基于灰色理論的商品混凝土生產過程質量評價

杜 婷，孫勛來，孫同盼，宋協(xié)清，李智瑩

(1.華中科技大學 土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074；2.華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院 后勤處，湖北 武漢 430030；3.中建市政工程有限公司，北京 100073)

商品混凝土的發(fā)展不僅推動了我國混凝土技術水平的提高，也極大地提高了現(xiàn)場文明施工程度[1]。而如何提高攪拌站混凝土生產過程的質量對保證混凝土的質量直接相關。魯惠敏等[2]的研究表明，混凝土現(xiàn)場泵送是否正常與混凝土生產過程的一些因素有關，如原材料性能、管理因素等；Alam等[3]通過對混凝土生產過程的實地調研，確定了影響混凝土生產過程質量控制的關鍵因素；Ohya等[4]基于神經網絡通過混凝土生產過程關鍵控制因素對混凝土的質量進行了預測；周小強[5]提出了攪拌站高濃度廢水回收處理工藝和建議。這些研究給商品混凝土生產過程的質量管理提供了很好的參考。

混凝土攪拌站是商品混凝土的生產基地，其生產過程的質量控制會直接關系到現(xiàn)場混凝土的質量和泵送施工質量，因此對商品混凝土的生產過程質量進行研究對保證混凝土質量以及混凝土攪拌站生產的規(guī)范化具有重要意義。

1 生產過程質量評價體系建立

1.1 指標體系建立原則

商品混凝土的生產是一個復雜的系統(tǒng)性過程，影響商品混凝土生產質量的因素涉及到很多方面，因此，在選取商品混凝土的生產質量評價指標時應遵循以下原則：

(1)綜合性原則

對于商品混凝土生產過程質量的評價應該貫穿于準備、生產、鑒定、出廠的全過程，考慮主要因素的同時兼顧次要因素，注重生產目標的同時嚴格遵守環(huán)保要求。

(2)科學性原則

質量評價指標的選取應當以科學理論為指導依據(jù)，指標體系應結構清晰、邏輯合理，客觀、準確地反映商品混凝土的生產過程質量。

(3)可操作性原則

質量評價的指標應該盡可能概念清晰、定義明確，各指標之間具有較強的分辨性和差異性。

(4)預防性原則

預防性原則即事前預防，混凝土攪拌站對各種不可預見事件的處理預案，屬于隱藏的質量影響因素，也是評判混凝土生產過程質量的要因之一。

1.2 生產過程質量評價指標體系

基于人-機-料-法-環(huán)-管理論，根據(jù)1.1節(jié)的指標選取原則，結合攪拌站商品混凝土的生產工藝流程，將“人員因素、機械因素、材料因素、工藝流程控制因素、環(huán)境因素、管理因素”這6個一級指標分為23個二級指標，構建如圖1所示的商品混凝土生產過程質量評價指標體系。

圖1 商品混凝土生產過程質量評價體系

1.3 指標權重確定

熵權法[6]作為一種客觀賦權法，在確定指標權重時相對于主觀賦權法具有一定的精度優(yōu)勢，但缺乏橫向比較，而灰色關聯(lián)分析[7]可以較好地表征評價主體之間的關聯(lián)程度，克服了熵權法的局限性。因此，本文結合熵權法和灰色關聯(lián)分析確定商品混凝土生產過程質量評價指標的權重。

通過問卷調查收集了30位相關專家對商品混凝土生產過程質量評價一級指標與二級指標的重要性打分，采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行信度檢驗，得到信度分析結果如表1所示。

表1 樣本數(shù)據(jù)Cronbach 信度分析結果

Cronbach α系數(shù)為0.950，說明研究數(shù)據(jù)信度很高，可用于下一步分析。

提取有效問卷中商品混凝土生產過程質量評價指標評分值，將指標評分xij組成質量評分值矩陣：X=(xij)29×30(i為評價指標編號，i=1,2,…,29；j為評價專家樣本編號，j=1,2,…,30)。

選取評價指標評分的最大值組成參考序列X0=(xi0)29×1，然后采用閾值法對矩陣X中的各元素進行無量綱化處理：

(1)

同理根據(jù)式(2)對參考序列X0中各元素進行無量綱化處理，可得無量綱化參考序列：

(2)

將矩陣X′以一級指標和各一級指標對應的二級指標為劃分依據(jù)劃分為7個相互獨立的矩陣(包括1個一級指標矩陣和6個二級指標矩陣)，對每個矩陣中的各元素做如下處理：

令yij表示第j位專家對第i個指標的評價與第i個最優(yōu)指標的關聯(lián)系數(shù)，根據(jù)式(3)計算各元素對應的關聯(lián)系數(shù)，則有：

(3)

式中：ρ為分辨系數(shù)，本文取0.5。

得到7個由各元素對應關聯(lián)系數(shù)組成的商品混凝土生產過程質量關聯(lián)系數(shù)矩陣，用MATLAB計算此7個關聯(lián)系數(shù)矩陣各指標的信息熵，并將熵值轉化為權重值，得到如表2所示的商品混凝土生產過程質量評價指標權重。

表2 商品混凝土生產過程質量評價指標權重

2 生產過程質量評價模型構建

2.1 質量評價等級設置

根據(jù)實際情況，將本文的商品混凝土生產過程質量等級設定為：不合格、合格、一般、良好、優(yōu)秀5個等級，其對應閥值如表3所示。

表3 質量評價等級及對應閾值

對于質量等級介于相鄰等級之間的，將前一個等級的閾值作為值域下確界，后者作為值域上確界，用值域中整數(shù)值來表示，且對距離越近的評價等級表現(xiàn)越強烈。

2.2 質量評價灰類確定

由于本文設立了5個商品混凝土生產質量評價等級，因此對應有5個評價灰類與其對應，各灰類對應的灰數(shù)為：

?=(?1,?2,?3,?4,?5)

=(60,70,80,90,100)

灰類以評價灰類的白化權函數(shù)為基礎進行描述[8]，因此根據(jù)白化權函數(shù)的構造方法，采用三角白化權函數(shù)法構造出5個灰類對應的白化權函數(shù)[9]。

灰類一為不合格，令灰數(shù)?1∈[0，60，70](0與70表示灰類取值范圍，60表示灰類對應閾值)，其對應的白化權函數(shù)為：

灰類二為合格，令灰數(shù)?2∈[60,70,80]，其對應的白化權函數(shù)為：

灰類三為一般，令灰數(shù)?3∈[60,80,100]，其對應的白化權函數(shù)為：

灰類四為良好，令灰數(shù)?4∈[60,90,120]，其對應的白化權函數(shù)為：

灰類五為優(yōu)秀，令灰數(shù)?5∈[60,100,140]，其對應的白化權函數(shù)為：

2.3 灰色白化權聚類評價

2.3.1 指標評分矩陣

邀請專家根據(jù)攪拌站商品混凝土生產的實際情況，結合GB/T 10171-2016《建筑施工與機械設備：混凝土攪拌站(樓)》對商品混凝土生產過程質量評價二級指標進行等級評判，并根據(jù)本文2.1的質量等級設定規(guī)則對二級評價指標進行打分，根據(jù)打分數(shù)據(jù)建立如下商品混凝土生產過程質量評分矩陣：U=(uij)23×m(其中：i為二級指標編號，i=1，2，…，23；j為專家評分樣本編號，j=1，2，…，m)。

2.3.2 綜合評價矩陣的建立

將商品混凝土生產過程質量評價指標評分分別代入白化權函數(shù)中，求取指標白化權函數(shù)值。對各二級評價指標有：

在灰類一的白化值：

(4)

在灰類二的白化值：

(5)

在灰類三的白化值：

(6)

在灰類四的白化值：

(7)

在灰類五的白化值：

(8)

根據(jù)下式：

h=1,2,3,4,5

(9)

可得二級指標的灰色評價權向量為：

故商品混凝土生產過程質量的二級指標灰色評價權矩陣為：R1=[x1,x2,x3]T；R2=[x4,x5,x6]T；R3=[x7,x8,x9]T；R4=[x10,x11,x12,x13,x14,x15,x16]T；R5=[x17,x18]T；R6=[x19,x20,x21,x22,x23]T。

根據(jù)式(10)結合本文1.3確定的各指標權重對二級指標灰色評價權矩陣進行加權，得到各二級指標灰色評價權向量Zt為：

Zt=WtRt，t=1,2,3,4,5,6

(10)

式中：Wt為各一級指標對應二級指標權重構成的向量。

2.3.3 商品混凝土生產質量評價等級確定

根據(jù)式(11)對綜合評價矩陣加權，得到商品混凝土生產過程質量綜合評價向量B為：

B=WZ

(11)

式中：W為所有一級指標權重構成的向量。

令CT=(60，70，80，90，100)，其中CT為此5個評價灰類的分值轉換矩陣，根據(jù)式(12)可得到商品混凝土生產過程質量綜合評價值：

R=BCT

(12)

將R代入五個評價灰類對應白化權函數(shù)中，得對應白化權函數(shù)值為：f1(R)，f2(R)，f3(R)，f4(R)，f5(R)。根據(jù)R在各灰類對應白化權函數(shù)值的大小可以判斷R隸屬的灰類，進而確定該攪拌站商品混凝土生產過程質量評價等級。

3 案例分析

3.1 項目概況

某混凝土攪拌站地處成都市三環(huán)以外某工業(yè)園區(qū)，緊臨國道、高速公路，交通便利。攪拌站具備生產塑性、干硬性混凝土等多種混凝土的能力。商品混凝土日供應能力可達2000 m3，當前正承接攪拌站周邊10個建設項目的商品混凝土供應任務。

3.2 商品混凝土生產過程質量評價

為了評價該攪拌站的生產過程質量，8位攪拌站技術人員結合有關行業(yè)標準和該攪拌站的實際生產情況對圖1中的各項二級指標進行賦分，得到商品混凝土生產過程質量指標評分矩陣U：

將各指標賦分值代入白化權函數(shù)中，據(jù)式(4)～(9)，得到各二級指標灰色白化權向量，據(jù)式(10)對各向量加權得商品混凝土生產過程質量綜合評價矩陣：

據(jù)式(11)對此綜合評價矩陣加權，得到商品混凝土生產過程質量綜合評價向量：B=WZ=(0,0.0008,0.1390,0.4206,0.4395)。

根據(jù)式(12)得到商品混凝土生產過程質量綜合評價值R=92.9803，將R值代入五個灰類對應的白化權函數(shù)得：f1(R)=0；f2(R)=0；f3(R)=0.3510；f4(R)=0.9001；f5(R)=0.8245。

綜合評價結果位于第四灰類的白化權函數(shù)值最大，可認為該攪拌站的生產過程質量評價等級為良好。

3.3 評價結果分析

該商品混凝土生產過程質量等級為良好，但由于評價人員認知程度存在差異，有可能還存在一些質量薄弱環(huán)節(jié)。因此，通過分析專家對各項指標的賦分極差，發(fā)現(xiàn)“噪音污染控制”“廢棄物處理”“質量管理體系建設”這三項指標賦分極差較大，需要進一步加強管理，建議如下：

(1)攪拌站的噪音污染源主要來源于攪拌主機與氣缸，該攪拌站攪拌主機隔音板存在老化現(xiàn)象，建議考慮對其進行更換或采用新型隔音材料對其進行加固。

(2)攪拌站的廢棄物主要指“三廢”：廢水、廢混凝土、廢塵，攪拌站上下應貫徹“誰污染誰治理”的管理指導原則，利用現(xiàn)有清潔設備做好廢水清污分流工作、廢混凝土定點堆放并再生利用，做到環(huán)保設備與生產設備同運轉。

(3)加強完善攪拌站質量管理體系建設，保障原材料入場、開盤鑒定、成品出庫的質量檢測力度，嚴格實行崗位責任制，細化責任。

4 結 論

(1)本文基于人-機-料-法-環(huán)-管理論，建立了商品混凝土評價指標體系，并結合灰色關聯(lián)分析與熵權法確定了評價指標的權重，實現(xiàn)了兩種方法的優(yōu)勢互補。

(2)構造了各灰類對應的白化權函數(shù)，基于灰色聚類分析建立了商品混凝土生產過程質量評價模型。該模型科學地從評價樣本中提取并融合信息，降低了隨機誤差，將定性質量評價轉化為定量質量評價。

(3)論文還將評價模型運用到實際案例分析中，應用結果表明此模型具有較強的可行性和可操作性，通過評價結果分析可以查找質量控制薄弱環(huán)節(jié)，有利于促進攪拌站生產過程質量的改進與規(guī)范化管理。