基于C-OWA算子與物元可拓模型的裝配式建筑綜合效益評價①

郭 平, 高 明, 李玉鳳, 任康飛

(青島理工大學管理工程學院,山東 青島266520)

0 引 言

裝配式建筑是由在工廠生產的預制構件通過生產、運輸、施工現(xiàn)場裝配而成的建筑。裝配式建筑是對傳統(tǒng)建筑方式的重大變革,是推進供給側結構性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要舉措,有利于推動綠色建筑發(fā)展、促進節(jié)能減排,有利于解決我國勞動力緊缺、人工成本高的問題,有利于促進建筑業(yè)與信息化工業(yè)化深度融合,推動我國的建筑工業(yè)化水平。因此,明確并不斷提高裝配式建筑綜合效益,對提升建設單位的支持意愿和參與積極性,促進裝配式建筑的市場占有率有重要意義。

Wahid Ferdous,Yu Bai,et al[1]認為預制模塊在復雜環(huán)境狀況下會表現(xiàn)出良好的性能,具有良好的環(huán)境、經濟和社會效益。陳艷、王宇[2]等從裝配式建筑成本增量和成本節(jié)約量分析了裝配式建筑的經濟效益。李麗紅[3]等在裝配式建筑價格補償系統(tǒng)基礎上,通過現(xiàn)金流入、現(xiàn)金流出分析了裝配式建筑經濟效益。廖賜平[4]運用三角模糊數(shù)和系統(tǒng)動力學模型,為裝配式建筑綠色度提升提供了依據。王娟[5]運用系統(tǒng)動力學方法對贛州市某綠色建筑進行了效益評估及敏感性分析并描述了各因素相互作用關系。由此可見,目前裝配式建筑研究較多,但是綜合效益研究較少,同時現(xiàn)有研究也存在重復分類、指標交叉、量化指標較少等不足之處,尚需要對其進行深入的研究分析。

綜上,結合裝配式建筑特點構建綜合效益評價指標體系,運用C-OWA算子賦權,建立物元可拓模型,解決定性和定量指標兼容性,計算各指標關聯(lián)度并確定其隸屬等級,并以實際案例進行驗證,證明模型可靠性,為裝配式建筑綜合效益提升提供依據。

1 裝配式建筑綜合效益評價指標體系

1.1 指標選取原則

裝配式建筑綜合效益評價指標體系的構建要符合全面性、科學性、可操作性原則。因此,選取指標時要從裝配式建筑綜合效益的全局出發(fā),遵循科學量化的原則,結合工程實際案例,使指標體系能夠全面、科學的反映裝配式建筑綜合效益。

1.2 指標體系的構建

通過文獻研究、小組討論、問卷調查及專家訪談的方法,對數(shù)據結果進行匯總分析,最終確定了裝配式建筑綜合效益的14個關鍵指標,并形成了三級評價指標體系。評價指標體系如表1所示。

表1 裝配式建筑綜合效益評價指標體系

2 裝配式建筑項目綜合效益評價模型研究

2.1 基于C-OWA算子確定指標權重

運用C-OWA算子確定指標權重的步驟如下:

1)邀請n位從事裝配式建筑研究的專家及參與裝配式建筑項目建設的管理者,根據同一層次評價指標的重要性程度進行打分(十分制打分)[6],構成原始數(shù)據集,用A=｛a1,a2,…,a j,…,a n｝表示,將原始數(shù)據集從大到小降序處理,并從0開始重新編號,得到新數(shù)據集B=｛b0,b1,…,b j,…,b n-1｝,其 中b0≥b1≥b2≥…≥b j≥…≥b n-1。

2)數(shù)據集B中b j的加權權重ωj+1可 通過組合數(shù)確定,其中n為專家數(shù),,則

式中:c jn-1為在n-1個數(shù)據中選取j個數(shù)據后的組合數(shù),j=0,1,2,…,n-1,ωj+1∈［0,1］。

3)用加權權重ωj+1對數(shù)據集B進行加權處理,得出各評價指標的絕對值權重,則

式中:i=1,2,…,m(m表示指標因素的個數(shù))。

4)將各指標絕對值權重進行歸一化處理,可得各指標的相對權重

式中:i=1,2,…,m

通過以上4步,即可得到各指標權重。

2.2 綜合效益物元可拓評價模型構建

物元可拓評價模型可以用來解決多因子評價中定性和定量物元不相容問題,將評價指標由固定值轉變?yōu)閰^(qū)間值[7],使得評價指標相對于評價集合的隸屬度計算更具準確性、客觀性。當應用于裝配式建筑綜合效益評價問題時,其具體運行步驟如下。

1)待評價物元確定。將裝配式建筑綜合效益記為事件A,其特征指標集記為C=［c1,c2,…,c n］,各特征對應量化值為V=［ν1,ν2,…,νn］,則稱R=（P,c,ν）為事件A的基本元,簡稱物元,表述為:

式中:R i（i=1,2,…,n）為R的分物元,R0為待評物元,P0為待評對象。

2)經典域、節(jié)域確定。由評價對象指標及其在各標準等級下標準量值范圍組成的物元矩陣稱為經典域R j,則

式中:P j表示第j個評價等級,νjn表示P j關于指標c n的取值范圍,（ajn,b jn,）為在j等級下經典域取值上下限。

由評價對象指標及其拓展的所有值取值范圍組成的物元矩陣稱為節(jié)域R P,則

式中:P表示全部評價等級,（aPn,b Pn,）表示各指標在各經典域取值上下限范圍的集合,即節(jié)域取值范圍。

3)等級域確定。通過將裝配式建筑綜合效益等級劃分為5個等級,定義效益等級域G=G j=｛G1,G2,G3,G4,G5｝,依 次 為G=｛低,較低,中,較高,高｝,并在對裝配式建筑深入分析的基礎上確定經典域、節(jié)域的取值上下限,如表2所示。

表2 效益等級劃分

4)關聯(lián)度函數(shù)及關聯(lián)度確定。關聯(lián)度反映裝配式建筑綜合效益評價結果與某評價等級關系的隸屬度強度。在建立關聯(lián)度函數(shù)之前,首先確定指標量化值νi與經典域區(qū)間（aji,b ji,）之間的距ρ（νi,νji）和 與 節(jié) 域 區(qū) 間（aPi,b Pi,）之 間 的 距ρ（νi,νpi）,計算如下。

在定義距的基礎上,確定待評物元關于各等級的關聯(lián)度函數(shù)如下:

式中:k j（νi）表示某評價物元符合某等級標準物元的隸屬程度。

5)評價等級確定。綜合關聯(lián)度公式如下:

式中:ωi表示各指標權重,k i表示各指標相對于等級j的綜合關聯(lián)度。

K i表示被評對象與相應等級隸屬程度。當K i＞0時,表示評價對象符合標準對象要求的程度,屬于該等級;當K i≤0時,表示評價對象不符合標準對象要求的程度,不屬于該等級。

3 實例研究

3.1 項目概況

為驗證評價模型的有效性,以山東日照市山鋼龍樾裝配式混凝土建筑項目為例進行綜合效益評估。該項目A13地塊采用裝配式技術建造技術,符合標準化設計、工廠化生產、裝配化施工的產業(yè)化建筑基本特征,包含10棟住宅樓(地上11層,地下2層)、底商、幼兒園及地下車庫等業(yè)態(tài),項目裝配率50%,預制構件包括疊合樓板、預制空調板、預制樓梯板、輕質墻板等。從項目資料獲知,項目建設周期為18個月,總建筑面積149325㎡,其中地上建筑面積122924.48㎡,地下建筑面積26400.52㎡。選取6名從事或研究裝配式建筑方面的專家對該項目綜合效益進行評分,然后對收集到的數(shù)據進行處理分析,得到該裝配式建筑綜合效益評價結果。

3.2 指標權重量化

通過采用基于組合數(shù)的有序加權平均COWA(Combination Ordered Weighted Averaging)算子,對專家賦值權重進行有序加權,從而得到裝配式建筑綜合效益各指標量化權重。針對該項目組建專家小組共計6人,并發(fā)放問卷,請其對該裝配式項目綜合效益各級指標的重要程度進行十分制打分,對4個二級指標評分結果,如表3所示。

表3 二級指標專家評分

對指標C11的專家評分結果進行降序處理[8],可得到新的數(shù)集(10.0,10.0,9.5,8.0,7.5,7.0),根據式(1)求得數(shù)集各數(shù)據賦權權重ωj+1=(0.03125,0.15625,0.3125,0.3125,0.15625,0.03125),則指標C11的絕對權重0.15625,0.3125,0.3125,0.15625,0.03125]·[10.0,10.0,9.5,8.0,7.5,7.0]Τ=8.734。同理可得剩余各指標絕對權重734,~ω14=9.000,因此可得C11-C14各指標的相對權重同理,重復上述步驟,可計算得出其他一級、二級指標量化值,裝配式建筑綜合效益評價指標體系權重分配如表4所示。

表4 裝配式建筑綜合效益評價指標權重量化系數(shù)

3.3 綜合評價

依據物元可拓評價模型構建方法,并參考《綠色建筑評價標準》(GBT50378-2019)和《工業(yè)化建筑評價標準》(GBT51129-2015)確定經典域和節(jié)域[9]。由式(7)-(10)可計算出各指標關聯(lián)度,并根據最大隸屬度準則,確定該指標所屬效益等級,見表5。

表5 指標關聯(lián)度及效益等級

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3.4 評價結果及建議

由表4可以看出,裝配式建筑經濟效益權重占比最高,為0.3938;環(huán)境效益權重占比次之,為0.3200;社會效益占比最少,為0.2862。通過COWA算子及物元可拓評價,得到表5的關聯(lián)度匹配結果及隸屬等級劃分,可以看出日照市該裝配式建筑項目綜合效益等級為“中”,其中經濟效益為“中”,環(huán)境效益為“高”,社會效益為“較高”。根據評價結果,裝配式建筑環(huán)境效益明顯,符合國家的綠色發(fā)展理念,有利于推動建筑業(yè)的業(yè)態(tài)轉型和建筑工業(yè)化發(fā)展,對我國“四節(jié)一環(huán)保”的建設目標有較大推動作用;經濟效益由于裝配式技術產業(yè)鏈不夠完善及專業(yè)管理人員缺乏等原因造成的成本增加,效益并不顯著,還需要聯(lián)合政府、建設單位、構件供應商等各參與方綜合施策,進一步提高經濟利潤;社會效益較為顯著,有利于提高人員素質水平,提升建筑質量,拉動相關產業(yè)需求。

4 結 語

結合裝配式建筑特點,從經濟效益、環(huán)境效益和社會效益三方面出發(fā),構建并豐富效益分析指標體系,綜合運用C-OWA算子賦權和物元可拓評價方法,將定量指標和定性指標良好結合,且結合日照市實際項目案例對裝配式建筑綜合效益進行有效分析,驗證了模型的科學性和合理性。評價結果有效反映裝配式建筑綜合效益情況,能夠為進一步推動裝配式建筑的市場化發(fā)展,推動我國建筑工業(yè)化進程提供借鑒意義。