qiáng)。所有19個(gè)測(cè)量指標(biāo)可會(huì)聚為4個(gè)特征值大于1的有效因子,說(shuō)明變量測(cè)量項(xiàng)目之間具有較好的會(huì)聚有效性。研究同時(shí)將項(xiàng)目的總體相關(guān)系數(shù)CITC>0.3作為Cronbach’s α信度檢驗(yàn)補(bǔ)充。經(jīng)檢驗(yàn),項(xiàng)目總體相關(guān)系數(shù)即所測(cè)各項(xiàng)與總體的相關(guān)系數(shù)CITC在0.363~0.530之間,都大于0.3,全部通過(guò)信度檢驗(yàn)。說(shuō)明問(wèn)卷整體信度較好,具有較高的可靠性和一致性。四個(gè)潛在變量的Cronbach’s α信度系數(shù)均大于0.6,在可接受范圍內(nèi)。

      3 結(jié)構(gòu)方程模型分析

      3.1 結(jié)構(gòu)方程模型驗(yàn)證

      以預(yù)制部件為對(duì)象,對(duì)裝配式建筑建造成本的影響因素進(jìn)行分析可知,在影響因素潛變量?jī)?nèi)部有相互關(guān)聯(lián)影響。本文建立結(jié)構(gòu)方程模型,采用AMOS 22.0軟件進(jìn)行運(yùn)算,對(duì)各個(gè)變量之間的關(guān)系進(jìn)行模擬驗(yàn)證,得到驗(yàn)證性因子分析的標(biāo)準(zhǔn)化模型,如圖3所示。模型擬合中各個(gè)值均在可接受范圍內(nèi),說(shuō)明裝配式建筑施工成本影響因素的潛在變量相互之間有關(guān)聯(lián),且整體的結(jié)構(gòu)方程擬合較好,契合度高,說(shuō)明模型整體建立科學(xué)合理。

      圖3 驗(yàn)證性因子分析標(biāo)準(zhǔn)化模型

      參數(shù)估計(jì)如表4(表中“***”表示顯著性水平p<0.05)所示,通過(guò)潛變量參數(shù)估計(jì)值來(lái)驗(yàn)證假設(shè)。

      表4 潛變量的參數(shù)估計(jì)

      根據(jù)一階驗(yàn)證性因素分析結(jié)果可知,四個(gè)潛變量之間相互關(guān)聯(lián)性較強(qiáng),重新構(gòu)建的二階驗(yàn)證性因素分析模型對(duì)四個(gè)潛變量與裝配式建筑成本之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析,把調(diào)查數(shù)據(jù)帶入新構(gòu)建的二階模型并進(jìn)行分析,通過(guò)分析各個(gè)檢驗(yàn)指標(biāo)值的大小,來(lái)確定模型的擬合度,結(jié)果如圖4、表5所示。

      圖4 結(jié)構(gòu)模型的標(biāo)準(zhǔn)化估計(jì)值

      統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)χ2/dfRMSEAGFIAGFIPGFI適配標(biāo)準(zhǔn)(1,3)<0.08>0.9>0.9>0.5檢驗(yàn)結(jié)果1.8260.0720.9210.9050.601

      3.2 模型結(jié)果分析

      根據(jù)表5中模型的擬合結(jié)果以及整體潛變量參數(shù)估計(jì)中各指標(biāo)都滿(mǎn)足p<0.001的顯著性檢驗(yàn),表明各項(xiàng)假設(shè)均成立。通過(guò)圖3,4的結(jié)果對(duì)整體進(jìn)行具體行分析如下:

      (1)預(yù)制部件生產(chǎn)、運(yùn)輸、組裝以及應(yīng)用信息技術(shù)對(duì)裝配式建筑的建造成本的影響程度分別為0.64,0.76,0.62,0.84,均超過(guò)0.5,表明影響較為顯著,所以要嚴(yán)格控制四個(gè)維度的成本投入來(lái)降低裝配式建筑建造成本,尤其通過(guò)適度增加信息技術(shù)應(yīng)用和預(yù)制部件生產(chǎn)階段成本的投入來(lái)間接降低建造成本;

      (2)預(yù)制部件的生產(chǎn)成本對(duì)預(yù)制部件的運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)裝配成本的影響程度分別為0.62,0.74,呈顯著正相關(guān),說(shuō)明預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝成本影響較大,如預(yù)制部件定期檢查的密度較大,則投入較多,運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝過(guò)程中預(yù)制部件因生產(chǎn)階段原因造成破壞的概率就會(huì)降低,建造成本也會(huì)降低。要識(shí)別生產(chǎn)階段中能夠降低運(yùn)輸、組裝成本的因素,對(duì)其適當(dāng)加大成本投入,生產(chǎn)階段其他方面要嚴(yán)格控制成本,形成對(duì)預(yù)制部件生產(chǎn)階段成本投入分別控制的思想,從直接和間接兩方面控制裝配式建筑的建造成本;

      (3)預(yù)制部件應(yīng)用的信息技術(shù)對(duì)預(yù)制部件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝成本的影響程度分別為0.58,0.84,0.89,表明影響顯著,尤其是對(duì)預(yù)制部件的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝的影響,所以要加大預(yù)制部件運(yùn)輸和組裝階段的信息化技術(shù)運(yùn)用,降低合格預(yù)制部件在運(yùn)輸和組裝階段的損壞率,同時(shí)通過(guò)信息化管理控制預(yù)制部件在各個(gè)作業(yè)空間的合理調(diào)度。

      對(duì)各階段結(jié)果分析如下:

      (1)預(yù)制部件運(yùn)輸階段,預(yù)制部件廠址和路線的選擇及優(yōu)化對(duì)預(yù)制部件運(yùn)輸成本影響較大,分別為0.89,0.71,因?yàn)檫\(yùn)輸預(yù)制部件體量較大,運(yùn)距較遠(yuǎn),城市對(duì)運(yùn)輸?shù)囊筝^高,所以應(yīng)充分考慮預(yù)制部件廠址的選擇和每一個(gè)項(xiàng)目中預(yù)制部件運(yùn)送的路線;

      (2)預(yù)制部件生產(chǎn)階段,預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化程度、機(jī)械使用成本對(duì)其影響較大,分別為0.86和0.76,目前裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展快速,但存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題,要加快預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)制定,形成國(guó)標(biāo)文件,充分利用預(yù)制部件的規(guī)模效應(yīng)來(lái)降低固定投入成本;

      (3)預(yù)制部件現(xiàn)場(chǎng)組裝階段吊裝機(jī)械和專(zhuān)業(yè)操作人員對(duì)成本影響較大,因?yàn)檠b配式建筑需要吊裝的預(yù)制部件多且難度大,同時(shí)對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高,控制這兩個(gè)關(guān)鍵因素能夠大幅度降低預(yù)制部件組裝成本;

      (4)結(jié)構(gòu)方程模型的結(jié)果表明各個(gè)信息技術(shù)都十分重要。裝配式建筑是模塊化建造方式,同時(shí)BIM、RFID等技術(shù)能夠?qū)δK進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化和監(jiān)控,所以前沿的信息技術(shù)能夠充分應(yīng)用于裝配式建筑,降低其成本。要加大信息硬件設(shè)施投入,加強(qiáng)與信息技術(shù)研發(fā)部門(mén)的合作,充分反映信息技術(shù)需求和現(xiàn)實(shí)存在問(wèn)題,以便于對(duì)技術(shù)、設(shè)施更新。

      4 結(jié) 論

      本文運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型考慮預(yù)制部件三個(gè)作業(yè)空間的不同維度以及信息化技術(shù)運(yùn)用間的相互關(guān)聯(lián)、耦合,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析得出如下結(jié)論:

      (1)基于結(jié)構(gòu)方程模型的裝配式建筑建造成本分析,表明預(yù)制部件的信息技術(shù)運(yùn)用和運(yùn)輸對(duì)裝配式建筑建造成本影響最大,預(yù)制部件生產(chǎn)及組裝相對(duì)較小;

      (2)模型中因子分子系統(tǒng)反映預(yù)制部件各階段關(guān)聯(lián),預(yù)制部件生產(chǎn)成本對(duì)運(yùn)輸、組裝成本呈正向影響以及信息技術(shù)運(yùn)用對(duì)三個(gè)階段有顯著影響。

      (3)模型標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)表明預(yù)制部件廠的選址、路線的選擇及優(yōu)化、預(yù)制部件標(biāo)準(zhǔn)化程度、機(jī)械使用成本、吊裝機(jī)械和專(zhuān)業(yè)操作人員是最終直接影響裝配式建筑建造成本的關(guān)鍵因素。

      研究基于已掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行路徑影響假設(shè),但模型需投入到實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證,所以在以后研究中將深入一線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步調(diào)研,運(yùn)用大數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行完善。

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