基于AHP-熵權(quán)法和灰色聚類綜合評價的辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價

摘要：目前，針對辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險尚未建立一套合適的評價指標(biāo)體系。通過分析工程項目施工風(fēng)險研究現(xiàn)狀，基于辦公建筑智能化改造工程項目施工特征，綜合考慮技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度、管理和環(huán)境5個方面的風(fēng)險因素，構(gòu)建三個層次23個指標(biāo)的施工風(fēng)險綜合評價指標(biāo)體系。運(yùn)用層次分析法（AHP）和熵權(quán)法相結(jié)合的方法確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重，并利用灰色聚類法構(gòu)建綜合評價模型。將該模型運(yùn)用于KG辦公樓智能化改造工程項目并進(jìn)行實證分析，評價結(jié)果綜合得分50.812 5，說明該項目的施工風(fēng)險等級為“中等”。根據(jù)評價結(jié)果提出針對性建議，為從事辦公建筑智能化改造工程項目的施工單位提供參考。

關(guān)鍵詞：辦公建筑；智能化改造工程；層次分析法；熵權(quán)法；灰色聚類

0 引言

當(dāng)前，用戶對建筑內(nèi)工作環(huán)境的要求越來越高，依托信息網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿技術(shù)的建筑智能化系統(tǒng)成為熱點(diǎn)研究方向^[1]。老舊建筑在信息化、智能化水平上與新建筑存在巨大差距，且在建筑智能與信息化裝備方面已不符合當(dāng)前要求^[2]。辦公建筑是公共類建筑中智能化程度最高的建筑類別之一，通過對辦公建筑的智能化改造，可為辦公場所提供一個舒適、節(jié)能、綠色的辦公環(huán)境^[3]。辦公建筑的智能化改造主要通過實施智能化改造工程來實現(xiàn)。然而，由于智能化技術(shù)的復(fù)雜性，辦公建筑智能化改造工程項目在施工過程中具有更高的不確定性。因此，對辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)有效評價，已成為智能化改造項目施工風(fēng)險管理研究亟待關(guān)注的方向之一。

在工程項目施工風(fēng)險評價方面，張弛等^[4]在建筑基坑施工風(fēng)險研究中引入模糊數(shù)學(xué)的思想，建立了深基坑施工模糊風(fēng)險評價模型，對風(fēng)險因子和指標(biāo)進(jìn)行定量化分析；荀志遠(yuǎn)等^[5]在裝配式建筑施工風(fēng)險研究中通過采用AHP-CRITIC-TOPSIS法對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行組合，并采用云模型評價方法進(jìn)行評價；施慶偉等^[6]建立BIM信息模型作為研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，搭建一種能夠?qū)κ┕み^程中風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測警報的仿真模型，以縮減風(fēng)險發(fā)生率，提升施工管理效果；朱寶亮^[7]采用LEC法分析高層建筑施工中存在的危險因素，并提出控制措施；吳靜涵等^[8]針對地下洞室施工過程中存在的風(fēng)險，將ISM和ANP相結(jié)合，并引入灰色系統(tǒng)理論，建立組合評價模型。

綜上所述，目前針對辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險的研究較少。由于施工風(fēng)險的不確定性屬性，構(gòu)建風(fēng)險評價指標(biāo)體系是關(guān)鍵所在^[9]。本文依據(jù)已有的工程項目施工風(fēng)險影響因素研究成果，結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的辦公建筑智能化改造工程項目施工現(xiàn)狀，采用德爾菲法對相關(guān)風(fēng)險影響因素進(jìn)行總結(jié)，構(gòu)建具有層次結(jié)構(gòu)的施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系，采用AHP-熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，利用灰色聚類綜合評價模型對風(fēng)險等級進(jìn)行分類，計算施工風(fēng)險評價最終得分。通過對KG辦公樓智能化改造工程項目進(jìn)行案例分析，驗證模型的合理性。

1 構(gòu)建辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價體系

1.1 建立評價指標(biāo)體系

本文在參考工程項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系研究的基礎(chǔ)上，綜合分析辦公建筑的特性，初步識別出31個辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險影響因素。隨后，通過邀請8名建筑智能化實施領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行訪談，剔除了8個較弱的影響因素，最終確定了23個有效影響因素，并根據(jù)影響因素的屬性特征，將其劃分為技術(shù)風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險、管理風(fēng)險與環(huán)境風(fēng)險五大類風(fēng)險。以五大類23個具體影響因素為基礎(chǔ)，建立三個層次的施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系^[10-12]。辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)見表1。

1.2 AHP-熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

1.2.1 AHP法確定指標(biāo)主觀權(quán)重

層次分析法（AHP）的基本原理是將復(fù)雜系統(tǒng)的各子系統(tǒng)通過劃分若干個相互聯(lián)系的層次結(jié)構(gòu)模型，計算各個層次的排序及系統(tǒng)總體重要性順序，從而確定系統(tǒng)內(nèi)各因素在決策問題中的相應(yīng)重要性系數(shù)^[13]。運(yùn)用層次分析法，分別對各層指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行判斷，構(gòu)造比較判斷矩陣，得到各層指標(biāo)要素的相對權(quán)重W。

采用1～9標(biāo)度法，邀請專家對指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行比較，根據(jù)構(gòu)建的評價指標(biāo)體系建立判斷矩陣A，即

隨后分別進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重，計算一級指標(biāo)權(quán)重值W、最大特征值""" λ_max""" ，計算一致性指標(biāo)CI值，依據(jù)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值（表2），計算隨機(jī)一致性比率CR值。一級指標(biāo)準(zhǔn)則層B計算表見表3。

針對指標(biāo)層，本文僅列出一級指標(biāo)準(zhǔn)則層B中B₁所屬指標(biāo)權(quán)重的計算（表4），其余B₂、B₃、B₄、B₅所屬指標(biāo)權(quán)重計算方法類同。

依此計算得出，B₂層次中λ_max=4.010，CI=0.003 5，CR=0.003 8lt;0.1；B₃層次中λ_max=4.033 9，CI=0.011 3，CR=0.012 6lt;0.1；B₄層次中λ_max=5.034，CI=0.085，CR=0.076lt;0.1；B₅層次中λ_max=4.014 5，CI=0.004 8，CR=0.005 4lt;0.1。二級指標(biāo)層的隨機(jī)一致性比率CR值均小于0.1，通過一致性檢驗。對組合權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗，計算CR=0.020 8lt;0.1，通過層次總排序比例一致性檢驗。

1.2.2 熵值法修正指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)熵的特征，可以通過計算熵值來判斷一個事件的隨機(jī)性及無序程度，也可以用熵值來判斷某個指標(biāo)的離散程度。指標(biāo)的離散程度越大，表示該指標(biāo)對綜合評價的影響越大^[14]。具體計算步驟如下：

（1）對判斷矩陣A歸一化處理得A′，即

其中，

（２）計算評價指標(biāo)信息熵""" H_j""" 和熵權(quán)G_j，公式如下

（３）計算修正權(quán)重F_j，公式如下

對準(zhǔn)則層判斷矩陣A歸一化處理得A′，即

依照上述計算步驟計算出各級指標(biāo)信息熵、熵權(quán)及修正權(quán)重。辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)計算結(jié)果見表5。

1.3 劃分評分等級及等級矩陣

為了便于調(diào)查，將辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險等級評價結(jié)果劃分為5個等級（表6）。

依據(jù)選取的各等級評分的中間值，確定評價等級矩陣V，即

V=（10 30 50 70 90）

1.4 進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析

通過構(gòu)建的辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系可以看出，影響指標(biāo)因素多、涉及范圍廣且可測度低。此外，相關(guān)類型研究較少，有關(guān)評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)收集困難，樣本數(shù)量少。灰色理論是我國著名學(xué)者鄧聚龍教授于1986年創(chuàng)立的一門新興橫斷學(xué)科，它以“部分信息已知、部分信息未知”的“小樣本”“貧信息”的不確定性系統(tǒng)為研究對象，主要通過對部分已知信息的生成、開發(fā)，提取有價值的信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行行為的正確認(rèn)識和有效控制。灰色理論中的灰色聚類法能有效分析此類問題^[15]。以上述指標(biāo)權(quán)重確定法計算所得的各級指標(biāo)權(quán)重作為灰色評價中的各級指標(biāo)權(quán)重，定義i＝1，2，…，n為評價對象，即待評價的各項指標(biāo)為C_i（i=1，2，…，23），綜合評價步驟如下：

1.4.1 組織專家評分

組織m名相關(guān)專家采用德爾菲法，按表6標(biāo)準(zhǔn)對C_i進(jìn)行評分，確定評價指標(biāo)評分矩陣C，即

式中，c_ik為第k（k=1，2，…，m）名專家對指標(biāo)""" C_i""" 給出的分值。評分由專家通過對辦公建筑智能化改造工程項目施工的實際狀況判斷，考慮其他相關(guān)因素綜合比較后進(jìn)行評定。

1.4.2 灰色類別的確定

確定評價灰色類別的目的是為了確定灰類的等級數(shù)、灰數(shù)及白化權(quán)函數(shù)。由于本文已經(jīng)將指標(biāo)的評分等級確定為5級，灰色類別也為5級。評價指標(biāo)的樣本空間""" C=（C_i）_m""" ，根據(jù)表6中的風(fēng)險等級劃分為5個等級，即灰色類別x=1，2，3，4，5，設(shè)""" Q_x""" （x=1，2，3，4，5）為第x個灰色類別的中心點(diǎn)，結(jié)合模型構(gòu)造特點(diǎn)及專家意見，該中心點(diǎn)為最可能屬于該灰色類別的值，將C_i指標(biāo)x灰色類別取值范圍確定為Q_x－1，Q_x+1，灰色類別白化權(quán)函數(shù)采用端點(diǎn)型三角白化權(quán)函數(shù)，確定第一灰類的左端點(diǎn)為0，第五灰類的右端點(diǎn)為100^[16]，與之對應(yīng)的灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)""" f_x""" 如下

第二灰類：""nbsp; c_ik""" ∈[10，50]，其白化權(quán)函數(shù)

第三灰類： """"c_ik""" ∈[30，70]，其白化權(quán)函數(shù)

第四灰類：""" c_ik""" ∈[50，90]，其白化權(quán)函數(shù)

第五灰類：""" c_ik""" ∈[70， 100]， 其白化權(quán)函數(shù)

1.4.3 灰色評價系數(shù)的計算

對于評價指標(biāo)""" C_i""" ，利用白化權(quán)函數(shù)求出""" C_ik""" 屬于第x個評價標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)值"" "f_x（c_ik）""" ，設(shè)""" y_ix""" 為評價指標(biāo)""" C_i""" 對于第x個評價灰類的灰色評價系數(shù)，""" y_i""" 為評價指標(biāo)""" C_i""" 隸屬于各灰類的總灰色評價數(shù)，則有

1.4.4 計算灰色評價權(quán)向量及權(quán)矩陣

對于m名評價專家就評價指標(biāo)""" C_i""" 而言，歸一化處理得第x個評價灰類的灰色評價權(quán)重""" α_ix""" ，即

本文評價灰類共5個，即x=1，2，3，4，5。因此，得到評價指標(biāo)""" C_i""" 所對應(yīng)的各評價灰類的灰色評價矩陣R

1.5 風(fēng)險綜合評價

對灰色評價矩陣R與評價等級矩陣V進(jìn)行運(yùn)算，得到評價指標(biāo)""" C_i""" 的風(fēng)險綜合得分矩陣Z，即Z=（Z₁，Z₂，…，Z_i）（i=1，2，…，23）。其中，Z_i=（α_i1，α_i2，α_i3，α_i4，α_i5）×（10，30，50，70，90）^T。計算評價指標(biāo)系統(tǒng)中各一級指標(biāo)B_i（i=1，2，3，4，5）的綜合評價得分N_i，N₁公式如下

式中，F(xiàn)_j（j=1，2，…，23）為各二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)的綜合權(quán)重。同理，可分別計算出N₂，N₃，N₄，N₅。對評價指標(biāo)""" C_i""" 的綜合權(quán)重K與指標(biāo)風(fēng)險綜合得分矩陣Z進(jìn)行運(yùn)算，得出風(fēng)險評價綜合得分D，即

式中，K為指標(biāo)層評價指標(biāo)""" C_i""" 相對于目標(biāo)層的綜合權(quán)重。參照表6進(jìn)行測評，最后得出辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險綜合評價結(jié)果。

2 案例分析

2.1 邀請專家評分

采用專家咨詢的方法確定指標(biāo)評價矩陣C，選取6名智能建筑研究領(lǐng)域的專家組成專家組，按照辦公建筑智能化改造工程施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系及指標(biāo)說明對KG辦公樓智能化改造工程項目的施工風(fēng)險進(jìn)行打分，打分的標(biāo)度參照表6的評價等級表，得到的評價結(jié)果構(gòu)成了評價矩陣C，其中每一行為6名專家對評價指標(biāo)C_i的評分值，評價矩陣C即

2.2 構(gòu)造灰色評價權(quán)矩陣

以評價指標(biāo)""" C₁""" 為例，根據(jù)白化權(quán)函數(shù)計算其屬于第一灰類的值：f₁（75）=0，f₁（80）=0，f₁（85）=0，f₁（80）=0，f₁（84）=0，f₁（78）=0。y₁₁=f₁（75）+f₁（80）+f₁（85）+f₁（80）+f₁（84）+f₁（78）=0。分別計算出其屬于第二、三、四、五灰類的值：y₁₂=0，y₁₃=0，y₁₄=2.9，y₁₅=3.1。可得出評價指標(biāo)C₁總的灰類值：y₁=y₁₁+y₁₂+y₁₃+y₁₄+y₁₅=6。

評價指標(biāo)C₁灰色權(quán)向量α₁=（0.000 0，0.000 0，0.000 0，0.483 3，0.516 7）

同理，可得出評價指標(biāo)""" C_i""" 所對應(yīng)的各評價灰類的灰色評價矩陣R_i，即

2.3 綜合評價

以""" C₁""" 為例，計算KG辦公樓通過智能化改造項目施工風(fēng)險綜合評價得分""" Z₁""" ，即

Z₁=（0.000 0，0.000 0，0.000 0，0.483 3，0.516 7）×（10，30，50，70，90）^T=80.334 0

同理，可計算其他22項指標(biāo)評價得分。最后KG辦公樓智能化改造工程項目施工風(fēng)險綜合評價表見表7。

2.4 評價結(jié)果分析

按照灰色聚類綜合評價法，計算得出該辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險綜合得分為50.812 5分，評價等級為“中等風(fēng)險”，說明該KG辦公樓智能化改造工程項目施工仍具備一定的風(fēng)險，該評價結(jié)論與項目實際情況相符合。通過分析表7可知，該工程項目施工風(fēng)險評價一級指標(biāo)中技術(shù)風(fēng)險得分最高（59.846 8），質(zhì)量風(fēng)險（53.415 9）次之，隨后依次是進(jìn)度風(fēng)險（48.238 3）、管理風(fēng)險（37.989 7）、環(huán)境風(fēng)險（15.970 9）。在23項二級指標(biāo)中，隸屬于高風(fēng)險的分別是：作業(yè)人員水平（88.148 1）、過程設(shè)計變更（85.714 3）、專業(yè)技術(shù)人員能力（80.666 7）、智能化設(shè)計準(zhǔn)確性（80.334 0）。針對評價結(jié)果中的高風(fēng)險因素，該工程項目的施工企業(yè)需要提升作業(yè)人員作業(yè)能力，對智能化設(shè)計準(zhǔn)確性及過程設(shè)計變更需要有針對性的應(yīng)對措施。

3 結(jié)語

本文從技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險、管理風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險5個維度出發(fā)，構(gòu)建了由23個二級指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系，較為全面地建立了辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系。綜合運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法確定評價指標(biāo)權(quán)重，確保權(quán)重的有效性與可靠性。利用灰色聚類綜合評價法對辦公建筑智能化改造工程項目施工風(fēng)險進(jìn)行綜合評價，充分利用各指標(biāo)的信息進(jìn)行量化評價。應(yīng)用該評價指標(biāo)體系對KG辦公樓智能化改造工程進(jìn)行實證分析，得到該項目施工風(fēng)險的綜合評價得分（50.812 5），評價等級為“中等風(fēng)險”，承建方有風(fēng)險管理壓力。結(jié)合KG項目實踐情況，表明該評價指標(biāo)體系與評價模型具有一定的適用性與代表性，有助于承建方了解項目施工風(fēng)險情況，為辦公建筑智能化改造工程施工風(fēng)險評價提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉棟.既有建筑辦公區(qū)域智能化改造[D].天津：天津大學(xué)，2018.

[2]劉晨.既有建筑的智能化改造應(yīng)用——上海移動網(wǎng)絡(luò)管理中心設(shè)計[J].上海建設(shè)科技，2011，187（5）：30-32，37.

[3]胡艷琴.辦公建筑改造一體化設(shè)計策略研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2021.

[4]張馳，黃廣龍，李娟.深基坑施工環(huán)境影響的模糊風(fēng)險分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2013，32（S1）：2669-2675.

[5]荀志遠(yuǎn)，張麗敏，趙資源，等.基于組合賦權(quán)云模型的裝配式建筑成本風(fēng)險評價[J].土木工程與管理學(xué)報，2020，37（6）：8-13.

[6]施慶偉，龐永師，蔣雨含.基于系統(tǒng)動力學(xué)和BIM的建筑施工安全風(fēng)險預(yù)警決策模型仿真[J].土木工程與管理學(xué)報，2016，33（2）：83-89.

[7]朱寶亮.高層建筑工程施工風(fēng)險評價和控制研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2019.

[8]吳靜涵，江新，周開松，等.地下洞室施工安全風(fēng)險綜合評價——基于ISM-ANP的灰色聚類分析[J].人民長江， 2020，51（6）：159-165.

[9]桑培東，李祥軍.施工風(fēng)險控制能力的模糊集合評價[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報， 2016，31（6）：588-592，621.

[10]陸斌，鄭世寶.建筑智能化項目施工質(zhì)量影響因素分析及其管理[J].項目管理技術(shù)，2021，19（5）：102-106.

[11]陳馳.X公司智能建筑工程風(fēng)險管理研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2022.

[12]沈丹華，林婷婷.基于AHP-SPA的倉儲智能化改造項目施工階段風(fēng)險評價[J].價值工程，2023，42（5）：42-45.

[13]汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程學(xué)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[14]朱喜安.綜合評價方法優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)研究[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2020.

[15]馮利.智能建筑全生命周期質(zhì)量評價研究[D].成都：西華大學(xué)，2019.

[16]黃正謙.“一帶一路”高速公路建設(shè)項目投資風(fēng)險評價及對策研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2022.

收稿日期：2023-07-14

作者簡介：

楊江南（1988—），高級工程師，研究方向：智能建筑、工程項目管理。

張朋飛（通信作者）（1986—），講師，研究方向：工程項目管理、工程造價。