基于組合權重的裝配式建筑部品運輸風險評價

李強年， 陳瑞軍， 馬岷成

(1. 蘭州理工大學 土木工程學院， 甘肅 蘭州 730050； 2. 甘肅省建設設計咨詢集團有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

近年來，裝配式建筑的發展受到了建筑行業的高度重視，因此對傳統的施工方式進行轉型和升級是建筑行業發展的趨勢。裝配式建筑與傳統現澆式建筑的施工方式相比，其施工過程增加了建筑部品的運輸環節，但這一重要環節往往被忽視[1,2]，導致構件在運輸過程中變形、開裂和影響其使用性能等質量問題頻發。運輸過程中一旦發生事故，將導致人員傷亡和財產損失，同時對施工單位的施工進度也產生嚴重的影響。目前我國裝配式建筑部品運輸體系還不健全，機械和管理模式落后。如何科學評價運輸風險等級，控制裝配式建筑部品運輸風險，已成為裝配式建筑實施過程中關注的重點對象。

國內外學者對裝配式建筑部品進行了大量的研究。Zhao等[3]以物聯網技術為基礎，研究裝配式建筑PC(Precast Concrete)構件的生產和安裝過程，為裝配式建筑相關專業人員提供管理經驗。Wang等[4]通過整合PC構件的存儲和運輸過程，優化了裝配式建筑的生產計劃模型，為提高裝配式建筑PC構件的生產效率提供了參考價值。Yuan等[5]將DFMA(Design for Manufacturing and Assembly)引入到裝配式建筑部品設計中，結合BIM(Building Information Modeling)技術，為裝配式建筑部品的設計提供了新思路。我國學者對裝配式建筑部品的研究主要集中在以下兩個方面，一方面是對PC構件吊裝技術的研究[6～8]，另一方面是對裝配式建筑部品供應商的選擇研究[9～11]。目前對裝配式建筑部品運輸風險評價的研究寥若星辰。杜清婷等[12]運用風險評估矩陣法從生產、加工、運輸三方面對裝配式建筑部品進行風險評價，發現運輸過程中的風險屬于中等風險。王子騰等[13]認為裝配式建筑預制構件在運輸過程中存在的主要問題是違反運輸法規、運輸方式單一和管理模式混亂等。常春光等[14]分析了裝配式建筑預制構件在運輸階段存在的問題有管理人員缺乏應變能力、路面承載力考慮不足和車輛型號不合理等。吳海等[15]認為預制構件在運輸過程中遇緊急情況可能會導致預制構件破損，使預制構件質量受損。針對我國裝配式建筑部品運輸過程中存在的風險，亟需一種科學合理的裝配式建筑部品運輸風險預警體系來指導裝配式建筑部品運輸企業的管理工作。

本文從“人-機-物-管-環”的角度，系統地分析裝配式建筑部品在運輸過程中由于人的不安全行為、物的不安全狀態可能誘發的運輸風險。采用G1法和熵值法對分析指標進行權重分析，這種主觀和客觀相結合的賦權方法避免了傳統分析方法主觀性強和由于客觀性而導致權重系數不符合邏輯的現象發生。最后基于可拓物元理論建立裝配式建筑部品運輸風險預警模型，評價運輸風險等級，為我國裝配式建筑部品的運輸提供科學合理的管理思想和理論指導。

1 構建風險預警指標體系

目前，我國裝配式建筑部品在運輸過程中存在一定的風險，本文對裝配式建筑部品運輸企業進行問卷調查和專家訪談，以人機工程學和安全系統工程原理為理論依據，從“人-機-物-管-環”的角度對裝配式建筑部品運輸過程中的風險因素進行聚類分析，以此為基礎構建裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系

1.1 構建原則

(1)科學簡明性原則：每個指標的選取必須具有科學性，能準確反映運輸過程中存在的風險，同時具有可操作性。

(2)獨立性與整體性原則：每個指標獨立存在，但又相互影響，構成了一個完整的有機體。

(3)系統性與層次性原則：各指標體系之間的邏輯層次分明，又具有完整的系統性。

1.2 指標內涵

(1)人員因素：主要包括運輸過程中的作業人員和管理人員。運輸作業人員培訓不到位、安全意識薄弱和管理人員管理水平不高，導致裝配式建筑部品在運輸過程中超載超速、違規裝卸裝配式建筑部品的現象屢見不鮮。這些安全隱患不僅對裝配式建筑部品運輸企業造成人身財產損失，也對施工企業的施工進度產生重大影響。

(2)設備設施因素：主要包括運輸過程中的機械設備和運輸過程中的基礎設施。運輸車輛和裝卸設備必須配套使用同時滿足承載力要求。索具、繩徑、鋼絲繩磨損必須滿足使用要求。基礎設施指運輸路線所經過的橋梁、隧道、公路等，在路線規劃時，必須充分考慮橋梁、隧道、公路的承載力要求同時盡可能避開交通樞紐地帶。

(3)物品因素：主要包括部品幾何尺寸大小和在運輸過程中用于固定部品的專用架。裝配式建筑部品由于其幾何尺寸大，在通過橋梁、隧道、道路不佳地帶時，必須滿足其限重、限高和限寬要求。用于固定部品的專用架必須滿足部品受力要求，不僅在運輸過程中要發揮其安全作用，也要避免部品質量受損。

(4)管理因素：主要包括建筑部品作業管理步驟和應急管理流程。規范裝配式建筑部品作業管理步驟和完善裝配式建筑部品應急管理流程是預防和控制裝配式建筑部品運輸事故發生的主要措施。嚴格把控作業規范化，避免由于操作不規范導致安全事故的發生，加強應急管理應對突發風險，定期組織應急演練，強化突發事件的處理能力。

(5)環境因素：主要包括自然環境和社會環境，自然環境主要指在裝配式建筑部品運輸過程中所遇到的惡劣天氣狀況，主要包括強風、暴雨、冰雪、沙塵暴、泥石流等天氣氣象。社會環境指運輸路線所經過的城市主干道和人群密集地帶。若發生安全事故不僅對城市交通產生嚴重的影響，對他人的生命也將產生嚴重的威脅。

2 預警等級和預警準則

2.1 預警等級的劃分

本研究根據《國家安全生產事故災難應急預案》，將建筑部品運輸風險劃分為4個等級，分別為1級、2級、3級和4級；預警等級劃分為4個等級，為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級，分別對應紅色、橙色、黃色和藍色預警。為便于定量化分析，參考國內外關于風險等級的處理辦法，將預警等級用相應的數值區間來表示，詳見表1。

表1 裝配式建筑部品運輸風險預警等級劃分

2.2 預警準則的制定

風險是可以控制的，對風險進行定量與定性分析在一定程度上可以避免安全事故的發生或減小安全事故發生后帶來的損失，最終實現安全管理的目標。本文通過梳理裝配式建筑部品在運輸過程中的風險因素，制定預警指標標準，有助于裝配式建筑部品運輸企業識別部品在運輸過程中存在的風險。根據不同的預警等級，采取有效的防范措施，在一定程度上減弱風險的發生。目前，關于預警準則的理論研究還不成熟，因此，本研究主要依據實際案例和專家意見，綜合確定預警指標所對應風險等級的取值范圍。裝配式建筑部品運輸風險預警指標等級的劃分詳見表2。

表2 風險預警指標的等級劃分

3 基于可拓理論的風險預警模型

可拓理論是我國學者蔡文于1983年為定量化處理事物之間的矛盾，結合數學、哲學和工程學，以N為待評價對象，C為對象特征，把N關于C的特征量值V通過物元R=(N,C,V)有機結合起來，反映事物質與量辨證關系的一種新理論[13]。

3.1 確定經典域、節域和待評價物元

(1)經典物元

(1)

式中：Nj為j級預警等級；Ci為第i個預警指標；Vji為預警等級Nj關于預警指標Ci的量值范圍；Vji=〈aji,bji〉。

(2)節域物元

(2)

式中：N為所有預警等級；Vpi表示預警指標Ci在所有預警等級N下的量值范圍，顯然有〈aji,bji〉?〈api,bpi〉。

(3)待預警物元

(3)

式中：Nx為待預警事物；Vi為待預警事物關于預警指標Ci的具體量值。

3.2 確定關聯度

在可拓理論中，關聯函數是用來刻畫數學模型的工具，它表示事物所具有某種性質的程度[13]。預警指標關于預警等級關聯函數的關聯度可用公式表示為：

(4)

式中：ρ(vi,vji)為點vi與區間vji的距。

(5)

(6)

3.3 確定預警指標權重

G1法是王學軍[14]在層次分析法的基礎上，對其進行改進后提出的一種主觀賦權法，避免了構建判斷矩陣和一致性檢驗的難題，計算量大幅減少，精度進一步提高，同時不受指標數量的限制。熵值法是一種以評價指標對系統整體的影響程度來確定權重的客觀賦權法[15]。本研究結合主觀賦權法和客觀賦權法對預警指標賦予權重，不僅避免了主觀賦權過分依賴決策者的經驗而忽視了預警指標之間的內在聯系，同時也避免了客觀賦權由于數據失真出現不符客觀事實的現象，這種定性與定量相結合的賦權方法能夠對各預警指標賦予準確科學的權重。賦權過程如圖2所示，其中本研究中u取0.5。

圖2 組合賦權流程圖

3.4 確定綜合關聯度

4 實證研究

以南京市棲霞區丁家莊某保障性住房項目(裝配式高層公租房)的裝配式建筑部品運輸為例，選取運輸作業人員C1、相關管理人員C2、運輸設備C3、基礎設施C4、構件幾何尺寸C5、專用架C6、作業管理C7、應急管理C8、自然環境C9和社會環境C10，10項預警指標。運用問卷調查法對預警指標進行量化評分，調查對象的選取對評價結果是否準確有著至關重要的作用。本文從學歷、從事本專業的工齡和職稱三方面來綜合考量預警指標權重的可信度，詳見表3，最終得出裝配式建筑部品運輸風險預警指標的分值，詳見表4。

表4 裝配式建筑部品運輸風險預警指標分值

表3 受調查對象權重可信度

4.1 基于可拓理論構建預警模型

構建裝配式建筑部品運輸風險預警的經典域R1，R2，R3，R4；節域Rp和待評價物元Rx。

4.2 確定預警指標權重和等級

根據組合賦權法(G1法和熵值法)的計算流程圖計算各預警指標的權重，計算得出各預警指標組合權重向量W(C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10)=(0.124，0.158，0.089，0.099，0.086，0.095，0.126，0.101，0.092，0.060)詳見表5。根據綜合關聯函數確定預警等級的關聯度函數值，詳見表6。

表5 裝配式建筑部品運輸風險預警指標權重

表6 預警等級關聯函數

由上述計算結果可知K3=maxKj(Nx)=0.088，則該項目的裝配式建筑部品運輸風險為Ⅲ預警等級，呈黃色預警，風險程度屬于中度風險。說明該項目的裝配式建筑部品在運輸過程中存在一定的風險隱患。該項目裝配式建筑部品運輸企業需根據上述分析結果采取相應的防護措施，同時制定相應的應急預案，并進一步分析裝配式建筑部品運輸風險隱患，加強相關人員的培訓工作和安全意識，從根本上解決事故的發生。

5 結 語

裝配式建筑部品運輸風險受多種因素的影響，本研究在分析大量裝配式建筑部品運輸事故的基礎上， 采用聚類分析法和專家訪談法，從“人-機-物-管-環”的角度，構建裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系。將裝配式建筑部品運輸風險等級與預警等級結合，基于可拓理論構建裝配式建筑部品運輸風險預警模型。采用組合賦權法從定性與定量兩個方面對預警指標進行評價，兼顧了定性分析與定量分析的優勢，提高了評價模型的預警精度，但該模型主要以公路運輸為背景，不具有普適性。最后以南京市棲霞區丁家莊某保障性住房項目的裝配式建筑部品運輸為工程實例，較好地驗證了預警模型的科學性和合理性。通過研究裝配式建筑部品運輸風險，以期為裝配式建筑部品運輸企業的風險管理提供理論指導，同時促進我國裝配式建筑的健康發展。