学术研究报告：基于系统动力学的中小型装配式混凝土桥梁工程成本管理仿真研究

第一作者及单位
程静（云南农业大学建筑工程学院）、刘一峰、李利平（云南农业大学建筑工程学院）、田亮（云南省政府投资项目评审中心）。
发表期刊及时间
《公路》2025年4月第4期（Highway Apr. 2025 No.4）。

学术背景

本研究属于土木工程与项目管理交叉领域，聚焦装配式混凝土桥梁的施工成本优化问题。中国《“十四五”建筑业发展规划》明确提出2025年装配式建筑占比需达30%以上，但当前装配式建筑成本较传统建筑高5%~10%，增量成本约260元/m²，成为制约行业发展的关键瓶颈。中小型桥梁占全国公路桥梁总量的83.7%，其成本控制对建筑业工业化转型具有重要意义。

研究目标是通过系统动力学（System Dynamics, SD）模型，识别成本动因并优化管理路径，解决装配式桥梁成本高、规范不完善、设计集成能力不足等问题。

研究流程与方法

1. 成本因素识别与层级划分
- 数据来源：通过文献分析与问卷调查，收集107份问卷（有效86份），受访者包括设计院和建筑单位人员，其中高级职称占比17.44%，从业3年以上者占83.72%。
- 因素筛选：采用专家打分法（1~5分），选取评分≥3分的18个关键因素（如表1所示），涵盖人员、技术、环境、管理、政策五大维度。
- 模型构建：
- 模糊决策试验与评价试验（Fuzzy-DEMATEL）：计算因素间的直接影响矩阵（四级标度法，0~3分）和综合影响矩阵（式2-3），量化原因度（hi）与中心度（ei）。
- 解释结构模型（ISM）：通过可达矩阵划分因素层级（表5），识别底层根源因素（如L1管理人员素质、L17意外事故）。

2. 系统动力学仿真
- 模型参数：以山东某桥梁项目为案例，设定仿真周期18个月，目标利润率10%。
- 敏感性分析：
- 集成化设计水平（L6）：参数范围0.3~0.9，预制成本降低3.57万元（占比0.94%），运输成本降低0.57万元（占比0.15%）。
- 管理人员素质（L1）：参数范围0.1~0.9，施工安装成本减少25.1万元（占比10.8%）。
- 意外事故（L17）：与管理人员素质联动，低素质时安全成本骤增11万元（占比2.89%）。
- 综合优化：多因素调控后，总成本降低15.89万元，利润率从5.37%提升至9.54%（图8）。

主要结果与逻辑关系

1. 关键因素识别：

   • 权重排序：集成化设计水平（L6，权重0.064）和管理人员素质（L1，权重0.062）为最显著因素。
     
   • 层级分析：ISM显示第五层的L1和L17为根源性因素，直接或间接影响其他层级（图2）。
     

2. 敏感性验证：

   • 集成化设计水平提升对成本降低呈线性趋势，而管理人员素质的改善对施工效率和安全成本具有非线性放大效应。
     
   • 意外事故成本在低管理水平下呈现突变特征，凸显风险管理的重要性。
     

3. 模型验证：仿真结果与实际成本误差仅0.45%，验证了DEMATEL-ISM与SD模型的协同有效性。

结论与价值

1. 科学价值：

   • 提出“DEMATEL-ISM-SD”多模型融合框架，为工程成本动因分析提供方法论创新。
     
   • 揭示人员素质与技术集成对成本的传导机制，填补了装配式桥梁动态成本管理的理论空白。
     

2. 应用价值：

   • 企业可通过优化设计集成、培训管理人员、加强风险管控，实现成本降低4.17%的实践目标。
     
   • 为政策制定者提供产业补贴（如L18政策优惠）的量化依据，推动装配式建筑规模化发展。
     

研究亮点

1. 方法创新：首次将模糊DEMATEL与ISM结合，解决因素间非线性关系的层级划分问题。
   
2. 案例驱动：基于真实项目数据仿真，参数设定与行业实际高度吻合。
   
3. 跨学科应用：融合系统工程、项目管理与土木工程，拓展了成本管理的研究维度。
   

其他发现

• 政策维度（L18）：虽权重较低（0.052），但通过产业规模完整性（L10）间接影响成本，提示政策需长期持续以形成规模效应。
  
• 技术短板：BIM技术（L7/L8）的运输与施工模拟对成本控制贡献显著，但当前应用深度不足。
  

（全文约2000字）