基于組合賦權的裝配式建筑風險因素研究

鄒貽權 張若涵

［收稿日期］20211027

［第一作者］鄒貽權（1973-），男，湖北公安人，湖北工業大學副教授，研究方向為數字化設計與建造

［通信作者］張若涵（1994-），女，湖北宜昌人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向為數字化設計與建造

［文章編號］1003-4684（2023）02-0091-04

［摘要］裝配式建筑在技術、質量、功能、工期上都有了更高追求，所面臨的風險比傳統現澆建筑更加嚴峻。為了規避和降低風險，在文獻研究的基礎上，通過半結構化訪談識別出覆蓋決策、設計、生產運輸、施工吊裝、運營階段的24個風險因素，構建裝配式建筑全壽命周期風險因素指標體系。結合指標體系采用主、客觀相耦合的定權方法AHP-熵權法對某項目進行案例分析，研究表明各階段的關鍵風險因素分別為市場需求預估不準確、設計未考慮全生命周期的可行性、構件混凝土強度不足、工業化、機械化施工吊裝水平較低和運營效果不穩定，并針對關鍵風險因素提出風險防控措施。

［關鍵詞］裝配式建筑； 全壽命周期； 風險因素； AHP-熵權法

［中圖分類號］TU201.2? ［文獻標識碼］A

住房和城鄉建設部關于2020年度全國裝配式建筑發展情況的通報中指出，2020年全國新開工的裝配式建筑共計6.3億m2，較2019年增長50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%，裝配式建筑作為一種新型的建造方式，已逐漸取代傳統現澆建筑。與傳統現澆建筑相比，裝配式建筑的目標不再局限于工期、質量和成本，而是拓展到追求節能、環保、全周期價值最大化且可持續發展的高度上，更嚴苛的要求使得裝配式建筑各階段的風險愈加明顯。故科學評價裝配式建筑全壽命周期風險并提出切實可行的防控措施成為了新的研究方向。

目前，我國裝配式建筑還處在發展階段，杜鵑等[1]對裝配式建筑設計變更風險進行了研究，劉凱等[2]分析了裝配式建筑設計風險；李強年等[3]對裝配式建筑部品運輸風險進行了評價；陳偉等[4]、段永輝等[5]、吳溪等[6]均研究了裝配式建筑施工安全風險；李文龍等[7]、田學澤等[8]對裝配式建筑吊裝施工安全風險進行了評估。綜上所述，國內學者對于裝配式建筑風險因素的研究大多集中在建設工程的某一個階段，對全壽命周期的風險因素研究甚少。鑒于此，本文提出“基于組合賦權的裝配式建筑全壽命周期風險因素研究”，擬通過對裝配式建筑全壽命周期的研究，將層次分析法與熵權法相結合，對某實際項目進行風險分析，并針對關鍵風險因素提出風險防控措施，為進一步減少裝配式建筑項目風險提供參考。

1??? 裝配式建筑全壽命周期風險因素定性分析

1.1??? 裝配式建筑全壽命周期風險現狀分析

通過中國知網、萬方數據知識服務平臺等數據庫，搜索2015-2021年間含有關鍵詞“裝配式建筑”“風險因素”的文獻并進行檢索分析，得到177篇相關文獻，通過篩選文獻，最終確定21篇原始文獻[1-21]作為本文風險因素的來源，并分別對決策、設計、生產運輸、施工吊裝、運營階段的風險進行現狀分析。

1.1.1??? 決策階段項目決策階段的風險主要來源于社會、市場和經濟。政府的城市規劃、政策以及居民主觀意愿和開發商的利益等因素都會使裝配式建筑項目陷入僵局，影響工程進展。現階段相繼頒布了一些裝配式建筑相關文件，給裝配式建筑的建設提供指導性意見的同時也帶來了許多不確定因素。其次，裝配式建筑的市場需求預估不準確以及企業間的競爭無疑也會加劇風險。由于裝配式建筑項目的開發資金大都直接來源于政府的銀行貸款以及外部資金，政府的資金補貼政策也會對項目的融資產生影響，匯率貶值以及企業本身債務過多都會成為項目實施中的絆腳石。同時裝配式建筑的發展也不是一蹴而就的，裝配式建筑項目可行性分析的缺失也會成為阻礙。

1.1.2??? 設計階段設計師基于二維CAD圖紙進行裝配式建筑設計時，由于預制構件拆分方法不合理，且未遵循模數協調原則，導致存在同種類型的預制構件有幾種預制方案的情況，都會增加生產、運輸、施工吊裝的難度。目前，我國裝配式建筑還處在發展階段，設計方案無法因地制宜，不能完全滿足當地消費者對經濟、美觀、安全和可靠的基本要求，使得設計階段的風險大大增加。同時設計階段被割裂開來，未考慮生產運輸、施工吊裝和運營階段的實際情況，導致設計出來的方案可操作性差，大大增加了裝配式建筑項目風險事故的發生概率。同時設計師普遍缺乏集成設計經驗，致使有些裝配式建筑也無法完全達到消費者預期。

1.1.3??? 生產運輸階段構件生產運輸是指構件在預制構件廠生產到運輸至項目所在地的過程。在實際生產過程中，預制構件廠存在缺乏專用設備的情況，有些預制構件廠的資質和水平不達標，專業人員也未對構件供應商進行嚴格把控導致預制構件商的水平參差不齊。其次預制構件的生產工藝不成熟、技術不過關，如脫模前預埋、插筋、預留孔洞等出現偏差，混凝土拆模起吊前未達到相應強度等，都會影響預制構件的質量。同時，預制構件的混凝土強度不宜低于C30，部分預制構件混凝土強度不足也會使裝配式建筑不穩定，直接影響后期運營效果。另外在運輸時，未做好預制構件的固定和防損壞措施也會成為運輸風險的來源之一。

1.1.4??? 施工吊裝階段裝配式建筑的施工方法完全顛覆了傳統現澆建筑，大都采用較先進的施工工藝，然而目前大多數施工單位還未能掌握裝配式建設工程技術，導致工作效率較低且關鍵部位施工質量難以控制，無法達到預期效果。其次，裝配式建筑項目的一個基本特征就是建設投資額巨大，對機械化施工程度的要求較高，不僅會造成成本增加，而且工期延遲甚至未按期竣工都會直接影響其利息支出，致使開發商蒙受經濟損失。同時，施工作業現場環境復雜，存在許多安全隱患，再加上我國大部分一線施工人員專業素質偏低，缺乏系統的專業知識，大多數施工是憑借經驗，而傳統的施工經驗無法滿足裝配式建筑對建設工程技術的要求，這就導致施工階段的風險大大增加。

1.1.5??? 運營階段研究表明，如果一個建筑物使用大約7年，產生的費用將超過建造期間的費用，可見成本增加會伴隨風險產生，充分說明運營階段也不容小覷。物業管理風險貫穿整個運營階段，包括早期干預、早期管理和日常管理。其次運營期間若未能達到預期效果或未進行科學維護，都會增加該階段的風險。同時從裝配式建筑的長期利益和實用性方面考慮，運營效果不穩定主要是由于裝配式建筑還未形成一套完整的運營管理體系。

1.2??? 裝配式建筑全壽命周期風險因素體系構建

本文在文獻研究[1-21]的基礎上，梳理出有關裝配式建筑全壽命周期的風險因素。為了進一步確定最終風險因素指標體系，在武漢市建筑業協會裝配式建筑分會的支持下，對有裝配式建筑項目經驗的40位行業專家進行了半結構化訪談，受訪者的基本信息如表1所示。受訪者通過問卷調查對風險因素進行李克特5級量表評分（1=低風險，5=高風險），在發放問卷一周后以視頻會議的形式與專家進行深入訪談，通過對訪談結果和問卷調查的分析，最終確定了24項風險因素指標體系，如表2所示。

2??? 裝配式建筑全壽命周期風險因素定量分析

2.1??? AHP-熵權法介紹

2.1.1??? 層次分析法（AHP）??? 層次分析法由薩帝教授在上世紀70年代提出，將決策問題的相關影響因素按照一定的層次分解形式整理歸納，然后對各影響因素的重要程度借助專家評價進行量化研究。計算步驟如下：

1）構建層次結構模型將由決策目標、決策對象和決策指標構建的評價指標體系劃分成一個具有目標層、準則層、指標層的結構模型如表2。

2）構造判斷矩陣對處在同一層次上的兩個指標根據1-9標度法進行比較打分，進而得到判斷矩陣，且滿足bijbji=1。

3）層次單排序層次單排序是根據建立的判斷矩陣運用矩陣理論的方法計算出某層次指標對其所屬指標的重要程度。

計算判斷矩陣的每一行乘積

mi=∏nj=1bij，j=1，2，…，n（1）

計算mi的n次方根

i=nmi（2）

4）將向量=1，2，…，n歸一化，得到各指標權重

wi=wi∑ni=1wi（3）

w=w1，w2，…，wnT即為所求特征向量。

計算最大特征值

λmax=1n∑ni=1Awiwi（4）

式中A為判斷矩陣，Aw為矩陣與向量的乘積。

判斷一致性

CI=λmax－nn－1=0，CR=CIRI（5）

若CI=0，則表示判斷矩陣具有一致性；若不具有一致性，則需要判斷是否滿足CR<0.1（一致性指標RI的值查表可知），若不滿足需要調整判斷矩陣直至合理。

5）層次總排序將經過上述計算得到的二級指標權重分別乘以其所屬一級指標的權重，求出綜合權重即得到層次總排序。

2.1.2??? 熵權法熵權法是一種客觀確定權重系數的方法，主要是根據各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定其權重。一般情況下，信息量越大，其熵值越小，指標的離散程度就越大，在綜合評價中所起的作用就越大，即熵權就越大。計算步驟如下：

1）建立評價值矩陣構建m個評價對象，n個評價指標的判斷矩陣A=（aij）mxn

2）數據歸一化處理

rij=aij－minj{aij}maxj{aij}－minj{aij}（6）

其中，minjaij是不同評價對象i在j指標下的最小值，maxjaij是不同評價對象i在j指標下的最大值。

3）確定指標的信息熵值

Ej=－1lnm∑nj=1fijlnfij（7）

式中fij=rij∑nj=1rij，且約定當fij=0時，fijlnfij=0。

4）確定指標的客觀權重

wj=1－Ejn－∑nj=1Ej（8）

2.1.3??? AHP-熵權法組合權重為使裝配式建筑全壽命周期風險評價指標的權重既考慮評價者的主觀意愿又兼顧指標本身代表的意義，將由AHP計算的主觀綜合權重和熵權法計算的客觀綜合權重相耦合得到組合權重，優化公式為：

w=wiwj∑ni，j=1wiwj（9）

2.2??? 案例分析

本文選用的案例為湖北某機電科技產業園項目（1#、3#、4#樓），該項目的裝配式面積為74215 m2，采用裝配整體式組合框架結構、裝配式混凝土結構，其中3#樓裝配率高達93.6%，屬于AAA級裝配式建筑，是武漢市2021年度第一批裝配式建筑示范項目。因此選擇該項目作為本文的案例分析，具有極大的代表意義。

2.2.1??? AHP計算指標權重

1）邀請參與該裝配式建筑項目的10位專家采用1-9標度法對評價指標的重要性進行兩兩比較，綜合專家打分結果，得到判斷矩陣U-Bi，根據式（1）～（3）計算出風險因素評價指標的權重（表3），同理可得到各準則層對應指標層的因素權重分別為：

w1=（0.111，0.176，0.077，0.347，0.289）T

w2=（0.072，0.109，0.194，0.228，0.397）T

w3=（0.406，0.067，0.256，0.106，0.165）T

w4=（0.104，0.148，0.344，0.059，0.344）T

w5=（0.446，0.285，0.164，0.105）T

2）一致性檢驗：根據式（4）～（5）對判斷矩陣進行一致性檢查（表4）。

3）層次總排序：計算AHP綜合權重（表5）。

2.2.2??? 熵權法計算指標權重本文選取的指標是評價裝配式建筑項目風險水平的，因此為定性指標，詳見表2。為了量化各評價指標，邀請參與該裝配式建筑項目的10位專家對24個指標進行打分。根據式（6）對判斷矩陣A進行歸一化處理，得到矩陣R，再根據式（7）、（8）可分別求出信息熵值Ej和客觀權重wj（即綜合權重），如表5所示。將各指標層的所有綜合權重相加，即得到各指標層所對應準則層的權重，再用所求得的客觀權重wj（即綜合權重）除以該指標層所對應準則層的權重，即可得到指標層的層內權重（表5）。

2.2.3??? AHP-熵權法計算組合權重根據式（9）對AHP和熵權法所求得的各指標層綜合權重進行組合，得到指標層的組合權重，再將各指標層的組合權重相加即可得到所對應準則層的組合權重（表5）。

2.2.4??? 案例結果分析

1）準則層B相對于目標層U的權重：

B層各指標對于評價目標的影響排序由大到小分別為B4>B3>B5>B2>B1。其中，B4、B3權重分別為0.454、0.228，權重相對較大，說明該裝配式建筑項目的施工與生產運輸階段都存在較大風險，且施工階段風險最大；B2、B5的權重均大于0.1且小于0.15，說明設計與運營階段的風險相對較小，且接近；此外，B1對于目標層的權重小于0.1，說明決策階段的風險最小。

2）指標層C相對于準則層B的權重：

如表5所示，B1中各指標的影響程度排序為C14>C15>C12>C11>C13。其中，C14的權重為0.023，說明市場需求預估不準確是決策階段的關鍵風險因素；B2中各指標的影響程度排序為C25>C24>C23>C22>C21。其中，C25的權重達到0.056，說明設計未考慮全生命周期的可行性是設計階段的關鍵風險因素；B3中各指標的影響程度排序為C31>C33>C35>C34>C32。其中，C31的權重超過0.1，說明構件混凝土強度不足是生產運輸階段的關鍵風險因素;B4中各指標的影響程度排序為C45>C43>C42>C41>C44。其中，C45、C43的權重均大于0.15，接近0.2，說明工業化、機械化施工吊裝水平較低為施工吊裝階段的關鍵風險因素，且施工現場存在較多安全隱患也是主要風險來源；B5中各指標的影響程度排序為C51>C52>C53>C54。其中，C51的權重為0.078，說明運營效果不穩定是運營階段的關鍵風險因素。

3 ???裝配式建筑全壽命周期關鍵風險因素防控措施

針對關鍵風險因素，可采取以下防控措施：

1）針對市場需求預估不準確目前我國裝配式建筑還處在發展階段，對于市場需求應從內在和外在兩方面綜合考慮。內在需求方面，相較于傳統現澆建筑，裝配式建筑具有節能減排、加快工程進展、降低建筑事故發生概率等優點，但裝配式建筑的發展不能過度激進，要根據地區差異，做好項目定位、市場調研和經濟效益分析，并結合裝配式建筑自身特點充分考量該地區是否適合推進裝配式建筑，切忌盲目推崇；外在需求方面，必須以政府機構政策為主導，相關技術規范、評價指標、支持性政策為保障，社會大眾的消費需求為發展方向。從各地的政策中也不難看出，保障性住房已成為我國裝配式建筑最廣泛的應用領域，隨著我國對保障性住房需求的不斷增加，保障性住房將會成為未來我國裝配式建筑的發展方向。

2）針對設計未考慮全生命周期的可行性裝配式建筑的設計階段構件種類繁多，且設計—生產—施工各參與方溝通無序，導致設計階段工作效率較低，風險較大。基于BIM的協同平臺可將多專業、多環節、多主體的信息打通，打破各專業、各階段之間形成的“信息孤島”，將各專業設計師的模型數據進行協同，實現建筑、結構、給排水、電氣、暖通專業的一體化設計和設計、生產運輸、施工吊裝、運營階段的一體化管理。同時BIM技術可模擬多專業間的現場組裝順序，盡早發現施工吊裝中的問題，并在設計階段提前解決；同時整合各階段各參與方的優勢資源，減少信息壁壘，確保信息及時傳遞，從而消除各階段各參與方之間的設計沖突，提高設計信息的傳遞和交換效率，加強所有關鍵環節的溝通與協調，最大程度減少設計變更，使設計方案更加合理可行。

3）針對構件混凝土強度不足構件混凝土強度不足會直接導致構件質量問題。總承包商應派專業人員駐場監督構件的生產過程，將構件用鋼筋網和鋼筋骨架尺寸、鋼筋保護層厚度和配筋、高強度螺栓強度、模板是否標準等作為主控點，并做好記錄。同時在生產準備階段，BIM咨詢單位負責建立基于BIM的協同平臺，并協助完成構件生產進度的掛接、編碼錄入等工作，實現RFID芯片與PC構件的掛接，在BIM協同平臺對構件信息進行實時跟蹤，方便質檢人員及時發現有質量問題的構件。在預制構件出廠時，總承包商需與預制構件廠負責人對構件的規格型號、生產合格標識等做抽樣檢查，對于驗收不合格的構件，應要求構件廠商予以更換。另外，在運輸前，需結合工程現場狀況、道路狀況制定專項運輸方案；且放置構件時，要設置合理的構件支撐點并用填充物對構件之間的空隙進行填充使構件對車輛施加的荷載均勻，避免構件在運輸過程中發生晃動和碰撞從而對構件質量造成影響。

4）針對工業化、機械化施工吊裝水平較低相較于傳統現澆建筑，裝配式建筑施工周期更短，對施工效率的要求更高，使用BIM和RFID技術可將施工現場的實時控制情況以三維模型的形式展示出來以實現高效、精準的操作。在構件入場階段，可在BIM協同平臺上清晰展示出各構件的放置區域，確保工作人員在構件或材料堆放時能定點堆放，避免二次搬運，提高工作效率。在施工準備階段，可在BIM協同平臺上進行各專業的施工模擬，以便找出存在的施工節點問題，如構件安裝高度存在問題會影響后續排水和消防管道的安裝，預留孔洞位置偏大導致管道無法正常穿過等，都可在施工準備階段進行檢查，確保施工時能夠一次性完成；對于一些具有較高復雜性的關鍵施工節點，為保證準確施工，可利用BIM技術對此節點的施工過程編制專項施工方案，也可對整個施工環節、工作面等制定詳細的計劃，進而制定合適的施工工序，優化不同施工技術之間的時間間隔，提升施工吊裝水平。

5）針對運營效果不穩定在運營階段引入BIM技術能實現良好的信息化管理，解決運營管理紊亂的現狀，提升運營效果。運營管理人員依據PC構件里的RFID芯片可獲取構件的生產廠商、運輸人員、安裝人員等相關信息，一旦運營階段出現問題，借助RFID芯片能對整個建筑展開有效監測，開展相應分析工作，并制定相應的解決方案，如對建筑結構進行加固，提升建筑質量等；且由于前期各階段形成的BIM模型數據和信息，都可匯總到BIM協同平臺，方便信息數據的收集、分析和提取，并能及時掌握運營階段的資產信息和設備使用情況，可快速發現并解決問題，不僅能提高運營收益也能提升運營效率。另外涉及到后期建筑物的擴建或拆除，也可通過BIM技術來分析各項指標，避免建筑結構的損傷，有利于了解構件的再利用情況，減少資源浪費，節省成本，降低運營風險。

4??? 結論

1）本文在文獻研究的基礎上，通過半結構化訪談篩選出以決策、設計、生產運輸、施工吊裝和運營階段為5個維度的24個裝配式建筑全壽命周期風險因素指標體系。

2）結合裝配式建筑全壽命周期風險因素指標特點，選取AHP-熵權法對某示范項目進行案例分析，研究結果表明市場需求預估不準確、設計未考慮全生命周期的可行性、構件混凝土強度不足、工業化、機械化施工吊裝水平較低和運營效果不穩定為關鍵風險因素。

3）針對關鍵風險因素提出切實可行的防控措施，為減少裝配式建筑項目風險提供參考。

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Study on Life Cycle Risk Factors of Prefabricated Buildings Based on Combination Weighting

ZOU Yiquan，ZHANG Ruohan

（School of Civil Engin.，Architecture and Environment，Hubei Univ. of Tech.，Wuhan 430068，China）

Abstract：Prefabricated buildings have higher pursuit in technology， quality， function and time limit， and face more severe risks than traditional cast in place buildings. In order to avoid and reduce risks， this paper identifies 24 risk factors covering decision making， design， production and transportation， construction and lifting， and operation stages through semi-structured interviews on the basis of literature research， and builds a risk factor index system for the whole life cycle of prefabricated buildings. Combining with index system USES the combination of subjective and objective coupling weighting method of AHP and entropy weight method of case analysis of a project is carried out to study the key risk factors. The results show that the factors in different stages include inaccurate forecast of the market demand forecast， lack of considering the feasibility of whole life cycle design， insufficient component concrete strength， the low level of industrialization， unstable mechanization construction hoisting and operation effect. Risk prevention and control measures are accordingly put forward for key risk factors.

Keywords：prefabricated buildings; full life cycle; risk factors; AHP-entropy weight method

［責任編校： 裴琴］