基于解釋結(jié)構(gòu)模型的智慧工地發(fā)展阻礙因素研究

劉 潔,李國昌

(安徽建筑大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，安徽 合肥 230001)

我國建筑行業(yè)尚處于粗放式管理模式，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。且建筑結(jié)構(gòu)形式和施工工藝日益復(fù)雜，對建設(shè)工程的精細(xì)化、高效化、節(jié)約化程度要求進(jìn)一步提高，而傳統(tǒng)的工程管理理念已經(jīng)無法滿足這一需求，為了解決上述問題，智慧工地應(yīng)運(yùn)而生。目前，國內(nèi)許多學(xué)者對智慧工地的發(fā)展及運(yùn)用進(jìn)行了相關(guān)研究。張先穩(wěn)[1]等在分析了智慧工地系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上，對施工工地的安全管理提出對策建議。張艷超[2]在智慧工地信息化需求分析的基礎(chǔ)上，列舉智慧工地信息集成應(yīng)用實(shí)例，對智慧工地的建設(shè)提出意見。以往的研究對智慧工地的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用，但未充分揭示影響智慧工地發(fā)展的關(guān)鍵因素。對此，在梳理智慧工地在我國的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，羅列了阻礙智慧工地發(fā)展的主要因素，采用解釋結(jié)構(gòu)模型分析各因素間的影響機(jī)理，并提出針對性建議。

1 智慧工地在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，智慧工地在我國還是一個(gè)較為新穎的工程管理理念，對其研究的起步相較于國外也較晚。但隨著信息化時(shí)代的來臨以及我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前全國已有500多個(gè)城市開始建設(shè)智慧城市，在上海、重慶、安徽等地都有成功的工程實(shí)例；根據(jù)2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，互聯(lián)網(wǎng)上對于“智慧工地”一詞的搜索量以25%的速度逐步上升，智慧工地行業(yè)市場規(guī)模達(dá)99.1億，同比增長24.03%，這些都說明智慧工地在我國近年發(fā)展迅速。然而不能忽略的是，智慧工地的發(fā)展目前仍存在諸多問題，如智慧工地的應(yīng)用范圍不夠廣泛、深度也有待加強(qiáng)；相應(yīng)軟件供應(yīng)商未能提供符合實(shí)際施工管理情況的個(gè)性化軟件；多數(shù)施工企業(yè)僅在直接影響施工效果的環(huán)節(jié)上運(yùn)用智慧工地，沒有將智慧工地管理貫穿到整個(gè)施工過程中，致使智慧工地的延展性較差，難以真正發(fā)揮智慧工地的作用和價(jià)值等等。總體來說，智慧工地在我國的發(fā)展?jié)摿薮蟮沃囟肋h(yuǎn)。

2 智慧工地發(fā)展障礙因素分析

在國內(nèi)相關(guān)學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)概括出影響智慧工地發(fā)展的8個(gè)因素，且8個(gè)因素的排序無主次關(guān)系。

2.1 政府的長期推進(jìn)戰(zhàn)略和機(jī)制不完善

智慧工地在我國尚屬于一個(gè)比較新穎的管理理念，發(fā)展也處于初期階段，在上海、南京、合肥等幾個(gè)城市有比較成功的實(shí)踐案例，但沒有實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣應(yīng)用。張朋偉[3]等認(rèn)為其中很重要的一個(gè)原因就是缺乏政府層面的引導(dǎo)，政府尚未對智慧工地的廣泛應(yīng)用制定有力的長期推進(jìn)戰(zhàn)略和機(jī)制;丁小虎[4]等認(rèn)為，政府在智慧工地發(fā)展中應(yīng)明確自身定位，成為其推動(dòng)者和監(jiān)管者。由于政府層面的推進(jìn)戰(zhàn)略未能及時(shí)跟上，雖然我國已經(jīng)分批次設(shè)立了多個(gè)智慧工地試點(diǎn)城市，但取得的結(jié)果并不理想，很大程度上阻礙了智慧工地的發(fā)展。

2.2 市場缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

智慧工地的發(fā)展離不開相應(yīng)的市場規(guī)范和市場服務(wù)，但目前我國的建筑行業(yè)市場對于智慧工地該如何建立并無統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。丁小虎[4]等認(rèn)為目前建筑市場缺乏關(guān)于智慧工地的通信技術(shù)、終端設(shè)備、數(shù)據(jù)接口以及建設(shè)方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這使智慧工地的推廣喪失了市場基礎(chǔ)。并且查閱現(xiàn)有的法律條文，沒有相應(yīng)的法律條文規(guī)定對存在問題的智慧工地采取怎樣的處理措施，法律責(zé)任不明，這對智慧工地的統(tǒng)一推廣造成阻礙。

2.3 智慧工地運(yùn)營成本較高

智慧工地基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)終端等技術(shù)手段[5]，它的建立離不開先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段和電子設(shè)備應(yīng)用，這較傳統(tǒng)施工工地而言無疑增加了工地的運(yùn)營成本，這也是許多施工企業(yè)放棄建立智慧工地管理體系的重要原因之一。故而高昂的建設(shè)成本也間接阻礙了智慧工地的發(fā)展。

2.4 現(xiàn)階段無有力的網(wǎng)絡(luò)體系支撐

智慧工地在施工現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)用部分可以理解為將感應(yīng)器植入到建筑、機(jī)械、人員穿戴設(shè)施等各類物體中，在此基礎(chǔ)上形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再與“互聯(lián)網(wǎng)”結(jié)合，構(gòu)建智慧工地網(wǎng)絡(luò)體系[6]，所以建立有力的網(wǎng)絡(luò)體系是智慧工地建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵。智慧工地網(wǎng)絡(luò)體系層次較多，包含遠(yuǎn)程監(jiān)控體系、施工監(jiān)測體系、作業(yè)人員監(jiān)控體系和環(huán)境監(jiān)控體系[7]等，但由于這一整套網(wǎng)絡(luò)體系的建設(shè)目前來說需要高昂的成本，很多施工企業(yè)無法自主建立全面有效的網(wǎng)絡(luò)體系，使智慧工地的推廣受阻。

2.5 從業(yè)人員素質(zhì)有待提高

專業(yè)人才缺乏，相關(guān)從業(yè)人員綜合素質(zhì)不高是阻礙智慧工地發(fā)展的一大因素[3]。查閱有關(guān)智慧工地的文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)學(xué)者對于這方面的研究很少且文獻(xiàn)質(zhì)量參差不齊，這反映出目前國內(nèi)在智慧工地的理論和實(shí)踐方面都缺乏專業(yè)人才。這主要是由于我國對于智慧工地的研究和應(yīng)用起步較晚，行業(yè)疏于對相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，許多管理人員受到傳統(tǒng)管理思想的束縛，對于新事物的接受度不高，對智慧工地了解不夠，這在很大程度上阻礙了智慧工地的廣泛應(yīng)用。

2.6 施工企業(yè)觀念守舊

2017中國建設(shè)行業(yè)年度峰會(huì)上發(fā)布的《中國建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報(bào)告(2017)智慧工地應(yīng)用與發(fā)展》報(bào)告詳細(xì)闡述了智慧工地在中國目前的發(fā)展現(xiàn)狀；2017年5月11日，央視新聞對“智慧工地助力安全施工”做了專題報(bào)道。由此可以看出智慧工地在我國受到關(guān)注的時(shí)間較晚。加之我國的建筑施工企業(yè)質(zhì)量參差不齊，行業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，創(chuàng)新能力不強(qiáng)[8],企業(yè)的管理人員多數(shù)憑借以往的施工承包經(jīng)驗(yàn)對企業(yè)和施工過程進(jìn)行管理且思維較為局限，不愿嘗試新的管理模式，這對智慧工地的推廣造成負(fù)面影響。

2.7 相關(guān)企業(yè)積極性不高

智慧工地管理需要將以往工地現(xiàn)場主要依靠人工監(jiān)管施工質(zhì)量以及安全情況轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化監(jiān)控，主要依靠信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析、共享等來輔助管理人員對施工過程進(jìn)行監(jiān)管。這樣的管理方式轉(zhuǎn)變對大多數(shù)傳統(tǒng)施工企業(yè)也是一種挑戰(zhàn)，因此許多企業(yè)對于建造智慧工地的意愿不強(qiáng)。其次，許多施工企業(yè)缺乏相關(guān)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這些都造成了企業(yè)在建立智慧工地時(shí)存在困難，一定程度上阻礙了智慧工地的普及。

2.8 企業(yè)對智慧工地的研究經(jīng)費(fèi)投入不足

建筑行業(yè)競爭激烈，施工企業(yè)處于微利的市場環(huán)境中，大多數(shù)企業(yè)在考慮成本的前提下注重經(jīng)營管理但忽略技術(shù)研發(fā)，對科研項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)投入、研究內(nèi)容等都缺少評估，也缺乏相應(yīng)的專業(yè)人才[9]。與發(fā)達(dá)國家對比，我國施工企業(yè)科研能力欠缺，經(jīng)費(fèi)投入不足[10]，以致智慧工地在我國缺乏科研基礎(chǔ)，對其未來發(fā)展造成阻礙。

3 智慧工地推廣制約因素的解釋結(jié)構(gòu)模型

3.1 研究方法

解釋結(jié)構(gòu)模型的作用是將復(fù)雜模糊的結(jié)構(gòu)問題用簡單清晰的結(jié)構(gòu)關(guān)系模型表示出來。通過定義系統(tǒng)中元素的相互作用關(guān)系，使各個(gè)元素間交錯(cuò)的關(guān)系層次化[11]，形成一個(gè)多層級的階梯型結(jié)構(gòu)模型[12]。

3.2 影響因素識別

參考相關(guān)文獻(xiàn)以及咨詢有關(guān)專家學(xué)者的意見，總結(jié)出影響智慧工地發(fā)展的8個(gè)因素，如表1所示。并通過訪問三位施工企業(yè)負(fù)責(zé)人和三位高校專家學(xué)者，對8個(gè)影響因素打分，有相互影響關(guān)系的打“1”分，無相互影響關(guān)系的打“0”分，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型。

表1 影響因素表

符號影響因素F1智慧工地發(fā)展受阻F2政府長期推進(jìn)戰(zhàn)略和機(jī)制不完善F3市場缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范F4智慧工地運(yùn)營成本較高F5現(xiàn)階段無有力的網(wǎng)絡(luò)體系支撐

符號影響因素F6從業(yè)人員素質(zhì)有待提高F7施工企業(yè)觀念守舊F8相關(guān)企業(yè)積極性不高F9企業(yè)對智慧工地的研究經(jīng)費(fèi)投入不足

3.3 建立鄰接矩陣

因素鄰接矩陣反應(yīng)的是系統(tǒng)間兩要素的關(guān)系，與有向圖一一對應(yīng)。通過建立鄰接矩陣A來表示制約因素間的相互影響關(guān)系。鄰接矩陣A=[aij](i,j=1,2…9)，定義aij有如下性質(zhì)：aij=1(當(dāng)Fi對Fj有影響時(shí))，aij=0(當(dāng)Fi對Fj無影響時(shí))。

根據(jù)專家打分結(jié)果，可得到智慧工地發(fā)展阻礙因素鄰接矩陣A。F1表示智慧工地發(fā)展受到阻礙，F(xiàn)2～F9表示制約智慧工地發(fā)展的8個(gè)因素。

3.4 求解可達(dá)矩陣

由已得的鄰接矩陣求解可達(dá)矩陣，鄰接矩陣為布爾矩陣，按照布爾矩陣運(yùn)算規(guī)則，通過鄰接矩陣的迭代分析建立阻礙因素的可達(dá)矩陣，可達(dá)矩陣既能反應(yīng)因素間的直接關(guān)系，也能反應(yīng)因素的間接關(guān)系，即多步到達(dá)關(guān)系[13]?？蛇_(dá)矩陣滿足如下條件：

(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3…≠(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1=M，K≤n,

式中，M就是可達(dá)矩陣；I是單位矩陣；K是大于1的自然數(shù)。經(jīng)計(jì)算可得到如下可達(dá)矩陣M：

3.5 基于可達(dá)矩陣進(jìn)行阻礙因素層級劃分

依據(jù)可達(dá)矩陣M，找到每個(gè)要素的可達(dá)集和先行集。對M求集合P(Fi)={Fj|aij=1}(表示從阻礙因素Fi出發(fā)可到達(dá)的所有阻礙因素)，對M求集合Q(Fi)={Fj|aij=1}(表示所有可以到達(dá)阻礙因素Fi的因素)。再依據(jù)公式P(Fi)∩Q(Fi)=P(Fi)，其中(i=1，2，…，9)如表2所示。求解障礙要素集合Ri，Ri中的要素滿足條件從其他因素可以達(dá)到該要素，但從該要素不能到達(dá)其他要素[14]，則R1即為頂層要素集合。再將頂層要素集合中的因素從可達(dá)集和先行集中刪除，對剩下的因素再重復(fù)以上步驟求F2，以此類推。

表2 智慧工地發(fā)展各阻礙因素的可達(dá)集合和先行集合表

按照上述方法可得到各層級要素集合分別為：

R1={F1},R2={F2,F3,F6},R3={F4,F5,F8},R4={F7,F9}。

3.6 構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型

通過計(jì)算，將最終可達(dá)矩陣及層次劃分求得結(jié)果模型結(jié)構(gòu)化，構(gòu)建出智慧工地阻礙因素解釋結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 智慧工地發(fā)展阻礙因素的解釋結(jié)構(gòu)模型

4 解釋結(jié)構(gòu)模型結(jié)果分析

通過圖1可以看出，阻礙智慧工地發(fā)展的影響因素可以劃分為4個(gè)層級的階梯型結(jié)構(gòu)模型。模型顯示了影響因素間的層級關(guān)系：F1為第一層，F(xiàn)2、F3、F6為第二層，F(xiàn)4、F5、F8為三層，F(xiàn)7、F9為第四層。其中智慧工地發(fā)展受阻的直接影響因素是政府的長期推進(jìn)戰(zhàn)略和機(jī)制不完善、市場缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相關(guān)企業(yè)積極性不高；關(guān)鍵因素為運(yùn)營費(fèi)用高、現(xiàn)階段無有力網(wǎng)絡(luò)支持和施工企業(yè)觀念守舊；根源因素為從業(yè)人員素質(zhì)有待提高和企業(yè)對智慧工地的研究投入經(jīng)費(fèi)不足。

4.1 直接因素

所謂直接影響因素是指對這些因素施加干預(yù)可以直接影響智慧工地的發(fā)展?fàn)顩r。根據(jù)圖1所示解釋結(jié)構(gòu)，若政府建立完善的長期發(fā)展戰(zhàn)略、市場具備健全的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和提高施工企業(yè)的積極性都可以直接快速影響智慧工地的推廣進(jìn)程。并且根據(jù)圖1還可看出，這3個(gè)影響因素還受到下一層級因素的影響。施工企業(yè)管理觀念守舊、思維局限以及現(xiàn)階段無有力網(wǎng)絡(luò)體系支撐這兩個(gè)因素會(huì)對政府推行智慧工地的意愿形成負(fù)反饋。其次，許多施工企業(yè)并不會(huì)在施工全過程中運(yùn)用智慧工地管理，往往只是在某項(xiàng)施工工藝或施工階段運(yùn)用智慧工地，這就造成了市場的相對混亂，市場無法針對智慧工地的建立運(yùn)營制定統(tǒng)一的全過程的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)而影響到了有關(guān)智慧工地的法律責(zé)任劃分。

4.2 關(guān)鍵因素

所謂關(guān)鍵因素是指在解釋結(jié)構(gòu)模型中，這些因素與其他層級間的因素之間關(guān)系密切，互相影響。由圖1可知，模型中第三層級的運(yùn)營費(fèi)用高、現(xiàn)階段無有力網(wǎng)絡(luò)支持和施工企業(yè)觀念守舊這3個(gè)因素為關(guān)鍵因素，即想通過改進(jìn)這3個(gè)因素來對智慧工地發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生影響，需要結(jié)合第二層級和第四層級間的各個(gè)因素，不能單一作用于一個(gè)層級。如許多企業(yè)對智慧工地這一新的管理理念重視程度不高，研究經(jīng)費(fèi)投入不夠，造成了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系不夠完善無法很好地支撐智慧工地的運(yùn)作，進(jìn)而對施工企業(yè)建造智慧工地造成障礙；高昂的運(yùn)營成本也迫使施工企業(yè)不得不考慮到成本效益問題；企業(yè)管理理念是否與時(shí)俱進(jìn)也很重要，局限的管理思維同樣會(huì)影響施工企業(yè)建立智慧工地的意愿。

4.3 根源因素

所謂根源因素是指間接作用于智慧工地發(fā)展的影響因素，但其不再受其他因素的影響。根據(jù)圖1所示，模型中第四層級的從業(yè)人員素質(zhì)有待提高和企業(yè)對智慧工地的研究投入經(jīng)費(fèi)不足兩個(gè)因素為根源因素，且這兩個(gè)因素對現(xiàn)階段智慧工地的網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)產(chǎn)生影響。專業(yè)人才的培養(yǎng)工作存在不足，管理人才和技術(shù)人才都存在缺口，這對智慧工地的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)造成負(fù)面作用。

5 推動(dòng)智慧工地發(fā)展建議

通過構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型對我國智慧工地發(fā)展制約因素進(jìn)行分析可以看出，政府、市場和企業(yè)是決定智慧工地未來發(fā)展的3個(gè)主體，要想切實(shí)有效地推動(dòng)智慧工地在我國平穩(wěn)迅速的發(fā)展，就必須從這三方入手尋求解決辦法?；诖?，對如何推動(dòng)我國智慧工地發(fā)展提出以下建議：

5.1 政府層面

對于政府來說，加大對智慧工地的宣傳推廣是必不可少的工作。智慧工地對于我國的許多施工企業(yè)來說是一個(gè)新穎的管理理念，很多企業(yè)管理者對智慧工地的優(yōu)勢和發(fā)展前景并不了解；加上有的企業(yè)管理者思維比較保守，難以接受新興事物，因此對建造智慧工地的意愿不強(qiáng)。針對這樣的情況，一方面政府可以通過網(wǎng)絡(luò)、電視、報(bào)紙、雜志等各種媒體平臺(tái)加大對智慧工地的宣傳，使施工企業(yè)和建設(shè)企業(yè)對智慧工地的優(yōu)勢和未來發(fā)展前景加深了解；另一方面，政府可以制定相關(guān)的優(yōu)惠政策，對愿意建造智慧工地的施工企業(yè)給予資金方面的補(bǔ)貼或者相關(guān)審批手續(xù)的簡化輔助。政府還應(yīng)該加強(qiáng)對智慧工地網(wǎng)絡(luò)體系技術(shù)研究的支持力度，可以通過政府資助有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)或者軟件開發(fā)公司，鼓勵(lì)他們開發(fā)出更有力的網(wǎng)絡(luò)體系以支持智慧工地的建設(shè)。

5.2 市場層面

一個(gè)產(chǎn)品如果沒有相應(yīng)的市場規(guī)范對其進(jìn)行監(jiān)管和束縛，那么它在市場上的流通則是雜亂無章的，是無法長遠(yuǎn)存在于市場之中的。目前市場對智慧工地的建造程序和運(yùn)營等方面并無具體的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要原因還是建造信息化的智慧工地成本高昂。施工企業(yè)礙于成本，很少會(huì)在全壽命周期運(yùn)用智慧工地管理，這為市場針對有關(guān)智慧工地的方方面面建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范造成阻礙。所以盡可能得降低智慧工地建造成本是解決問題的關(guān)鍵，一是要通過技術(shù)研究降低智慧工地所需的硬件設(shè)備的生產(chǎn)成本，二是要從思想上改變施工企業(yè)對于投入成本大小的認(rèn)識，讓企業(yè)管理者明白前期較高的建造成本會(huì)為后期項(xiàng)目建設(shè)節(jié)約許多不必要的損失，最終會(huì)大大提高工程項(xiàng)目的效益水平。除此以外，扭轉(zhuǎn)施工企業(yè)的管理觀念也很關(guān)鍵，只有企業(yè)認(rèn)識到智慧工地的優(yōu)勢所在才會(huì)主動(dòng)接受和運(yùn)用這一管理理念，進(jìn)而形成市場。

5.3 企業(yè)層面

當(dāng)前施工企業(yè)在建造智慧工地時(shí)確實(shí)存在諸多困難，成本高、網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備有缺陷、企業(yè)管理者思維局限等都是影響到企業(yè)建造智慧工地的主要因素。針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不力這一硬件上的短板，一方面需要國家加大對專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)力度，為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)做好充足的人才準(zhǔn)備；另一方面施工企業(yè)自身也應(yīng)加大對于智慧工地的研究投入，培養(yǎng)適應(yīng)智慧工地信息化特征的管理人員，從而更充分有效地發(fā)揮智慧工地的管理優(yōu)勢。

6 結(jié)語

智慧工地可以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的信息化、智能化、可視化管理[2]，提高施工現(xiàn)場人員的協(xié)同工作能力，降低施工成本和安全事故發(fā)生率，提高施工質(zhì)量，提升工程項(xiàng)目的最終效益。通過建立解釋結(jié)構(gòu)模型解析了智慧工地發(fā)展阻礙因素間的層級關(guān)系和影響路徑，并對此提出相關(guān)建議，為助力智慧工地未來的發(fā)展提供參考。