建筑工业化产业链的系统动力学分析*

李红兵， 李建慧

(武汉理工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070)

一、 问题的提出

随着社会的发展和经济的增长，我国的人口红利正在逐步消失。由于劳动力短缺、人工成本上升等问题，传统的建筑业生产方式已越来越不适应新时期的建设生产活动。同时，传统施工方式造成的环境污染、水资源浪费等弊端日益突出。为应对传统建筑施工方式的诸多问题，我国各级政府大力扶持和推行建筑工业化，以实现“四节一环保”的要求。为此出台了一系列政策措施，以最终实现建筑行业的可持续发展。

然而，我国的建筑工业化目前仍处于较不完善的初级发展阶段，虽然住建部和地方政府对建筑工业化的发展提出了各种要求和发展愿景，但产业链发育不完善、产业链上相关主体协同不均衡，始终是困扰建筑工业化发展的主要障碍。因此有必要以产业链理论为基础，对产业链的运行机制进行深入探讨，分析产业链上主体的相互作用以及政府、公众对产业链发展的影响，从而制定相关推动和激励政策，实现我国建筑工业化产业链的健康发展。

二、 建筑工业化的发展与研究现状

(一) 建筑工业化的发展现状

在世界上，建筑工业化的概念是二战后提出的，目的是解决二战后欧洲的重建问题。建筑工业化的生产方式以标准化设计、工厂化生产和装配式建造为其主要特点，可显著提高房屋建造的质量和速度[1]。建筑工业化在美国、欧洲和日本得到了长足的发展。美国建筑工业化发展非常迅速，不仅实现了主体结构件的通用化，而且实现了各类制品和设备的社会化生产和供应。各种建筑构件和制品的产品种类十分丰富，方便用户根据产品目录从市场上自由购买。丹麦是世界上第一个明文要求在各种类型建筑物中必须施行模块化设计的国家，并从1950年代就开始建筑制品标准化工作。德国的建筑工业化发展特点体现在其完整的装配式建筑产业链上。从建筑实现的流程来看，其装配式建筑有一套覆盖研发、设计、生产、施工、运营及维修维护的完整产业链。日本并不是建筑工业化发展最早的国家，但却是建筑工业化发展最可持续、水平最高的国家之一。日本已建立了完整的建筑工业化体系，形成了从开发计划到物业管理的系统完善的产业链条，同时在节能减排、绿色环保以及人居和谐等领域的研究成果显著[2-4]。

从我国20世纪50年代首次推广工业化建筑开始，在中国建筑工业化的工程实践和学术研究已历经60余年，但建筑工业化真正被提上推进日程，应该以1995年原建设部发布的《建筑工业化发展纲要》为重要标志。2014年国家发改委和住建部共同出台了《关于推进建筑业发展和改革的若干意见》，其中明确指明建筑工业化的发展必须从关键技术的研究、标准化体系的建立、监管制度的完善等方面共同推进；2016年国务院正式出台了《工业化建筑评价标准》，对建筑工业化工程项目质量保证体系的构建标准从国家制度层面上进行了规范；2016年2月出台了《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，其中明确提出“力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”[5-7]。

(二) 当前我国建筑工业化的研究现状

不同学者对建筑工业化的发展进行了各类相关研究。在政策制定方面，王俊等从技术体系、管理模式和政策引导等方面介绍了我国建筑工业化发展的现状[8]；陈振基对我国建筑工业化发展历程中的政策进行了梳理，认为制度制定时应尤其关注其连续性[9]。

进入21世纪后，建筑工业化在资源节约、减少污染和生态宜居等方面被赋予了更多的内涵。黄轶提出建筑工业化和信息化的重点在于有利于实现建筑各要素均能向节约、集约和高效方向发展[10]。宋兵认为建筑“绿色化”是最终目的，“工业化”是重要手段，并提出了通过“工业化”实现“绿色化”的重点解决方案[11]。林佳瑞运用计算机技术，探讨了面向产业化建筑的全生命周期管理技术平台的开发与运用[12]。

在运用产业链理论研究建筑工业化方面，夏锋等介绍了德国建筑工业化产业链从研发、设计、生产、施工到运营维护全过程的做法和特点，认为一个完整的产业链是健康发展的前提[13]。李蕾以整个产业链为对象，建立了其整合绩效评价指标体系[14]。韩言虎探讨了建筑工业化产业链上实现技术链整合、产品链整合的方法，以及与创新协同性和创新绩效之间相互关系[15]。

综上所述，目前建筑工业化方面的研究多集中在单方面、静态视角，缺乏系统的、动态的研究。我们有必要以整个产业链为研究对象，综合考虑产业链上关键主体间的相互影响，动态分析相关政策与建筑工业化产业链的相互作用，从而揭示建筑工业化产业链的运作机理，预测相关政策组合的效果。

三、 建筑工业化产业链的构成及其影响因素

(一) 产业链的相关概念

1.产业链的定义。国外的研究主要集中在供应链方面，并没有直接对产业链进行的研究。一般认为，国内首次正式提出“产业链”概念的是我国学者傅国华，其在研究海南热带农业课题中运用了产业链的思想。此后对产业链的研究迅速渗透到各个领域，其重要性也逐步被认识到。不同学者对产业链进行了定义，但由于它们所处的时代不同、行业不同、侧重点不同，给出的定义也存在较大差异。但各种定义一般都具有以下相同点：一是产业链会涉及不同的企业，这些企业相互间存在上下游关系；二是产业链可能涉及不同行业的企业，因此产业链往往成网状结构；三是产业链始终围绕最终用户的需求，是一项为用户提供高质量产品的交易活动；四是产业链运行过程中，从最初的原材料供应到最终产品的交付，是一个不断增值的过程。

2.产业链的类型。基于不同的行业或视角，对产业链的类型划分也有不同的方式。如从产业链上不同企业间的供需角度，可以分为资源导向型、产品导向型、市场导向型和需求导向型；按供应商在产业链上的地位，可以分为垄断型、竞争型和相互依赖型；按主要生产要素，可以分为劳动力主导型、技术主导型、资本主导型和综合型；按产业链中价值链的形成过程，可以分为技术指导型、产品主导型和服务主导型。

3.产业链的运行机制。学术界与业界对产业链运行机制的描述，从最初单纯考虑利益共享，逐渐发展成为普遍认可的六大机制，包括沟通协调机制、信用契约机制、利益分配机制、风险共担机制、竞争选择机制和监督激励机制[16]。通常认为，沟通协调机制和信用契约机制是一个产业链形成和运行的基础。由于利润是任何一个企业得以生存和发展的根本，因此利益最大化是其追求的永恒主题。对于产业链上的任何一个企业来说，它与产业链上的其他企业必然存在上下游关系。这种上下游关系造成各企业之间既存在一定的依赖性，也存在竞争和冲突。各个企业从自身利益出发，自身利益最大化自然是其基本目标。因此上下游企业之间的交易仅仅通过合同契约来维系是远远不能满足要求的，而信用则可以很好地弥补这种缺陷。同时，由于在交易过程中不可避免地存在信息不对称、目标不相同的现象，产业链上的各个企业不可避免存在各种冲突。因此，有必要建立行之有效的沟通协调机制，在综合考虑各方利益的基础上力争实现整个产业链条上整体利益最大化。

从产业链的概念不难看出，利益分配机制和风险共担机制是产业链形成和运行的核心。利益分配机制是指如何有效地在各企业之间分配产业链条上的剩余利润。产业链上的企业不仅具有一致的目标，还有自己的特有目标。为实现自身利益最大化，每个企业都会努力追逐剩余利润，因此合理的利益分配机制才能保证产业链上各企业的正常维系。风险共担机制是指如何实现产业链上各企业对风险的合理分配。产业链上的企业相互间存在特定的上下游关系，某个节点企业出现风险事件，可能将风险后果传递给其上下游相关企业。因此从这个意义上讲，链条上的诸多风险必须由链条上所有的企业共同承担，而风险分配的原则之一是，企业获得的收益与其投入及风险承担的大小成正比。

如同所有的管理活动一样，竞争选择机制和监督激励机制是产业链形成和运行的保障。产业链上的企业在合作的同时，彼此也存在着竞争。当链条上利润一定时，某企业获得的剩余利润增加，会造成其他企业获得的剩余利润相对减少。正是由于这种竞争选择，产业链的形成也是一个动态的过程，即不适合的企业退出产业链条而新的企业进入产业链条。通过竞争选择，产业链不断地动态演化，实现产业资源优化配置、降低产业链成本，从而增强整个产业链的竞争力。

(二) 建筑工业化产业链的构成

学界对建筑工业化有诸多定义，但迄今未形成完全统一的说法。但对于建筑工业化的内涵和特点的描述基本上都是相近的，即建筑工业化的本质是采用大规模社会化生产方式逐步代替人工生产，这种生产方式以建筑设计标准化、生产工厂化、构件部品化、施工机械化、组织管理科学化、发展绿色化为基本特征。本文对建筑工业化产业链采用的定义是：以工业化项目作为最终交付成果，通过对设计研发、工厂制造、现场装配、产品销售全过程进行物流、资金流、信息流的有效控制，涉及开发商、设计单位、施工单位以及构件生产单位的网状链条。图1为建筑工业化产业链上各主体的典型合同关系。

图1 建筑工业化产业链关键主体合同关系

建筑工业化产业链以社会分工为基础，通过上下游企业的协同工作，实现建筑产品的不断增值并从最终用户处完成价值回收。在建筑工业化产业链上，不同的企业发挥不同的作用，有的企业起核心主导作用，有的企业则起配合辅助作用，但每一个企业都对整条产业链的均衡发展至关重要。然而，产业链上不同的主体，由于利益所在不同、目标不同，在缺乏有效沟通的情况下，会造成整个产业链的不均衡和效率低下。因此，建筑工业化顺利发展的重要工作之一就是通过优化产业链上各参与方的关系，完善建筑工业化产业链。正是基于这个原因，本文试图通过研究建筑工业化产业链上各主体的行为，来判断相关政策措施对产业链的作用和影响。

(三) 建筑工业化产业链关键主体

建筑工业化产业链是以工业化项目作为最终交付成果，一个建设项目的生命周期，从其概念的产生到最终项目的使用完结报废，一般要经历决策阶段、设计阶段、建造阶段和使用阶段。在整个生命周期中，存在不同的参与方，其角色不同，利益所在也各异。表1总结了关键项目参与方的角色功能及其涉及的项目阶段。

表1 建筑工业化产业链上关键主体角色分析

(四) 建筑工业化产业链的关键影响因素

1.工业化建筑需求。工业化建筑的市场需求对建筑工业化产业链的形成和发展起到至关重要的作用。用户对工业化建筑的选择，不仅取决于工业化建筑在质量、价格、个性化需求等方面相对传统建造方式的优势，也取决于人们对工业化生产方式在资源消耗、环境污染优点的认可。在建筑工业化发展的早期，由于技术、管理、规模等方面的原因，工业化建筑相较于传统建造方式，无论是从品质、价格还是性价比方面，都有一定的劣势。因此政府有必要在政府需求方面加大工业化建筑的建设量，提高公共建筑、保障性住房等政府投资项目上的预制率和装配率要求，推动工业化建筑的市场需求。

2.标准化的产品体系。对于核心在于装配化生产的工业化建筑，离不开标准化的支撑。当缺乏统一标准作为规范指导，或者不同地方标准、企业标准相互“不兼容”时候，各环节的企业主体会从自身企业利益出发，无法形成适配整个产业链系统的产品体系，这将不利于工业化建筑产业链的形成。因此若想实现建筑工业化产业的发展，标准制定必须先行。

3.构件生产能力。实现社会化大生产的条件之一是形成科学完善的标准化产品体系。按照是否作为结构的一部分，可以将构件分为结构构件和非结构构件。由于建筑物的单件性，即使推广标准化设计，出于质量、安全等方面的考虑，结构类构件会由承包商组织生产和管理，而非结构构件则更容易在制定统一标准的前提下，实现社会化大生产。

4.政府的推动作用。在建筑工业化发展的初期，需要政府的推动作用促进其发展。自1999年住建部等八部门发布《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》后，各地方政府分别从土地政策、税收政策和金融政策等方面制订了鼓励建筑工业化发展的相关政策法规。

四、 建筑工业化产业链的系统动力学模型构建

系统动力学(System Dynamics)最先由麻省理工学院(MIT)的Forrester教授提出，系统动力学针对系统中存在的问题，从整体出发，充分考虑相关影响因素，特别适合于分析和模拟动态复杂系统问题，被称为“社会经济系统的实验室”。

系统动力学方法主要研究系统内部的因果反馈关系，因果环是系统动力学模型的基本构成单元。在建模过程中，首先将复杂的大系统分解为相互独立的子系统，接着分析关键变量之间的因果反馈关系，最后通过建立子系统之间的相互作用关系构建完整的系统动力学模型。

系统动力学通过建立动态仿真模型，对现实的社会和经济系统的行为进行模拟演化。同其他建模方法相比，系统动力学方法有着自身的特点，其包括：是一种定性和定量相结合的方法；秉承系统结构决定系统行为的原理，通过系统内部各个因素间的相互联系和作用揭示系统整体状态的演变；不回避系统的复杂性，但对复杂问题的定量精度不高；系统动力学更注重系统长期演化特征，而不是关注其短期行为。

因此，系统动力学方法更适合于处理复杂系统问题，特别是应对高阶、非线性的动态系统问题时有较鲜明的优势，同时由于这种方法对于数据的精度要求不高，因此在数据比较缺乏、用一般数学方法很难求解的时候，借助于系统动力学方法进行仿真推演更容易达到管理目的。

(一) 建筑工业化产业链系统边界

如前文所述，建筑工业化产业链是由多个相关主体形成的网状链条。为简化模型且不失一般性，本系统将主体分为“开发商”与“承建商”(包括设计单位、施工单位和构件供应单位)两类。这两类主体以工业化建设项目为交易对象，相互协同作用，实现产业链的整合。本系统所涉及的均为建筑工业化方面的相关因素，未考虑传统生产方式及与传统方式的比较。

(二) 建筑工业化产业链系统结构

1.“开发商”子系统。作为工业化建筑的买方，“开发商”子系统中有两个重要变量，一是“开发商意愿”，表示开发商对开发工业化建筑的兴趣和热情；另一个是“开发商利润”，表示开发工业化建筑带来的利润情况。

2.“承建商”子系统。作为工业化建筑的卖方，“承建商”子系统包含三个重要变量，一是“承建方意愿”，表示承建商对工业化生产方式的热情；二是“承建方利润”，表示开发工业化建筑带来的利润情况；三是“承建方能力”，表示承建方在提供工业化建筑方面的能力。

3.市场信息。工业化建筑市场的主要信息包括工业化建筑的“市场需求”(包括政府在公用建筑、保障性住房等方面产生的“政府需求”)；工业化建筑的“性价比”(由于在发展初期，工业化建筑很难在质量和价格上均优于传统生产方式，因此“性价比”的提高是关键问题)。

4.政府作用。政府的作用主要体现在通过“政府需求”增大“市场需求”，通过“基础研究”推动标准化体系的构建，通过“激励政策”降低“开发商”及“承建商”的生产成本。

(三) 建筑工业化产业链系统整合

将上述子系统进行整合，得到建筑工业化产业链的栈流图(见图2)，图中变量的涵义如表2所示。系统建立的假定及研究方法如下：

图2 建筑工业化产业链系统动力学模型

1.系统中的各变量均以建筑工业化为背景，如“市场需求”指对工业化建筑的需求，“开发商利润”指开发工业化建筑的相对利润水平，不考虑传统生产方式的相关变量。

2.本研究主要研究建筑工业化产业链上相关因素的变化趋势问题，因此系统中的变量主要是相对量，如各个栈的初值均定为100，表示该变量的目前状态。而变量之间的相互作用主要用“A变化的幅度会引起B的相应变化”之类的方式表达。

3.由于目前建筑工业化产业链发展处于不完善的初级阶段，因此“开发商利润水平”、“承建商利润水平”和“承建商生产能力”几个变量不考虑其降低情况，即当这些变量达到某一数值时，对相关变量的负面影响将降为零。“市场需求”的增加来源于政府对工业化建筑的推动作用，如对“装配率”、“预制率”的规定；而“市场需求”的减少主要是由于工业化建筑“性价比”的高低造成的市场自发选择。

4.本研究选择了房地产开发、设计院、承包商和构件生产商的相关专家进行了问卷和访谈，确定了系统动力学模型中的各主要参数，并对模型进行了结构适应性和行为适应性检验。

表2 模型主要变量性质及涵义

五、 建筑工业化产业链系统动力学模型的运用

政府可通过多种手段促进建筑工业化产业链的发展，如增大政府需求、加强建筑工业化方面的基础研究、制定针对开发商及承建商的激励政策等。本模型分别考察了“政府需求”、“激励政策”、“政府补贴”、“标准制定”四个外生变量的变化对系统关键内生变量“开发商意愿”、“承建方意愿”和“承建方能力”的影响，包括独立变化及组合变化。作为示例，图3给出了政策单独变化时“开发商意愿”的演变情况(图3-1至3-4分别是“政府需求”、“政府补贴”、“激励政策”和“标准制定”增大10%、20%、30%、50%对“开发商意愿”的影响)。

图3-1 政府需求对开发商意愿的影响

图3-2 政府补贴对开发商意愿的影响

图3-3 激励政策对开发商意愿的影响

图3-4 标准制定对开发商意愿的影响

通过上述模拟，得到如下研究结果：

第一，推进建筑工业化产业链的发展需要多种政策和措施的组合运用。

第二，市场需求情况在整个产业链运行过程中起关键性作用，政府应继续通过设立示范项目、提高装配率或预制率要求推动对工业化建筑的市场需求。

第三，开发商的开发意愿主要受市场需求情况的影响，同时政府在土地出让、容积率奖励等方面给予的各项优惠政策会起到辅助作用。

第四，标准制定的完善程度对承建商生产能力有较大影响，并通过性价比的提高影响市场需求。

第五，通过补贴提高工业化建筑性价比的手段对产业链的影响不显著，不应作为直接手段，而应通过上述措施，利用市场机制来实现。

六、 结 语

本文建立了建筑工业化产业链系统动力学模型，进行了多种政策措施组合的系统动力学分析，对政府推动建筑工业化发展的政策措施提出了相关建议。但由于模型建立时进行了较大简化，且变量主要为较主观的“软变量”，故对模拟的精度有一定的影响。该模型需要进一步完善的主要工作包括对产业链上相关主体的进一步细化，以及更多客观“硬变量”的引入等。