基于多級可拓的裝配式建筑質(zhì)量安全風(fēng)險評估

易紫妮，賴芨宇*，李曉娟，戴二玲，孫華威

1.福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350108；

2.福州市規(guī)劃設(shè)計研究院，福建 福州350108；

3.福州建融房地產(chǎn)評估咨詢有限公司，福建 福州350108

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)政策的提出，裝配式建筑以高效率、高質(zhì)量、低污染逐步取代一部分現(xiàn)澆建筑方式。目前，國家和地方都推出相應(yīng)的政策來增大新建建筑的裝配率。福建省2019年印發(fā)的裝配式建筑工作要點中提出，福建地區(qū)全年裝配率指標(biāo)為15%，一些發(fā)達地區(qū)全年的裝配率指標(biāo)為30%。如何推行裝配式建筑的發(fā)展，質(zhì)量安全是關(guān)鍵。國內(nèi)外專家學(xué)者總結(jié)了裝配式建筑在工程全壽命周期中遇到的質(zhì)量問題，并提出解決方案［1-7］，Chen等［8］提出了影響質(zhì)量安全的風(fēng)險因素，利用信息技術(shù)解決質(zhì)量管理問題。Safe等［9］將預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量管理劃分為生產(chǎn)前、生產(chǎn)后和施工現(xiàn)場保證系統(tǒng)3大類，運用先進自動化監(jiān)測技術(shù)收集施工數(shù)據(jù)。質(zhì)量安全管理也是一個信息管理的過程，Chen和曹江紅等［10-11］將信息集成技術(shù)BIM與質(zhì)量管理結(jié)合，為高效質(zhì)量管理提供思路。王繼華等［12］引入ITP技術(shù)，建立一種基于檢查和實驗計劃的質(zhì)量管理體系，該技術(shù)主要應(yīng)用于施工方管理。齊寶庫等［13］提出了裝配式建筑施工中出現(xiàn)的疊合板斷裂、轉(zhuǎn)角板折斷等施工現(xiàn)場重難點問題，根據(jù)問題提供解決方案，并對我國裝配式建筑的發(fā)展提供意見。以上學(xué)者研究重點是提出質(zhì)量問題和提供解決思路，未對影響質(zhì)量安全的問題進行定量分析。李穎等［14］運用事故樹分析法識別影響質(zhì)量安全因素，對其進行層次分析，評定風(fēng)險權(quán)重。吳水根等［15］將質(zhì)量安全管理劃分為施工前、施工中和施工后3個階段，采用模糊綜合的評價方法對質(zhì)量問題進行層次劃分和全面評價。現(xiàn)有對裝配式質(zhì)量安全評估的方法主要是層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）和模糊綜合評價法［16］，這些方法對權(quán)重分析較多依賴主觀經(jīng)驗，計算較為復(fù)雜。從裝配式建筑的建造方式和管理特點應(yīng)用AHP初步確定風(fēng)險因子權(quán)重，進一步運用多級可拓評估方法分析影響裝配式建筑質(zhì)量因子的內(nèi)在聯(lián)系，使得評估結(jié)果更加客觀［17］。

1 裝配式建筑質(zhì)量安全風(fēng)險因素分析

配式建筑構(gòu)件需要在工廠預(yù)制完成后運輸至施工現(xiàn)場?，F(xiàn)階段，工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件主要是預(yù)制疊合板、預(yù)制墻體、預(yù)制樓梯、預(yù)制梁和預(yù)制柱。預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量直接影響后期工程的質(zhì)量和進程。依據(jù)系統(tǒng)、客觀、全面的評估原則，從施工前、施工中、施工后三個階段確定影響裝配式建筑質(zhì)量風(fēng)險因素。

1.1 施工前

施工前的準(zhǔn)備工作對后續(xù)工程的施工必不可少，施工準(zhǔn)備工作對工程質(zhì)量的影響貫穿整個施工階段。該階段風(fēng)險因素主要有：1）制作質(zhì)量（原材料的質(zhì)量不過關(guān)，成型構(gòu)件尺寸偏差超過標(biāo)準(zhǔn)值，構(gòu)件平整度達不到要求且存在構(gòu)件不全）；2）配筋質(zhì)量（鋼筋預(yù)留位置設(shè)計不合理，鋼筋的下料尺寸、焊接、綁扎質(zhì)量、鋼筋間距及保護層厚度達不到安全要求）；3）敷設(shè)配管（敷設(shè)管道與預(yù)埋構(gòu)件沖突，配管困難；管道設(shè)計不合理，常常出現(xiàn)90°直彎角）；4）模板質(zhì)量（模板質(zhì)量不好導(dǎo)致漲模，影響構(gòu)建質(zhì)量，脫模劑不夠?qū)е聝?nèi)部結(jié)構(gòu)外露）；5）運輸過程（運輸過程中構(gòu)件擠壓從而碰撞破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鋼筋缺少保護措施產(chǎn)生彎曲位移，構(gòu)件尺寸過大無法安全運輸，運輸途中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞等）。

1.2 施工中

施工中的質(zhì)量問題一直以來都是專家學(xué)者關(guān)注的重點，裝配式建筑能否順利發(fā)展的關(guān)鍵是解決施工中的質(zhì)量問題。該階段風(fēng)險因素主要有：1）堆放管理（構(gòu)件堆放時間長導(dǎo)致鋼筋銹蝕、強度受損；缺乏堆放支架的安全分析，不能有效防止傾覆）；2）吊運定位（構(gòu)件跨度大、吊點設(shè)計不合理導(dǎo)致?lián)隙冗^大，構(gòu)件內(nèi)部損壞；吊裝設(shè)備不滿足安全和精度要求，定位困難）；3）節(jié)點施工（預(yù)制構(gòu)件施工連接時，砂漿不飽滿、套筒錯位問題；墻板拼接接縫達不到標(biāo)準(zhǔn)要求；后澆段質(zhì)量達不到設(shè)計要求）；4）臨時支撐（臨時支撐設(shè)備安全措施設(shè)計及安全性）。

1.3 施工后

施工后是項目建造基本完成階段，該階段風(fēng)險因素主要有：1）成品保護（裝配式建筑構(gòu)件保護不到位導(dǎo)致工程質(zhì)量問題）；2）檢測驗收情況（裝配式工程結(jié)構(gòu)檢測情況，隱蔽工程的驗收情況）；3）資料情況（驗收資料的完整性和真實性）。

2 預(yù)制裝配式建筑質(zhì)量安全風(fēng)險評估

運用AHP進行影響預(yù)制建筑的質(zhì)量和安全風(fēng)險因素評估，如表1所示，可以獲得每個風(fēng)險因素的權(quán)重。對于AHP風(fēng)險權(quán)重值，進一步采用多級可拓模型建立多指標(biāo)評價模型，減弱主觀因素對評價結(jié)果的影響，確定質(zhì)量風(fēng)險水平。

表1裝配式建筑質(zhì)量安全風(fēng)險因素Tab.1 Risk factors of quality and safety for prefabricated building

通過調(diào)查問卷得到10位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜绎L(fēng)險評分結(jié)果，整理數(shù)據(jù)獲得判斷矩陣I。

對矩陣I做一致性檢查如下：

1）計算一致性指標(biāo)

2）根據(jù)表2取平均隨機一致性指標(biāo)Car，得到一致性比率

表2平均隨機一致性指標(biāo)Tab.2 Average random consistency index

Cr＜0.1時判斷矩陣符合一致性要求；反之，則不滿足。λmax的特征向量經(jīng)過歸一化處理即為各級風(fēng)險因素對目標(biāo)的權(quán)重值，二級指標(biāo)的相對權(quán)重為：Xn=uiwj，其中Xn是二級風(fēng)險因素相對于總目標(biāo)的權(quán)重值，ui是一級風(fēng)險因素相對于目標(biāo)的權(quán)重值，wj是二級風(fēng)險因素相對于一級風(fēng)險因素的權(quán)重。

3 多級可拓模型的建立

設(shè)C為物元，R為評判因素集，R=｛r1，r2，…，ri｝，其中i為評判因素的個數(shù)，根據(jù)被評價對象風(fēng)險因素大小進行風(fēng)險級別劃分，建立風(fēng)險級域U=｛u1，u2，…，uj｝，其中j為風(fēng)險級別數(shù)。

3.1 確定經(jīng)典域與節(jié)域

式（4）中：Vj為C關(guān)于Uj所規(guī)定的量值域；Vm為R對于全部等級的U的量值域。

3.2 確定待評價物元

第i個待評估一級指標(biāo)評價物元為：

式（5）中：Ci為評價對象；Vik為N關(guān)于rik的量值。

3.3 建立關(guān)聯(lián)函數(shù)

將待評價對象與風(fēng)險等級進行關(guān)聯(lián)度計算，確定待評價對象的關(guān)聯(lián)度：

式（6）中，

kj（cik）為一級指標(biāo)i下的二級指標(biāo)k與風(fēng)險等級j的關(guān)聯(lián)度。

3.4 多級可拓評價

將各二級指標(biāo)與各級風(fēng)險等級組成的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算得出評價指標(biāo)的風(fēng)險等級矩陣K（ri）=［kj（rik）］，與經(jīng)過歸一化處理的權(quán)重向量wi=（wik）相乘可得一級指標(biāo)關(guān)于各級風(fēng)險的關(guān)聯(lián)矩陣K(ri)如下：

將各一級指標(biāo)與各級風(fēng)險等級組成的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算得出評價指標(biāo)的風(fēng)險等級矩陣K(s)=[k(ri)]乘以權(quán)重向量wi＝（wik）可得目標(biāo)層關(guān)于各級風(fēng)險的關(guān)聯(lián)矩陣K（s）如下：

3.5 確定安全等級

4 實例分析

截至2019年5月底，福建省新建樓房共有67個預(yù)制建筑項目，總建筑面積3.98×104m2。福建省長樂市某住宅群建設(shè)中有3棟裝配式建筑工程，地上建筑面積為4×104m2。其中2#樓為34層，建筑高度95.62 m，20#和21#樓為34層，建筑高度為97.07 m。工程中外墻、樓梯、陽臺板和陽臺隔板、排水溝均采用預(yù)制構(gòu)件，2#樓項目預(yù)制率為17.2%，20#和21#樓項目預(yù)制率為16.2%。項目經(jīng)過模數(shù)化設(shè)計，在預(yù)制工廠統(tǒng)一生產(chǎn)，配合現(xiàn)場施工進度調(diào)整預(yù)制廠生產(chǎn)進度。工程項目力圖實現(xiàn)無外模、無腳手架、無砌筑、無抹灰的綠色裝配建筑。

4.1 風(fēng)險權(quán)重

根據(jù)10位專家對影響裝配式建筑質(zhì)量風(fēng)險因素打分表，整理數(shù)據(jù)如下所示：

4.1.1 一級指標(biāo)權(quán)重計算與一致性檢驗根據(jù)式（1）得 出U1-U3的 權(quán) 重B=｛0.362 1，0.438 6，0.199 3｝，根據(jù)式（2）和式（3）進行一級指標(biāo)的一致性檢查。檢驗結(jié)果顯示Cr=0.079＜0.1，一致性符合標(biāo)準(zhǔn)，該矩陣有效。

4.1.2 二級指標(biāo)權(quán)重計算與一致性檢驗根據(jù)專家打分結(jié)果，以施工前質(zhì)量風(fēng)險評價為例列出風(fēng)險判斷矩陣如表3所示。

表3施工前質(zhì)量風(fēng)險判斷矩陣Tab.3 Judgment matrix for quality risk of pre-construction

4.1.3 指標(biāo)層對目標(biāo)層的組合權(quán)重依次求出了裝配式建筑質(zhì)量風(fēng)險一級指標(biāo)權(quán)重和二級指標(biāo)權(quán)重，可得各風(fēng)險因素對目標(biāo)層的權(quán)重，見表4。

表4裝配式建筑質(zhì)量安全風(fēng)險因素權(quán)重Tab.4 Weighting of risk factors of safety for prefabricated building quality

4.2 多級可拓評價

表5裝配式建筑安全風(fēng)險水平等級Tab.5 Risk level of safety for prefabricated building

4.2.1 確定經(jīng)典域和節(jié)域通過式（4）和式（5）確定U1的經(jīng)典域C1（r1），C2（r1），C3（r1）和節(jié)域C（r1）。

4.2.2 確定待評物元計算關(guān)聯(lián)度裝配式施工風(fēng)險因素的二級指標(biāo)即為所需要評價的物元，通過式（6）和式（7）計算施工前質(zhì)量安全因素關(guān)聯(lián)度如下：

同理可得施工中、施工后的二級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，具體計算結(jié)果見表6。

從二級指標(biāo)風(fēng)險等級可以看出，福州裝配式質(zhì)量風(fēng)險因素中的配筋質(zhì)量和拼接節(jié)點為3級風(fēng)險，是導(dǎo)致裝配式建筑質(zhì)量問題的主要矛盾所在，急需加以整改。其他的二級指標(biāo)為2級風(fēng)險，即風(fēng)險可以被接受，但應(yīng)當(dāng)進行合理的整改，以提高裝配式建筑在福州地區(qū)的質(zhì)量等級，有利于裝配式建筑的推廣。

4.2.3 進行一級指標(biāo)評價根據(jù)式（8）可得二級風(fēng)險因素安全等級的關(guān)聯(lián)度矩陣為：

表6安全評價指標(biāo)取值及關(guān)聯(lián)度Tab.6 Values and correlation of safety evaluation indexes

將U1風(fēng)險權(quán)重值與關(guān)聯(lián)度相乘得到U1對各安全等級的關(guān)聯(lián)度，同理可得其他一級指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度K（ri）并進行二級評價，評價結(jié)果見表7。

表7標(biāo)層多級可拓評價Tab.7 Multi-level extensible evaluation of target layer

由表7可知，實例項目總風(fēng)險等級為2級，在可接受的范圍內(nèi)，需要整改。其中施工前、施工中、施工后的質(zhì)量安全風(fēng)險均為2級，說明裝配式建筑工程項目從前期工廠預(yù)制階段開始到項目交付使用階段均需要加強質(zhì)量安全管理。其中二級風(fēng)險因子配筋質(zhì)量和拼接節(jié)點的風(fēng)險等級為3級，屬于不可接受風(fēng)險，急需加以整改，其它2級風(fēng)險因子為2級風(fēng)險，風(fēng)險等級屬于可接受范圍，但需要采取措施，加強管理。

施工前工廠預(yù)制構(gòu)件和鋼筋配筋達不到要求，對構(gòu)件質(zhì)量影響很大，一些不達標(biāo)的構(gòu)件運輸至施工現(xiàn)場后鋼筋誤差過大無法施工，現(xiàn)場進行熱處理或者直接切斷，極大減弱構(gòu)件的安全性能，預(yù)制廠應(yīng)當(dāng)在澆筑混凝土?xí)r嚴(yán)格檢查鋼筋位置，使用專用模板定位鋼筋。

施工中節(jié)點連接問題一直是裝配式建筑質(zhì)量安全問題的重難點。目前我國大多采用套筒灌漿連接，當(dāng)砂漿從上口流出時應(yīng)及時堵住上封口，設(shè)置監(jiān)督專員進行監(jiān)理監(jiān)督，要求做質(zhì)量檢查記錄，拍下影像存檔，定期進行抽查，加強施工人員的安全教育。

5 結(jié)論

針對裝配式建筑的質(zhì)量安全，從施工前、施工后和施工后三個方面建立質(zhì)量風(fēng)險體系。用AHP確定風(fēng)險權(quán)重，多級可拓評估風(fēng)險因素的相關(guān)程度以確定影響裝配式建筑質(zhì)量的風(fēng)險因素。

運用多級可拓評估方法對福州市裝配式建筑進行實例分析，結(jié)果顯示：二級風(fēng)險因素鋼筋配置和拼接節(jié)點評估為3級風(fēng)險，急需整改?？偰繕?biāo)為2級風(fēng)險，在可接受的范圍內(nèi)，需要整改。

工程實例證明將多級可拓原理應(yīng)用于預(yù)制裝配式建筑質(zhì)量安全評估是可行的，該方法解決了模糊評價中構(gòu)造隸屬函數(shù)困難的問題，能計算出風(fēng)險因素的等級及其級別的變量特征值，為企業(yè)確定重點質(zhì)量管理對象提供借鑒。