基于WSR方法和OWA-耦合協調度的裝配式建筑施工質量評價

劉 艷，陳為公，張 娜，張 悅，程 準

(1.青島理工大學(臨沂) 管理工程系，臨沂 273400；2.青島理工大學 管理工程學院，青島 266525；3.山東省高校智慧城市建設管理研究中心，青島 266525)

裝配式建筑施工具有參與方多、施工過程復雜、建造目標要求高且呈動態變化的特點，而且裝配式建筑施工質量對裝配式建筑的可持續發展至關重要，因此對施工質量進行系統、綜合的評價成為當前我國學者研究的重點和熱點.在裝配式建筑施工質量指標體系建立方面，王爽等[1]將施工質量內容分成施工前、施工中、施工后3個部分建立評價指標體系；王志強等[2]則分別從生產制造、物流運輸、現場施工3個維度和施工準備、構件供應、施工操作、檢查驗收4個維度構建了施工質量評價體系.由此可見，與施工質量相關的影響因素得到了較全面的研究，但是施工人員、施工過程以及裝配式建筑產品間的相互作用關系卻未能體現，忽視了三者耦合協調對施工質量的重要性，使得施工質量評價缺乏一定的客觀合理性.因此，能否尋求一種科學、合理的方法明晰施工人員、施工過程以及建筑產品間的相互作用，構建相應的評價指標體系，對實現裝配式建筑施工質量的科學評價以及保障施工質量水平尤為關鍵.

目前，關于施工質量評價的方法主要包括：智能方法[3]、限值內百分率法[4]、人工神經網絡[5]、多元識別方法[6]、灰色聚類[7]等，且指標權重確立多采用AHP等方法.雖上述方法能夠對施工質量進行數字化處理，但大多方法的計算過程復雜，步驟繁冗，容易出現操作誤差，不便于實際工程應用且賦權過程主觀性較強.鑒于此，本研究基于WSR(物理-事理-人理)方法將裝配式建筑產品、施工過程以及施工人員間的相互作用關系層次化、條理化、系統化并建立一套適用于裝配式建筑施工質量的綜合評價體系，進而結合OWA-耦合協調度對影響裝配式建筑施工質量的裝配式建筑產品、施工過程以及施工人員的相關因素進行科學的定量化研究，辨證地對施工質量進行更加客觀有效的評價.

1 裝配式建筑施工質量評價指標體系的建立

1.1 相互作用分析

從廣義上講，施工可以看作是一個過程、活動，作為建造建筑產品的關鍵步驟，對施工質量起決定性的作用.從狹義上講，施工又可以看作是一個組織，以建造建筑產品為目標，施工人員相互協作結合而成的集體或團體，為施工的有效開展提供保障.所以，施工實際上是以建造建筑產品為目標，通過施工人員協調各類施工活動最終形成建筑產品的一個過程.因此，施工屬于復雜的系統工程，其中施工人員作為施工的決策者、管理者和作業者，在施工中發揮其主觀能動性保障施工的順利進行，具有主導性的作用，是系統運行的動力；施工過程是系統操作的具體步驟，將施工人員和裝配式建筑產品緊密聯系起來，并為施工人員發揮主觀能動性以及裝配式建筑產品展現特殊性和實現價值效應提供了一個過程實施平臺，為施工質量目標的實現提供了可能；建筑產品是最終的系統輸出，作為施工的目標及產物，對施工人員行為和施工過程活動具有一定的約束性、引導性，其建造需求可充分體現出施工的特殊性與價值效應.綜上可知，三者相互促進、相互制約，并且其耦合協調度決定施工質量水平.那么實現施工過程、建筑產品、施工人員的耦合協調是保障施工質量的關鍵.

我國學者顧基發等[8]在1995年針對復雜的系統問題提出了具有中國傳統的哲學思辨思想的物理-事理-人理(WSR)方法論，憑借其科學性、動態性與系統性的特點，在解決復雜問題方面產生了較高的影響力.其理念核心是在處理復雜問題時既要考慮對象物的一面，又要考慮這些物如何更好地被運用的事的方面，同時，認識問題、處理問題和實施管理與決策都離不開人的方面.這一理論思想與裝配式建筑施工質量內涵具有高度的一致性、契合性.裝配式建筑施工質量系統分析如表1所示.因此，本研究將在WSR方法思想指導下構建裝配式建筑施工質量評價指標體系，并根據上述分析構建如圖1所示的基于WSR的裝配式建筑施工質量管控機制，并遵循PDCA(Plan-Do-Check-Act)全面質量管理的科學循環程序，以期為裝配式建筑施工管理提供思路.

表1 裝配式建筑施工質量系統分析

圖1 基于WSR的裝配式建筑施工質量管控機制

1.2 基于WSR方法評價指標體系的建立

“物理”是人類對物質世界規律的認識，即裝配式建筑的適用性、安全性、耐久性、可靠性、經濟性及與環境的協調性等.“事理”是做事的道理，主要解決如何安排，即施工過程中的準備、計劃、組織、實施、檢查、監督和審核等各項施工活動的有序性和合理性，如：施工準備的完備性、施工計劃的可實施性、施工組織設置的合理性、裝配施工的精準性、施工檢查的嚴密性、施工監督的有效性、施工審核的全面性、施工工序的有序性、施工安排的靈活性等.“人理”研究主體——人的心理、能力、目的、技術以及所處環境對人的行為的影響，即施工人員在建設中要做好裝配施工和協調好各施工組織有序參與，并且施工人員自身的協作、溝通、質量意識、建造能力等也會對施工質量產生影響，如：施工人員的質量意識、組織分工情況、技術水平、健康安全水平監護、班組協調配合水平、信息溝通狀況、現場管理控制能力、學習及創新能力等.

通過上述分析，對裝配式建筑施工質量影響因素進行總結，同時采用訪談、問卷等方式向裝配式項目領域相關專家或經驗豐富的項目參與人員求證咨詢，得到裝配式建筑施工質量初始評價指標.然后結合現有的裝配式建筑施工質量評價文獻[1-5]，篩選初始評價指標，最終從指標體系構建的代表性和差異性、全面性和可操作性原則出發得到以裝配式建筑產品、施工過程、施工人員為3個一級指標的施工質量評價指標體系，如表2所示.

表2 裝配式建筑施工質量評價指標體系

2 裝配式建筑施工質量評價模型的構建

2.1 OWA算子賦權

目前，裝配式建筑施工質量評價賦權中較常用的是AHP法賦權方法，但主觀性較強.而OWA算子賦權方法具有較強的客觀性，因此本文采用OWA算子賦權法進行裝配式建筑施工質量評價指標的賦權.賦權步驟如下：

1) 指標的決策數據集結為(α1，α2，…，αi，…，αn)，然后從大到小重新排列，數據重新集結為(b1，b2，…，bi，…，bn).

2) 用組合數設計數據的權重，得加權向量：

(1)

式中：bj為重新集結的指標決策數據，j=0，1，2，…，n-1.

3) 通過加權向量ω對決策數據加權，得指標Ai的絕對權重值ω＇i：

(2)

4) 計算指標Ai的相對權重值wi：

(3)

2.2 耦合協調模型的構建

耦合度是用來描述系統或系統內部要素之間相互作用、彼此影響的程度；耦合協調度是度量系統或系統內部要素之間在發展過程中彼此和諧一致的程度，體現了系統由無序走向有序的趨勢.裝配式建筑的施工質量水平受到裝配式建筑產品的質量、施工過程的有序程度以及施工人員的協調程度制約，三者的耦合協調效應關乎其優劣程度.因此，裝配式建筑施工質量評價的本質就是通過物理、事理、人理(裝配式建筑產品、施工過程、施工人員)的耦合協調度對施工質量水平的判定.鑒于此，借用物理學中耦合協調計算模型對裝配式建筑產品、施工過程、施工人員之間的耦合程度進行衡量，以實現對裝配式建筑施工質量的科學評價.

施工人員的協調度、施工過程的有序度、裝配式建筑產品的價值的科學量化是實現裝配式建筑施工質量的評價的基礎.在WSR方法論指導下建立的裝配式建筑施工質量評價體系是內部特征統一、系統性較強的綜合評價體系.由于裝配式建筑產品、施工過程、施工人員的指標是依據彼此間的相互作用關系分析得到的，具有高度的不確定性和關聯性，決定了裝配式建筑產品、施工過程、施工人員指標數據量化和處理方式必然是針對解決各種信息不完全、實踐數據不易獲得和內部關聯性強的模糊不確定性問題，故滿足指標量綱統一、指標內部互不干擾和模糊信息明確化等需求是關鍵.

模糊綜合評價法[9]是一種以模糊數學理論為基礎的綜合性評價方法，具有系統性較強、評價結果清晰等特點，能夠對施工人員、施工過程、建筑產品指標的模糊信息進行恰當處理.因此，將其與OWA算子賦權方法相結合可實現指標數據的集結，實現裝配式建筑產品、施工過程、施工人員指標的合理輸出，為耦合度評估的準確性提供保障.

具體步驟如下：

1) 構建模糊評語集.將裝配式建筑產品的質量、施工過程的有序程度、施工人員的協調程度評語劃分為V={v1，v2，v3，v4}={高，較高，一般，低}，每個評語分別對應一個評分區間，各個評價區間的模糊測度閥值M={0.95，0.80，0.60，0.25}.具體劃分見表3.

表3 模糊評語集

2) 構建二級指標隸屬度矩陣Ri.對所有因素逐一評估，構成m×n的模糊評判矩陣Ri：

3) 合成模糊綜合評估矩陣.將OWA算子賦權得到的權重集wi與模糊評判矩陣Ri合成得到模糊綜合評估矩陣：

Bi=wi×Ri=(b1，b2，…,bn)

(4)

式中：bi為模糊綜合評估指標.

4) 確定一級指標的模糊評估值.將一級指標的模糊評估矩陣與模糊測度閥值M矩陣合成，得到一級指標的模糊評估值，即裝配式建筑產品的價值、施工過程的有序度、施工人員的協調度.

f(x)=BA1×M

(5)

g(y)=BA2×M

(6)

h(z)=BA3×M

(7)

5) 計算耦合度C.

式中：C為耦合度，0≤C≤1，C越大，耦合度越高；μ為各子系統綜合得分.

依據WSR方法論，結合上述計算過程，耦合度C是f(x)，g(y)，h(z)相互作用的結果，因此耦合度C的計算公式如下：

(8)

6) 計算耦合協調度.

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

(9)

(10)

式中：D為耦合協調度；T為綜合效益；f(x)，α為裝配式建筑產品的價值及權重；g(y)，β為施工過程的有序度及權重；h(z)，γ為施工人員的協調度及權重.

2.3 裝配式建筑施工質量評價測度界定

為了實現對裝配式建筑產品、施工過程、施工人員的耦合程度的定量化評價，根據工程實踐經驗，結合統計學原理，并參考文獻[10]將評價測度進行科學劃分和界定，見表4.

表4 裝配式建筑施工質量評價測度

3 實例分析

泰和上筑13號是位于濰坊的一座居民樓，共20層，地上18層，地下2層，建筑面積9750.36 m2，主要采用剪力墻結構，工期為2年,最終被評定為裝配式建筑科技示范項目.為驗證所構建裝配式建筑施工質量評價模型的合理性和有效性，選取該項目作為實例.

3.1 基于OWA算子計算指標權重

以評價指標體系中裝配式建筑產品A1下的6個二級指標的權重確定為例，指標賦權決策數據如表5所示.

表5 指標賦權決策數據

運用OWA算子進行指標賦權，具體計算過程如下：

將指標A11專家打分數據從大到小進行排序得b=(4.5，4.5，4.5，4.0，4.0，4.0)；

根據式(1)獲得加權向量：(0.03125，0.15625，0.31250，0.31250，0.15625，0.03125)

根據式(2)計算指標A11的絕對權重為

同理可得指標A12，A13，A14，A15，A16的絕對權重分別為：ω＇12=4.3125，ω＇13=4.0937，ω＇14=4.000，ω＇15=4.1563，ω＇16=4.2657.

根據式(3)歸一化得二級指標權重向量為

wA1=(0.172，0.172，0.163，0.159，0.165，0.169)

同理可得其他二級指標的權重向量為

wA2=(0.114，0.111，0.109，0.108，0.117，0.106，0.105，0.118，0.112)

wA3=(0.132，0.129，0.133，0.142，0.135，0.131，0.128，0.140)

一級指標權重α=0.428，β=0.254，γ=0.318.

3.2 耦合協調評估

1) 構建模糊矩陣.確定“高，較高，一般，低”4個模糊評語，通過調研專家學者，進行模糊評判并構造各模糊矩陣：

2) 合成模糊綜合評估矩陣.根據式(4)將二級指標的權向量與模糊矩陣合成得到一級指標的模糊評估矩陣：

=[0.458 0.418 0.110 0.017]

BA2=wA2×RA2=[0.114 0.111 0.109 0.108 0.117 0.106 0.105 0.118 0.112]×

BA3=wA3×RA3=[0.132 0.129 0.133 0.142 0.135 0.131 0.128 0.140]×

3) 確定一級指標的模糊值.根據式(5)將裝配式建筑產品的模糊評估矩陣與模糊測度閥值M矩陣合成，得到裝配式建筑產品的質量：

同理，根據式(6)、式(7)得到施工過程的有序度為：g(y)=BA2×M=8.3495；施工人員的協調度為：h(z)=BA3×M=8.6235.

4) 計算耦合度及綜合效益.

根據式(8)得到耦合度為

由式(9)得到耦合協調度為

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

=0.428×8.3975+0.245×8.3495+0.318×8.6235

=8.3820

在計算耦合協調度之前，需要將數據進行標準化或歸一化處理，以消除量綱不同給計算造成的影響，此處綜合效益值T=8.3820，與耦合度C量綱不同，因此需要將其按照數值歸一化的方法進行處理，將綜合效益值進行標準化，得到T*=8.3820/10=0.8382.

5) 計算耦合協調度.

3.3 結果分析

將實例研究結果與裝配式建筑施工質量劃分的等級相對應，該項目的施工質量等級為“優”，與工程實際相符合，驗證了方法的合理性.通過裝配式建筑產品、施工過程、施工人員的模糊評估值可知，裝配式建筑產品的質量、施工過程的有序程度以及施工相關方的協調程度均能夠達到“較高”水平，為施工質量達標提供了保證.裝配式建筑產品、施工過程、施工人員的權重對比結果為α>γ>β，由于該項目施工精準度要求較高且構配件吊裝難度大，給施工人員操作帶來了困難.加強施工人員的業務水平，有利于施工質量的進一步提升.

4 結論

1) 在WSR方法論指導下，梳理了裝配式建筑施工質量評價的邏輯結構，構建了相應的施工質量管控機制，為裝配式建筑施工質量評價體系的構建提供了思路.

2) 對裝配式建筑施工質量系統物理-事理-人理(裝配式建筑產品-施工過程-施工人員)的相互作用關系進行了分析，并在此基礎上結合專家意見及以往研究成果建立了裝配式建筑施工質量評價指標體系.

3) 采用OWA 算子確定指標權重，使指標賦權更加客觀合理.同時，考慮到物理-事理-人理的耦合協調性對施工質量的決定性作用，建立了裝配式建筑施工質量耦合協調模型，為裝配式建筑施工質量評價提供了依據.