基于熵權法和集對分析法的預制構件安全風險評價

趙維樹，吳 曉

(安徽建筑大學 經濟與管理學院， 合肥 230022)

隨著我國經濟發展逐步平穩，各行各業開始擺脫以往高污染的發展方式，追求與自然和諧相處的綠色環保可持續發展模式。建筑業作為一個能耗高、污染大的支柱產業，也在積極尋求轉型發展。裝配式建筑作為一種環保綠色的建造方式，開始被廣泛使用。但是相對于國外，它在國內的發展還不夠成熟，施工中存在的風險問題也日益顯現。預制構件作為裝配式建筑中一個重要的組成部分，其質量安全問題會嚴重影響裝配式建筑的質量安全。為了確保裝配式預制構件的安全，亟需準確了解預制構件的各項影響因素，并針對這些安全因素建立預制構件的安全風險評價模型，以客觀量化安全風險。

工程建設前期對于裝配式建筑預制構件的研究多數是成本與控制的研究，趙笑男[1]將預制構件的各項費用同現澆構件的各項費用相互比較，得出預制構件的發展還不夠成熟，在生產、運輸、安裝過程中由于經濟、技術以及政策的因素使得預制構件的施工費用相對偏高，需要采取優化構件設計，降低構件施工成本和資源耗費的措施。現階段，預制構件作為裝配式建筑重要的組成部分，它的安全也受到了學者的關注。瞿富強等[2]通過對相關文獻的梳理，總結出管理、環境、技術、材料設備、經濟、市場6個方面的風險，并將網絡分析法和模糊綜合評價模型相結合研究得出18個評價指標模型；將其運用到13家裝配式預制構件企業，測算出13家企業的整體水平。劉敬愛[3]采用網絡分析法和模糊綜合評價法，從構件的設計、生產、運輸、堆放過程中分析風險影響因素；提出深化設計、健全制度、完善法規、提前防控等措施。

為了能夠對裝配式預制構件進一步的研究，本文結合多位學者的研究確立人員、物料、機械、技術、資金、環境和管理等7個一級安全風險指標及25個二級指標，以此構建預制構件安全風險指標體系，再結合熵權法客觀確定預制構件安全風險指標權重，利用集對分析法建立預制構件安全風險評價模型，對預制構件的安全風險進行分析，為預制構件的安全風險評價提供了一種新可能。

1 裝配式預制構件安全風險因素分析

1.1 建立安全風險評價指標體系

裝配式建筑的預制構件安全受很多方面的影響，要客觀地評價預制構件的質量安全就必須全面地、科學地選擇影響它安全的因素并在此基礎上建立完善的預制構件的安全風險指標體系。

在裝配式預制構件安全方面，國內學者研究較少。其中常春光等[4]運用魚刺圖法歸納出預制構件的生產、質量檢驗、堆放、運輸中的不當措施都會導致構件的質量安全問題，從而引起施工的安全事故。瞿富強通過文獻歸納法總結出管理、技術、環境、材料設備、經濟、市場六大方面對預制構件的安全影響。依據近些年其他學者對裝配式預制構件安全風險的研究成果，提取出全部的影響因素，客觀整理后分發給若干專家進行選取。根據學者研究成果結合專家意見總結出影響裝配式預制構件安全的七大問題，即人員問題、物料問題、機械問題、技術問題、資金問題、環境問題、管理問題。

1.1.1人員問題

人員方面中包含6個指標，即工人實踐經驗不足、專業技術不熟練、操作工序不規范、缺乏責任意識、缺乏安全意識、技術交底不到位。人作為活動中不可或缺的個體，是一個復雜多變的因素。由于他本身的不可控性，技術水平的差異性，致使工程的質量將受其自身素質的嚴重影響。在日常的操作中，缺乏責任心和安全意識的工人，不會以一種積極的心態工作，對于工程中出現的問題也存在漠不關心的心理，這對于裝配式建筑是一種隱形的缺陷。

1.1.2物料問題

物料方面中包含6個指標，即混凝土配合比不合理、構件設計不可取、構件尺寸精度低、構件生產不合理、運輸保護不到位、現場構件的堆放和養護。物料是構成裝配式建筑的基礎，預制構件的物料安全就將影響整體建筑的安全性能。構件生產中混凝土的配合比需要嚴格的按照設計規定，成品后接受嚴格的測驗，當其強度達到標準才能進入施工現場。設計單位對于構件的設計要切合實際，嚴格把控其可行性，對于構件尺寸的精度嚴格把關。

1.1.3機械問題

機械方面中包含3個指標，即自檢機制欠缺、設備陳舊、人機配合不協調。裝配式建筑相對于傳統的建筑模式，都是將構件在工廠加工然后用機械進行運輸吊裝，減少了現場操作人員的數量，避免了一部分對人的可能傷害。因此，機械設備是裝配式預制構件安全的重要因素。在生產過程中，由于質量檢測機制的欠缺，混凝土振搗出現的問題很難被發現，導致鋼筋保護層出現質量缺陷。再者后澆注過程中難以把握模板的質量。此外對于一些大體積，重質量的構件，安裝時精度難以控制，拼接誤差過大。

1.1.4技術問題

技術方面包含2個指標，即產品制作精度、工藝先進性。構件是裝配式建筑重要組成部分，技術是預制構件安全的保障。對于構件精度，要求格外嚴苛。制作預制構件的工藝技術目前還不夠成熟，致使構件表面出現坑洼，無法達到施工要求，嚴重影響結構安全。同時操作人員技術的熟練程度也會影響整體的安裝效率導致結構安全性低。

1.1.5資金問題

資金方面包含1個指標，即資金不足。生產廠的正常運轉離不開大量的資金投入。其前期投入大，受外界影響明顯。當市場的需求出現大的波動時，若資金的供應不及時，就會影響生產廠的資金運營，導致構件的質量降低。

1.1.6環境問題

環境方面包含4個指標，即構件生產環境、構件保護環境、國家監管力度、構件未標準化。環境分為外部環境和內部環境。國家的宏觀調控是構件外部環境，對于構件質量的監督、構件規格的標準化將有利于構件生產的規范化，有利于構件的安全。構件的內部環境是指其生產加工和受保護的環境。最為突出是環境因素是溫度和酸堿度。例如生產構件過程中，養護的溫度過高或過低都將影響混凝土強度。成品存放時，過酸過堿的環境會腐蝕構件，破環它的整體性，影響構件的安全。重視構件的內外環境，有利于裝配式建筑安全。

1.1.7管理問題

管理方面包含3個指標，即缺乏專業培訓、施工前期準備不足、各級溝通不足。管理是人類各種組織活動中最普通和最重要的一種活動。施工現場就是一個大的組織活動，這樣的活動就離不開管理。如若工人開始施工前未接受專業的安全、技術培訓，將嚴重影響他操作的效率與安全性。在組織活動中，各級之間的溝通就是橋梁，維系著每一個參與的個體。施工單位同建設單位，建設單位同設計單位的溝通都會影響構件的安全。通過對風險因素的歸納總結，建立以人員問題、物料問題、機械問題、技術問題、資金問題、環境問題、管理問題為一級指標的預制構件安全評價指標體系。

1.2 熵權法確定安全指標權重

熵權法作為一種客觀的賦權方式，它可以度量指標的信息量，評價指標的作用大小、系統的有序程度。即一個系統越是有序，信息熵就越低；反之，信息熵就越高。其中信息熵是對于系統有序程度的度量，決定了所獲取的信息的可靠性和精度性。選取出全部安全評價指標，確定出各項指標信息熵，如果指標的信息熵越小，該指標提供的信息量越大，在綜合評價中所起作用也越大，權重也越高。確定指標權重的步驟如下：

參考相關文獻，結合專家意見對預制構件安全風險指標的進行評價打分，規定專家認為指標對安全風險影響大選5分，較大選擇4分，一般選擇3分，較小選擇2分，很小選擇1分，得出評價值矩陣A。

Amn代表第m個專家對于第n個風險指標的評分。

將評價矩陣標準化，令標準化后的結果為：

Bmn=(Amn-minn{Amn})/(maxn{Amn}-minn{Amn})

(1)

計算指標評價值的權重：

(2)

計算指標信息熵en：

(3)

計算指標權重Cn：

杰克和蘇婷婷回到住處，蘇婷婷說：杰克，你聽我解釋一下好嗎？杰克搖搖頭：N O，我不想聽你解釋。蘇婷婷著急地：張陽只是請我喝咖啡，真的！杰克點點頭：這我看見了，不用解釋。蘇婷婷又說：我和張陽什么都沒談，什么都沒做。杰克轉過身反問：那你還要解釋什么？不是多此一舉嗎？蘇婷婷舒了一口氣：杰克，你相信我了。杰克抱起蘇婷婷，熱烈地：我相信你，愛是不需要解釋的。蘇婷婷抱住杰克：杰克，你比中國男人好，我愛你。

(4)

由信息熵公式(3)和指標權重公式(4)求得一級指標和二級指標的權重，并根據一、二級指標權重加權求得指標綜合權重(見表1)。

表1 預制構件安全風險指標權重

續表1

2 基于集對分析法的預制構件安全評價模型

集對分析是指對具有一定聯系的兩個集合所形成的對子的分析。它把兩個集合放在同一個背景下，對其特性進行同反異分析和度量。得出在同一背景下的同反異聯系度表達式，然后由此推廣到個數大于2的集合組成的系統，并擴展討論到其他相關聯的系統問題[5]。

假設兩個相關聯的集合組成了一個集對，在本研究的背景下，對集對的特性進行分析，分析得出其共有的特性、對立的特性、差異的特性。其聯系度可表示為：u=a+bi+cj

式中a為同一度，b為差異度，c為對立度，i為差異度系數，取-1和1之間任意數；j為對力度系數，取-1。

矩陣形式的聯系度為：u=W·R·E

式中W為專家的權重矩陣，R為評價矩陣，E為聯系分量矩陣。W根據專家的權重得到，R由專家打分得出。

3 實例檢驗

3.1 專家評審

在現今的建筑環境背景下，依據已經確定的裝配式預制構件的安全風險指標體系，邀請管理部門、施工部門、檢測部門、設計部門、監管部門內多位專家對安全風險體系中的25個風險指標進行等級評判。評判等級分為3類，1代表影響大，2代表影響一般，3代表沒有影響。評判情況如表2 所示。并依據部門屬性和專業能力確定5個部門的權重為W=(0.1，0.3，0.2，0.2，0.2)。評分情況統計如表2。

表2 專家對該項目預制構件的安全風險指標的評分結果

3.2 確定同、異、反多元評價矩陣R

根據專家的打分表情況和二級指標的綜合權重，計算出評價矩陣R。

r11=0.0256+0.024+0.036+0.0324+0.0414+0.045+0.0425+0.0795+0.0208+0.0325+0.039+0.0264=0.4451

r12=0.0368+0.0192+0.0208+0.009+0.0162+0.0527+0.0748+0.0705+0.1+0.0377=0.4377

r13=0.0336+0.0451+0.0385=0.1172

以此類推出r21,r22…r33

3.3 計算聯系度

利用上述所得結果，結合聯系度函數。

=0.58156+0.34142i+0.07034j

3.4 結果與分析

依據均分原則，將聯系度u的取值范圍分為[-1，-0.333)，[-0.333，0.333]，(0.333，1]，分別表示預制構件的安全等級為危險、一般安全、安全，改變差異度系數i的取值，對預制構件進行動態分析。

1.i=1，j=-1，即對預制構件的影響因素進行全面控制，使得指標狀態從“一般安全”轉變成“安全”狀態。此時聯系度u=0.852 64，預制構件的風險狀態屬于“安全”狀態。

2.i=-1，j=-1，即放松對于預制構件的影響因素的控制，將其指標狀態調整到危險，此時的聯系度μ=0.1698，預制構件的風險狀態屬于“一般安全”狀態。

3.由上述分析可得，以目前的監管模式，生產方式，預制構件的風險狀態屬于安全。

4 結論

本文將熵權法和集對分析法相結合，有效地剔除了預制構件安全影響因素權重的主觀因素，建立一個新的客觀、精確的裝配式預制構件安全分析模型，進一步提高安全分析的準確性，同時有利于建筑業利用評估模型將裝配式建筑中預制構件的安全性能可視化、數據化，為裝配式建筑安全評估方式提供了更為準確的新思路，也為裝配式預制構件的安全檢測提供一種新方法。

本研究以某市的裝配式預制構件項目為例，運用熵權法對導致預制構件安全風險的六大因素進行綜合的評價，結果表明該市的裝配式建筑項目處于安全狀態[1]，該結果為學者對于裝配式預制構件的研究提供了參考，有助于提高建筑行業和學者對于裝配式預制構件安全性能的關注和重視，從而提高裝配式建筑的質量，營造一個更好的行業氛圍。