基于AHP-熵權法和灰色聚類綜合評價的辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價

摘要：目前，針對辦公建筑智能化改造工程項目施工風險尚未建立一套合適的評價指標體系。通過分析工程項目施工風險研究現狀，基于辦公建筑智能化改造工程項目施工特征，綜合考慮技術、質量、進度、管理和環境5個方面的風險因素，構建三個層次23個指標的施工風險綜合評價指標體系。運用層次分析法（AHP）和熵權法相結合的方法確定各指標的綜合權重，并利用灰色聚類法構建綜合評價模型。將該模型運用于KG辦公樓智能化改造工程項目并進行實證分析，評價結果綜合得分50.812 5，說明該項目的施工風險等級為“中等”。根據評價結果提出針對性建議，為從事辦公建筑智能化改造工程項目的施工單位提供參考。

關鍵詞：辦公建筑；智能化改造工程；層次分析法；熵權法；灰色聚類

0 引言

當前，用戶對建筑內工作環境的要求越來越高，依托信息網絡、物聯網、人工智能等前沿技術的建筑智能化系統成為熱點研究方向^[1]。老舊建筑在信息化、智能化水平上與新建筑存在巨大差距，且在建筑智能與信息化裝備方面已不符合當前要求^[2]。辦公建筑是公共類建筑中智能化程度最高的建筑類別之一，通過對辦公建筑的智能化改造，可為辦公場所提供一個舒適、節能、綠色的辦公環境^[3]。辦公建筑的智能化改造主要通過實施智能化改造工程來實現。然而，由于智能化技術的復雜性，辦公建筑智能化改造工程項目在施工過程中具有更高的不確定性。因此，對辦公建筑智能化改造工程項目施工風險進行科學有效評價，已成為智能化改造項目施工風險管理研究亟待關注的方向之一。

在工程項目施工風險評價方面，張弛等^[4]在建筑基坑施工風險研究中引入模糊數學的思想，建立了深基坑施工模糊風險評價模型，對風險因子和指標進行定量化分析；荀志遠等^[5]在裝配式建筑施工風險研究中通過采用AHP-CRITIC-TOPSIS法對指標權重進行組合，并采用云模型評價方法進行評價；施慶偉等^[6]建立BIM信息模型作為研究基礎數據，搭建一種能夠對施工過程中風險進行預測警報的仿真模型，以縮減風險發生率，提升施工管理效果；朱寶亮^[7]采用LEC法分析高層建筑施工中存在的危險因素，并提出控制措施；吳靜涵等^[8]針對地下洞室施工過程中存在的風險，將ISM和ANP相結合，并引入灰色系統理論，建立組合評價模型。

綜上所述，目前針對辦公建筑智能化改造工程項目施工風險的研究較少。由于施工風險的不確定性屬性，構建風險評價指標體系是關鍵所在^[9]。本文依據已有的工程項目施工風險影響因素研究成果，結合國內現有的辦公建筑智能化改造工程項目施工現狀，采用德爾菲法對相關風險影響因素進行總結，構建具有層次結構的施工風險評價指標體系，采用AHP-熵權法確定指標權重，利用灰色聚類綜合評價模型對風險等級進行分類，計算施工風險評價最終得分。通過對KG辦公樓智能化改造工程項目進行案例分析，驗證模型的合理性。

1 構建辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價體系

1.1 建立評價指標體系

本文在參考工程項目施工風險評價指標體系研究的基礎上，綜合分析辦公建筑的特性，初步識別出31個辦公建筑智能化改造工程項目施工風險影響因素。隨后，通過邀請8名建筑智能化實施領域專家進行訪談，剔除了8個較弱的影響因素，最終確定了23個有效影響因素，并根據影響因素的屬性特征，將其劃分為技術風險、質量風險、進度風險、管理風險與環境風險五大類風險。以五大類23個具體影響因素為基礎，建立三個層次的施工風險評價指標體系^[10-12]。辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價指標見表1。

1.2 AHP-熵權法確定指標權重

1.2.1 AHP法確定指標主觀權重

層次分析法（AHP）的基本原理是將復雜系統的各子系統通過劃分若干個相互聯系的層次結構模型，計算各個層次的排序及系統總體重要性順序，從而確定系統內各因素在決策問題中的相應重要性系數^[13]。運用層次分析法，分別對各層指標的相對重要性進行判斷，構造比較判斷矩陣，得到各層指標要素的相對權重W。

采用1～9標度法，邀請專家對指標的相對重要性進行比較，根據構建的評價指標體系建立判斷矩陣A，即

隨后分別進行指標權重，計算一級指標權重值W、最大特征值""" λ_max""" ，計算一致性指標CI值，依據平均隨機一致性指標RI值（表2），計算隨機一致性比率CR值。一級指標準則層B計算表見表3。

針對指標層，本文僅列出一級指標準則層B中B₁所屬指標權重的計算（表4），其余B₂、B₃、B₄、B₅所屬指標權重計算方法類同。

依此計算得出，B₂層次中λ_max=4.010，CI=0.003 5，CR=0.003 8lt;0.1；B₃層次中λ_max=4.033 9，CI=0.011 3，CR=0.012 6lt;0.1；B₄層次中λ_max=5.034，CI=0.085，CR=0.076lt;0.1；B₅層次中λ_max=4.014 5，CI=0.004 8，CR=0.005 4lt;0.1。二級指標層的隨機一致性比率CR值均小于0.1，通過一致性檢驗。對組合權重進行一致性檢驗，計算CR=0.020 8lt;0.1，通過層次總排序比例一致性檢驗。

1.2.2 熵值法修正指標權重

根據熵的特征，可以通過計算熵值來判斷一個事件的隨機性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標的離散程度。指標的離散程度越大，表示該指標對綜合評價的影響越大^[14]。具體計算步驟如下：

（1）對判斷矩陣A歸一化處理得A′，即

其中，

（２）計算評價指標信息熵""" H_j""" 和熵權G_j，公式如下

（３）計算修正權重F_j，公式如下

對準則層判斷矩陣A歸一化處理得A′，即

依照上述計算步驟計算出各級指標信息熵、熵權及修正權重。辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價指標計算結果見表5。

1.3 劃分評分等級及等級矩陣

為了便于調查，將辦公建筑智能化改造工程項目施工風險等級評價結果劃分為5個等級（表6）。

依據選取的各等級評分的中間值，確定評價等級矩陣V，即

V=（10 30 50 70 90）

1.4 進行灰色關聯度分析

通過構建的辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價指標體系可以看出，影響指標因素多、涉及范圍廣且可測度低。此外，相關類型研究較少，有關評價指標的數據收集困難，樣本數量少。灰色理論是我國著名學者鄧聚龍教授于1986年創立的一門新興橫斷學科，它以“部分信息已知、部分信息未知”的“小樣本”“貧信息”的不確定性系統為研究對象，主要通過對部分已知信息的生成、開發，提取有價值的信息，實現對系統運行行為的正確認識和有效控制。灰色理論中的灰色聚類法能有效分析此類問題^[15]。以上述指標權重確定法計算所得的各級指標權重作為灰色評價中的各級指標權重，定義i＝1，2，…，n為評價對象，即待評價的各項指標為C_i（i=1，2，…，23），綜合評價步驟如下：

1.4.1 組織專家評分

組織m名相關專家采用德爾菲法，按表6標準對C_i進行評分，確定評價指標評分矩陣C，即

式中，c_ik為第k（k=1，2，…，m）名專家對指標""" C_i""" 給出的分值。評分由專家通過對辦公建筑智能化改造工程項目施工的實際狀況判斷，考慮其他相關因素綜合比較后進行評定。

1.4.2 灰色類別的確定

確定評價灰色類別的目的是為了確定灰類的等級數、灰數及白化權函數。由于本文已經將指標的評分等級確定為5級，灰色類別也為5級。評價指標的樣本空間""" C=（C_i）_m""" ，根據表6中的風險等級劃分為5個等級，即灰色類別x=1，2，3，4，5，設""" Q_x""" （x=1，2，3，4，5）為第x個灰色類別的中心點，結合模型構造特點及專家意見，該中心點為最可能屬于該灰色類別的值，將C_i指標x灰色類別取值范圍確定為Q_x－1，Q_x+1，灰色類別白化權函數采用端點型三角白化權函數，確定第一灰類的左端點為0，第五灰類的右端點為100^[16]，與之對應的灰數的白化權函數""" f_x""" 如下

第二灰類：""nbsp; c_ik""" ∈[10，50]，其白化權函數

第三灰類： """"c_ik""" ∈[30，70]，其白化權函數

第四灰類：""" c_ik""" ∈[50，90]，其白化權函數

第五灰類：""" c_ik""" ∈[70， 100]， 其白化權函數

1.4.3 灰色評價系數的計算

對于評價指標""" C_i""" ，利用白化權函數求出""" C_ik""" 屬于第x個評價標準的權值"" "f_x（c_ik）""" ，設""" y_ix""" 為評價指標""" C_i""" 對于第x個評價灰類的灰色評價系數，""" y_i""" 為評價指標""" C_i""" 隸屬于各灰類的總灰色評價數，則有

1.4.4 計算灰色評價權向量及權矩陣

對于m名評價專家就評價指標""" C_i""" 而言，歸一化處理得第x個評價灰類的灰色評價權重""" α_ix""" ，即

本文評價灰類共5個，即x=1，2，3，4，5。因此，得到評價指標""" C_i""" 所對應的各評價灰類的灰色評價矩陣R

1.5 風險綜合評價

對灰色評價矩陣R與評價等級矩陣V進行運算，得到評價指標""" C_i""" 的風險綜合得分矩陣Z，即Z=（Z₁，Z₂，…，Z_i）（i=1，2，…，23）。其中，Z_i=（α_i1，α_i2，α_i3，α_i4，α_i5）×（10，30，50，70，90）^T。計算評價指標系統中各一級指標B_i（i=1，2，3，4，5）的綜合評價得分N_i，N₁公式如下

式中，F_j（j=1，2，…，23）為各二級指標相對于一級指標的綜合權重。同理，可分別計算出N₂，N₃，N₄，N₅。對評價指標""" C_i""" 的綜合權重K與指標風險綜合得分矩陣Z進行運算，得出風險評價綜合得分D，即

式中，K為指標層評價指標""" C_i""" 相對于目標層的綜合權重。參照表6進行測評，最后得出辦公建筑智能化改造工程項目施工風險綜合評價結果。

2 案例分析

2.1 邀請專家評分

采用專家咨詢的方法確定指標評價矩陣C，選取6名智能建筑研究領域的專家組成專家組，按照辦公建筑智能化改造工程施工風險評價指標體系及指標說明對KG辦公樓智能化改造工程項目的施工風險進行打分，打分的標度參照表6的評價等級表，得到的評價結果構成了評價矩陣C，其中每一行為6名專家對評價指標C_i的評分值，評價矩陣C即

2.2 構造灰色評價權矩陣

以評價指標""" C₁""" 為例，根據白化權函數計算其屬于第一灰類的值：f₁（75）=0，f₁（80）=0，f₁（85）=0，f₁（80）=0，f₁（84）=0，f₁（78）=0。y₁₁=f₁（75）+f₁（80）+f₁（85）+f₁（80）+f₁（84）+f₁（78）=0。分別計算出其屬于第二、三、四、五灰類的值：y₁₂=0，y₁₃=0，y₁₄=2.9，y₁₅=3.1。可得出評價指標C₁總的灰類值：y₁=y₁₁+y₁₂+y₁₃+y₁₄+y₁₅=6。

評價指標C₁灰色權向量α₁=（0.000 0，0.000 0，0.000 0，0.483 3，0.516 7）

同理，可得出評價指標""" C_i""" 所對應的各評價灰類的灰色評價矩陣R_i，即

2.3 綜合評價

以""" C₁""" 為例，計算KG辦公樓通過智能化改造項目施工風險綜合評價得分""" Z₁""" ，即

Z₁=（0.000 0，0.000 0，0.000 0，0.483 3，0.516 7）×（10，30，50，70，90）^T=80.334 0

同理，可計算其他22項指標評價得分。最后KG辦公樓智能化改造工程項目施工風險綜合評價表見表7。

2.4 評價結果分析

按照灰色聚類綜合評價法，計算得出該辦公建筑智能化改造工程項目施工風險綜合得分為50.812 5分，評價等級為“中等風險”，說明該KG辦公樓智能化改造工程項目施工仍具備一定的風險，該評價結論與項目實際情況相符合。通過分析表7可知，該工程項目施工風險評價一級指標中技術風險得分最高（59.846 8），質量風險（53.415 9）次之，隨后依次是進度風險（48.238 3）、管理風險（37.989 7）、環境風險（15.970 9）。在23項二級指標中，隸屬于高風險的分別是：作業人員水平（88.148 1）、過程設計變更（85.714 3）、專業技術人員能力（80.666 7）、智能化設計準確性（80.334 0）。針對評價結果中的高風險因素，該工程項目的施工企業需要提升作業人員作業能力，對智能化設計準確性及過程設計變更需要有針對性的應對措施。

3 結語

本文從技術風險、進度風險、質量風險、管理風險、環境風險5個維度出發，構建了由23個二級指標組成的評價指標體系，較為全面地建立了辦公建筑智能化改造工程項目施工風險評價指標體系。綜合運用層次分析法和熵權法確定評價指標權重，確保權重的有效性與可靠性。利用灰色聚類綜合評價法對辦公建筑智能化改造工程項目施工風險進行綜合評價，充分利用各指標的信息進行量化評價。應用該評價指標體系對KG辦公樓智能化改造工程進行實證分析，得到該項目施工風險的綜合評價得分（50.812 5），評價等級為“中等風險”，承建方有風險管理壓力。結合KG項目實踐情況，表明該評價指標體系與評價模型具有一定的適用性與代表性，有助于承建方了解項目施工風險情況，為辦公建筑智能化改造工程施工風險評價提供參考。

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收稿日期：2023-07-14

作者簡介：

楊江南（1988—），高級工程師，研究方向：智能建筑、工程項目管理。

張朋飛（通信作者）（1986—），講師，研究方向：工程項目管理、工程造價。