基于可拓學理論的裝配式建筑風險綜合評價

孟濤

(鄭州大學管理工程學院，河南 鄭州 450001)

0 引言

近年來，隨著我國城市化進程的日益加快和鄉村振興戰略的逐步實施，建筑行業得到了平穩、持續的發展，但由于我國建筑產業化仍處于起步階段，存在產業結構不合理、管理體制落后、環境污染、技術水平低等亟待解決的問題。在這一背景下，政府在《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》和《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》的文件中明確提出“推廣裝配式建筑，力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”的發展目標，使裝配式建筑的發展成為建筑業轉型升級的核心手段[1]。

由于我國裝配式建筑起步較晚，相比其他西方發達國家目前仍處于前期的摸索階段，在發展裝配式建筑的道路上依然面臨巨大的風險和挑戰。同時，裝配式建筑作為建筑行業內一種新型建造形式，不僅要實現傳統建筑已有的建設目標，而且要在其全生命周期的每個階段制定更嚴格的要求和標準[2]。基于以上分析，與傳統建筑相比，由于裝配式建筑在市場推廣過程中存在一定的局限性與復雜性，而導致其風險問題更加突出；并且在裝配式建筑的項目管理過程中，傳統的風險管理理念已無法得到很好的應用，因此風險管理研究將是裝配式建筑發展的重要課題。

1 裝配式建筑風險研究現狀

縱觀對裝配式建筑風險的研究，國外裝配式建筑發展起步較早，相關政策與標準相對完善，對裝配式建筑風險的理論研究相對成熟。Li M等[3]基于開發商投資的角度，通過建立風險識別反饋模型圖，找到影響預制建筑施工的關鍵風險因素；Rose L[4]通過預制建筑在瑞典實際項目管理中的應用，從而識別出3個主要傷害風險，并開發出3個工具和1個手冊的系統以減少建筑市場存在的風險隱患。在國內也有部分學者對裝配式建筑風險進行研究，劉敬愛[5]從裝配式建筑構件生產企業角度，分為設計、構件生產、運輸及堆放3個階段識別預制構件生產質量的風險因素，并提出風險防范措施；桑培東[6]立足于開發報建的視角，構建了由18個主要指標組成的裝配式建筑開發報建風險評價體系，并得出市場風險為關鍵因素；張文佳等[7]在研究裝配式住宅項目施工過程風險的綜合評價中，發現可信性測度模擬評價結果與現場實際評價結果相同，從而為施工過程的安全風險評價提供了新理念；齊寶庫等[4]立足于裝配式建筑全生命周期的視角，在實際案例中運用熵權法識別出27項關鍵風險因素，為后期風險評價的研究提供有效參考依據。

基于國內外的研究現狀可以發現，裝配式建筑的風險研究大多只是以單方面影響因素或建設過程某一個階段來進行的，以全生命周期的視角對風險因素進行定量與定性綜合分析的研究卻為數不多。因此，本文依據裝配式建筑的自身特點與風險評價的常用方法與流程，并結合文獻查閱與專家訪談，最終將裝配式建筑全生命周期劃分為5個階段，分別是決策階段、設計階段、構件生產及運輸階段、施工階段和運營維護階段；同時運用AHP法和熵值法確定評價指標的綜合權重，并結合可拓學理論，將風險評價研究中的矛盾性問題轉化為可量化的邏輯性關系問題，構建裝配式建筑全生命周期風險可拓學評價模型，最終確定相應的風險等級，并針對各階段關鍵風險制定相應的風險應對措施。

2 裝配式建筑風險評價指標體系的建立

從建筑行業發展的角度考慮，若要凸顯裝配式建筑風險評價體系的整體性與系統性，必須考慮全生命期內每個階段存在的風險因素，這樣才更有利于項目管理者制定科學有效的風險防范措施。因此，本文通過查閱國內外相關文獻及專家訪談的方法，初步挑選風險評價指標，并基于裝配式建筑的全生命周期風險特征對其進行分類和篩選，最終選取決策階段、設計階段、構件生產及運輸階段、施工階段、運營維護階段為一級指標，與一級指標相對應的32個因素為二級指標，從而構建裝配式建筑風險評價指標體系，見表1。

3 確定各指標權重

本文針對裝配式建筑各個階段的風險因素作為評價指標，充分運用主觀評價(AHP法)和客觀評價(熵值法)的優點對風險指標進行組合賦值，從而更客觀、更全面地反映問題的實際情況。

3.1 層次分析(AHP)法

3.2 熵值法

3.3 組合賦權法確定綜合權重

4 裝配式建筑全生命周期風險的可拓評價模型構建

4.1 可拓學的基本思想

可拓學理論由蔡文教授在1983年創建，主要由物元理論與可拓集合論兩部分組成。它是通過研究事物拓展的可能性和開拓創新的規律與方法，并用來解決事物矛盾問題的一門新興學科[11]。由于裝配式建筑全生命周期的風險分析是一個較為復雜的問題，所以本文在已構建風險評價指標體系的基礎上，運用物元分析的方法構建多指標性能參數的風險評價模型。此方法不僅能夠將評價結果予以量化，反映裝配式建筑在全生命期內風險管理的綜合水平，而且能夠有效預防各階段潛在的風險隱患。

4.2 確定經典域和節域

4.2.1 確定經典域

(1)

式中，Rj為第j(j=1,2,…,m)個評價等級；Ci(i=1,2,…,n)為影響評價等級Nj的因素；Vji=(aji,bji)為Nj關于因素Ci所確定的量值范圍。

4.2.2 確定節域

(2)

式中，P為評價等級的全體；Vpj為P關于因素Ci所取的量值范圍，即P的區域。

4.3 確定待評物元

(3)

式中，P0為待評的評價等級；vi為P0關于Ci的量值，即從待評事物所收集到的數據。

4.4 確定評價指標與各風險等級的關聯度

關聯度表示待評指標關于各評價等級的隸屬程度，關聯度越大表明歸屬程度越高[12]。關聯函數Kj(vi)

(4)

其中

(5)

(6)

4.5 多級可拓性評價

4.5.1 一級綜合評價

各一級指標對各級風險的關聯度矩陣K(ci)等于第二級指標的組合權重wik乘以第二級指標的關聯度kj(cik)

K(ci) =[wi1,wi2,…,wij]

(7)

4.5.2 二級綜合評價

待評價對象對各風險等級的關聯度矩陣K(U)等于第一級指標的組合權重wj乘以一級指標對各風險等級的關聯度Kj(ci)

K(U)= [w1,w2,…,wj]

(8)

5 實例分析

河南省鄭州市某一期項目14#裝配式住宅樓房，地上結構體系為裝配式剪力墻結構，地下2層，地上24層，建筑高度69.900m，總建筑面積為9276m2。該項目采用的預制內外墻板、疊合板、隔墻、樓梯、造型板、空調板等預制構件，裝配式樓房預制率達75%，裝配率達100%。本文以該住宅項目為例，針對裝配式建筑全生命周期的風險進行綜合評價，以驗證該評價方法的合理性。

5.1 權重的確定

根據層次分析法的判斷原則，邀請專家對標準層的評價指標的重要性進行兩兩比較，以標準層Ui權重為例，求得標準層的權重為：(w1,w2,w3,w4,w5)=(0.403 9，0.248 9，0.164 2，0.124 5，0.058 3)，λmax=5.112 1，CR=0.025 0<0.1，矩陣的不一致性程度可以接受。

根據熵權法的判斷原則，32個二級風險評價指標選取10位專家分別進行打分，評分采取5分制，評分標準為(優，良，一般，差，較差)=(5，4，3，2，1，)，通過所得原始數據進行熵權分析。

由于本文篇幅所限，其余通過AHP法與熵權法確定的風險因素權重，通過Excel等辦公軟件進行數據的運算與匯總，最終得出組合權重的數值，見表1。

5.2 風險等級綜合評價

5.2.1 確定風險評定等級

根據表1所提出的裝配式建筑全生命周期內5個階段的風險評價指標體系，參考相關文獻和規范，并結合相關領域專家的意見，在本文中采用百分制，將風險評價結果劃分為5個等級，評定標準見表2。

(續)

5.2.2 經典域和節域的確定

采取百分制通過專家調查法對上述指標進行打分，則可以確定物元模型中的經典域與節域。

(1)經典域。

(2)節域。

5.2.3 評價物元實際分值的確定

5.2.4 計算關聯度

則

同理可得該項目全生命周期的其他風險評價指標的實際分值、關聯函數值等參數，見表3。

表3 各子指標實際分值與關聯函數值表

(續)

5.2.5 一級綜合評價

K(U1)=[w11,w12,w13,w14,w15]

=(0.147 0,0.063 9,0.018 8,0.058 9,0.001 0)×

=(-0.095 7,0.009 2,-0.007 2,-0.090 1,-0.139 4)

同理，按照公式(7)可以求得該項目其他風險標準層的評價結果

K(U2)=(-0.073 3,-0.017 3，0.005 4，-0.054 3，-0.092 0)

第四是要建立相關專家小組，從頂層進行設計，加大專業技術人員的培訓，對于實際工作中的問題要組織相關專家進行跨組討論，使整改方案更科學。

K(U3)=(-0.064 9,-0.042 8，-0.011 4，0.008 8，-0.018 4)

K(U4)=(-0.066 5,-0.002 7，-0.006 1，-0.057 3，-0.082 3)

K(U5)=(-0.055 5,-0.025 0，0.019 5，-0.019 6，-0.051 3)

由一級評價結果可以看出：決策階段、施工階段處于Ⅱ級，即“風險較大區”；設計階段、運營維護階段處于Ⅲ級，即“風險一般區”；構件生產及運輸階段處于Ⅳ級，即“風險較小區”。為了提高裝配式建筑在全生命周期中的安全等級，必須對建設過程中各個階段采取相應的防范與補救措施。

5.2.6 二級綜合評價

K(U)=[w1,w2,w3,w4，w5]

=(0.403 9,0.248 9,0.164 2,0.124 5,0.058 5)×

=(-0.079 1,-0.009 4,-0.003 1,-0.056 7,-0.095 5)

6 風險應對措施

6.1 決策階段

決策階段為“風險較大區”，必須進行強制性的風險應對措施。由于目前裝配式建筑在我國的實踐中還處于起步階段，對于項目的投資決策階段必須從裝配式建筑本身的外部經濟型、準公共物品屬性等特性入手進行分析。在項目投資收益的評估中，必須針對項目的可行性、項目的市場定位屬性及其經濟性評價分析等關鍵環節進行有效的決策與評估；在市場需求與相關法律法規的評估中，必須以政府機構為主導，相關技術規范、評價指標及支持性政策為保障，社會大眾的消費需求為發展動力，充分熟悉當前市場機制的發展動態，盡可能地將決策階段的外部風險最小化。項目決策者只有從內部風險與外部風險兩個屬性進行風險因素的分析與研究，才能減少決策失誤，提高決策水平。

6.2 設計階段

設計階段為“風險一般區”，雖然對整個建設階段屬于可接受范圍內的風險，但依然需要采取必要的控制措施。其中，由于裝配式建筑設計領域缺乏專業且有經驗的設計人員，因此急需引進專業設計人才或者對現有的設計人員進行系統的培訓，以降低由缺乏設計經驗而引起的設計風險。此外，為保證設計階段的風險危害程度進一步降低，也需要將BIM等信息化手段應用到項目建設的整個生命周期及建筑產業化的進程中。通過BIM技術不僅可以保證土建與管線設計存在的問題得以全面檢測，還可以提高各參與主體之間的信息溝通與管理效率，從而有效降低與規避項目成本、質量、進度等全方位的風險。

6.3 構件生產及運輸階段

構件生產及運輸階段為“風險較小區”，整體風險處于可控狀態。其中，構件生產商必須嚴格按照預制構件存放與貯存的基本要求，從構件生產完成到構件交接的整個過程來保證預制構件的質量達到設計及規范要求，以確保后續施工階段中構件拼裝的順利進行。同時，構件生產商在產品部件生產環節中，通過制定高效合理的生產管理制度，不僅可以督促生產人員使構件生產的質量符合設計標準，還能保證各個生產作業流程在良好的管理環境下實現高效運轉，從而可以有效降低此階段的風險。

6.4 施工階段

施工階段為“風險較大區”，必須進行強制性的風險應對措施。對于施工過程中的眾多風險源，一方面，施工方需要針對項目技術管理人員以及現場施工人員定期進行系統培訓，不但需要從技術水平上進行專業知識的指導與學習，還應該從參建人員整體素質上實現進一步提高，以降低人為因素的風險；另一方面，裝配式建筑作為具有綠色建造理念的一種新型建造方式，施工單位不僅要將項目的成本、進度、質量、安全作為項目實施階段的主要控制因素與目標，而且要把“四節一環保”的目標作為實現整體效益的主要因素，從而完善施工階段風險管理體系，降低風險發生率。

6.5 運營維護階段

運營維護階段為“風險一般區”，雖然對整個建設階段屬于可接受范圍內的風險，但依然需要采取必要的控制措施。其中，缺乏科學合理的維護作為此階段中危險性最大的風險因素，表明在此階段需要建立科學合理的維護制度，各管理主體應充分提高裝配式建筑的管理意識，充分發揮裝配式建筑的設計功能。

7 結語

裝配式建筑作為現階段一種新型的建造形式，由于自身具有獨特的建造特點與一定的復雜性，需要相關學者運用更多成熟的理論方法對其風險評價進行研究。本文結合實際案例，在確定裝配式建筑各風險指標及其權重的基礎上，將可拓學理論運用到項目風險評價中，從而把所研究的矛盾性問題轉化為邏輯關系問題，并運用經典數學理論將各風險指標進行量化，得出項目的綜合風險等級及其各階段的關鍵風險因素。因此，項目管理者可以對發生概率高與危害程度大的風險源制定有效的風險應對措施，從而為今后裝配式建筑風險管理提供一定的實踐參考。