基于WSR方法和OWA-耦合協(xié)調(diào)度的裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

劉 艷，陳為公，張 娜，張 悅，程 準(zhǔn)

(1.青島理工大學(xué)(臨沂) 管理工程系，臨沂 273400；2.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，青島 266525；3.山東省高校智慧城市建設(shè)管理研究中心，青島 266525)

裝配式建筑施工具有參與方多、施工過程復(fù)雜、建造目標(biāo)要求高且呈動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，而且裝配式建筑施工質(zhì)量對(duì)裝配式建筑的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，因此對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)、綜合的評(píng)價(jià)成為當(dāng)前我國(guó)學(xué)者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn).在裝配式建筑施工質(zhì)量指標(biāo)體系建立方面，王爽等[1]將施工質(zhì)量?jī)?nèi)容分成施工前、施工中、施工后3個(gè)部分建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；王志強(qiáng)等[2]則分別從生產(chǎn)制造、物流運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工3個(gè)維度和施工準(zhǔn)備、構(gòu)件供應(yīng)、施工操作、檢查驗(yàn)收4個(gè)維度構(gòu)建了施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系.由此可見，與施工質(zhì)量相關(guān)的影響因素得到了較全面的研究，但是施工人員、施工過程以及裝配式建筑產(chǎn)品間的相互作用關(guān)系卻未能體現(xiàn)，忽視了三者耦合協(xié)調(diào)對(duì)施工質(zhì)量的重要性，使得施工質(zhì)量評(píng)價(jià)缺乏一定的客觀合理性.因此，能否尋求一種科學(xué)、合理的方法明晰施工人員、施工過程以及建筑產(chǎn)品間的相互作用，構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工質(zhì)量的科學(xué)評(píng)價(jià)以及保障施工質(zhì)量水平尤為關(guān)鍵.

目前，關(guān)于施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法主要包括：智能方法[3]、限值內(nèi)百分率法[4]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]、多元識(shí)別方法[6]、灰色聚類[7]等，且指標(biāo)權(quán)重確立多采用AHP等方法.雖上述方法能夠?qū)κ┕べ|(zhì)量進(jìn)行數(shù)字化處理，但大多方法的計(jì)算過程復(fù)雜，步驟繁冗，容易出現(xiàn)操作誤差，不便于實(shí)際工程應(yīng)用且賦權(quán)過程主觀性較強(qiáng).鑒于此，本研究基于WSR(物理-事理-人理)方法將裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程以及施工人員間的相互作用關(guān)系層次化、條理化、系統(tǒng)化并建立一套適用于裝配式建筑施工質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)體系，進(jìn)而結(jié)合OWA-耦合協(xié)調(diào)度對(duì)影響裝配式建筑施工質(zhì)量的裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程以及施工人員的相關(guān)因素進(jìn)行科學(xué)的定量化研究，辨證地對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行更加客觀有效的評(píng)價(jià).

1 裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

1.1 相互作用分析

從廣義上講，施工可以看作是一個(gè)過程、活動(dòng)，作為建造建筑產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟，對(duì)施工質(zhì)量起決定性的作用.從狹義上講，施工又可以看作是一個(gè)組織，以建造建筑產(chǎn)品為目標(biāo)，施工人員相互協(xié)作結(jié)合而成的集體或團(tuán)體，為施工的有效開展提供保障.所以，施工實(shí)際上是以建造建筑產(chǎn)品為目標(biāo)，通過施工人員協(xié)調(diào)各類施工活動(dòng)最終形成建筑產(chǎn)品的一個(gè)過程.因此，施工屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中施工人員作為施工的決策者、管理者和作業(yè)者，在施工中發(fā)揮其主觀能動(dòng)性保障施工的順利進(jìn)行，具有主導(dǎo)性的作用，是系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力；施工過程是系統(tǒng)操作的具體步驟，將施工人員和裝配式建筑產(chǎn)品緊密聯(lián)系起來，并為施工人員發(fā)揮主觀能動(dòng)性以及裝配式建筑產(chǎn)品展現(xiàn)特殊性和實(shí)現(xiàn)價(jià)值效應(yīng)提供了一個(gè)過程實(shí)施平臺(tái)，為施工質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了可能；建筑產(chǎn)品是最終的系統(tǒng)輸出，作為施工的目標(biāo)及產(chǎn)物，對(duì)施工人員行為和施工過程活動(dòng)具有一定的約束性、引導(dǎo)性，其建造需求可充分體現(xiàn)出施工的特殊性與價(jià)值效應(yīng).綜上可知，三者相互促進(jìn)、相互制約，并且其耦合協(xié)調(diào)度決定施工質(zhì)量水平.那么實(shí)現(xiàn)施工過程、建筑產(chǎn)品、施工人員的耦合協(xié)調(diào)是保障施工質(zhì)量的關(guān)鍵.

我國(guó)學(xué)者顧基發(fā)等[8]在1995年針對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)問題提出了具有中國(guó)傳統(tǒng)的哲學(xué)思辨思想的物理-事理-人理(WSR)方法論，憑借其科學(xué)性、動(dòng)態(tài)性與系統(tǒng)性的特點(diǎn)，在解決復(fù)雜問題方面產(chǎn)生了較高的影響力.其理念核心是在處理復(fù)雜問題時(shí)既要考慮對(duì)象物的一面，又要考慮這些物如何更好地被運(yùn)用的事的方面，同時(shí)，認(rèn)識(shí)問題、處理問題和實(shí)施管理與決策都離不開人的方面.這一理論思想與裝配式建筑施工質(zhì)量?jī)?nèi)涵具有高度的一致性、契合性.裝配式建筑施工質(zhì)量系統(tǒng)分析如表1所示.因此，本研究將在WSR方法思想指導(dǎo)下構(gòu)建裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)上述分析構(gòu)建如圖1所示的基于WSR的裝配式建筑施工質(zhì)量管控機(jī)制，并遵循PDCA(Plan-Do-Check-Act)全面質(zhì)量管理的科學(xué)循環(huán)程序，以期為裝配式建筑施工管理提供思路.

表1 裝配式建筑施工質(zhì)量系統(tǒng)分析

圖1 基于WSR的裝配式建筑施工質(zhì)量管控機(jī)制

1.2 基于WSR方法評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

“物理”是人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)，即裝配式建筑的適用性、安全性、耐久性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及與環(huán)境的協(xié)調(diào)性等.“事理”是做事的道理，主要解決如何安排，即施工過程中的準(zhǔn)備、計(jì)劃、組織、實(shí)施、檢查、監(jiān)督和審核等各項(xiàng)施工活動(dòng)的有序性和合理性，如：施工準(zhǔn)備的完備性、施工計(jì)劃的可實(shí)施性、施工組織設(shè)置的合理性、裝配施工的精準(zhǔn)性、施工檢查的嚴(yán)密性、施工監(jiān)督的有效性、施工審核的全面性、施工工序的有序性、施工安排的靈活性等.“人理”研究主體——人的心理、能力、目的、技術(shù)以及所處環(huán)境對(duì)人的行為的影響，即施工人員在建設(shè)中要做好裝配施工和協(xié)調(diào)好各施工組織有序參與，并且施工人員自身的協(xié)作、溝通、質(zhì)量意識(shí)、建造能力等也會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，如：施工人員的質(zhì)量意識(shí)、組織分工情況、技術(shù)水平、健康安全水平監(jiān)護(hù)、班組協(xié)調(diào)配合水平、信息溝通狀況、現(xiàn)場(chǎng)管理控制能力、學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力等.

通過上述分析，對(duì)裝配式建筑施工質(zhì)量影響因素進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)采用訪談、問卷等方式向裝配式項(xiàng)目領(lǐng)域相關(guān)專家或經(jīng)驗(yàn)豐富的項(xiàng)目參與人員求證咨詢，得到裝配式建筑施工質(zhì)量初始評(píng)價(jià)指標(biāo).然后結(jié)合現(xiàn)有的裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)文獻(xiàn)[1-5]，篩選初始評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終從指標(biāo)體系構(gòu)建的代表性和差異性、全面性和可操作性原則出發(fā)得到以裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員為3個(gè)一級(jí)指標(biāo)的施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2所示.

表2 裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 OWA算子賦權(quán)

目前，裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)賦權(quán)中較常用的是AHP法賦權(quán)方法，但主觀性較強(qiáng).而OWA算子賦權(quán)方法具有較強(qiáng)的客觀性，因此本文采用OWA算子賦權(quán)法進(jìn)行裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán).賦權(quán)步驟如下：

1) 指標(biāo)的決策數(shù)據(jù)集結(jié)為(α1，α2，…，αi，…，αn)，然后從大到小重新排列，數(shù)據(jù)重新集結(jié)為(b1，b2，…，bi，…，bn).

2) 用組合數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的權(quán)重，得加權(quán)向量：

(1)

式中：bj為重新集結(jié)的指標(biāo)決策數(shù)據(jù)，j=0，1，2，…，n-1.

3) 通過加權(quán)向量ω對(duì)決策數(shù)據(jù)加權(quán)，得指標(biāo)Ai的絕對(duì)權(quán)重值ω＇i：

(2)

4) 計(jì)算指標(biāo)Ai的相對(duì)權(quán)重值wi：

(3)

2.2 耦合協(xié)調(diào)模型的構(gòu)建

耦合度是用來描述系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間相互作用、彼此影響的程度；耦合協(xié)調(diào)度是度量系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間在發(fā)展過程中彼此和諧一致的程度，體現(xiàn)了系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢(shì).裝配式建筑的施工質(zhì)量水平受到裝配式建筑產(chǎn)品的質(zhì)量、施工過程的有序程度以及施工人員的協(xié)調(diào)程度制約，三者的耦合協(xié)調(diào)效應(yīng)關(guān)乎其優(yōu)劣程度.因此，裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的本質(zhì)就是通過物理、事理、人理(裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員)的耦合協(xié)調(diào)度對(duì)施工質(zhì)量水平的判定.鑒于此，借用物理學(xué)中耦合協(xié)調(diào)計(jì)算模型對(duì)裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員之間的耦合程度進(jìn)行衡量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑施工質(zhì)量的科學(xué)評(píng)價(jià).

施工人員的協(xié)調(diào)度、施工過程的有序度、裝配式建筑產(chǎn)品的價(jià)值的科學(xué)量化是實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工質(zhì)量的評(píng)價(jià)的基礎(chǔ).在WSR方法論指導(dǎo)下建立的裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系是內(nèi)部特征統(tǒng)一、系統(tǒng)性較強(qiáng)的綜合評(píng)價(jià)體系.由于裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員的指標(biāo)是依據(jù)彼此間的相互作用關(guān)系分析得到的，具有高度的不確定性和關(guān)聯(lián)性，決定了裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員指標(biāo)數(shù)據(jù)量化和處理方式必然是針對(duì)解決各種信息不完全、實(shí)踐數(shù)據(jù)不易獲得和內(nèi)部關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的模糊不確定性問題，故滿足指標(biāo)量綱統(tǒng)一、指標(biāo)內(nèi)部互不干擾和模糊信息明確化等需求是關(guān)鍵.

模糊綜合評(píng)價(jià)法[9]是一種以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的綜合性評(píng)價(jià)方法，具有系統(tǒng)性較強(qiáng)、評(píng)價(jià)結(jié)果清晰等特點(diǎn)，能夠?qū)κ┕と藛T、施工過程、建筑產(chǎn)品指標(biāo)的模糊信息進(jìn)行恰當(dāng)處理.因此，將其與OWA算子賦權(quán)方法相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)的集結(jié)，實(shí)現(xiàn)裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員指標(biāo)的合理輸出，為耦合度評(píng)估的準(zhǔn)確性提供保障.

具體步驟如下：

1) 構(gòu)建模糊評(píng)語(yǔ)集.將裝配式建筑產(chǎn)品的質(zhì)量、施工過程的有序程度、施工人員的協(xié)調(diào)程度評(píng)語(yǔ)劃分為V={v1，v2，v3，v4}={高，較高，一般，低}，每個(gè)評(píng)語(yǔ)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)評(píng)分區(qū)間，各個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)間的模糊測(cè)度閥值M={0.95，0.80，0.60，0.25}.具體劃分見表3.

表3 模糊評(píng)語(yǔ)集

2) 構(gòu)建二級(jí)指標(biāo)隸屬度矩陣Ri.對(duì)所有因素逐一評(píng)估，構(gòu)成m×n的模糊評(píng)判矩陣Ri：

3) 合成模糊綜合評(píng)估矩陣.將OWA算子賦權(quán)得到的權(quán)重集wi與模糊評(píng)判矩陣Ri合成得到模糊綜合評(píng)估矩陣：

Bi=wi×Ri=(b1，b2，…,bn)

(4)

式中：bi為模糊綜合評(píng)估指標(biāo).

4) 確定一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)估值.將一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)估矩陣與模糊測(cè)度閥值M矩陣合成，得到一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)估值，即裝配式建筑產(chǎn)品的價(jià)值、施工過程的有序度、施工人員的協(xié)調(diào)度.

f(x)=BA1×M

(5)

g(y)=BA2×M

(6)

h(z)=BA3×M

(7)

5) 計(jì)算耦合度C.

式中：C為耦合度，0≤C≤1，C越大，耦合度越高；μ為各子系統(tǒng)綜合得分.

依據(jù)WSR方法論，結(jié)合上述計(jì)算過程，耦合度C是f(x)，g(y)，h(z)相互作用的結(jié)果，因此耦合度C的計(jì)算公式如下：

(8)

6) 計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度.

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

(9)

(10)

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度；T為綜合效益；f(x)，α為裝配式建筑產(chǎn)品的價(jià)值及權(quán)重；g(y)，β為施工過程的有序度及權(quán)重；h(z)，γ為施工人員的協(xié)調(diào)度及權(quán)重.

2.3 裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)度界定

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員的耦合程度的定量化評(píng)價(jià)，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，并參考文獻(xiàn)[10]將評(píng)價(jià)測(cè)度進(jìn)行科學(xué)劃分和界定，見表4.

表4 裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)測(cè)度

3 實(shí)例分析

泰和上筑13號(hào)是位于濰坊的一座居民樓，共20層，地上18層，地下2層，建筑面積9750.36 m2，主要采用剪力墻結(jié)構(gòu)，工期為2年,最終被評(píng)定為裝配式建筑科技示范項(xiàng)目.為驗(yàn)證所構(gòu)建裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的合理性和有效性，選取該項(xiàng)目作為實(shí)例.

3.1 基于OWA算子計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

以評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中裝配式建筑產(chǎn)品A1下的6個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重確定為例，指標(biāo)賦權(quán)決策數(shù)據(jù)如表5所示.

表5 指標(biāo)賦權(quán)決策數(shù)據(jù)

運(yùn)用OWA算子進(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)，具體計(jì)算過程如下：

將指標(biāo)A11專家打分?jǐn)?shù)據(jù)從大到小進(jìn)行排序得b=(4.5，4.5，4.5，4.0，4.0，4.0)；

根據(jù)式(1)獲得加權(quán)向量：(0.03125，0.15625，0.31250，0.31250，0.15625，0.03125)

根據(jù)式(2)計(jì)算指標(biāo)A11的絕對(duì)權(quán)重為

同理可得指標(biāo)A12，A13，A14，A15，A16的絕對(duì)權(quán)重分別為：ω＇12=4.3125，ω＇13=4.0937，ω＇14=4.000，ω＇15=4.1563，ω＇16=4.2657.

根據(jù)式(3)歸一化得二級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量為

wA1=(0.172，0.172，0.163，0.159，0.165，0.169)

同理可得其他二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量為

wA2=(0.114，0.111，0.109，0.108，0.117，0.106，0.105，0.118，0.112)

wA3=(0.132，0.129，0.133，0.142，0.135，0.131，0.128，0.140)

一級(jí)指標(biāo)權(quán)重α=0.428，β=0.254，γ=0.318.

3.2 耦合協(xié)調(diào)評(píng)估

1) 構(gòu)建模糊矩陣.確定“高，較高，一般，低”4個(gè)模糊評(píng)語(yǔ)，通過調(diào)研專家學(xué)者，進(jìn)行模糊評(píng)判并構(gòu)造各模糊矩陣：

2) 合成模糊綜合評(píng)估矩陣.根據(jù)式(4)將二級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量與模糊矩陣合成得到一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)估矩陣：

=[0.458 0.418 0.110 0.017]

BA2=wA2×RA2=[0.114 0.111 0.109 0.108 0.117 0.106 0.105 0.118 0.112]×

BA3=wA3×RA3=[0.132 0.129 0.133 0.142 0.135 0.131 0.128 0.140]×

3) 確定一級(jí)指標(biāo)的模糊值.根據(jù)式(5)將裝配式建筑產(chǎn)品的模糊評(píng)估矩陣與模糊測(cè)度閥值M矩陣合成，得到裝配式建筑產(chǎn)品的質(zhì)量：

同理，根據(jù)式(6)、式(7)得到施工過程的有序度為：g(y)=BA2×M=8.3495；施工人員的協(xié)調(diào)度為：h(z)=BA3×M=8.6235.

4) 計(jì)算耦合度及綜合效益.

根據(jù)式(8)得到耦合度為

由式(9)得到耦合協(xié)調(diào)度為

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

=0.428×8.3975+0.245×8.3495+0.318×8.6235

=8.3820

在計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度之前，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化或歸一化處理，以消除量綱不同給計(jì)算造成的影響，此處綜合效益值T=8.3820，與耦合度C量綱不同，因此需要將其按照數(shù)值歸一化的方法進(jìn)行處理，將綜合效益值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到T*=8.3820/10=0.8382.

5) 計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度.

3.3 結(jié)果分析

將實(shí)例研究結(jié)果與裝配式建筑施工質(zhì)量劃分的等級(jí)相對(duì)應(yīng)，該項(xiàng)目的施工質(zhì)量等級(jí)為“優(yōu)”，與工程實(shí)際相符合，驗(yàn)證了方法的合理性.通過裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員的模糊評(píng)估值可知，裝配式建筑產(chǎn)品的質(zhì)量、施工過程的有序程度以及施工相關(guān)方的協(xié)調(diào)程度均能夠達(dá)到“較高”水平，為施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)提供了保證.裝配式建筑產(chǎn)品、施工過程、施工人員的權(quán)重對(duì)比結(jié)果為α>γ>β，由于該項(xiàng)目施工精準(zhǔn)度要求較高且構(gòu)配件吊裝難度大，給施工人員操作帶來了困難.加強(qiáng)施工人員的業(yè)務(wù)水平，有利于施工質(zhì)量的進(jìn)一步提升.

4 結(jié)論

1) 在WSR方法論指導(dǎo)下，梳理了裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的邏輯結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了相應(yīng)的施工質(zhì)量管控機(jī)制，為裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建提供了思路.

2) 對(duì)裝配式建筑施工質(zhì)量系統(tǒng)物理-事理-人理(裝配式建筑產(chǎn)品-施工過程-施工人員)的相互作用關(guān)系進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合專家意見及以往研究成果建立了裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.

3) 采用OWA 算子確定指標(biāo)權(quán)重，使指標(biāo)賦權(quán)更加客觀合理.同時(shí)，考慮到物理-事理-人理的耦合協(xié)調(diào)性對(duì)施工質(zhì)量的決定性作用，建立了裝配式建筑施工質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)模型，為裝配式建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了依據(jù).