基于DEMATEL-ISM的綠色建筑成本控制影響因素

王連月, 曲曉偉, 李丁丁, 曲榮榮

(青島理工大學 管理工程學院, 山東 青島 266520)

建筑業(yè)的飛速發(fā)展改善了生活環(huán)境,但施工過程中過度的能源消耗和污染問題不僅加重了人們的經濟負擔,而且對環(huán)境也產生巨大的影響.據統(tǒng)計,人類從自然界獲得的50%的原材料被用于建筑設施的建設,人類生產活動產生的垃圾中有40%為建筑垃圾[1].根據2018年中國建筑能耗研究報告統(tǒng)計,我國建筑在能耗數(shù)據量化方面存在明顯的缺陷,2016年我國建筑總能耗為8.99億t標準煤,占全國能源消耗總量的20.62%,建筑總能耗呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢.建筑二氧化碳排放量達到19.6億t[2],鋼材的消耗量占全國用鋼量的60.4%.綠色建筑是建筑業(yè)發(fā)展的必然選擇.

Ulubeyli等[3]通過PESTLE(政治、經濟、社會、技術、法律和環(huán)境)框架,提出了以模糊綜合評價為中心的綠色建筑宏觀環(huán)境評價的模糊模型,結果表明整體宏觀條件對綠色建筑的影響從中到高,其中技術因素是最有效的群體,其次分別為環(huán)境、經濟、法律、政治和社會因素.Ruan等[4]找出了47個影響綠色建筑成本的因素,通過建立模糊因素分析模型,計算模型中的模糊特征值、模糊相關系數(shù)和因子負荷矩陣,提取出8個公共因子,即居住特征因子、社會期望因子、經驗與能力因子、技術與物質因素、政策因子、意識因子、參與者關系因素和項目資金因素,結果發(fā)現(xiàn),技術與物質因素影響最大.馬曉國[5]通過實物期權法識別、計量和評價綠色建筑增量成本效益,對比增量現(xiàn)金流與增量費用流,提出政府應采取相應的稅收激勵政策來促進綠色建筑的推廣.曹申等[6]通過綠色建筑項目全生命周期成本分析模型剖析各要素的影響,得出延長機械設備的使用壽命、控制管理的成本都能有效實現(xiàn)成本控制.何向彤[7]利用主成分分析法分析了24個與綠色建筑成本控制有關聯(lián)的因素,并通過蒙特卡洛模擬和模糊識別法構造綠色建筑成本估算模型.薛凡等[8]采用半結構問卷來收集影響綠色建筑增量成本的各因素數(shù)據,構建影響因素體系,得出項目理念、節(jié)能、室內環(huán)境、相關政策為重要的影響因素.

目前對于綠色建筑方面的研究多集中于全生命周期成本效益上[9],對成本控制影響因素的研究較少,且研究方法局限于主成分分析法、支持向量機、作業(yè)成本法等,方法單一,在科學嚴謹性、應用可行性方面存在很多的問題.本文借助DEMATEL和ISM各自的優(yōu)勢來構建模型,篩選出影響綠色建筑成本的關鍵因素并得到因素間的相互關系,期望為綠色建筑的成本控制工作提供積極的策略.

1 綠色建筑成本控制影響因素

綠色建筑成本受項目全生命周期行為、項目內外環(huán)境等多方面的影響[10].由于條件限制,不能總結所有學者們的看法,本文采用關鍵詞頻次總結法,分析相關文獻102篇,選取了頻次不低于6次的關鍵詞,組成20個綠色建筑成本控制的影響因素,如表1所示.

表1 綠色建筑成本控制影響因素及頻數(shù)Table 1 Influencing factors of green building cost control and their freguencies

2 計算與分析

2.1 模型簡介

決策實驗室分析法(DEMATEL)專門用于分析復雜要素之間的影響關系[11],通過運用圖論與矩陣進行系統(tǒng)要素分析[12],構建直接影響矩陣,計算要素之間的影響度與被影響度、中心度與原因度,能夠減少系統(tǒng)要素的構成,簡化要素之間的關聯(lián),但難以分析大的復雜系統(tǒng).

解釋結構模型(ISM)中系統(tǒng)可以被劃分成不同的模塊,通過建立可達矩陣整理出各要素的多層遞階結構圖,結合MATLAB,能對影響因素之間的相互關系以及因素對系統(tǒng)的影響進行處理[13],適用于關系復雜且變量多的系統(tǒng)分析,但無法知道要素的影響大小.

將2種方法結合,實現(xiàn)互補,既能將復雜系統(tǒng)的層次進行清楚地劃分,又能夠篩選出關鍵的影響因素,提高效率及可行性.

2.2 數(shù)據分析

2.2.1 直接影響矩陣的確定

基于表1中20 個影響因素編制問卷,進行調查統(tǒng)計.其中受調研對象包括建設單位10人,設計單位8人,施工單位12人,監(jiān)理單位5人,高校研究綠色建筑相關領域的教師10人.根據算數(shù)平均法計算,對計算結果進行四舍五入,得到直接影響矩陣Bd.aij=0、1、2、3,依次表示影響程度為無影響、弱相關、中等相關、強相關.

2.2.2 計算各因素的影響度Tp與被影響度Tq

將Bd中各個因素除以行和的最大值即可得到規(guī)范化直接影響矩陣B,見式(1).運用式(2)求出綜合影響矩陣T,依據矩陣T中的值tij確定各個影響因素的影響度Tp和被影響度Tq,其中tij表示因素i和j的間接影響關系[14].

2.2.3 計算各因素的中心度與原因度

因素Ai所對應的行和與列和相加即為Ai的中心度Ti,二者相減即為其原因度Ri,見式(5)、式(6).中心度數(shù)值的大小反映了該因素對其他因素的影響程度.原因度為正值表明該因素對其余因素的影響大于反向的影響;原因度為負值,則為結果因素,表明該因素對其他因素的影響小于反向的影響,結果見表2.

原因度大于0,即為原因因素,原因度小于0則為結果因素,因此由表2可知,影響綠色建筑成本控制的因素中A4,A8,A10,A3, A9,A12,A2,A5為原因因素,A1,A6,A7,A11,A13,A14,A16,A15,A17,A18,A19,A20為結果因素.

表2 綠色建筑成本控制影響因素的DEMATEL參數(shù)Table 2 DEMATEL parameters of influencing factors of green building cost control

2.2.4 關鍵因素的選定

原因度體現(xiàn)了各個因素之間的相關程度,原因度越大表明它對其他因素的影響程度越大,原因因素為影響系統(tǒng)的關鍵因素,因此可選取A4,A8, A10, A3, A9, A12, A2, A5為關鍵因素.

中心度可以判斷影響因素的重要性,表2中因素的中心度由大到小依次為A6, A9, A1, A2, A3, A7, A5, A19, A10, A11, A8, A16, A14, A15, A18, A13, A17, A20, A4, A12.中心度越大表明該因素越重要,通過圖 1能夠清晰看出中心度的變化幅度,直觀地看出各因素之間的差別,據此選取中心度大于7的因素A6, A9, A1, A2, A3, A7, A5, A19, A10, A11, A8為關鍵因素.

圖1 影響因素中心度與原因度曲線Fig.1 Curve of influence factor centrality and cause degree

將由原因度和中心度篩選出的關鍵因素合并即為最終的關鍵影響因素,包括A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, A10, A11, A12, A19.整合關鍵因素得出關鍵因素矩陣H.

2.2.5 建立鄰接矩陣

將DEMATEL中的直接影響矩陣轉化成ISM方法中的鄰接矩陣W,矩陣中的aij表示Ai到Aj的影響關系,將大于等于3的因素設為1,小于3的因素設為0,以此來簡化系統(tǒng)關系結構.

2.2.6 建立可達矩陣

通過布爾代數(shù)計算規(guī)則求得可達矩陣M[15].

2.2.7 區(qū)域及級位劃分

以M為基礎,將影響因素分成可達集R(Ai)、先行集O(Ai)和交集N(Ai).R(Ai)表示Ai可以對其他因素產生影響.O(Ai)表示其余因素對Ai產生影響.結果見表3與表4.

表3 區(qū)域劃分Table 3 Regional division

當R(Ai)∩O(Ai)=R(Ai),可得矩陣的最高級因素集L1,即從其他因素可以達到該影響因素,而從該影響因素無法到達其他因素.按照式(7)從原來的M中刪掉L1中影響因素對應的行與列,對得到的新的矩陣進行同樣操作,找到新矩陣中的最高級影響因素集L2,以此類推,將影響因素劃分到不同的級別當中.

2.2.8 骨架矩陣

1) 初級骨架矩陣.

處于同級別區(qū)域相互影響的因素在可達矩陣中相應的行值與列值完全相同,具有相同的關系,可以相互替換,只需保留一個因素作為代表.因此,根據表4,提取初級骨架矩陣時各級別因素只選取一個來縮減矩陣,得初級骨架矩陣M1.

表4 級位劃分Table 4 Rank division

2) 二次簡化矩陣.

下一級只對上一級有影響,因此對跨級產生影響的因素將其由1改為0,構建新矩陣M2.

3) 最終矩陣.

將二次簡化得到的矩陣減去單位矩陣,即可得到最終可達矩陣M3.

2.2.9 得出多級遞階圖

在得到的最終矩陣中,0表示因素無聯(lián)系,1代表因素間有影響,由此得出的綠色建筑成本控制影響因素之間的影響關系見圖2.

圖2 綠色建筑成本控制影響因素多級遞階圖Fig.2 Multi level hierarchical chart of influencing factors of green building cost control

2.2.10 模型結果分析

通過DEMATEL-ISM模型得到綠色建筑成本控制影響因素多級遞階圖,分析如下.

1) 綠色建筑成本控制影響因素分為2個級別,施工技術、材料成本、施工水準、廢料再利用為一級影響因素,為最直接影響因素;其余因素為二級影響因素;其內部會相互影響,且會影響一級影響因素.

2) 政策法規(guī)處于最底層,中心度為4.81,為基礎性因素,表明政策法規(guī)是制約我國綠色建筑發(fā)展的最根本因素.政府應不斷補充綠色建筑評價標準,為綠色建筑各項技術的開發(fā)提供資金支持.

3) 處于最頂層的影響因素包括施工技術、材料成本、施工水準以及廢料再利用,原因度均為負值,為結果因素,容易受到其他影響因素的影響,其中材料成本的中心度為最高值8.84,表明其受其他因素的影響最大,是綠色建筑成本控制過程中最重要、需首要考慮的因素,因此在施工過程中需格外重視.綠色施工技術需要在綠色建筑設計、施工以及后期的維護階段都將環(huán)境問題考慮其中,在施工階段會涉及到節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)能等對成本有較大影響的環(huán)節(jié),需將施工資源達到最大利用程度,但若盲目使用價格高卻不合適的技術,就會導致成本的大幅度增加.達到標準化技術的創(chuàng)新對施工效率及成本管理有很大的促進作用.對廢棄物進行加工改造,在拆除階段,木材、混凝土、鋼筋等均可以回收用于其他項目,不僅能夠變廢為寶,節(jié)約成本,還能減少其對環(huán)境的污染.

4) 位于頂層與底層之間的為間接影響因素,其中可行性研究為結果影響因素,成本控制意識、成本管理水平、設計方案、綠色建筑標準、地域因素、項目定位、客戶的環(huán)保覺悟均為原因因素.項目的定位不同,成本的增加量會有很大的變化.可行性研究以及設計方案體現(xiàn)了通過合理的預測與分析來選擇最佳的建設方案,減少后期變更所導致的成本的增加,使施工過程能夠按計劃進行.在建設項目投資決策前,需對建設地區(qū)水質、地形、氣候狀況、自然資源、法律法規(guī)等進行充分的調研,對經濟效益、投資狀況、技術條件、成本效益等進行合理的預測與分析.成本控制意識和成本管理水平體現(xiàn)了管理者在綠色建筑成本控制過程中的主導作用.綠色建筑標準是建設單位進行項目建設的參考,在綠色建筑全壽命周期過程中,工作人員可依據相應的規(guī)范采取不同的應對措施促進項目的實施.客戶的環(huán)保覺悟體現(xiàn)了消費者在環(huán)保節(jié)能方面的收益,與普通建筑相比,綠色建筑在能源費用方面占有很大的優(yōu)勢,且舒適度更強,綠色建筑需求量的提高會促進建設單位對綠色建筑的開發(fā),建設單位通過控制成本,降低費用,從而獲得最大利益.

5) 間接影響因素通過直接因素影響綠色建筑的成本控制,客戶的環(huán)保覺悟對地域因素和項目定位均有影響,第二、三、四層因素對綠色建筑成本控制的影響路徑有 2條,其中第1條路線為地域因素和項目定位影響綠色建筑標準,進而影響成本控制意識、成本管理水平和設計方案,再經由首層直接影響因素作用于綠色建筑成本控制;第2條作用路徑為項目定位和地域因素共同影響綠色建筑投資決策階段的可行性研究,進而影響成本控制意識、成本管理水平和設計方案,通過表層因素直接影響綠色建筑的成本控制.

6)頂層的直接影響因素之間關系復雜,一旦其中某一因素沒有得到較好的控制,會在其余因素間迅速互相傳遞,因此通過對頂層的關鍵影響因素進行合理的控制是控制綠色建筑成本的關鍵.

3 結 論

通過DEMATEL對20項影響因素進行排序,篩選出主要影響因素包括:施工技術、成本控制意識、材料成本,成本管理水平、政策法規(guī)、設計方案、地域因素、項目定位、綠色建筑標準、可行性研究、施工水準、客戶的環(huán)保覺悟、廢料再利用.

在此基礎上利用ISM模型得出綠色建筑成本控制影響因素多級遞階圖,將影響因素劃分為5個層次,并將影響因素依據其對綠色建筑成本控制的影響程度劃分為2個級別.通過分析可以得知政策法規(guī)為影響綠色建筑成本控制的最本質的影響因素,會對其他因素產生直接或間接的影響.綠色建筑標準與可行性研究是較深層次的影響因素.成本控制意識、成本管理水平、設計方案既會受到綠色建筑標準與可行性研究的影響,又會影響施工技術、材料成本、施工水準和廢料再利用.施工技術、材料成本、施工水準和廢料再利用為直接影響因素,對成本產生直接影響,因素之間也會產生相互影響.