基于組合權(quán)重的裝配式建筑部品運輸風險評價

李強年， 陳瑞軍， 馬岷成

(1. 蘭州理工大學 土木工程學院， 甘肅 蘭州 730050； 2. 甘肅省建設設計咨詢集團有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

近年來，裝配式建筑的發(fā)展受到了建筑行業(yè)的高度重視，因此對傳統(tǒng)的施工方式進行轉(zhuǎn)型和升級是建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑的施工方式相比，其施工過程增加了建筑部品的運輸環(huán)節(jié)，但這一重要環(huán)節(jié)往往被忽視[1,2]，導致構(gòu)件在運輸過程中變形、開裂和影響其使用性能等質(zhì)量問題頻發(fā)。運輸過程中一旦發(fā)生事故，將導致人員傷亡和財產(chǎn)損失，同時對施工單位的施工進度也產(chǎn)生嚴重的影響。目前我國裝配式建筑部品運輸體系還不健全，機械和管理模式落后。如何科學評價運輸風險等級，控制裝配式建筑部品運輸風險，已成為裝配式建筑實施過程中關(guān)注的重點對象。

國內(nèi)外學者對裝配式建筑部品進行了大量的研究。Zhao等[3]以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎，研究裝配式建筑PC(Precast Concrete)構(gòu)件的生產(chǎn)和安裝過程，為裝配式建筑相關(guān)專業(yè)人員提供管理經(jīng)驗。Wang等[4]通過整合PC構(gòu)件的存儲和運輸過程，優(yōu)化了裝配式建筑的生產(chǎn)計劃模型，為提高裝配式建筑PC構(gòu)件的生產(chǎn)效率提供了參考價值。Yuan等[5]將DFMA(Design for Manufacturing and Assembly)引入到裝配式建筑部品設計中，結(jié)合BIM(Building Information Modeling)技術(shù)，為裝配式建筑部品的設計提供了新思路。我國學者對裝配式建筑部品的研究主要集中在以下兩個方面，一方面是對PC構(gòu)件吊裝技術(shù)的研究[6～8]，另一方面是對裝配式建筑部品供應商的選擇研究[9～11]。目前對裝配式建筑部品運輸風險評價的研究寥若星辰。杜清婷等[12]運用風險評估矩陣法從生產(chǎn)、加工、運輸三方面對裝配式建筑部品進行風險評價，發(fā)現(xiàn)運輸過程中的風險屬于中等風險。王子騰等[13]認為裝配式建筑預制構(gòu)件在運輸過程中存在的主要問題是違反運輸法規(guī)、運輸方式單一和管理模式混亂等。常春光等[14]分析了裝配式建筑預制構(gòu)件在運輸階段存在的問題有管理人員缺乏應變能力、路面承載力考慮不足和車輛型號不合理等。吳海等[15]認為預制構(gòu)件在運輸過程中遇緊急情況可能會導致預制構(gòu)件破損，使預制構(gòu)件質(zhì)量受損。針對我國裝配式建筑部品運輸過程中存在的風險，亟需一種科學合理的裝配式建筑部品運輸風險預警體系來指導裝配式建筑部品運輸企業(yè)的管理工作。

本文從“人-機-物-管-環(huán)”的角度，系統(tǒng)地分析裝配式建筑部品在運輸過程中由于人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)可能誘發(fā)的運輸風險。采用G1法和熵值法對分析指標進行權(quán)重分析，這種主觀和客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法避免了傳統(tǒng)分析方法主觀性強和由于客觀性而導致權(quán)重系數(shù)不符合邏輯的現(xiàn)象發(fā)生。最后基于可拓物元理論建立裝配式建筑部品運輸風險預警模型，評價運輸風險等級，為我國裝配式建筑部品的運輸提供科學合理的管理思想和理論指導。

1 構(gòu)建風險預警指標體系

目前，我國裝配式建筑部品在運輸過程中存在一定的風險，本文對裝配式建筑部品運輸企業(yè)進行問卷調(diào)查和專家訪談，以人機工程學和安全系統(tǒng)工程原理為理論依據(jù)，從“人-機-物-管-環(huán)”的角度對裝配式建筑部品運輸過程中的風險因素進行聚類分析，以此為基礎構(gòu)建裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系

1.1 構(gòu)建原則

(1)科學簡明性原則：每個指標的選取必須具有科學性，能準確反映運輸過程中存在的風險，同時具有可操作性。

(2)獨立性與整體性原則：每個指標獨立存在，但又相互影響，構(gòu)成了一個完整的有機體。

(3)系統(tǒng)性與層次性原則：各指標體系之間的邏輯層次分明，又具有完整的系統(tǒng)性。

1.2 指標內(nèi)涵

(1)人員因素：主要包括運輸過程中的作業(yè)人員和管理人員。運輸作業(yè)人員培訓不到位、安全意識薄弱和管理人員管理水平不高，導致裝配式建筑部品在運輸過程中超載超速、違規(guī)裝卸裝配式建筑部品的現(xiàn)象屢見不鮮。這些安全隱患不僅對裝配式建筑部品運輸企業(yè)造成人身財產(chǎn)損失，也對施工企業(yè)的施工進度產(chǎn)生重大影響。

(2)設備設施因素：主要包括運輸過程中的機械設備和運輸過程中的基礎設施。運輸車輛和裝卸設備必須配套使用同時滿足承載力要求。索具、繩徑、鋼絲繩磨損必須滿足使用要求?；A設施指運輸路線所經(jīng)過的橋梁、隧道、公路等，在路線規(guī)劃時，必須充分考慮橋梁、隧道、公路的承載力要求同時盡可能避開交通樞紐地帶。

(3)物品因素：主要包括部品幾何尺寸大小和在運輸過程中用于固定部品的專用架。裝配式建筑部品由于其幾何尺寸大，在通過橋梁、隧道、道路不佳地帶時，必須滿足其限重、限高和限寬要求。用于固定部品的專用架必須滿足部品受力要求，不僅在運輸過程中要發(fā)揮其安全作用，也要避免部品質(zhì)量受損。

(4)管理因素：主要包括建筑部品作業(yè)管理步驟和應急管理流程。規(guī)范裝配式建筑部品作業(yè)管理步驟和完善裝配式建筑部品應急管理流程是預防和控制裝配式建筑部品運輸事故發(fā)生的主要措施。嚴格把控作業(yè)規(guī)范化，避免由于操作不規(guī)范導致安全事故的發(fā)生，加強應急管理應對突發(fā)風險，定期組織應急演練，強化突發(fā)事件的處理能力。

(5)環(huán)境因素：主要包括自然環(huán)境和社會環(huán)境，自然環(huán)境主要指在裝配式建筑部品運輸過程中所遇到的惡劣天氣狀況，主要包括強風、暴雨、冰雪、沙塵暴、泥石流等天氣氣象。社會環(huán)境指運輸路線所經(jīng)過的城市主干道和人群密集地帶。若發(fā)生安全事故不僅對城市交通產(chǎn)生嚴重的影響，對他人的生命也將產(chǎn)生嚴重的威脅。

2 預警等級和預警準則

2.1 預警等級的劃分

本研究根據(jù)《國家安全生產(chǎn)事故災難應急預案》，將建筑部品運輸風險劃分為4個等級，分別為1級、2級、3級和4級；預警等級劃分為4個等級，為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級，分別對應紅色、橙色、黃色和藍色預警。為便于定量化分析，參考國內(nèi)外關(guān)于風險等級的處理辦法，將預警等級用相應的數(shù)值區(qū)間來表示，詳見表1。

表1 裝配式建筑部品運輸風險預警等級劃分

2.2 預警準則的制定

風險是可以控制的，對風險進行定量與定性分析在一定程度上可以避免安全事故的發(fā)生或減小安全事故發(fā)生后帶來的損失，最終實現(xiàn)安全管理的目標。本文通過梳理裝配式建筑部品在運輸過程中的風險因素，制定預警指標標準，有助于裝配式建筑部品運輸企業(yè)識別部品在運輸過程中存在的風險。根據(jù)不同的預警等級，采取有效的防范措施，在一定程度上減弱風險的發(fā)生。目前，關(guān)于預警準則的理論研究還不成熟，因此，本研究主要依據(jù)實際案例和專家意見，綜合確定預警指標所對應風險等級的取值范圍。裝配式建筑部品運輸風險預警指標等級的劃分詳見表2。

表2 風險預警指標的等級劃分

3 基于可拓理論的風險預警模型

可拓理論是我國學者蔡文于1983年為定量化處理事物之間的矛盾，結(jié)合數(shù)學、哲學和工程學，以N為待評價對象，C為對象特征，把N關(guān)于C的特征量值V通過物元R=(N,C,V)有機結(jié)合起來，反映事物質(zhì)與量辨證關(guān)系的一種新理論[13]。

3.1 確定經(jīng)典域、節(jié)域和待評價物元

(1)經(jīng)典物元

(1)

式中：Nj為j級預警等級；Ci為第i個預警指標；Vji為預警等級Nj關(guān)于預警指標Ci的量值范圍；Vji=〈aji,bji〉。

(2)節(jié)域物元

(2)

式中：N為所有預警等級；Vpi表示預警指標Ci在所有預警等級N下的量值范圍，顯然有〈aji,bji〉?〈api,bpi〉。

(3)待預警物元

(3)

式中：Nx為待預警事物；Vi為待預警事物關(guān)于預警指標Ci的具體量值。

3.2 確定關(guān)聯(lián)度

在可拓理論中，關(guān)聯(lián)函數(shù)是用來刻畫數(shù)學模型的工具，它表示事物所具有某種性質(zhì)的程度[13]。預警指標關(guān)于預警等級關(guān)聯(lián)函數(shù)的關(guān)聯(lián)度可用公式表示為：

(4)

式中：ρ(vi,vji)為點vi與區(qū)間vji的距。

(5)

(6)

3.3 確定預警指標權(quán)重

G1法是王學軍[14]在層次分析法的基礎上，對其進行改進后提出的一種主觀賦權(quán)法，避免了構(gòu)建判斷矩陣和一致性檢驗的難題，計算量大幅減少，精度進一步提高，同時不受指標數(shù)量的限制。熵值法是一種以評價指標對系統(tǒng)整體的影響程度來確定權(quán)重的客觀賦權(quán)法[15]。本研究結(jié)合主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法對預警指標賦予權(quán)重，不僅避免了主觀賦權(quán)過分依賴決策者的經(jīng)驗而忽視了預警指標之間的內(nèi)在聯(lián)系，同時也避免了客觀賦權(quán)由于數(shù)據(jù)失真出現(xiàn)不符客觀事實的現(xiàn)象，這種定性與定量相結(jié)合的賦權(quán)方法能夠?qū)Ω黝A警指標賦予準確科學的權(quán)重。賦權(quán)過程如圖2所示，其中本研究中u取0.5。

圖2 組合賦權(quán)流程圖

3.4 確定綜合關(guān)聯(lián)度

4 實證研究

以南京市棲霞區(qū)丁家莊某保障性住房項目(裝配式高層公租房)的裝配式建筑部品運輸為例，選取運輸作業(yè)人員C1、相關(guān)管理人員C2、運輸設備C3、基礎設施C4、構(gòu)件幾何尺寸C5、專用架C6、作業(yè)管理C7、應急管理C8、自然環(huán)境C9和社會環(huán)境C10，10項預警指標。運用問卷調(diào)查法對預警指標進行量化評分，調(diào)查對象的選取對評價結(jié)果是否準確有著至關(guān)重要的作用。本文從學歷、從事本專業(yè)的工齡和職稱三方面來綜合考量預警指標權(quán)重的可信度，詳見表3，最終得出裝配式建筑部品運輸風險預警指標的分值，詳見表4。

表4 裝配式建筑部品運輸風險預警指標分值

表3 受調(diào)查對象權(quán)重可信度

4.1 基于可拓理論構(gòu)建預警模型

構(gòu)建裝配式建筑部品運輸風險預警的經(jīng)典域R1，R2，R3，R4；節(jié)域Rp和待評價物元Rx。

4.2 確定預警指標權(quán)重和等級

根據(jù)組合賦權(quán)法(G1法和熵值法)的計算流程圖計算各預警指標的權(quán)重，計算得出各預警指標組合權(quán)重向量W(C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10)=(0.124，0.158，0.089，0.099，0.086，0.095，0.126，0.101，0.092，0.060)詳見表5。根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)函數(shù)確定預警等級的關(guān)聯(lián)度函數(shù)值，詳見表6。

表5 裝配式建筑部品運輸風險預警指標權(quán)重

表6 預警等級關(guān)聯(lián)函數(shù)

由上述計算結(jié)果可知K3=maxKj(Nx)=0.088，則該項目的裝配式建筑部品運輸風險為Ⅲ預警等級，呈黃色預警，風險程度屬于中度風險。說明該項目的裝配式建筑部品在運輸過程中存在一定的風險隱患。該項目裝配式建筑部品運輸企業(yè)需根據(jù)上述分析結(jié)果采取相應的防護措施，同時制定相應的應急預案，并進一步分析裝配式建筑部品運輸風險隱患，加強相關(guān)人員的培訓工作和安全意識，從根本上解決事故的發(fā)生。

5 結(jié) 語

裝配式建筑部品運輸風險受多種因素的影響，本研究在分析大量裝配式建筑部品運輸事故的基礎上， 采用聚類分析法和專家訪談法，從“人-機-物-管-環(huán)”的角度，構(gòu)建裝配式建筑部品運輸風險預警指標體系。將裝配式建筑部品運輸風險等級與預警等級結(jié)合，基于可拓理論構(gòu)建裝配式建筑部品運輸風險預警模型。采用組合賦權(quán)法從定性與定量兩個方面對預警指標進行評價，兼顧了定性分析與定量分析的優(yōu)勢，提高了評價模型的預警精度，但該模型主要以公路運輸為背景，不具有普適性。最后以南京市棲霞區(qū)丁家莊某保障性住房項目的裝配式建筑部品運輸為工程實例，較好地驗證了預警模型的科學性和合理性。通過研究裝配式建筑部品運輸風險，以期為裝配式建筑部品運輸企業(yè)的風險管理提供理論指導，同時促進我國裝配式建筑的健康發(fā)展。