基于組合賦權(quán)-云模型的裝配式建筑施工風險評價研究

摘要：隨著現(xiàn)代建筑技術的迅猛發(fā)展，裝配式建筑日益受到關注。然而，這種建筑方式也帶來了一系列的施工風險。首先，從環(huán)境、管理、作業(yè)人員、技術、材料/設備 5個方面對裝配式建筑施工風險因素進行歸納總結(jié)，識別出22個施工風險因素，建立裝配式建筑施工風險評價指標體系；其次，采用層次分析法確定各指標主觀權(quán)重，采用熵權(quán)法確定各指標客觀權(quán)重，并進行組合賦權(quán)；最后，以云模型為基礎，構(gòu)建裝配式建筑施工風險云評價模型，通過案例分析識別施工風險等級和重要風險因素，驗證裝配式建筑施工風險評價模型的科學性和適用性，為裝配式建筑施工風險管理提供參考。

關鍵詞：裝配式建筑；組合賦權(quán)；云模型；施工風險；風險評價

0" 引言

與傳統(tǒng)澆筑式建筑相比，裝配式建筑因其工廠預制和模塊化組裝特性，在生產(chǎn)效率、能源消耗和工程周期方面具有明顯優(yōu)勢［1］。然而，裝配式建筑在施工過程中存在許多不確定因素，這些因素會對項目的成本、進度、質(zhì)量和其他活動產(chǎn)生一定影響，因此，裝配式建筑風險控制難度較大。特別是裝配式建筑施工階段涉及大型構(gòu)件裝配和多次組裝等，一旦出現(xiàn)問題，將會引發(fā)嚴重后果。因此，對裝配式建筑施工風險進行評價和控制十分重要。

國內(nèi)外諸多學者對裝配式建筑風險問題進行了研究。Forteza等［2］對裝配式建筑吊裝階段事故進行整理和分析，強調(diào)作業(yè)人員必須接受專業(yè)培訓并熟悉相關工作規(guī)范。Xiao等［3］采用模糊綜合評價法建立裝配式建筑施工階段風險評價模型。齊寶庫等［4］針對裝配式建筑全生命周期階段特點，構(gòu)建風險評價指標體系，并采用層次灰色評價法確定評價等級。常春光等［5］采用魚骨圖法推導出裝配式建筑施工階段的風險事件，并根據(jù)風險指標分析結(jié)果闡述裝配式建筑項目受到的影響。武晨陽等［6］通過構(gòu)建裝配式建筑安全風險評價體系和模型，從5個方面確定指標權(quán)重，并采用多級模糊綜合評價法獲取評價等級。李皓燃等［7］通過梳理相關文獻，識別出25個裝配式建筑施工階段重要風險，并利用問卷調(diào)查與結(jié)構(gòu)方程模型進行驗證性分析，從中篩選出18個關鍵風險并分析各風險因素間的關聯(lián)性。洪文霞等［8］將SPA理論與WBS-RBS相結(jié)合，建立包含21個關鍵指標的裝配式建筑質(zhì)量評價體系，并提出SPA-IAHP賦權(quán)法以彌補FAHP分析的不足。董翔等［9］建立超高層裝配式建筑施工安全風險指標體系，結(jié)合二元區(qū)間理論確定安全風險等級。

基于此，本文綜合考慮裝配式建筑施工過程中各種風險因素，采用AHP-熵權(quán)法組合賦權(quán)計算各評價指標主客觀優(yōu)化權(quán)重，運用云模型算法對風險進行評價，得到風險評價等級，并基于實際案例驗證該評價方法的科學性和實用性。

1" 裝配式建筑施工風險評價指標體系構(gòu)建與分析

1.1" 建立裝配式建筑施工風險評價指標體系

選擇裝配式建筑施工風險評價指標時，應遵循5個基本原則：科學性原則、系統(tǒng)性原則、可比性原則、全面性和典型性。

通過對相關文獻進行綜合分析，基于相關專家咨詢結(jié)果，確定裝配式建筑施工五大主要風險類型：環(huán)境風險、管理風險、人為風險、技術風險、材料/設備風險。建立裝配式建筑施工風險評價指標體系，見表1。

1.2" 風險因素分析

1.2.1" 環(huán)境風險

環(huán)境風險是指項目的自然環(huán)境、地理位置和工作環(huán)境所引發(fā)的風險，包括自然環(huán)境、施工現(xiàn)場環(huán)境、預制構(gòu)件運輸環(huán)境、預制構(gòu)件堆場布置狀況。

1.2.2" 管理風險

管理風險包括管理人員能力、安全管理制度、安全教育與培訓、安全保護措施。主要表現(xiàn)為：管理人員不具備必要的知識、技術和經(jīng)驗；缺失健全的安全管理規(guī)章、政策和流程；防護措施未得到充分落實；未按規(guī)定的方式和位置存放預制構(gòu)件，導致構(gòu)件損傷、污染或混淆，從而影響施工質(zhì)量和效率等。

1.2.3" 人為風險

人為風險是指由操作或管理人員的行為、態(tài)度或個人狀況引起的風險，對工程項目具有負面影響，甚至會導致安全事故。主要包括作業(yè)人員受教育水平、安全意識、工作態(tài)度等。

1.2.4" 技術風險

在施工過程中，技術風險也是一個重要因素，主要包括方案設計、預制構(gòu)件連接技術、預制構(gòu)件吊裝技術等。若預制構(gòu)件定位不準確，可能導致無法正確拼接；若構(gòu)件節(jié)點連接處理不當，可能引發(fā)坍塌事故；若吊裝技術不成熟，可能導致構(gòu)件損壞等。

1.2.5" 材料/設備風險

材料/設備風險主要包括材料的質(zhì)量、材料的選擇、儲存條件等。主要表現(xiàn)為：材料質(zhì)量不合格對建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐用性產(chǎn)生負面影響；不合格的建筑材料會導致不匹配或性能不足等問題，從而影響建筑的性能和質(zhì)量；設備和工具等維護和保養(yǎng)不及時會導致設備故障，降低工作效率，甚至引發(fā)安全事故等。

2" 建立裝配式建筑項目施工風險評價模型

2.1" 基于 AHP 法確定主觀權(quán)重

層次分析法（AHP）是一種決策分析方法，能夠在較少的定量數(shù)據(jù)支持下，有效處理多目標和多準則的決策難題。具體步驟如下：

（1）構(gòu)建裝配式建筑項目施工階段風險因素層次分析結(jié)構(gòu)。

（2）創(chuàng)建判斷矩陣。邀請相關專家，采用1～9標度法，基于各風險因素在同一層級中的相對重要性構(gòu)建判斷矩陣，公式如下

C=C11…C1nCn1…Cnn（1）

（3）計算指標權(quán)重。公式如下

Mi=∏nj=1Cij（i=1， 2， …， n）（2）

Wi=nMi（3）

Wi=Wi∑nj=1Wj（4）

λmax=∑ni=1（CW）inWi（5）

（4）進行一致性檢驗。公式如下

CI=λmax-nn-1（6）

式中，CI表示一致性指標；λmax表示判斷矩陣的最大特征值；n表示判斷矩陣階數(shù)。當CR=CIRIlt;0.10時，滿足檢驗要求。一致性指標RI標準值見表2。

2.2" 基于熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

采用熵權(quán)法確定裝配式建筑施工風險評價客觀權(quán)重。計算步驟如下：

（1）邀請n名專家對m個裝配式建筑施工風險因素進行評分，構(gòu)建矩陣A如下

A=a11…a1nam1…amn（7）

（2）規(guī)范化處理。公示如下

qij=aij-minaijmaxaij-minaij（8）

（3）計算新矩陣。公式如下

rij=qij∑nj=1qij（9）

（4）計算各指標權(quán)重。公式如下

ei=-1lnn∑ni=1rijlnrij（10）

Xi=1-ei（i=1， 2，" …， m）（11）

Vi=Xi∑mi=1Xi（12）

式中，ei表示第i個評價指標的熵值；Xi表示第i個評價指標的差異性系數(shù)；Vi表示第i個評價指標的熵權(quán)。

2.3" 組合賦權(quán)確定綜合權(quán)重

本文采用線性加權(quán)法計算綜合權(quán)重，旨在反映評估專家的主觀判斷和客觀數(shù)據(jù)的規(guī)律性。該方法能夠確保主客觀權(quán)重的差異程度與不同的分配系數(shù)相協(xié)調(diào)，公式如下

gi=μwi+（1-μ）vi（13）

式中，wi和vi分別為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重；本文認為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重同等重要，μ取值 0.5。

3" 建立裝配式建筑施工風險評價云模型

云模型是一種在定性概念與定量描述之間進行不確定性轉(zhuǎn)換的模型，能夠為項目風險評估提供科學的參考依據(jù)［10］。將裝配式建筑施工風險評價指標按照風險程度劃分為5個等級，依次為：低、較低、中等、較高和高，對應的論域取值范圍分別為［0，2）、［2，4）、［4， 6）、［6，8）、［8，10］。特征值計算公式如下

Exv=Smax+Smin2（14）

Env=Smax-Smin6（15）

Hev=k（16）

經(jīng)過上述公式計算，得到裝配式建筑施工風險等級標準云計算結(jié)果，見表3。

將表2中的數(shù)據(jù)導入正向云發(fā)生器，運用軟件編程生成5個評價等級的標準云圖，如圖1所示。

以標準云圖為基礎，經(jīng)過專家評分，利用逆向云發(fā)生器將其轉(zhuǎn)換成云模型的三個特征值。計算公式如下

期望值Ex=x=1n∑ni=1xi（17）

方差S2=1n-1∑ni=1（xi-X）2（18）

熵En=" π2×1n∑ni=1xi-X（19）

超熵He=" S2-En2（20）

由此生成綜合云。三個特征值計算公式如下

Ex=∑nu=1Exu×gu（21）

En=∑nu=1

En2u×gu（22）

He=∑nu=1Heu×gu（23）

隸屬度計算公式如下

δu=exp-（xu-Ex）22（En）2" （24）

依據(jù)最大隸屬度識別原則，指標隸屬度最大值為裝配式建筑施工風險等級。

4" 實例分析

4.1" 工程概況

某裝配式住宅項目位于上海市，項目總用地面積約112 454m2，總建筑面積約191 389m2，共有23棟住宅，建筑層高2.8m，容積率1.84，綠化率35%。該項目采用裝配式建筑，單體預制率不低于45%。

4.2" 模型運用

首先，邀請相關專家對該項目施工風險評價體系各因素間的重要性進行打分，計算得到AHP法主觀權(quán)重；其次，根據(jù)項目實際對指標的重要性進行打分，采用熵權(quán)法得出各指標權(quán)重；最后，將AHP法得到的權(quán)重與熵權(quán)法得到的權(quán)重進行組合賦權(quán)，結(jié)果見表4。在此基礎上，運用本文所建立的云模型進行評價，按照上述公式計算得到一級指標的Ex、En、He值，見表5。

將環(huán)境風險、管理風險、人為風險、技術風險、材料/設備風險、項目綜合風險的Ex、En、He值導入Matlab軟件，輸出結(jié)果如圖2～圖7所示。各風險指標對評價等級的隸屬度見表6。

5" 結(jié)果分析與建議

5.1" 結(jié)果分析

由圖2可知，環(huán)境風險介于中等風險和較高風險，傾向于較高風險，按照隸屬度最大原則，評定為中等風險；由圖3可知，管理風險介于較高風險和高風險，更接近于較高風險，按照隸屬度最大原則，評定為較高風險；由圖4可知，人為風險介于中等風險和較高風險，偏向于中等風險，按照隸屬度最大原則，評定為中等風險；由圖5可知，技術風險介于較高風險和高風險，偏向較高風險，按照隸屬度最大原則，評定為較高風險；由圖6可知，材料/設備風險介于中等風險和較高風險，偏向于中等風險，按照隸屬度最大原則，評定為中等風險；由圖7可知，項目綜合風險介于中等風險和較高風險，偏向于較高風險，評定為較高風險。綜上所述，管理風險和技術風險是該項目較高風險因素。

5.2" 具體建議

5.2.1" 管理方面

定期對管理人員進行培訓和能力提升，深化其在項目管理、安全管理及危機應對等方面的認知和技能；建立和優(yōu)化安全管理制度及程序；定期進行評估和修訂以適應項目需求和變化；實施有效的保護措施，并定期檢查執(zhí)行效果，以確保施工現(xiàn)場安全。此外，應嚴格按照規(guī)定堆放預制構(gòu)件，并進行定期檢查，防止材料受損、污染或混淆，確保施工質(zhì)量和效率。

5.2.2" 技術方面

一方面，需要提高工作人員的施工技術，依據(jù)項目具體需求進行施工工藝和方案的選擇與優(yōu)化，并進行定期評估和調(diào)整。同時，持續(xù)開展技術培訓和交流，不斷提高施工人員的技術能力和項目的整體技術水平，保障工程的平穩(wěn)進行和高質(zhì)量完成。另一方面，引進 BIM技術應用于施工階段的現(xiàn)場布局優(yōu)化、物料管理、吊裝模擬及技術交底模擬等。在預制構(gòu)件的組裝檢驗中，可以采用3D激光掃描儀，通過將BIM技術與其他先進技術相結(jié)合，提升裝配式建筑的整體質(zhì)量和施工精度。

6" 結(jié)語

本文基于對裝配式建筑預制、運輸和施工現(xiàn)場的實地調(diào)研，從環(huán)境、管理、人為、技術、材料/設備5個維度歸納出裝配式建筑施工風險因素，建立了包含22個風險評價指標的裝配式建筑施工風險評價體系，并基于實際案例，采用組合賦權(quán)-云模型對該項目施工風險進行評價。

通過該項目各風險指標評價云圖可以看出，該項目的管理風險和技術風險是較高風險因素，符合項目實際，驗證了該風險指標評價體系具有一定的科學性和合理性。

參考文獻

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PMT

收稿日期：2023-11-08

作者簡介：

范瑞（1998—），男，研究方向：工程管理。

葉春明（通信作者）（1964—），男，教授，博士研究生導師，研究方向：管理科學與工程、工業(yè)工程。

崔雨欣（2002—），女，研究方向：工業(yè)工程。

邵馨平（2002—），女，研究方向：物流管理。

吳韻雯（2002—），女，研究方向：綠色金融、碳金融。