孫 洋 龔志起

(青海大學土木工程學院 西寧 810016)

0 引言

裝配式構(gòu)件的供給市場與需求市場達到供需平衡是裝配式產(chǎn)業(yè)鏈的理想狀態(tài)。裝配式建筑具有能夠縮短工期、降低能耗、提高構(gòu)件質(zhì)量和產(chǎn)生較少的建筑垃圾等眾多優(yōu)點,在全面推進生態(tài)文明建設(shè)、加快推進新型城鎮(zhèn)化的進程中,裝配式建筑的發(fā)展意義重大。發(fā)展裝配式建筑是住房和城鄉(xiāng)建設(shè)行業(yè)落實綠色高質(zhì)量發(fā)展要求的重要舉措之一,各地在發(fā)展裝配式建筑過程中,要以高品質(zhì)、高質(zhì)量為發(fā)展目標,要以提質(zhì)增效為核心,要通過發(fā)展新型建造方式,促進建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

據(jù)研究統(tǒng)計,2021年全國新開工裝配式建筑面積達7.4×108m2,較2020年增長18%,我國裝配式產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛速。以西寧市為例,2017年青海省政府印發(fā)了《關(guān)于推進裝配式建筑發(fā)展的實施意見》,提出了全省的裝配式產(chǎn)業(yè)工作目標,提出優(yōu)先推廣在西寧市、海東市為裝配式建筑產(chǎn)業(yè),以裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑為主。過去5a中,西寧市累計新開工裝配式建筑面積達1.556×106m2,僅2019年新開工裝配式建筑面積占新開工建筑面積的7.27%[1],取得了一定的成果。但由于青海省裝配式建筑仍處于起步階段,相較東部地區(qū),在裝配式建筑推進的過程仍顯較慢,青海省地區(qū)裝配式產(chǎn)業(yè)極度缺乏。

在國家政策的大力推進下,各地積極響應(yīng)國家政策的同時,也存在沒有科學合理地對裝配式構(gòu)件市場需求進行規(guī)劃,一些地區(qū)甚至出現(xiàn)了供不應(yīng)求或產(chǎn)能過剩、資源浪費等情況,嚴重影響裝配式產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？茖W預(yù)測裝配式構(gòu)件需求量對于西寧市在未來合理布局和調(diào)控裝配式構(gòu)件廠規(guī)模意義重大,因此,建立合理的預(yù)制建筑構(gòu)件需求量預(yù)測模型尤為重要,是有效推進裝配式產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)關(guān)于裝配式構(gòu)件需求的研究較少,相關(guān)研究方法有時間序列法、灰色預(yù)測法、多元回歸預(yù)測法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[2-5],每種方法都有各自的適用的條件和應(yīng)用范圍。有學者根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗指導和歷史數(shù)據(jù)推演相結(jié)合進行預(yù)測分析,建立經(jīng)驗公式和對已有的公式進行預(yù)測[6-7],該方法能夠?qū)唧w區(qū)域的建筑總量進行分析。而經(jīng)驗公式法具有理論基礎(chǔ)不強、可靠性差等缺點,因此,引入其他算法進行適當?shù)慕M合模擬可以進一步彌補其不足,提高模型預(yù)測精度[8]。

以西寧市為例,采用經(jīng)驗公式和灰色預(yù)測結(jié)合方法對裝配式構(gòu)件需求進行預(yù)測,對經(jīng)驗公式自變量原始數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換調(diào)整,對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行灰色預(yù)測,然后基于經(jīng)驗公式計算進而得到最終預(yù)測數(shù)據(jù),為政府部門制定相關(guān)政策提供數(shù)據(jù)參考。

1 模型構(gòu)建

1.1 經(jīng)驗公式預(yù)測裝配式構(gòu)件需求

1.2 灰色預(yù)測模型GM(1,1)

灰色預(yù)測GM(1,1)模型結(jié)果的表達具有單調(diào)性,適合處理非負單調(diào)光滑數(shù)據(jù),且需數(shù)據(jù)較少,預(yù)測精度較高。但對于具有振蕩性的無序數(shù)據(jù)時,其預(yù)測結(jié)果不好,有學者引入加速變化和緩沖算子對原始序列進行優(yōu)化,使預(yù)測結(jié)果更加精確[9-10]。因此,在GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上,將原始序列進行加速變換和加權(quán)平均處理,再對得到序列建立GM(1,1)模型進行預(yù)測[11]。具體步驟如下:

(1)設(shè)隨機序列:

X=(x(1),x(2),x(3),…,x(n))

(1)

設(shè)M=max{x(k)1k=1,2,3…,n},m=min{x(k)1k=1,2,3,…,n},T=M-m為隨機序列X的最大振幅

(2)設(shè)x(k)d1=x(k)+(k-1)T,k=1,2,…,n,為加速平移變換調(diào)整,即:

x(k)D1={x(1)d1,…,x(2)d1,…,x(k)d1}

(2)

x(k)D2={x(1)d2,…,x(2)d2,…,x(k)d2}

(3)

調(diào)整后序列x(k)d2為單調(diào)增序列;

(4)設(shè)調(diào)整后序列x(k)為:

Y0={y(0)(1),y(0)(2),…,y(0)(n)}

(4)

建立GM(1,1)微分方程模型計算。一次累加成序列為:

Y(1)={y(1)(1),y(1)(2),…,y(1)(n)}

(5)

Y(1)為Y(0)的1-AOG序列

(6)

其中參數(shù)a,b由最小二乘法確定

a=(BTB)-1BTYn

(7)

(8)

則微分方程的響應(yīng)函數(shù)為:

(9)

遞減得:

(10)

還原得:

(11)

其中{x1(0)(k)}={x1(0)(1),x1(0)(2),…x1(0)(n)}一次還原值

進一步還原得

x2(0)(k+1)=x1(0)(k+1)-kT, k=2,3,…,n

(12)

其中{x2(0)(k)}={x2(0)(1),x2(0)(2),…x2(0)(n)}二次還原值,最終得到預(yù)測數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果對比及實例分析

2.1 西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展規(guī)模

近10a來房地產(chǎn)開發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛速,西寧市房地產(chǎn)市場目前出現(xiàn)庫存過多問題。在2018年西寧市房地產(chǎn)調(diào)控收緊以及去庫存化達到頂峰,2018年后全市房屋施工面積增速逐步放緩,以解決庫存過多為主要目的[12]。根據(jù)2016—2021年西寧市統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù),近期西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展情況如表1所示。由表可知西寧市近期新開工建筑面積的原始數(shù)據(jù)是一個振蕩數(shù)列,對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后進行灰色預(yù)測分析。

表1 近期西寧市的房地產(chǎn)發(fā)展情況

2.2 數(shù)據(jù)處理分析

運用灰色預(yù)測法對新開工建筑面積進行預(yù)測,由于2018年數(shù)據(jù)較于往年偏差較大,造成預(yù)測誤差增大,故剔除該數(shù)據(jù)。由表1數(shù)據(jù)可知,設(shè)西寧市年新開工建筑面積的原始數(shù)據(jù)為:

X(0)(k)={642.29,551.57,556.40,520.42,502.21},轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)為:

X′(k)={642.29,666.97,723.50,777.79,834.74},得到白化方程為:

(13)

將原始數(shù)據(jù)直接建立GM(1,1)模型,和變換后GM(1,1)模型計算結(jié)果對比,如表2所示。

表2 西寧年新開工建筑面積的實際與預(yù)測對比

通過對比發(fā)現(xiàn),變換后的GM(1,1)模型殘差與相對誤差及平均相對誤差都比對原始數(shù)據(jù)直接建立GM(1,1)模型明顯較小,預(yù)測精度顯著提升。為進一步驗證模型的精度,通過進行后驗差檢驗分析可知:

ˉx=553.66、S1=53.28、ˉσ=4.26、S2=5.07,C=0.10,由于S0=0.6745s1=35.94,|σ(0)(k)-σ(0)|={4.26,0.15,8.69,2.38,1.88},P=P{εi

表3 2022—2026年西寧市新開工建筑面積預(yù)測

2.3 參數(shù)分析

2017年,青海省政府印發(fā)了《關(guān)于推進裝配式建筑發(fā)展的實施意見》,提出“十三五”期間全省新建裝配式建筑占同期新開工建筑的占比達到10%以上的工作目標,提出以西寧市、海東市為裝配式建筑重點推進區(qū)域。并結(jié)合西寧市的裝配式建筑實際情況,對裝配式建筑占比進行預(yù)測?；炷琳急认禂?shù),根據(jù)一般建筑的混凝土建筑用量[13],多層砌體住宅:0.30～0.33m3/m2;多層框架結(jié)構(gòu):0.33～0.35m3/m2;高層(11—18層)住宅:0.35～0.36m3/m2,西寧市裝配式建筑混凝土占比取均值0.34m3/m2。預(yù)測西寧市未來各項指標如表4所示。

表4 西寧市裝配式建筑占比和混凝土占比預(yù)測

其中《裝配式建筑評價標準》指出,主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的裝配式占比≥35%,裝配式建筑按裝配率占比劃分三個等級,裝配率在60%～75%之間,評價等級為A;裝配率在76%～90%之間,評價等級為AA;裝配率在91%及以上,評價等級為AAA。整體裝配式建筑裝配率≥50%,則西寧市未來5a裝配率按50%考慮。

2.4 預(yù)測西寧市裝配式構(gòu)件未來需求量

綜上所述,通過經(jīng)驗公式法預(yù)測西寧市裝配式構(gòu)件需求量,結(jié)果如表5所示。

表5 西寧市2022—2026年裝配式構(gòu)件需求量預(yù)測

3 討論與結(jié)語

(1)研究得到2022—2026年西寧市裝配式構(gòu)件需求量分別為1.22×105m3、1148×105m3、1.79×105m3、2.20×105m3、2.73×105m3。根據(jù)預(yù)測結(jié)果可知,西寧市裝配式構(gòu)件需求在未來五年逐步增長且漲幅逐年上升,從2022年西寧市裝配式構(gòu)件需求量為1.22×105m3,到2026年需求量達到2.73×105m3。其中,隨著裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)政策及鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)住宅的大力推廣,將對目前的裝配式建筑應(yīng)用比例及裝配率等經(jīng)驗參數(shù)有極大影響,將直接影響裝配式構(gòu)件供需關(guān)系,對裝配式建筑行業(yè)影響巨大。

(2)研究表明:目前西寧市還未有裝配式混凝土構(gòu)件廠,僅靠周邊城市供應(yīng)遠遠不足以支撐裝配式建筑發(fā)展需求,科學合理地規(guī)劃西寧市裝配式構(gòu)件廠布局需進一步深入研究。

(3)鑒于研究階段數(shù)據(jù)獲取有限,基于經(jīng)驗公式進行數(shù)據(jù)預(yù)測,并借助灰色預(yù)測法對其自變量進行預(yù)測,以彌補經(jīng)驗公式存在的可靠性不足問題。由于自變量年新開工建筑面積歷史數(shù)據(jù)具有振蕩性,則將原始數(shù)據(jù)進行加速變換和加權(quán)平均處理,使其成為單調(diào)遞增數(shù)據(jù)及光滑性提升,然后用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型,通過與原始數(shù)據(jù)計算結(jié)果作對比來證明精確性顯著提升,且預(yù)測結(jié)果也符合歷史數(shù)據(jù)的規(guī)律,可見預(yù)測結(jié)果具有較高的準確性。通過政策及數(shù)據(jù)分析,確定經(jīng)驗公式參數(shù),進而預(yù)測裝配式構(gòu)件的需求量。