裝配式住宅建設周期內質量風險評價研究

常晉榮，閆林君

（蘭州交通大學 土木工程學院，蘭州 730070）

為滿足人民群眾對高品質住宅的美好生活向往，住宅建設勢必要擺脫對傳統現澆建造方式的依賴與束縛來提升住宅建筑產品的長久性與質量［1］.裝配式住宅因具有節能減排、可增強建筑結構穩定性等特點，再加上政府對于“雙碳目標”與綠色建筑的重視，而成為各行各業的關注焦點.但我國裝配式住宅的發展與其他發達國家相比仍相對滯后，存在建設經驗不足與質量管理體系不健全等現實問題，且裝配式住宅建設環節較多，涵蓋了從項目前期策劃、預制構件設計、加工生產、運輸到施工吊裝的全部階段，建設周期內各環節相關參與者協同度低、作業人員專業技術熟練度不足等影響因素極易導致質量缺陷問題頻發.因此，對裝配式住宅建設項目建設周期內質量風險影響因素進行全面識別與系統性綜合評價對于把握潛在質量風險及保證建筑實體質量安全具有重要意義.

目前，國內外相關專家學者關于裝配式建筑質量方面的研究取得了一定成果，Kalasapudi等［2］整合自適應3D成像與空間模式分析方法，通過對預制構件進行頻繁的擬合分析來有效控制質量；Lu等［3］運用BIM模型將原有的分散獨立企業相互連接，對所需建筑材料進行動態數據監控以改善工程質量；齊寶庫等［4］、劉鑫［5］從施工前、施工中以及施工后三個階段出發，運用層次分析-模糊綜合評價法對裝配式建筑施工質量進行評價研究，并根據評價結果提出相應改進措施，具有較好的應用價值；王星凱［6］、石霖凱等［7］對預制裝配式混凝土住宅建設項目實施階段質量影響因素進行分析與管理研究，為裝配式住宅質量控制提供有效的理論支撐.綜合以上文獻研究成果不難發現，對于裝配式建筑質量研究主要集中于某一方面或某一階段，缺乏全建設周期質量風險影響因素系統研究，并且所采用評價指標權重確定方法與評價模型較為單一，多受人為主觀意愿的影響，使最終評價結果具有片面性.

針對以上不足，本文以裝配式住宅建設周期內質量風險評價為研究對象，從全建設周期出發，利用全面質量管理理論（total quality management，TQM）［8］中“人、機、料、法、環”4M1E的方法，對建設周期內質量風險影響因素進行全面剖析與系統分類來構建評價指標體系；運用熵權法確定指標權重，并運用正態云模型進行質量風險綜合評價研究，可有效實現評價指標定性概念到定量數值的有效轉換，以保證評價結果的準確性.

1 構建評價指標體系

裝配式住宅由工廠加工制造的預制構件在施工現場通過一定的拼接與機械自動化技術吊裝而成，與傳統現澆建造方式相比，其建設周期內所含環節較多，各階段潛在質量風險影響因素復雜繁多且相互作用，如圖1所示.因此在建設過程中需要投入更多的人員、機械等方面基本要素來進行質量管理并做好充分協調工作，以免引發質量波動，進而影響住宅建設項目整體質量.

圖1 裝配式住宅建設周期內各階段及具體內容Fig.1 Stages and specific contents within construction cycle of prefabricated residence

鑒于目前我國裝配式建筑仍以裝配整體式混凝土結構建筑工程為主，且政府出臺的相關標準規范與政策文件多針對裝配式混凝土結構［6］，故從裝配整體式混凝土住宅項目著手，在依據相關規范［9-10］及參考現有文獻成果［4-7，11-13］的基礎上，結合Delphi法從“人、機、料、法、環”4M1E五個方面全面識別質量風險影響因素并將其進行分析歸納，最終確定22個細化指標來構建裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標體系，如圖2所示.

圖2 裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標體系Fig.2 Evaluation index system of quality risk influencing factors in construction cycle of prefabricated residence

2 基于熵權法-正態云模型的綜合評價方法

2.1 確定指標賦權方法

權重是指某一因素或指標對于某一事物的相對重要程度，它反映了各風險影響因素評價指標對裝配式住宅項目建設周期內質量影響程度的量，其合理性直接影響分析結果的準確性，故評價指標賦權方式的選擇尤為重要.

熵權法［14］是一種根據評價指標變異程度來確定權重的客觀賦權方法，它通過計算裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標的信息熵確定每個指標的熵權，再利用熵權修正每項評價指標的比重，從而獲得較為客觀的指標權重，能夠克服主觀因素造成的權重差異，適應性較強，因此選擇熵權法作為權重確定方法，具體實施步驟如下：

1）假設n個專家對m個指標進行評價，將收集的數據進行整理，形成原始數據矩陣R

2）采用越大越優型指標對原始數據矩陣R進行標準化處理

故裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標的權重為wj=（w1，w2，…，wn）.

2.2 云模型基本理論及算法

2.2.1 云模型原理

云模型［15-17］是由我國工程院院士李德毅于1995年以概率論及模糊數學為基礎提出的一種研究模糊性與隨機性之間關聯作用的概念，它通過3個數字特征，即期望Ex，熵En，超熵He三者之間的雙重性有機關聯來實現定性概念與定量數值之間的相互映射，可有效克服模糊理論的不徹底性，使得綜合評價結果更有說服力.

2.2.2 云模型定義

云模型定義為：設U為一個定量論域，U上的定性概念為C，若定量值x∈U，則定量值x是定性概念C的一次隨機實現，且x對C的隸屬度u（x）∈［0，1］是具有穩定傾向的隨機數.?x∈U有x→u（x），則將x在論域U上的分布稱為云，每一個（x，u（x））稱為一個云滴［16］.云模型類型多樣，但圖2所示裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標大多為定性指標，缺乏統一的評價標準和參考數值，故采用正態云模型，可有效實現評價指標定性概念到定量數值的有效轉換，以保證評價結果更具客觀性.

2.2.3 云模型數字特征及數值確定

在正態云模型中期望Ex為最能代表定性概念的點，由式（7）確定；熵En為論域區間內定性概念的取值范圍，由于I作為各個評價等級相互過渡的臨界值，所以邊界值屬于左右兩個等級且隸屬度相等，則有exp［-（Imax-Imin）2／8（En）2］=0.5，即熵由式（8）計算得出；超熵He的大小可根據評語情況進行調整，若He的取值越小，則云的厚度越小，反之則越大，本文超熵值He取0.1.

2.2.4 云發生器

云發生器是指云的生產算法，它的建立可有效實現評價指標定性概念與定量數值之間的互相轉換.其中，正向云發生器是由云的數字特征C（Ex，En，He）生成云滴算法的過程；而逆向云發生器則是正向云發生器的逆過程，是將一系列精確數據轉換為由數字特征表示的定性概念的算法［17］，本文研究中皆使用到以上兩種云發生器.

1）正向云發生器具體計算步驟

①以En為期望、He為方差得到正態隨機數En′i～（En，He）；

2.3 確定質量風險評價評語等級

風險是對未來結果的不確定性描述，為更加準確評價裝配式住宅建設周期內質量風險狀況，引入云模型對影響因素評價指標進行風險等級劃分與評價.將其建設周期內質量風險評價等級建立為高風險、較高風險、中等風險、較低風險、低風險，并假設評價閾值區間為（0，10），則各質量風險評價等級對應閾值區間分別為（8～10）、（6～8）、（4～6）、（2～4）、（0～2）；且對應標準評語云模型的數字特征可由式（7）～（8）得出，結果如表1所列.

表1 建設周期內質量風險評價標準評語云模型數字特征Tab.1 Numerical characteristics of quality risk evaluation standard comment cloud model within the construction cycle

3 實例分析研究

3.1 工程概況

以某共有產權住宅項目二類居住用地為例進行研究分析，該建筑為裝配整體式剪力墻結構住宅，采用預制構件包括預制外墻、預制內墻、預制疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺板及預制空調板，其預制率不低于40%.由于我國裝配整體式混凝土結構住宅建設項目的發展仍相對滯后，各階段作業人員專業技術熟練度以及質量管理體系等影響因素會直接或間接影響到建設工程項目質量，因此需要結合項目實際情況，開展建設周期內質量風險評價研究，根據評價結果把握質量風險關鍵影響因素并及時做出質量整改，以保證該項目順利實施.

3.2 數據收集與指標權重確定

結合項目相關資料及建設過程實地調研分析結果，邀請8位該住宅建設項目參建單位的技術人員、質量管理人員以及相關專家學者成立專家小組，根據自身知識儲備及多年累積的實踐經驗對圖2所示建設周期內質量風險影響因素相對重要程度進行賦值評價，運用專家賦值打分法輔助研究.根據專家打分結果，按照熵權法具體步驟可計算得出裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標權重結果，如表2所列.

3.3 云模型綜合評價

3.3.1 計算各評價指標云模型數字特征

根據8位專家打分結果，利用逆向云發生器（式（9）～（12））可計算裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素評價指標的云模型數字特征值結果，如表3所列.

表3 建設周期內質量風險影響因素各評價指標云模型數字特征值Tab.3 Numerical characteristic values of the cloud model of each evaluation index of quality risk influencing factors in construction cycle

3.3.2 計算綜合云模型數字特征

在評價指標云模型數字特征值的基礎上結合表2權重計算結果，可由式（13）～（15）計算出一級指標以及建設周期內質量風險綜合云模型數字特征值，如表4所列；其結果可用一個一維綜合云表示，如圖3所示.

圖3 一級指標及綜合風險對比云圖Fig.3 Comparative nephogram of first-level indicators and comprehensive risk

表4 一級指標以及建設周期質量風險綜合云模型數字特征值Tab.4 Numerical characteristic values of the first-level indicators and the comprehensive cloud model of quality risk in construction cycle

3.4 評價結果分析及對策建議

從一級評價指標與建設周期內質量風險綜合云模型數字特征值結果以及對應風險對比云圖來看：

1）人員因素風險最高，云滴分布大部分處于較高風險區域，與全面質量管理理論中著重強調“人的行為”思想吻合.在住宅項目建設實踐過程當中，應重點關注建設資源合理配置與分工管理，提高各個環節相關參與者協同度；根據項目實際情況適時開展技術培訓活動來提升作業人員對于裝配式住宅各項工序的了解度與技術熟練度，以使生命周期內各環節協同運轉；

2）機械與物料方面因素分別呈中等略偏較低風險、中等微偏較高風險，但總體處于風險可控狀態，著重強調預制構件的生產精度以及機械設備的選型與調試要符合項目設計與施工吊裝要求，加強構件生產與施工管理，避免質量問題的發生；

3）方法因素處于中等偏較高風險，在裝配式建筑建造過程中，不僅要關注質量管理與追溯體系的建立與完善，保證在發生質量問題時能夠及時協調處理，還要重視引進和運用BIM等先進信息化技術來實現各項工序之間信息暢通，降低信息傳遞不及時帶來的風險，更重要的是在裝配整體式剪力墻結構住宅中把握構件節點、接縫連接要滿足承載力與精度要求，確保建筑結構實體質量安全可靠；

4）環境因素的風險最低，雖處于較低微偏中等風險，但也不能忽視國家政策調控帶來的變化，應完善相關技術與質量標準規范及法律法規，使得裝配式住宅質量管理有章可循；

5）裝配式住宅建設周期內質量綜合風險總體呈中等可控狀態，但仍不可掉以輕心，重點把握人員、方法這兩個方面質量控制要點，保證項目順利實施以達到高質量完成的目的.

4 結論

1）在參考現有研究成果的基礎上，結合Delphi法從“人、機、料、法、環”4M1E五個維度全面識別裝配式住宅建設周期內質量風險影響因素來構建評價指標體系，所建立的評價指標體系相對比較完善，可供后續研究參考；

2）利用熵權法確定評價指標權重，能夠有效克服由于主觀因素造成的權重差異，以提高評價結果的準確性；選取正態云模型作為裝配式住宅建設周期內質量風險綜合評價模型，可有效實現評價指標定性概念到定量數值的有效轉換以及克服模糊理論的不徹底性，使得綜合評價結果更具說服力；

3）以某共有產權住宅項目為例加以驗證選用評價方法的適用性，最終評價結果表明該裝配式住宅項目建設周期內質量綜合風險呈中等可控狀態，在項目建設過程中，要重點關注人員、方法方面質量管控要點，提高各環節相關參與者協同度以及完善質量管理體系，促進施工各環節協同運作，在出現質量問題時能夠及時協調管理以保證項目整體質量.