基于F-ANP的建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

朱連濱 ，孔祥榮 ，吳 憲

1.北京工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100022

2.北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，北京 100029

3.北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041

1 引言

20世紀(jì)90年代美國(guó)學(xué)者Saaty等在層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)系統(tǒng)間元素的交叉作用，以獨(dú)立單元和反饋為內(nèi)容提出了網(wǎng)絡(luò)分析法（Analysis Network Process，ANP[1]，是一種新的決策科學(xué)方法。它是在AHP的基礎(chǔ)上，針對(duì)決策問(wèn)題的結(jié)構(gòu)具有依賴性和反饋性的情況，考慮到各因素或相鄰層次之間的相互影響，利用“超矩陣”對(duì)各相互作用并影響的因素進(jìn)行綜合分析得出其混合權(quán)重，以解決相互依賴的問(wèn)題。模糊網(wǎng)絡(luò)分析法（Fuzzy-Analysis Network Process，F(xiàn)-ANP）用超矩陣的形式來(lái)定量地表示影響程度的大小，使得F-ANP比AHP更能反映客觀實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性[2-10]。杜紅兵在分析三角模糊數(shù)學(xué)和ANP原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)空管安全風(fēng)險(xiǎn)因素相互影響的特點(diǎn)，建立基于F-ANP的空管安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[10]。

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的迅猛發(fā)展，建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)日益突出，迫切需要建立一套科學(xué)、量化的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控評(píng)估方法。建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)涉及多方面因素的復(fù)雜系統(tǒng)，各影響因素間存在相互影響和依賴的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。朱連濱等對(duì)北京市主要建筑保溫材料進(jìn)行了全生命周期和環(huán)境效益評(píng)價(jià)[11]，本文將基于網(wǎng)絡(luò)分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用特點(diǎn)，構(gòu)建了基于模糊網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)理論的建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，通過(guò)Super Decision（SD）軟件計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值，實(shí)現(xiàn)了F-ANP模型在建材行業(yè)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的成功應(yīng)用。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系建立

2.1 建材質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的多層次、多級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的目的是，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的有效控制。根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)及評(píng)價(jià)對(duì)象的特征，分別征詢專家對(duì)所設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的意見(jiàn)，參考國(guó)內(nèi)外歷史突發(fā)事件數(shù)據(jù)和北京市建筑材料產(chǎn)品質(zhì)量信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)已經(jīng)發(fā)生或者可能發(fā)生的事件，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行整理與分類，確定建材質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的多層次、多級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。主要包括：

（1）質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)屬性層評(píng)價(jià)指標(biāo)

從產(chǎn)品質(zhì)量功能實(shí)現(xiàn)方面，識(shí)別建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)形式，對(duì)已識(shí)別的屬性分別從可能性和后果進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、專家意見(jiàn)以及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)質(zhì)量的規(guī)定，其質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)包括：結(jié)構(gòu)損害、防火功能損害、隔熱功能損害、隔音功能損害、防水功能損害、裝飾功能損害、化學(xué)損害、輻射損害、其他損害共9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制體系評(píng)價(jià)指標(biāo)

質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制體系指標(biāo)為影響產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的控制因素，管理風(fēng)險(xiǎn)包括環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、規(guī)則風(fēng)險(xiǎn)、市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、組織管理風(fēng)險(xiǎn)6方面一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及20個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，詳見(jiàn)表1。

表1 建材質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的多層次、多級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2 基于網(wǎng)絡(luò)分析法的建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

ANP的典型結(jié)構(gòu)由控制層和網(wǎng)絡(luò)層兩部分構(gòu)成。控制層是典型的AHP遞階層次結(jié)構(gòu)，設(shè)定決策目標(biāo)與決策準(zhǔn)則，每個(gè)準(zhǔn)則還可以有子準(zhǔn)則。控制層中若有兩個(gè)以上的準(zhǔn)則，則這些準(zhǔn)則對(duì)上隸屬于目標(biāo)，對(duì)下分別控制一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（若有子準(zhǔn)則，向下類推）。若控制層中只有一個(gè)準(zhǔn)則，這個(gè)準(zhǔn)則實(shí)際上即為目標(biāo)，此時(shí)模型便只有網(wǎng)絡(luò)層。其次，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)層次，確定元素集，分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和影響關(guān)系[12-15]。實(shí)際問(wèn)題往往是復(fù)雜問(wèn)題，面臨的幾乎都是既有內(nèi)部依存，又有循環(huán)的ANP網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的情況，元素集包含的元素之間是有相互依賴和相互影響的，存在ANP網(wǎng)絡(luò)循環(huán)，這是ANP網(wǎng)絡(luò)分析法中最為復(fù)雜的情況。利用ANP來(lái)構(gòu)建建筑材料風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的ANP評(píng)價(jià)模型，如圖1所示。

圖1 建材產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的ANP模型

3 基于F-ANP的建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

3.1 構(gòu)建項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素集

基于建筑材料質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立風(fēng)險(xiǎn)因素集，即第一層，總風(fēng)險(xiǎn)因素集：

3.2 構(gòu)建項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集是對(duì)各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的一種語(yǔ)言描述，是專家、評(píng)審人對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)所給出的評(píng)語(yǔ)集合，研究從各種風(fēng)險(xiǎn)對(duì)建筑材料產(chǎn)品質(zhì)量影響程度的大小考慮，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分為五個(gè)等級(jí)：

3.3 確定模糊關(guān)系矩陣

建立模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)：

3.4 F-ANP法確定指標(biāo)的權(quán)重

由于F-ANP模型是一種網(wǎng)狀模型，對(duì)于模型的計(jì)算如超矩陣、極限矩陣計(jì)算等尤為復(fù)雜，若不借助于計(jì)算機(jī)軟件，很難將F-ANP模型應(yīng)用到實(shí)際決策問(wèn)題中去。SD軟件的出現(xiàn)，成功實(shí)現(xiàn)了F-ANP計(jì)算的程序化，為F-ANP的實(shí)用推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)[9-10，12]。應(yīng)用SD軟件，可以對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相互影響的關(guān)系以及大小進(jìn)行判斷。首先建立各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素集，以影響主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源的6個(gè)方面作為評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則層，其下又分為若干元素，對(duì)元素進(jìn)行兩兩比較；再進(jìn)行一致性指標(biāo)判斷得到如圖2的F-ANP評(píng)價(jià)SD模型。

圖2 F-ANP評(píng)價(jià)SD模型

構(gòu)造判斷矩陣的方法與步驟如下：

（1）在元素集C1（環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)）中，以元素r11（資源）為準(zhǔn)則，元素集C1中的元素r11（資源）、r12（地理）、r13（氣候），按照其對(duì)r11的影響大小進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，即構(gòu)造模糊判斷矩陣。判斷矩陣中各元素確定的標(biāo)度如表2所示。

表2 判斷矩陣中各元素確定的標(biāo)度

以元素r12（地理）為準(zhǔn)則，元素集C1中的元素r11（資源）、r12（地理）、r13（氣候），按照其對(duì)r12的影響大小進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，構(gòu)造模糊判斷矩陣。

以元素r13（氣候）為準(zhǔn)則，元素集C1中的元素r11（資源）、r12（地理）、r13（氣候），按照其對(duì)r13的影響大小進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，構(gòu)造模糊判斷矩陣：

從以上3個(gè)特征向量，可以得到元素集C1（環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)）結(jié)構(gòu)的定量表示，即模糊判斷矩陣W11。

（2）重復(fù)以上步驟，得到元素集C2（技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)），C3（制度規(guī)則風(fēng)險(xiǎn)），C4（市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)），C5（經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)），C6（組織管理風(fēng)險(xiǎn)）結(jié)構(gòu)的定量表達(dá)，即模糊判斷矩陣W22、W33、W44、W55、W66。

（3）依此類推，得到模糊判斷矩陣W12、W13、W14、W15、W16、W21、W23、W24、W25、W26、W31、W32、W34、W35、W36、W41、W42、W43、W45、W46、W51、W52、W53、W54、W56、W61、W62、W63、W64、W65，最終求出二級(jí)結(jié)構(gòu)的定量表達(dá)，模糊超矩陣：

（5）構(gòu)造模糊加權(quán)超矩陣計(jì)算權(quán)重：

3.5 評(píng)估建筑產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

在建立模糊評(píng)價(jià)矩陣和權(quán)重向量后，通過(guò)使用模糊復(fù)合算子M（·，⊕），對(duì)每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)屬性進(jìn)行評(píng)估，最后，應(yīng)用模糊評(píng)價(jià)向量的正交化計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。計(jì)算結(jié)果可用于建材產(chǎn)品多種質(zhì)量屬性風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的判斷與比較。

4 實(shí)例驗(yàn)證

建筑用聚苯板為目前用量最大的建筑墻體保溫材料之一，根據(jù)歷史的抽樣檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，建筑聚苯板的主要質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)在材料的防火屬性方面。以建筑聚苯板的防火屬性的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)對(duì)本文提出的建材質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，具有一定的代表性。

4.1 建立模糊判斷矩陣

為了綜合評(píng)價(jià)基于聚苯板防火性能的風(fēng)險(xiǎn)因素，邀請(qǐng)建材行業(yè)涉及工程技術(shù)、行業(yè)監(jiān)管等方面的專家20人組成評(píng)審團(tuán)，以問(wèn)卷調(diào)查的形式，對(duì)建筑材料質(zhì)量體系中綜合評(píng)價(jià)體系第二層元素進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)調(diào)查表的回收、整理、統(tǒng)計(jì)，得到評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表如表3所示。

根據(jù)表3建立模糊關(guān)系矩陣，即從U到V的模糊關(guān)系矩陣R，即對(duì)單因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。

R1=(0.9，0.1，0，0，0)

R2=(0.95，0，0.05，0，0)

R3=(0.9，0，0.1，0，0)

R4=(0.5，0.3，0.2，0，0)

R5=(0，0.65，0.35，0，0)

R6=(0.45，0.15，0.35，0，0.05)

R7=(0.5，0.25，0.25，0，0)

R8=(0.5，0.3，0.1，0.1，0)

R9=(0.6，0.25，0.1，0.05，0)

R10=(0.55，0.4，0.05，0，0)

R11=(0.65，0.2，0.1，0.05，0)

R12=(0.55，0.4，0.05，0，0)

R13=(0.5，0.5，0，0，0)

表3 防火功能損害風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

R14=(0.65，0.3，0.05，0，0)

R15=(0.6，0.35，0.05，0，0)

R16=(0.55，0.45，0，0，0)

R17=(0.45，0.45，0.1，0，0)

R18=(0，0，0.25，0.45，0.3)

R19=(0，0.8，0.2，0，0)

R20=(0.55，0.3，0.1，0.05，0)

由此得到模糊評(píng)價(jià)判斷矩陣為：

4.2 F-ANP法確定權(quán)重

根據(jù)4.1節(jié)的模糊評(píng)判矩陣，用SD軟件構(gòu)造超矩陣、加權(quán)超矩陣、極限超矩陣，最終可得綜合優(yōu)勢(shì)度。

SD軟件基于專家打分的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中各影響因素重要性判斷矩陣及特征向量為（0.636 99，0.104 73，0.258 28），其中，一致性指標(biāo)為0.037 03<0.1，符合一致性檢驗(yàn)。

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)中各影響因素的判斷矩陣，其判斷矩陣的特征向量為（0.328 47，0.671 53），其中，一致性指標(biāo)為0<0.1。

規(guī)則風(fēng)險(xiǎn)中各影響因素的判斷矩陣，其判斷矩陣的特征向量為（0.250 00，0.750 00），其中，一致性指標(biāo)為0<0.1。

市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)中各影響因素的判斷矩陣，其判斷矩陣的特征向量為（0.033 62，0.100 79，0.175 77，0.310 19，0.379 62），其中，一致性指標(biāo)為0.034 35<0.1，符合一致性檢驗(yàn)。

管理風(fēng)險(xiǎn)中各影響因素的判斷矩陣，其判斷矩陣的特征向量為（0.116 40，0.103 14，0.155 30，0.225 65，0.074 75，0.025 91，0.298 86），其中，一致性指標(biāo)為 0.079 03<0.1，符合一致性檢驗(yàn)。從極限矩陣中計(jì)算得出優(yōu)先級(jí)排序結(jié)果，如表4所示。

表4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)及排序

從表4可以看出，現(xiàn)場(chǎng)管理、招投標(biāo)管理、成本管理、進(jìn)度管理、資金、規(guī)則完備性、規(guī)則合理性、技術(shù)成熟度、技術(shù)可行性對(duì)聚苯板產(chǎn)品防火屬性風(fēng)險(xiǎn)的影響較大。

4.3 綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)合成算子選擇M（·，⊕）型，即加權(quán)平均型算子，因?yàn)榧訖?quán)平均型算子適用于兼顧考慮整體因素的綜合評(píng)價(jià)。

整體風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為：

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)被定義為集合E，E={1，2，3，4，5}，這里面的數(shù)字 1、2、3、4、5分別表示的級(jí)別是很低、低、中等、高和很高。4.143 274接近很高風(fēng)險(xiǎn)水平，說(shuō)明聚苯板的防火風(fēng)險(xiǎn)屬性屬于較高級(jí)別風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

本文提出了適合建筑材料的F-ANP質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，并以聚苯板為例進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證，其評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)行國(guó)務(wù)院《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)消防工作的意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)[2011]46號(hào)）以及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)的《關(guān)于貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)消防工作的意見(jiàn)的通知》（建科[2012]16號(hào)）文中對(duì)外墻外保溫有機(jī)保溫材料加強(qiáng)防火質(zhì)量要求的相吻合，這表明該F-ANP建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系具有較好的科學(xué)性、客觀性、實(shí)用性和優(yōu)越性，將為建筑材料質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供一種較為合理的評(píng)價(jià)方法。

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