基于組合賦權(quán)云模型的裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

荀志遠(yuǎn)，張麗敏，趙資源，徐瑛蓮

(青島理工大學(xué) a.管理工程學(xué)院；b.山東省高校智慧城市建設(shè)管理研究中心,山東 青島 266520)

我國城市建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新理念為指導(dǎo)的發(fā)展時(shí)期。2015年12月，中央城市工作會(huì)議指出，城市要按照綠色循環(huán)低碳的理念進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，高度重視做好建筑節(jié)能，推進(jìn)城市綠色發(fā)展。2016年9月，國發(fā)辦[2016]71號(hào)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》中指出要大力發(fā)展裝配式建筑，住建部2017年3月出臺(tái)建科[2017]77號(hào)《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》，確定了到2020年全國裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到15%以上的目標(biāo)。地方政府積極響應(yīng)，出臺(tái)政策大力發(fā)展裝配式建筑。在裝配式建筑推廣過程中，建造成本較高是制約其發(fā)展的主要因素之一[1]，裝配式建筑的建設(shè)環(huán)境、裝配部品供應(yīng)、安裝技術(shù)和施工管理等復(fù)雜性和要求的提高，給裝配式建筑成本帶來了更多不確定性，增加了裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)管控，對(duì)降低成本、促進(jìn)裝配式建筑推廣具有重要意義。

目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)工程項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)管理已有一定研究。Creedy等[2]從業(yè)主角度應(yīng)用因子分析、多元回歸分析等方法對(duì)高速公路項(xiàng)目成本超支風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究；鄭俊杰等[3～5]分別采用模糊故障樹、隧道掘進(jìn)決策輔助系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法分析了地鐵施工成本風(fēng)險(xiǎn)；周蘭庭等[6]運(yùn)用改進(jìn)云模型對(duì)水利工程項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行了排序。裝配式建筑推廣以來，對(duì)裝配式建筑成本的研究大多集中于現(xiàn)澆與裝配式成本的對(duì)比[7]、增量成本測(cè)算[8]、影響因素研究[9]等方面。綜上，關(guān)于工程項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)的研究大多為一般工程項(xiàng)目，對(duì)裝配式建筑成本的研究較少涉及成本風(fēng)險(xiǎn)。

本文以裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)為研究對(duì)象，在廣泛調(diào)查收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，建立裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法組合主客觀指標(biāo)權(quán)重，其中主觀權(quán)重通過AHP(Analytic Hierarchy Process)法確定，客觀權(quán)重由既能體現(xiàn)指標(biāo)間相關(guān)性、又能體現(xiàn)指標(biāo)內(nèi)差異性的改進(jìn)CRITIC(Criteria Importance Though Intercrieria Correlation)法確定；構(gòu)建基于云模型的裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，通過某裝配式建筑案例進(jìn)行驗(yàn)證，以確定裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，找出導(dǎo)致裝配式建筑成本高的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)其加強(qiáng)重點(diǎn)管理，達(dá)到降低裝配式建筑成本的目的。

1 裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

通過分析相關(guān)文獻(xiàn)[5,6,10,11]中的成本風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，考慮裝配式建筑特點(diǎn)，在對(duì)裝配式建筑施工現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研的基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境、管理4個(gè)方面對(duì)裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納總結(jié)，形成裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)因素，如表1所示。

為保證指標(biāo)體系的簡潔、科學(xué)，對(duì)表1中各風(fēng)險(xiǎn)類別的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行問卷調(diào)查，問卷調(diào)查范圍涵蓋設(shè)計(jì)單位、構(gòu)件生產(chǎn)商、施工單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位、咨詢單位和高校。共發(fā)放調(diào)查問卷240份，回收204份，有效問卷168份，有效率82.4%。

表1 裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)因素

針對(duì)調(diào)查問卷獲取的風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)，采用Alpha模型分別對(duì)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化Cronbach’sα系數(shù)，進(jìn)行可信性檢驗(yàn)，系數(shù)計(jì)算結(jié)果分別為0.862，0.945，0.878，0.955，均大于0.8，具有較高的可信度。應(yīng)用SPSS軟件對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)類別的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行因子分析，分析過程為：

(1)為消除變量量綱、數(shù)量級(jí)不同帶來的影響，對(duì)問卷原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

(2)通過KMO檢驗(yàn)和Bartlett’s球體檢驗(yàn)，各風(fēng)險(xiǎn)類別的風(fēng)險(xiǎn)因素檢驗(yàn)得到的KMO值均大于0.5，Bartlett’s球體檢驗(yàn)顯著性均小于0.01，適合進(jìn)行因子分析。

(3)采用主成分法估計(jì)因子載荷矩陣[12]，根據(jù)特征值大小提取公因子。

(4)通過方差最大法進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，使提取的公因子可解釋性更強(qiáng)、更具實(shí)際意義。

(5)根據(jù)其所代表的原始變量的意義進(jìn)行因子命名。

最終得到裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

2 裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

2.1 AHP法確定主觀權(quán)重

AHP法是最常用的主觀賦權(quán)法之一，它將人的主觀判斷通過一定的度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化，保證了判斷過程中的一致性，體現(xiàn)了指標(biāo)間的重要程度。具體步驟包括確定層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造兩兩判斷矩陣、計(jì)算權(quán)重、判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)、權(quán)重單層次排序和總排序。因AHP法賦權(quán)僅依據(jù)專家的主觀判斷，權(quán)重計(jì)算結(jié)果缺乏一定的客觀性。

2.2 改進(jìn)CRITIC法確定客觀權(quán)重

1995年，Diaokoulaki等[13]提出了應(yīng)用CRITIC算法進(jìn)行客觀賦權(quán)的方法，該方法彌補(bǔ)了熵權(quán)法未考慮指標(biāo)間相關(guān)性的不足。CRITIC賦權(quán)法通過相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差分別衡量指標(biāo)間的相關(guān)性和指標(biāo)內(nèi)的差異性[14]。根據(jù)裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體特點(diǎn)，應(yīng)用將差異性系數(shù)替代標(biāo)準(zhǔn)差衡量指標(biāo)內(nèi)差異性的改進(jìn)CRITIC法確定指標(biāo)客觀權(quán)重。通常情況下，相關(guān)系數(shù)越小，指標(biāo)間相關(guān)性越弱，信息的重復(fù)性就越低，指標(biāo)權(quán)重也就越大；差異性系數(shù)越大，指標(biāo)內(nèi)的差異就越大，指標(biāo)權(quán)重也就越大。

設(shè)有m個(gè)專家，n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定指標(biāo)客觀權(quán)重的步驟為：

(1)建立決策矩陣X=[xij]m×n，xij表示第i個(gè)專家對(duì)第j個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值。

(2)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的信息熵值Ej。

(1)

(3)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的差異性系數(shù)gj。

gj=1-Ej

(2)

(4)邀請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行打分，得到相關(guān)系數(shù)矩陣R=[rj1j2]n×n，j1,j2=1,2,…,n，其中rj1j2表示第j1個(gè)指標(biāo)和第j2個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)。

(5)求各指標(biāo)綜合信息量Cj。

(3)

(6)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重ωj。

(4)

2.3 TOPSIS法組合賦權(quán)

記AHP法求得的權(quán)重向量為ω1=(ω11,ω12,ω13,…,ω1n)T，改進(jìn)CRITIC法求得的權(quán)重向量為ω2=(ω21,ω22,ω23,…,ω2n)T，組合權(quán)重為ωc=(ωc1,ωc2,ωc3,…,ωcn)T。為保證組合權(quán)重的科學(xué)性，使得兩種賦權(quán)方法偏差盡可能小，應(yīng)用TOPSIS法對(duì)主客觀權(quán)重進(jìn)行組合，下面介紹基本原理[15]。

設(shè)各指標(biāo)屬性理想值為aj(j=1,2,…,n)，則理想方案D=(ωc1a1,ωc2a2,…,ωcnan)，各方案到理想方案的距離為di，di越小，越接近理想方案。對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行單位化處理，公式為：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3 裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

3.1 云模型

云模型是在概率論和模糊集基礎(chǔ)上提出的處理不確定性問題的一種模型，它可以將定性概念與定量信息進(jìn)行不確定性轉(zhuǎn)換，是對(duì)概率論和模糊集合理論的拓展。云模型既考慮了裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊性，又考慮了其隨機(jī)性，彌補(bǔ)了模糊數(shù)學(xué)、灰色理論、物元分析等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法只考慮風(fēng)險(xiǎn)模糊性，較少考慮風(fēng)險(xiǎn)離散性和隨機(jī)性的不足。

云模型通過期望值Ex、熵En和超熵He三個(gè)數(shù)字特征刻畫裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)因素信息。期望值Ex是云在論域分布的期望，是最能代表成本風(fēng)險(xiǎn)分類等級(jí)的點(diǎn)；熵En反映了成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)界限的模糊程度，即論域內(nèi)可以被模糊概念接受的云的取值范圍；超熵He反映了熵的不確定性，在云圖上即為云的厚度，體現(xiàn)了云的離散程度，反映了成本風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的隨機(jī)性。由于云模型集成裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)信息比傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法全面，故應(yīng)用云模型得到的裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際情況。

3.2 確定標(biāo)準(zhǔn)云

根據(jù)文獻(xiàn)研究及實(shí)際情況，將裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)五個(gè)等級(jí)，每一風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間[xmin,xmax]的標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征根據(jù)式(10)求得。

(10)

式中:k為常數(shù)。

3.3 確定評(píng)價(jià)云

邀請(qǐng)t位專家就某一具體項(xiàng)目對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分，根據(jù)式(11)將各專家的打分情況進(jìn)行綜合，形成各指標(biāo)評(píng)價(jià)云。依據(jù)云模型的融合算法[16]，將單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)云整合為項(xiàng)目總評(píng)價(jià)云。

(11)

(12)

3.4 確定成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

張華等[17]應(yīng)用相對(duì)距離貼近度對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選，該排序方法對(duì)三種貼近度進(jìn)行逐級(jí)比較，評(píng)價(jià)結(jié)果較為片面。本文在此基礎(chǔ)上提出了云貼近度概念，并將不同的云貼近度進(jìn)行綜合，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理。

云貼近度是衡量兩云之間相似程度的一種度量，兩云之間云貼近度越大，兩云越相似。兩云期望之差的絕對(duì)值|ΔEx|為相對(duì)云距離，兩云熵之差的絕對(duì)值|ΔEn|為模糊性相對(duì)云距離，兩云超熵之差的絕對(duì)值|ΔHe|為隨機(jī)性相對(duì)云距離。云貼近度與兩云之間的云距離成反比，云距離越小，云貼近度越大。綜合云貼近度N*即為各云貼近度的組合，計(jì)算公式為：

(13)

式中：α1，α2，α3分別為三種云貼近度所占權(quán)重且滿足α1+α2+α3=1，數(shù)值由專家學(xué)者根據(jù)實(shí)際情況確定。

計(jì)算項(xiàng)目總評(píng)價(jià)云與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云之間的綜合云貼近度，項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果為綜合云貼近度最大值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)云等級(jí)。

4 案例分析

某裝配式建筑住宅項(xiàng)目，工程地上建筑面積16258 m2，地下建筑面積2156 m2，地上25層，地下2層，建筑高度83.2 m。采用裝配整體式框剪結(jié)構(gòu)，框架柱、框架梁、外墻、疊合板、樓梯、女兒墻均為預(yù)制構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制率達(dá)45.6%。

4.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

邀請(qǐng)5名專家對(duì)指標(biāo)權(quán)重間重要程度打分，運(yùn)用AHP法計(jì)算主觀權(quán)重ω1，根據(jù)式(1)～(4)，運(yùn)用改進(jìn)CRITIC法計(jì)算客觀權(quán)重ω2，應(yīng)用TOPSIS法將ω1，ω2進(jìn)行組合。指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

4.2 確定項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)云

參考項(xiàng)目具體情況，取各等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的得分區(qū)間分別為(90,100]，(80,90]，(65,80]，(35,65]，(0,35]，k取值為1。根據(jù)式(10)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)云，該項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云見表3。

表3 成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云

通過MATLAB編程得到標(biāo)準(zhǔn)云圖，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)云圖

4.3 確定項(xiàng)目評(píng)價(jià)云

請(qǐng)專家對(duì)該項(xiàng)目的成本風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過式(11)對(duì)各專家的意見進(jìn)行整合，得到各指標(biāo)評(píng)價(jià)云，結(jié)果如表4所示。運(yùn)用式(12)綜合各指標(biāo)評(píng)價(jià)云求得項(xiàng)目總評(píng)價(jià)云C*=(81.910，2.700，1.391)。

表4 指標(biāo)評(píng)價(jià)云

4.4 確定項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

期望值Ex是最能體現(xiàn)成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的云數(shù)字特征，故相對(duì)云貼近度所占比重較大。根據(jù)專家意見，確定α1=0.6，α2=0.2，α3=0.2。考慮到各云數(shù)字特征的數(shù)值相差較大，對(duì)各云貼近度進(jìn)行歸一化處理后，運(yùn)用式(13)計(jì)算項(xiàng)目總評(píng)價(jià)云與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云之間的綜合云貼近度N*，分別為0.148，0.416，0.285，0.085，0.065。項(xiàng)目總評(píng)價(jià)云與較低風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)云的綜合云貼近度最大，則該項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低風(fēng)險(xiǎn)。

運(yùn)用MATLAB編程，繪制項(xiàng)目評(píng)價(jià)云與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云對(duì)比圖(圖3)，驗(yàn)證評(píng)價(jià)等級(jí)的合理性。

圖3 項(xiàng)目評(píng)價(jià)云與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云對(duì)比

雖然該項(xiàng)目成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為較低風(fēng)險(xiǎn)，但通過各指標(biāo)評(píng)價(jià)云的數(shù)字特征可以發(fā)現(xiàn)，在預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)及施工、裝配式建筑項(xiàng)目合同管理及變更索賠方面還存在較大的成本風(fēng)險(xiǎn)，需要重點(diǎn)把控。同時(shí)，還要注意防止資金風(fēng)險(xiǎn)、裝配式建筑項(xiàng)目人員配置及其素質(zhì)、裝配式建筑現(xiàn)場材料設(shè)備管理及損耗等指標(biāo)向一般風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)變。

5 結(jié) 論

(1)本文以裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)為研究對(duì)象，通過文獻(xiàn)研究法和問卷調(diào)查法，從經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)方面入手，建立了裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)指標(biāo)權(quán)重的確定過程中，考慮了指標(biāo)內(nèi)的差異性和指標(biāo)間的相關(guān)性，應(yīng)用改進(jìn)CRITIC法獲得客觀權(quán)重，通過TOPSIS法對(duì)主客觀權(quán)重進(jìn)行組合，使指標(biāo)權(quán)重更加科學(xué)。

(3)應(yīng)用云模型建立裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，通過綜合云貼近度確定成本風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)。

對(duì)裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)是未來進(jìn)一步的研究方向。