趙青悅，笪可寧，洪競科

（1.沈陽建筑大學(xué) 管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110168，E-mail：zqy2401@163.com；2.沈陽化工大學(xué) 人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽 110142；3.重慶大學(xué) 管理科學(xué)與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶 400044）

裝配式建筑與可持續(xù)發(fā)展的緊密聯(lián)系引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，代表了建筑行業(yè)應(yīng)對(duì)嚴(yán)重環(huán)境污染和社會(huì)資源短缺的新方向和新途徑[1]。裝配式建筑介于制造業(yè)與傳統(tǒng)建筑業(yè)之間，相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)場澆筑混凝土建筑，裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件采用工廠化的制造方式，其更加重視供應(yīng)鏈的作用，建筑企業(yè)之間的競爭也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣?yīng)鏈與供應(yīng)鏈之間的競爭。裝配式建筑供應(yīng)鏈?zhǔn)茄b配式建筑訂購、生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配的全過程，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和競爭力、實(shí)現(xiàn)成本和進(jìn)度控制具有重要作用[2]。但目前，裝配式建筑仍沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸及吊裝等節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，且供應(yīng)鏈上設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸及裝配等節(jié)點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣，供應(yīng)鏈上信息傳遞使得每個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差堆積，不確定性因素相較于傳統(tǒng)建筑更為顯著，導(dǎo)致供應(yīng)鏈上節(jié)點(diǎn)角色所造成的返工問題層出不窮[3]。而脆弱性作為影響供應(yīng)鏈系統(tǒng)的重要內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素，其對(duì)裝配式建筑項(xiàng)目整體的影響是一個(gè)系統(tǒng)的、動(dòng)態(tài)的過程。

國內(nèi)外學(xué)者們對(duì)于傳統(tǒng)建筑業(yè)的返工行為研究較為全面，如Peter等[4]分析了返工因果關(guān)系的特征并通過制定可行策略來減少甚至遏制返工行為。Bon-Gang等[5]首次嘗試使用實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)來衡量實(shí)施BIM對(duì)于建筑項(xiàng)目返工的影響，發(fā)現(xiàn)實(shí)施BIM對(duì)減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和供應(yīng)商遺漏引起的返工有重大影響。隨著裝配式建筑越來越普及，裝配式建筑返工方面的研究也在逐漸增多且深入，其研究內(nèi)容集中于返工與安全[6]、返工與成本[7]、返工與施工進(jìn)度[8]之間的關(guān)系，研究方法主要是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[9]、蒙特·卡羅方法[10]等。但是研究視角多從供應(yīng)鏈上單個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，相較于項(xiàng)目全生命周期來說過于片段化，孤立地研究某一個(gè)節(jié)點(diǎn)難以有效解決實(shí)際建設(shè)過程中的問題。脆弱性理論起源于對(duì)自然災(zāi)害的研究，覆蓋建筑工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)、公共健康等領(lǐng)域[11]。在此基礎(chǔ)上，SvenssonG[12]首次提出了供應(yīng)鏈脆弱性，認(rèn)為供應(yīng)鏈外部環(huán)境動(dòng)態(tài)性及內(nèi)部復(fù)雜性極易引發(fā)供應(yīng)鏈脆弱性，隨后中國研究者們開啟了對(duì)國內(nèi)供應(yīng)鏈脆弱性的研究，從供應(yīng)鏈脆弱性研究方法來看，當(dāng)前學(xué)者們已分別采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[13]、模糊層次分析法[14]、結(jié)構(gòu)方程模型[15]方法探索并識(shí)別分析影響供應(yīng)鏈脆弱性的脆弱因子；從供應(yīng)鏈脆弱性應(yīng)對(duì)措施來看，學(xué)者們提出了降低供應(yīng)鏈脆弱性的概念模型，并利用相應(yīng)的樣本對(duì)供應(yīng)鏈模型進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)[16]。綜上，研究裝配式建筑返工行為和預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)鏈的脆弱性的相關(guān)問題也是必不可少的。追溯相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，羅聰?shù)萚17]在對(duì)建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性仿真分析中用的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為本文提供了新的研究思路。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是從系統(tǒng)的視角解決問題，并增加對(duì)復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)的理解，現(xiàn)已在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用與深入研究，產(chǎn)生了一系列具有重要理論價(jià)值和應(yīng)用前景的研究成果。因此，本文從供應(yīng)鏈脆弱性視角出發(fā)，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行返工行為影響因素仿真分析，從理論上探析影響裝配式建筑返工行為為政府部門制定相關(guān)政策和企業(yè)的戰(zhàn)略決策提供理論依據(jù)。

1 供應(yīng)鏈脆弱性視角下返工行為特征要素分析

20世紀(jì)末以后關(guān)于脆弱性的研究越來越多，國內(nèi)外的學(xué)者們也主要從暴露度、敏感度和適應(yīng)度 3個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)的脆弱性進(jìn)行總結(jié)，具體如表1所示。

表1 脆弱性研究維度文獻(xiàn)分析表

基于脆弱性研究維度文獻(xiàn)分析表，綜合對(duì)裝配式建筑返工行為和供應(yīng)鏈脆弱性的研究成果，以對(duì)返工行為產(chǎn)生實(shí)際影響為識(shí)別原則，將具有相同涵義的影響因素進(jìn)行整合，最終識(shí)別出供應(yīng)鏈脆弱性的特征要素包括暴露度、敏感度和適應(yīng)度及裝配式建筑返工行為，如表2所示。

表2 供應(yīng)鏈脆弱性視角下返工行為特征要素分析

2 供應(yīng)鏈脆弱性視角下裝配式建筑返工行為的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SystemDynamics，SD）與基于大量歷史數(shù)據(jù)的決策理論相比，有僅基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就能預(yù)測(cè)趨勢(shì)的優(yōu)勢(shì)[23]，其所包含的因果關(guān)系、系統(tǒng)反饋等特征適用于分析本文所研究的裝配式建筑供應(yīng)鏈脆弱性與返工行為的關(guān)系。

2.1 模型構(gòu)建

為了更清晰地反映各個(gè)影響因素的變化對(duì)返工行為的影響，形成基于供應(yīng)鏈脆弱性的裝配式建筑返工行為因果關(guān)系圖（見圖1（a））和流量存量圖（見圖1（b）），運(yùn)用VensimPLE軟件對(duì)敏感度、暴露度、適應(yīng)度、設(shè)計(jì)質(zhì)量、生產(chǎn)質(zhì)量、運(yùn)輸狀態(tài)、建造質(zhì)量、政府支持力度以及返工行為9個(gè)子系統(tǒng)，共 37個(gè)影響因素進(jìn)行整合分析，揭示供應(yīng)鏈脆弱性與返工行為中存在的反饋?zhàn)饔脵C(jī)制。

圖1 供應(yīng)鏈脆弱性視角下裝配式建筑返工行為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

該模型中共包含 47個(gè)變量，其中狀態(tài)變量 9個(gè)，速率變量10個(gè)，輔助變量19個(gè)，常量9個(gè)，如表3所示。

2.2 模型檢驗(yàn)

（1）運(yùn)行檢驗(yàn)。運(yùn)用VensimPLE軟件中的“模型檢驗(yàn)”功能對(duì)供應(yīng)鏈脆弱性視角下裝配式建筑返工行模型進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明該模型合格。

（2）適用性檢驗(yàn)。選擇預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程成品保護(hù)率這一影響因素進(jìn)行調(diào)整，觀察其數(shù)據(jù)變化與運(yùn)輸狀態(tài)的關(guān)系（見圖2）。預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程中成品保護(hù)率較高時(shí)，運(yùn)輸狀態(tài)較好；反之運(yùn)輸狀態(tài)較差，表明預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸過程中成品保護(hù)率變化趨勢(shì)與運(yùn)輸狀態(tài)變化趨勢(shì)相同。由此證明構(gòu)建的模型能展現(xiàn)裝配式建筑返工行為與供應(yīng)鏈脆弱性的關(guān)系，具有可用性。

圖2 模型檢驗(yàn)

3 仿真分析

以河南省鄭州市某裝配式建筑施工項(xiàng)目作為研究對(duì)象，項(xiàng)目開始于2017年，竣工于2019年，建筑面積為76440m2，具體參數(shù)如表4所示，其余變量通過問卷調(diào)查和實(shí)地調(diào)研獲取，考慮到裝配式建筑返工行為的數(shù)據(jù)采集條件尚未具備，故選取王國娟等[24]的方法利用 Matlab軟件生成隨機(jī)數(shù)進(jìn)行仿真模擬，分析供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)與裝配式建筑返工行為的關(guān)系及其變化趨勢(shì)。

表4 仿真案例系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)表

3.1 單個(gè)因素仿真分析

仿真模擬分析單位設(shè)置為 1個(gè)月，共進(jìn)行 10個(gè)月。通過對(duì)模型中所含的常量構(gòu)配件模塊化程度、信息溝通積極程度、構(gòu)件出廠控制、BIM協(xié)同平臺(tái)使用情況和構(gòu)件運(yùn)輸過程成品保護(hù)情況中的一個(gè)進(jìn)行調(diào)整，分別調(diào)整為較高、中等和較低3種情況，期間不對(duì)其他變量做出調(diào)整，如圖3所示。

圖3 單影響因素返工行為仿真分析

（1）構(gòu)配件模塊化程度影響分析。裝配式建筑構(gòu)配件的設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)也是核心，裝配式建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及施工期方案變更等設(shè)計(jì)任務(wù)由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)。仿真結(jié)果如圖3（a）所示，發(fā)現(xiàn)返工行為量隨著構(gòu)配件模塊化程度的降低而提高，一旦構(gòu)件設(shè)計(jì)與工廠生產(chǎn)被割裂為兩個(gè)獨(dú)立部分，沒有統(tǒng)一的構(gòu)件參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致返工行為增多。

（2）信息溝通積極程度影響分析。供應(yīng)鏈上各個(gè)節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間及建筑師和工程師之間的積極溝通意向，對(duì)于裝配式建筑構(gòu)配件的設(shè)計(jì)、材料的選擇等及現(xiàn)場的裝配都有著不同程度的影響，仿真結(jié)果如圖3（b）所示，發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)不足會(huì)導(dǎo)致后續(xù)階段的重復(fù)和返工，總體的趨勢(shì)為越缺乏信息的溝通，對(duì)于項(xiàng)目的返工行為影響越大。

（3）構(gòu)件出廠控制影響分析。構(gòu)件出廠控制是構(gòu)件在工廠批量生產(chǎn)質(zhì)量控制的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，仿真結(jié)果如圖3（c）所示，構(gòu)件出廠質(zhì)量驗(yàn)收程度較低的情況下，將導(dǎo)致存在質(zhì)量問題的構(gòu)件成為漏網(wǎng)之魚進(jìn)入施工現(xiàn)場，增加了返工風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，僅僅依靠各項(xiàng)檢測(cè)過于被動(dòng)，拖的時(shí)間越久，隨之而產(chǎn)生的返工量就會(huì)越大。

（4）BIM 協(xié)同平臺(tái)使用情況。裝配式建筑相對(duì)于傳統(tǒng)建筑來說所需的工人數(shù)量有所減少，但是各參與方配合施工方進(jìn)行全壽命周期的全面質(zhì)量管理，做到協(xié)同管理作業(yè)仍有難度。仿真結(jié)果如圖3（d）所示，當(dāng)供應(yīng)鏈上的暴露度和敏感度達(dá)到返工點(diǎn)時(shí)，返工行為已經(jīng)必然發(fā)生。協(xié)同程度越低，信息共享程度也就越低，處理問題的效率也會(huì)隨之降低，返工工程量則會(huì)隨著低效率的返工而增加。

（5）運(yùn)輸過程成品保護(hù)情況影響分析。預(yù)制構(gòu)配件在工廠質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，將進(jìn)行構(gòu)件運(yùn)輸。在運(yùn)輸之前，對(duì)所選取路段的前期路況調(diào)查的全面性、車輛選擇的合適度和構(gòu)件堆放加固措施的完善度等都對(duì)構(gòu)配件的質(zhì)量有著巨大影響。仿真結(jié)果如圖3（e）所示，一旦構(gòu)件在運(yùn)輸途中出現(xiàn)了問題就會(huì)將構(gòu)件進(jìn)行返廠處理，增加項(xiàng)目返工量。

3.2 綜合情景仿真分析

供應(yīng)鏈系統(tǒng)受到來自內(nèi)外部各種干擾因素的影響，其關(guān)聯(lián)性致使整個(gè)項(xiàng)目變得脆弱，單一因素的賦值調(diào)整研究對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目來說有些片面。本文設(shè)定了3種綜合情景模擬：供應(yīng)鏈的全面信息化、工業(yè)化智能制造生產(chǎn)線、加強(qiáng)供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)角色之間的溝通交流，如圖4所示。

（1）供應(yīng)鏈的全面信息化。裝配式建筑的核心是“集成”，信息化的供應(yīng)鏈系統(tǒng)是“集成”的主線。因此，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的信息化使得BIM等信息化平臺(tái)的應(yīng)用率提高了 20%、50%、80%，仿真結(jié)果如圖4（a）所示。當(dāng)供應(yīng)鏈信息化覆蓋率提高之后，通過BIM技術(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，構(gòu)配件設(shè)計(jì)模塊化程度和施工現(xiàn)場的管理有效性隨之提升。隨著預(yù)制構(gòu)件應(yīng)落實(shí)信息全面電子化，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題就可以通過電子信息得到構(gòu)件相應(yīng)參數(shù)和廠家信息等，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量責(zé)任可追根溯源。

圖4 綜合情景返工行為仿真分析

（2）工業(yè)化智能制造生產(chǎn)線。分別將工業(yè)化程度提升20%、50%、80%，對(duì)這3種情景進(jìn)行仿真模擬如圖4（b）所示，結(jié)果表明當(dāng)構(gòu)配件模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化水平提高時(shí)，構(gòu)件與構(gòu)件之間或者構(gòu)件與主體之間的連接水平隨之提高，返工行為隨之減少。隨著勞動(dòng)力成本的增加、可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)要求的提高，構(gòu)建設(shè)計(jì)、工廠生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝整個(gè)項(xiàng)目全過程管理更為可控，同時(shí)構(gòu)配件質(zhì)量更優(yōu)，建筑質(zhì)量更容易保證。

（3）供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)間溝通交流積極有效。已有研究表明部分返工行為是人為因素所導(dǎo)致的[25]，例如設(shè)計(jì)師與業(yè)主溝通中的錯(cuò)誤理解，這類錯(cuò)誤往往被視為個(gè)人績效不佳的衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文模擬了供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)角色之間的溝通交流情況，仿真結(jié)果如圖4（c）所示。信息交流與溝通貫穿于項(xiàng)目的整個(gè)建設(shè)過程，不僅僅是節(jié)點(diǎn)企業(yè)內(nèi)部交流，更重要的是節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間的交流和知識(shí)共享。當(dāng)供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)角色之間的溝通交流積極有效，各個(gè)節(jié)點(diǎn)角色之間建立了可見的聯(lián)系，有助于提高對(duì)關(guān)鍵工程工序的理解，返工行為大幅度減少。

4 預(yù)防策略

本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，研究了裝配式建筑供應(yīng)鏈脆弱性產(chǎn)生機(jī)制，對(duì)于采取有效防范措施保證是施工效率、成本及質(zhì)量具有重要意義。通過上述的模擬仿真分析，為了切實(shí)提升供應(yīng)鏈協(xié)同能力，提出以下供應(yīng)鏈脆弱性防范對(duì)策：

（1）基于單一因素仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，每一種影響因素對(duì)于裝配式建筑返工行為的影響程度各不相同，其中BIM協(xié)同平臺(tái)使用情況中較低的使用率和較高的使用率之間變化幅度較大，因此，利用BIM云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)適時(shí)、全球化、數(shù)字化的管理是有效減少返工行為及返工工程量的必要對(duì)策。通過信息協(xié)同平臺(tái)使得裝配式建筑供應(yīng)鏈上各參與方能夠?qū)崿F(xiàn)工作任務(wù)的模擬、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的共享，并且切實(shí)提高工作的協(xié)同性，進(jìn)而更好更快地完成項(xiàng)目目標(biāo)。

（2）根據(jù)綜合情景仿真分析，從供應(yīng)鏈整體出發(fā)，結(jié)合其各個(gè)節(jié)點(diǎn)角色之間關(guān)聯(lián)性的特征可知，工業(yè)化智能制造生產(chǎn)線對(duì)于返工行為有著較大幅度的影響。同時(shí)，裝配式建筑的典型特征就是其采用標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制構(gòu)件或部品部件，可以通過形成工業(yè)化智能制造模式，全面革新裝配式建筑構(gòu)配件生產(chǎn)方式，最終達(dá)到更為精準(zhǔn)、工業(yè)化程度更高的建筑工程。

（3）從供應(yīng)鏈脆弱性視角下裝配式建筑返工行為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可知，各個(gè)因素造成的影響在時(shí)間的作用下逐漸暴露。因此，在需求或設(shè)計(jì)階段就要盡早發(fā)現(xiàn)并解決，降低錯(cuò)誤整改的成本，防止產(chǎn)生重大后果。

5 結(jié)語

本文從裝配式建筑構(gòu)配件供應(yīng)鏈的脆弱性視角出發(fā)，以脆弱性中暴露度、敏感度和適應(yīng)度3個(gè)特征指標(biāo)為切入點(diǎn)，通過建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析供應(yīng)鏈脆弱性與返工行為的內(nèi)在聯(lián)系。采用單變量控制法，調(diào)整設(shè)計(jì)質(zhì)量、信息溝通積極程度、構(gòu)件出廠控制、構(gòu)配件運(yùn)輸成品保護(hù)情況及BIM協(xié)同平臺(tái)使用情況單個(gè)影響因素，分析其對(duì)返工行為的影響程度；此外，通過設(shè)定綜合情景進(jìn)行返工行為分析，發(fā)現(xiàn)工業(yè)化智能制造生產(chǎn)線對(duì)于返工行為有著較大幅度的影響。

盡管本文實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)，但這項(xiàng)研究仍存在一些局限性，由于國內(nèi)關(guān)于返工的研究非常少，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中所包含的影響因素可能并不詳盡。因此，希望將這些數(shù)據(jù)與其他來源進(jìn)行交叉驗(yàn)證，進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以建立裝配式建筑全壽命周期的返工行為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，檢查返工來源之間的相互作用，促進(jìn)建筑工業(yè)化事業(yè)的蓬勃發(fā)展。