基于N-K模型的裝配式建筑工程質量鏈節點耦合研究

嚴斌 李萍

(揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

我國裝配式建筑發展起步于20世紀50年代，隨著常住人口基數逐步增大，裝配式建筑在國內逐漸得到應用和推廣。

裝配式建筑有別于傳統現澆建筑，其質量問題尤為復雜。在構件生產過程中，一般采用流水線生產預制構件，但缺乏關鍵的質量控制標準，導致品質差距較大；在施工過程中，施工人員技術水平參差不齊，無法完全保證建筑質量達標。同時，裝配式建筑施工流程復雜且涉及人員較多，導致質量問題權責不明[1-2]。相關數據表明，建筑業已成為一個全球性市場，擁有加工材料、預制材料以及整個建筑構件的復雜供應鏈[3]。

近年來，相關學者不斷深化對質量管理內涵的認識和研究，質量的概念經歷了從“符合性質量”到“適用性質量”再到“顧客及相關方滿意”最終到“卓越質量”的演化過程[4-5]。質量鏈管理強調從根本上突破質量管理黑箱，該理論常應用于生產領域，但在裝配式建筑工程領域應用較少。

基于此，本文將質量鏈理論應用于裝配式建筑工程管理，通過構建N-K模型對質量鏈節點進行耦合，以提升裝配式建筑可持續性經濟價值。

1 質量鏈理論概述

裝配式建筑工程是按照一定的建設規劃由若干個單項工程組成的工程總和，涉及多方組織及參與群體。與傳統的現澆式建筑相比，裝配式建筑的生產、運輸、施工階段相對分離，各方之間容易形成信息壁壘[6]。因此，裝配式建筑的質量管理必須考慮多方資源匯集的復雜性。加拿大哥倫比亞大學的學者Troczynski首先提出了“質量鏈”的概念[7]，約瑟夫朱蘭博士隨后提出了“質量環”的概念[8]。質量鏈管理是指在考慮綜合目標及組合優化特征的基礎上分析各類耦合效應。

作為一個整體，系統的性能取決于每個組成部分的質量以及各性能間的有效協調程度。建設項目可以在有效解決各項目主體質量目標差異的基礎上，通過有效的質量鏈管理解決項目主體面臨的質量管理問題，實現各要素之間的有效耦合。

2 構建裝配式建筑工程質量鏈

在系統層次指標體系中，以工程總體管控對象為宏觀層指標，以項目各階段管理對象為中觀層指標，以各管理對象的具體問題為微觀層指標[9]。由質量假設可知，質量管理與外部環境(顧客和利益相關方)和內部管理(過程方法、持續改進和循證決策)有關，主要包括組織參與者、領導者和員工以及所有利益相關方。

本文通過查閱資料、咨詢專家等方式，結合實際施工管理經驗，基于6M1E從管理過程、作業過程和工藝過程角度，整理出裝配式建筑工程質量鏈節點，從主要人員、材料、施工過程、施工工藝和環境5個Ⅰ級節點出發，劃分18個Ⅱ級節點，見表1。

質量鏈是指對供應商、制造商、用戶的質量意識、質量文化及質量管理習慣等進行整合，實現質量戰略、質量標準、質量過程、質量知識和信息的同步化[10]，對整個施工流程進行高效的質量管理。裝配式建筑工程質量鏈節點聯動關系如圖1所示。

3 裝配式建筑質量鏈節點耦合分析

3.1 質量鏈節點耦合機理

耦合是指兩個或兩個以上的元素之間互相作用而彼此影響以至聯合的現象，說明各元素間存在良性互動，形成互相協調、促進、依賴的動態關聯關系[11]。質量鏈節點耦合是指質量鏈節點相關組織和要素發生的相互影響、相互作用的聯動關系。

表1 裝配式建筑工程質量鏈節點

兩個質量鏈節點耦合后形成局部的耦合鏈節點，使得整體質量產生變化。本文從多因素耦合的角度分析裝配式建筑工程質量鏈節點與質量的關聯性，揭示鏈節點對整體工程質量的影響規律，以提高裝配式建筑質量管理水平。

3.2 基于N-K模型的耦合度量分析

20世紀末，N-K模型由Kauffman提出[12]，現被廣泛應用于各行業風險耦合評估。由于裝配式建筑質量鏈節點復雜且相互作用，本文選用N-K模型量化裝配式建筑工程質量鏈節點耦合程度。以N表示主要人員、材料、施工過程、施工工藝和環境5個質量鏈節點，每個節點有n種狀態，則共有nN種耦合方式。K表示裝配式建筑工程質量鏈管理系統中各子系統相互作用以及耦合的數量，K最小為0，最大為N-1。由于單因素耦合無法采用交互信息計算耦合程度，本文僅計算雙因素和多因素兩種情況下的耦合程度。

3.2.1 雙因素耦合度量

雙因素耦合是指影響裝配式建筑工程質量的5個質量鏈節點兩兩耦合的現象，主要包括主要人員-材料、主要人員-施工過程、主要人員-施工工藝、主要人員-環境等10類，分別記作T21(H，M)、T22(H，C)、T23(H，T)、T24(H，E)、T25(M，C)、T26(M，T)、T27(M，E)、T28(C，T)、T29(C，E)、T210(T，E)。計算公式如下

(1)

式中，Phi表示主要人員因素、材料因素分別處于h、i狀態時雙因素耦合發生概率；Ph....表示主要人員因素處于h狀態時單因素耦合發生概率；P.i...表示材料因素處于h狀態時單因素耦合發生概率。

3.2.2 三因素耦合度量

三因素耦合是指影響裝配式建筑工程質量的3個質量鏈節點之間的耦合作用，主要包括主要人員-材料-施工過程、主要人員-材料-施工工藝、主要人員-材料-環境等10類，分別記作T31(H，M，C)、T32(H，M，T)、T33(H，M，E)、T34(H，C，T)、T35(H，C，E)、T36(H，T，E)、T37(M，C，T)、T38(M，C，E)、T39(M，T，E)、T310(C，T，E)。計算公式如下

T31(H,M,C)=

(2)

式中，Phij表示主要人員因素、材料因素以及施工過程因素分別處于h、i、j狀態時三因素耦合發生概率；P..j..表示施工實施因素處于j狀態時單因素耦合發生概率。

3.2.3 四因素耦合度量

四因素耦合是指影響裝配式建筑工程質量的4個質量鏈節點之間的耦合作用，主要包括主要人員-材料-施工過程-施工工藝、主要人員-材料-施工過程-環境、主要人員-材料-施工工藝-環境、主要人員-施工過程-施工工藝-環境、材料-施工過程-施工工藝-環境5類，分別記作T41(H，M，C，T)、T42(H，M，C，E)、T43(H，M，T，E)、T44(H，C，T，E)、T45(M，C，T，E)。計算公式如下

T41(H,M,C,T)=

(3)

式中，Phijk表示主要人員因素、材料因素、施工過程因素以及施工工藝因素分別處于h、i、j、k狀態時四因素耦合發生概率；P...k.表示施工工藝因素處于k狀態時單因素耦合發生概率。

3.2.4 五因素耦合度量

五因素耦合是指影響裝配式建筑工程質量的5個質量鏈節點之間的耦合作用，主要包括主要人員-材料-施工過程-施工工藝-環境，記作T51(H，M，C，T，E)。計算公式如下

T51(H,M,C,T,E)=

(4)

式中，Phijke表示主要人員因素、材料因素、施工過程因素、施工工藝因素以及環境因素分別處于h、i、j、k、e狀態時五因素耦合發生概率；P....e表示環境因素處于e狀態時單因素耦合發生概率。

3.3 數據分析

本文通過訪問調查、問卷調查等方式對裝配式建筑工程質量鏈節點與質量的關聯性進行數據調查。調查對象主要為裝配式建筑工程相關企業的從業人員和研究人員等。

本次調查共回收問卷228份，被調查者的工作年限大多在2年以上。在各種工作類型中，施工類占比47.37%，管理類占比39.47%，樣本的可信度較高。

通過梳理和分析被調查者對各質量鏈節點的重要性認知度數據，計算相應的質量鏈節點與質量的關聯性概率，結果見表2。主要人員、材料、施工過程、施工工藝以及環境的狀態用0和1表示，0表示對裝配式建筑工程質量影響程度最低，1表示對裝配式建筑工程質量影響程度最大。單因素、雙因素、多因素耦合下關聯性變化的概率計算結果見表3～表7。

3.4 結果分析

不同耦合方式下的耦合度量值見表8。根據計算結果，將各耦合值按照大小順序進行排列：T26

由計算結果可知，在裝配式建筑質量管理中，參與耦合的質量鏈節點越多，其對質量的影響程度越大。在三因素耦合中，T34(主要人員，施工過程，施工工藝)耦合值最大，T37(材料，施工過程，施工工藝)耦合值最低，T39(材料，施工工藝，環境)耦合值相對較低。在雙因素耦合中，T29(施工過程，環境)耦合值最大，T23(主要人員，施工工藝)和T24(主要人員，環境)耦合值相對較大，T25(材料，施工過程)，T210(施工工藝，環境)耦合值較低，T26(材料，施工工藝)耦合值最小。這說明主觀因素(主要人員、施工實施)與客觀因素(材料、施工工藝、環境)之間的完全耦合比主客觀內部因素耦合對質量的影響程度更大；主觀因素與客觀因素間存在較大的耦合性，即現場作業者操作失誤且管理者對材料、環境等管理不到位時，容易導致質量問題。

表2 質量鏈節點與質量的關聯性概率

表3 單因素耦合下質量鏈節點概率

表4 雙因素耦合下質量鏈節點概率

表5 三因素耦合下質量鏈節點概率

表6 四因素耦合下質量鏈節點概率

表7 五因素耦合下質量鏈節點概率

表8 不同耦合方式下的耦合度量值

4 結語

本文基于6M1E視角，從管理過程、作業過程、工藝過程三個方面，劃分了主要人員、材料、施工過程、施工工藝和環境 5 個Ⅰ級質量鏈節點以及 18 個Ⅱ級質量鏈節點。基于228份受訪者反饋的調查問卷和N-K模型，量化計算質量鏈節點要素耦合程度。研究結果發現，裝配式建筑工程質量鏈節點之間具有相對簡單的網絡結構，存在不同的耦合路徑，為使用其他工具進一步分析和研究裝配式建筑工程質量過程控制提供了參考。

基于N-K模型研究發現，主觀因素(主要人員、施工過程)誘發多因素耦合能力突出，其重要程度明顯高于其他因素。因此，在裝配式建筑施工中，應注重主要人員的安排及施工過程中的監督檢查，可采取提升現場作業者的技能水平及相關資質、加大監督檢查力度等系列措施。基于信息協同角度，應采用現代信息技術獲取項目質量信息，構建質量管理信息協同系統[13]，減少主觀因素的耦合風險。