基于組合賦權(quán)-云模型的裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

摘要：隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的迅猛發(fā)展，裝配式建筑日益受到關(guān)注。然而，這種建筑方式也帶來了一系列的施工風(fēng)險(xiǎn)。首先，從環(huán)境、管理、作業(yè)人員、技術(shù)、材料/設(shè)備 5個(gè)方面對(duì)裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納總結(jié)，識(shí)別出22個(gè)施工風(fēng)險(xiǎn)因素，建立裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其次，采用層次分析法確定各指標(biāo)主觀權(quán)重，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)客觀權(quán)重，并進(jìn)行組合賦權(quán)；最后，以云模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)云評(píng)價(jià)模型，通過案例分析識(shí)別施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和重要風(fēng)險(xiǎn)因素，驗(yàn)證裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性和適用性，為裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；組合賦權(quán)；云模型；施工風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

0" 引言

與傳統(tǒng)澆筑式建筑相比，裝配式建筑因其工廠預(yù)制和模塊化組裝特性，在生產(chǎn)效率、能源消耗和工程周期方面具有明顯優(yōu)勢(shì)［1］。然而，裝配式建筑在施工過程中存在許多不確定因素，這些因素會(huì)對(duì)項(xiàng)目的成本、進(jìn)度、質(zhì)量和其他活動(dòng)產(chǎn)生一定影響，因此，裝配式建筑風(fēng)險(xiǎn)控制難度較大。特別是裝配式建筑施工階段涉及大型構(gòu)件裝配和多次組裝等，一旦出現(xiàn)問題，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果。因此，對(duì)裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和控制十分重要。

國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)裝配式建筑風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行了研究。Forteza等［2］對(duì)裝配式建筑吊裝階段事故進(jìn)行整理和分析，強(qiáng)調(diào)作業(yè)人員必須接受專業(yè)培訓(xùn)并熟悉相關(guān)工作規(guī)范。Xiao等［3］采用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立裝配式建筑施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。齊寶庫等［4］針對(duì)裝配式建筑全生命周期階段特點(diǎn)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用層次灰色評(píng)價(jià)法確定評(píng)價(jià)等級(jí)。常春光等［5］采用魚骨圖法推導(dǎo)出裝配式建筑施工階段的風(fēng)險(xiǎn)事件，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分析結(jié)果闡述裝配式建筑項(xiàng)目受到的影響。武晨陽等［6］通過構(gòu)建裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和模型，從5個(gè)方面確定指標(biāo)權(quán)重，并采用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)法獲取評(píng)價(jià)等級(jí)。李皓燃等［7］通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)，識(shí)別出25個(gè)裝配式建筑施工階段重要風(fēng)險(xiǎn)，并利用問卷調(diào)查與結(jié)構(gòu)方程模型進(jìn)行驗(yàn)證性分析，從中篩選出18個(gè)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)并分析各風(fēng)險(xiǎn)因素間的關(guān)聯(lián)性。洪文霞等［8］將SPA理論與WBS-RBS相結(jié)合，建立包含21個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的裝配式建筑質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并提出SPA-IAHP賦權(quán)法以彌補(bǔ)FAHP分析的不足。董翔等［9］建立超高層裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，結(jié)合二元區(qū)間理論確定安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

基于此，本文綜合考慮裝配式建筑施工過程中各種風(fēng)險(xiǎn)因素，采用AHP-熵權(quán)法組合賦權(quán)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)主客觀優(yōu)化權(quán)重，運(yùn)用云模型算法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)，并基于實(shí)際案例驗(yàn)證該評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性和實(shí)用性。

1" 裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與分析

1.1" 建立裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

選擇裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)遵循5個(gè)基本原則：科學(xué)性原則、系統(tǒng)性原則、可比性原則、全面性和典型性。

通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜合分析，基于相關(guān)專家咨詢結(jié)果，確定裝配式建筑施工五大主要風(fēng)險(xiǎn)類型：環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、人為風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、材料/設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。建立裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

1.2" 風(fēng)險(xiǎn)因素分析

1.2.1" 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是指項(xiàng)目的自然環(huán)境、地理位置和工作環(huán)境所引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，包括自然環(huán)境、施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)境、預(yù)制構(gòu)件堆場(chǎng)布置狀況。

1.2.2" 管理風(fēng)險(xiǎn)

管理風(fēng)險(xiǎn)包括管理人員能力、安全管理制度、安全教育與培訓(xùn)、安全保護(hù)措施。主要表現(xiàn)為：管理人員不具備必要的知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)；缺失健全的安全管理規(guī)章、政策和流程；防護(hù)措施未得到充分落實(shí)；未按規(guī)定的方式和位置存放預(yù)制構(gòu)件，導(dǎo)致構(gòu)件損傷、污染或混淆，從而影響施工質(zhì)量和效率等。

1.2.3" 人為風(fēng)險(xiǎn)

人為風(fēng)險(xiǎn)是指由操作或管理人員的行為、態(tài)度或個(gè)人狀況引起的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)工程項(xiàng)目具有負(fù)面影響，甚至?xí)?dǎo)致安全事故。主要包括作業(yè)人員受教育水平、安全意識(shí)、工作態(tài)度等。

1.2.4" 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

在施工過程中，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也是一個(gè)重要因素，主要包括方案設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件連接技術(shù)、預(yù)制構(gòu)件吊裝技術(shù)等。若預(yù)制構(gòu)件定位不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致無法正確拼接；若構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接處理不當(dāng)，可能引發(fā)坍塌事故；若吊裝技術(shù)不成熟，可能導(dǎo)致構(gòu)件損壞等。

1.2.5" 材料/設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

材料/設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)主要包括材料的質(zhì)量、材料的選擇、儲(chǔ)存條件等。主要表現(xiàn)為：材料質(zhì)量不合格對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐用性產(chǎn)生負(fù)面影響；不合格的建筑材料會(huì)導(dǎo)致不匹配或性能不足等問題，從而影響建筑的性能和質(zhì)量；設(shè)備和工具等維護(hù)和保養(yǎng)不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，降低工作效率，甚至引發(fā)安全事故等。

2" 建立裝配式建筑項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

2.1" 基于 AHP 法確定主觀權(quán)重

層次分析法（AHP）是一種決策分析方法，能夠在較少的定量數(shù)據(jù)支持下，有效處理多目標(biāo)和多準(zhǔn)則的決策難題。具體步驟如下：

（1）構(gòu)建裝配式建筑項(xiàng)目施工階段風(fēng)險(xiǎn)因素層次分析結(jié)構(gòu)。

（2）創(chuàng)建判斷矩陣。邀請(qǐng)相關(guān)專家，采用1～9標(biāo)度法，基于各風(fēng)險(xiǎn)因素在同一層級(jí)中的相對(duì)重要性構(gòu)建判斷矩陣，公式如下

C=C11…C1nCn1…Cnn（1）

（3）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。公式如下

Mi=∏nj=1Cij（i=1， 2， …， n）（2）

Wi=nMi（3）

Wi=Wi∑nj=1Wj（4）

λmax=∑ni=1（CW）inWi（5）

（4）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。公式如下

CI=λmax-nn-1（6）

式中，CI表示一致性指標(biāo)；λmax表示判斷矩陣的最大特征值；n表示判斷矩陣階數(shù)。當(dāng)CR=CIRIlt;0.10時(shí)，滿足檢驗(yàn)要求。一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

2.2" 基于熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

采用熵權(quán)法確定裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)客觀權(quán)重。計(jì)算步驟如下：

（1）邀請(qǐng)n名專家對(duì)m個(gè)裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分，構(gòu)建矩陣A如下

A=a11…a1nam1…amn（7）

（2）規(guī)范化處理。公示如下

qij=aij-minaijmaxaij-minaij（8）

（3）計(jì)算新矩陣。公式如下

rij=qij∑nj=1qij（9）

（4）計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重。公式如下

ei=-1lnn∑ni=1rijlnrij（10）

Xi=1-ei（i=1， 2，" …， m）（11）

Vi=Xi∑mi=1Xi（12）

式中，ei表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值；Xi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異性系數(shù)；Vi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)。

2.3" 組合賦權(quán)確定綜合權(quán)重

本文采用線性加權(quán)法計(jì)算綜合權(quán)重，旨在反映評(píng)估專家的主觀判斷和客觀數(shù)據(jù)的規(guī)律性。該方法能夠確保主客觀權(quán)重的差異程度與不同的分配系數(shù)相協(xié)調(diào)，公式如下

gi=μwi+（1-μ）vi（13）

式中，wi和vi分別為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重；本文認(rèn)為主觀權(quán)重和客觀權(quán)重同等重要，μ取值 0.5。

3" 建立裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)云模型

云模型是一種在定性概念與定量描述之間進(jìn)行不確定性轉(zhuǎn)換的模型，能夠?yàn)轫?xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)的參考依據(jù)［10］。將裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)按照風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為5個(gè)等級(jí)，依次為：低、較低、中等、較高和高，對(duì)應(yīng)的論域取值范圍分別為［0，2）、［2，4）、［4， 6）、［6，8）、［8，10］。特征值計(jì)算公式如下

Exv=Smax+Smin2（14）

Env=Smax-Smin6（15）

Hev=k（16）

經(jīng)過上述公式計(jì)算，得到裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云計(jì)算結(jié)果，見表3。

將表2中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入正向云發(fā)生器，運(yùn)用軟件編程生成5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)云圖，如圖1所示。

以標(biāo)準(zhǔn)云圖為基礎(chǔ)，經(jīng)過專家評(píng)分，利用逆向云發(fā)生器將其轉(zhuǎn)換成云模型的三個(gè)特征值。計(jì)算公式如下

期望值Ex=x=1n∑ni=1xi（17）

方差S2=1n-1∑ni=1（xi-X）2（18）

熵En=" π2×1n∑ni=1xi-X（19）

超熵He=" S2-En2（20）

由此生成綜合云。三個(gè)特征值計(jì)算公式如下

Ex=∑nu=1Exu×gu（21）

En=∑nu=1

En2u×gu（22）

He=∑nu=1Heu×gu（23）

隸屬度計(jì)算公式如下

δu=exp-（xu-Ex）22（En）2" （24）

依據(jù)最大隸屬度識(shí)別原則，指標(biāo)隸屬度最大值為裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

4" 實(shí)例分析

4.1" 工程概況

某裝配式住宅項(xiàng)目位于上海市，項(xiàng)目總用地面積約112 454m2，總建筑面積約191 389m2，共有23棟住宅，建筑層高2.8m，容積率1.84，綠化率35%。該項(xiàng)目采用裝配式建筑，單體預(yù)制率不低于45%。

4.2" 模型運(yùn)用

首先，邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)該項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系各因素間的重要性進(jìn)行打分，計(jì)算得到AHP法主觀權(quán)重；其次，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際對(duì)指標(biāo)的重要性進(jìn)行打分，采用熵權(quán)法得出各指標(biāo)權(quán)重；最后，將AHP法得到的權(quán)重與熵權(quán)法得到的權(quán)重進(jìn)行組合賦權(quán)，結(jié)果見表4。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用本文所建立的云模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照上述公式計(jì)算得到一級(jí)指標(biāo)的Ex、En、He值，見表5。

將環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、人為風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、材料/設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目綜合風(fēng)險(xiǎn)的Ex、En、He值導(dǎo)入Matlab軟件，輸出結(jié)果如圖2～圖7所示。各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度見表6。

5" 結(jié)果分析與建議

5.1" 結(jié)果分析

由圖2可知，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)介于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)，傾向于較高風(fēng)險(xiǎn)，按照隸屬度最大原則，評(píng)定為中等風(fēng)險(xiǎn)；由圖3可知，管理風(fēng)險(xiǎn)介于較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)，更接近于較高風(fēng)險(xiǎn)，按照隸屬度最大原則，評(píng)定為較高風(fēng)險(xiǎn)；由圖4可知，人為風(fēng)險(xiǎn)介于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)，偏向于中等風(fēng)險(xiǎn)，按照隸屬度最大原則，評(píng)定為中等風(fēng)險(xiǎn)；由圖5可知，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)介于較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)，偏向較高風(fēng)險(xiǎn)，按照隸屬度最大原則，評(píng)定為較高風(fēng)險(xiǎn)；由圖6可知，材料/設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)介于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)，偏向于中等風(fēng)險(xiǎn)，按照隸屬度最大原則，評(píng)定為中等風(fēng)險(xiǎn)；由圖7可知，項(xiàng)目綜合風(fēng)險(xiǎn)介于中等風(fēng)險(xiǎn)和較高風(fēng)險(xiǎn)，偏向于較高風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)定為較高風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，管理風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是該項(xiàng)目較高風(fēng)險(xiǎn)因素。

5.2" 具體建議

5.2.1" 管理方面

定期對(duì)管理人員進(jìn)行培訓(xùn)和能力提升，深化其在項(xiàng)目管理、安全管理及危機(jī)應(yīng)對(duì)等方面的認(rèn)知和技能；建立和優(yōu)化安全管理制度及程序；定期進(jìn)行評(píng)估和修訂以適應(yīng)項(xiàng)目需求和變化；實(shí)施有效的保護(hù)措施，并定期檢查執(zhí)行效果，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)安全。此外，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定堆放預(yù)制構(gòu)件，并進(jìn)行定期檢查，防止材料受損、污染或混淆，確保施工質(zhì)量和效率。

5.2.2" 技術(shù)方面

一方面，需要提高工作人員的施工技術(shù)，依據(jù)項(xiàng)目具體需求進(jìn)行施工工藝和方案的選擇與優(yōu)化，并進(jìn)行定期評(píng)估和調(diào)整。同時(shí)，持續(xù)開展技術(shù)培訓(xùn)和交流，不斷提高施工人員的技術(shù)能力和項(xiàng)目的整體技術(shù)水平，保障工程的平穩(wěn)進(jìn)行和高質(zhì)量完成。另一方面，引進(jìn) BIM技術(shù)應(yīng)用于施工階段的現(xiàn)場(chǎng)布局優(yōu)化、物料管理、吊裝模擬及技術(shù)交底模擬等。在預(yù)制構(gòu)件的組裝檢驗(yàn)中，可以采用3D激光掃描儀，通過將BIM技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，提升裝配式建筑的整體質(zhì)量和施工精度。

6" 結(jié)語

本文基于對(duì)裝配式建筑預(yù)制、運(yùn)輸和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地調(diào)研，從環(huán)境、管理、人為、技術(shù)、材料/設(shè)備5個(gè)維度歸納出裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素，建立了包含22個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，并基于實(shí)際案例，采用組合賦權(quán)-云模型對(duì)該項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過該項(xiàng)目各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)云圖可以看出，該項(xiàng)目的管理風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是較高風(fēng)險(xiǎn)因素，符合項(xiàng)目實(shí)際，驗(yàn)證了該風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系具有一定的科學(xué)性和合理性。

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PMT

收稿日期：2023-11-08

作者簡(jiǎn)介：

范瑞（1998—），男，研究方向：工程管理。

葉春明（通信作者）（1964—），男，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：管理科學(xué)與工程、工業(yè)工程。

崔雨欣（2002—），女，研究方向：工業(yè)工程。

邵馨平（2002—），女，研究方向：物流管理。

吳韻雯（2002—），女，研究方向：綠色金融、碳金融。