基于TOPSIS-GRA法的裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

劉青云，周盛世，李 夢(mèng)

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，青島 266525；2.山東碧桂園房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，濟(jì)南 250100)

裝配式混凝土建筑采用的是正規(guī)化設(shè)計(jì)、機(jī)械化生產(chǎn)和裝配化施工，其受氣候條件的制約比較小，建造速度快、節(jié)約勞動(dòng)力、節(jié)省資源、改善生態(tài)環(huán)境[1]。但是與其相關(guān)的建筑市場(chǎng)在我國(guó)剛興起，施工技術(shù)缺乏系統(tǒng)性、整體性，難以滿足施工質(zhì)量要求，預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸及吊裝過(guò)程中，容易出現(xiàn)板面龜裂、轉(zhuǎn)角板折斷、預(yù)制構(gòu)件連接不到位、預(yù)埋件遺漏、節(jié)點(diǎn)擁堵等施工質(zhì)量問(wèn)題[2]。為了促進(jìn)行業(yè)的良性發(fā)展，有必要加快相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地和示范工程的建設(shè)，提升裝配率，提高預(yù)制構(gòu)件制作水平，創(chuàng)新施工組織方式，推行綠色施工。

裝配式混凝土建筑存在的施工質(zhì)量問(wèn)題所造成的風(fēng)險(xiǎn)制約了裝配式建筑的快速發(fā)展，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。曹江紅等[3]構(gòu)建了一種基于BIM技術(shù)的建筑質(zhì)量測(cè)驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量檢驗(yàn)。其主要是針對(duì)建筑物具體施工中不同質(zhì)量檢驗(yàn)階段的實(shí)際情況而創(chuàng)建的，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。桑培東等[4]從建筑市場(chǎng)、信息技術(shù)、管理水平、風(fēng)險(xiǎn)等方面分析了裝配式工程建設(shè)中的質(zhì)量問(wèn)題，提出了企業(yè)應(yīng)該通過(guò)建立完整的結(jié)構(gòu)體系加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量檢查，降低建設(shè)施工中質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。曹新穎等[5]將BIM-RFID技術(shù)引入質(zhì)量管理，明確當(dāng)前裝配式材料對(duì)施工的影響。齊寶庫(kù)等[6]從施工準(zhǔn)備、施工、竣工驗(yàn)收3個(gè)階段分析了裝配式建筑施工質(zhì)量的影響因素，采用AHP模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。劉杏紅等[7]運(yùn)用TQM概念來(lái)分析裝配式建筑的人員、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等因素，為防范建筑風(fēng)險(xiǎn)提供了理論支持。

綜合以上的研究成果發(fā)現(xiàn)：裝配式混凝土建筑存在著施工質(zhì)量問(wèn)題，現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不是很全面，因此為了更好地評(píng)估裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，建立一套適用性強(qiáng)、便于操作的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系很有必要。本文結(jié)合相關(guān)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題確立指標(biāo)體系，選取更加全面、靈活的熵值法(Entropy)、逼近理想值測(cè)序法(TOPSIS)和灰色關(guān)聯(lián)方法(GRA)的組合進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究。采用熵值法分析影響因素，處理指標(biāo)的相關(guān)計(jì)算問(wèn)題，確立指標(biāo)的權(quán)重。再運(yùn)用TOPSIS-GRA方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)。結(jié)合某居民樓項(xiàng)目對(duì)存在的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行分析，確定其影響程度，以期為防范建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立

從人員-材料-管理-環(huán)境4個(gè)維度來(lái)分析裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)影響因素，并結(jié)合其施工的特點(diǎn)，在專家咨詢和文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，得出影響其施工質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)：作業(yè)區(qū)域文明施工狀況、安裝過(guò)程臨邊作業(yè)防護(hù)狀況、自然環(huán)境變化、惡劣天氣和照明情況等重要的外部風(fēng)險(xiǎn)；從業(yè)人員的健康狀況、施工人員的技術(shù)水平、質(zhì)量以及安全管理、預(yù)制(PC)構(gòu)件的精度等主要的內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)。基于以上裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量的影響因素和相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)，將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)歸結(jié)為4個(gè)方面：建筑人員風(fēng)險(xiǎn)、建筑材料風(fēng)險(xiǎn)、建筑管理風(fēng)險(xiǎn)、建筑環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，再進(jìn)一步分解4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，可以得16個(gè)子指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

2 裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)測(cè)評(píng)模型建立

裝配式混凝土建筑項(xiàng)目能否順利推進(jìn)受多種復(fù)雜因素的影響，傳統(tǒng)的指標(biāo)權(quán)重測(cè)定和指標(biāo)評(píng)價(jià)方法往往假設(shè)指標(biāo)因素之間是相互獨(dú)立的，容易受到專家主觀偏好的干擾，在反映數(shù)據(jù)變異方面準(zhǔn)確程度比較低，體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性方面不夠合理，各要素之間的層次關(guān)系和依賴關(guān)系不明確，不同層級(jí)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度不夠。為了達(dá)到更好的加權(quán)效果，體現(xiàn)指標(biāo)之間的邏輯關(guān)系，采用熵值法確定指標(biāo)的客觀權(quán)重，結(jié)合TOPSIS-GRA法評(píng)價(jià)裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加地具有實(shí)際意義。

2.1 Entropy確定指標(biāo)權(quán)重

假設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象有m個(gè)評(píng)測(cè)指標(biāo)和n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則可以創(chuàng)建以下決策矩陣：

(1)

為了消除由于不同指標(biāo)引起的量綱變化，并實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的趨勢(shì)變化，使用極差法將各項(xiàng)指標(biāo)xij轉(zhuǎn)化為無(wú)單位的相對(duì)值rij，同時(shí)將數(shù)值大小規(guī)范在[0,1]范圍內(nèi)：

(2)

式中：xij為第i個(gè)評(píng)測(cè)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)數(shù)值，i=1,2,…,n。

第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)歸一化熵權(quán)wj為

(3)

2.2 基于TOPSIS-GRA法裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

找出有限個(gè)方案的正負(fù)理想值。所謂的正理想值就是最優(yōu)解，每個(gè)屬性值在候選方案中達(dá)到最佳值，負(fù)理想值是最差解。然后計(jì)算每個(gè)方案與最優(yōu)解和最差解之間的歐幾里得距離，最后將TOPSIS法中的歐幾里得距離和GRA法的正負(fù)關(guān)聯(lián)度用一個(gè)偏好系數(shù)進(jìn)行組合得到一個(gè)綜合評(píng)分。

1) 構(gòu)建初始決策矩陣。假設(shè)存在m個(gè)評(píng)測(cè)方案，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則候選集是Y={Y1,Y2,…,Ym}，指標(biāo)集為X={X1,X2,…,Xn}。因此，初始決策矩陣R為

(4)

2) 構(gòu)建加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。為了避免認(rèn)識(shí)上的模糊性對(duì)指標(biāo)之間的關(guān)系產(chǎn)生不必要的影響，由式 (3) 得到的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量wj={w1,w2,…,wn} 代入到歸一化后的決策矩陣中[18]，構(gòu)造加權(quán)決策矩陣Z。

(5)

3) 計(jì)算加權(quán)決策矩陣的正理想值V+和負(fù)理想值V-：

V+={(maxzij|j∈J1),(minzij|j∈J2)|i=1,2,…,m}

(6)

V-={(minzij|j∈J1),(maxzij|j∈J2)|i=1,2,…,m}

(7)

式中：J1為效益型屬性；J2為成本型屬性。

4) 為了更好地分析評(píng)測(cè)指標(biāo)中指標(biāo)之間的相關(guān)程度，采用GRA法算出評(píng)測(cè)指標(biāo)與正負(fù)理想值之間的灰色關(guān)聯(lián)程度[19]：

(8)

式中：minmin|V±-zij|為兩級(jí)最小差；maxmax|V±-zij|為兩級(jí)最大差；V∈[V+,V-]；xi為比較數(shù)列；ρ為分辨率系數(shù)(0<ρ<1)，一般取ρ=0.5，ρ越大，分辨率越小，ρ越小，分辨率越大。

對(duì)于不同的初始值和維度序列，在計(jì)算相關(guān)系數(shù)之前，必須初始化索引值，即將該序列所有數(shù)據(jù)分別除以第1個(gè)數(shù)據(jù)。

5) 計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想值和負(fù)理想值的歐幾里得距離：

(9)

(10)

(11)

式中：α和β為偏好系數(shù)，反映形狀和位置的偏好程度，滿足α+β=1,α,β∈[0,1]，本文取α=β=0.5；Si為

每個(gè)評(píng)估單元的終值，體現(xiàn)了每個(gè)評(píng)估單元與理想單元的接近度，Si值越大，該評(píng)價(jià)單元越好。

7) 計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。將相對(duì)接近度轉(zhuǎn)換成10分量表進(jìn)行評(píng)分。最大得分的相對(duì)接近度設(shè)置為10，其他得分依此折算并取整[20-21]：

(12)

根據(jù)得分進(jìn)行排序等級(jí)劃分，評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)的界定能力，見(jiàn)表2。

表2 裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3 實(shí)例分析

為了有效地分析裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)估模型，以青島某居民樓項(xiàng)目為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。邀請(qǐng)8位與預(yù)制建筑相關(guān)的專家使用專家評(píng)分法進(jìn)行評(píng)分。通過(guò)Matlab2014a軟件對(duì)模型進(jìn)行編碼分析，評(píng)估了建筑工程的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)水平，分析了風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相關(guān)性。

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)自然環(huán)境、地理位置、技術(shù)水平等標(biāo)準(zhǔn)，基于表1所示的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)定性指標(biāo)采用專家評(píng)判法進(jìn)行量化，8位專家對(duì)裝配式建筑中這些指標(biāo)影響的重要程度進(jìn)行打分，根據(jù)評(píng)價(jià)體系的定量標(biāo)準(zhǔn)，采取五點(diǎn)打分法?；诘玫降臄?shù)據(jù)，通過(guò)式(1)(2)得到歸一化決策矩陣X=|xij|。

根據(jù)式(3)運(yùn)用Matlab2014a 軟件，采用熵值客觀加權(quán)法確定每個(gè)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，得到指標(biāo)權(quán)重：

3.2 基于TOPSIS-GRA法的裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)式(4)(5)可求得加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z=(zij)m×n。

根據(jù)式(6)(7)和上述加權(quán)歸一化矩陣Z=(zij)m×n分別明確了相同測(cè)評(píng)指標(biāo)的正理想值和負(fù)理想值：

V+=(0.0020,0.0006,0.0001,0.0001,0.0013,0.0016,0.0010,0.0016,0.0004,0.0003,0.0000,0.0019,0.0000,0.0029,0.0013,0.0000)

V-=(-0.0008,-0.0017,-0.0030,-0.0009,-0.0016,-0.0012,-0.0007,0.0000,-0.0021,
-0.0031,-0.0026,-0.0001,-0.0033,0.0000,-0.0022,-0.0029)

根據(jù)式(8)分別算出樣本項(xiàng)目裝配式建筑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)度的16個(gè)二級(jí)指標(biāo)與正理想值的灰色數(shù)值：

δ+=(0.5836,0.7095,0.4785,0.4473,0.4774,0.5814,0.4924,0.5039,0.4312,0.4967,0.4959,0.5091,0.4457,0.6309,0.5061,0.5602)

根據(jù)式(9)—(11)分別計(jì)算裝配式建筑項(xiàng)目中建筑人員風(fēng)險(xiǎn)、建筑材料風(fēng)險(xiǎn)、建筑管理風(fēng)險(xiǎn)、建筑環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與正理想值和負(fù)理想值的歐幾里得距離，得出裝配式建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表3。

將表3中的數(shù)據(jù)通過(guò)式(12)計(jì)算得出單項(xiàng)指標(biāo)的綜合得分及其施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 單項(xiàng)指標(biāo)的等級(jí)得分

從表4中可以看出影響裝配式混凝土施工質(zhì)量最大的是PC構(gòu)件的質(zhì)量以及連接的可靠性、項(xiàng)目相關(guān)管理人員的能力、監(jiān)管人員到位程度、現(xiàn)場(chǎng)的施工管理。為了降低其對(duì)裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量所造成的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該做好以下4個(gè)方面的防范措施。

1) 提高PC構(gòu)件的質(zhì)量。PC構(gòu)件是整個(gè)裝配式建筑的核心組件，PC構(gòu)件的質(zhì)量及其運(yùn)輸和裝載的穩(wěn)定性及安全性要求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的散裝建筑材料。增強(qiáng)運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性對(duì)提升構(gòu)件的質(zhì)量有著重要作用，對(duì)其使用的原材料按照《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整配合比，這也是保證構(gòu)件質(zhì)量重要的一環(huán)。

2) 增強(qiáng)建筑與構(gòu)件連接的可靠性。為了增強(qiáng)裝配式建筑的安全，預(yù)制構(gòu)件的連接處必須可靠，對(duì)構(gòu)件連接處的精準(zhǔn)度必須嚴(yán)格按照《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51231—2016)執(zhí)行。如果構(gòu)件安裝有偏差，會(huì)導(dǎo)致墻壁不平坦，更不能保證上下樓層的垂直度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在預(yù)制構(gòu)件連接施工前，要確保鋼筋連接強(qiáng)度并保持節(jié)點(diǎn)的清潔，在其施工時(shí)，要確?；炷粱旌狭系馁|(zhì)量及密實(shí)度。

3) 提高相關(guān)作業(yè)人員的技術(shù)與管理水平。裝配式建筑從計(jì)劃生產(chǎn)到修筑安裝，現(xiàn)場(chǎng)施工人員熟練程度、管理模式與水平至關(guān)重要。相關(guān)企業(yè)可以聘請(qǐng)專家對(duì)一線作業(yè)人員進(jìn)行手把手的技術(shù)指導(dǎo)，通過(guò)定期開(kāi)展技術(shù)知識(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)等方法來(lái)提高作業(yè)人員的技術(shù)水平，使得作業(yè)人員可以在實(shí)際操作的過(guò)程中利用先進(jìn)的技術(shù)提高作業(yè)效率，降低施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

4) 完善施工現(xiàn)場(chǎng)管理體系。制定合理的施工現(xiàn)場(chǎng)管理體系，做好施工質(zhì)量管理工作。加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)巡查、專項(xiàng)檢查頻次，確保建設(shè)、總包、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、分包等參與單位責(zé)任落實(shí)。機(jī)械設(shè)備要不定時(shí)地進(jìn)行安全檢查，確保機(jī)械設(shè)備的正常使用與施工精度，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

從建筑人員、材料、管理、環(huán)境4個(gè)維度出發(fā)，分析影響裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素，是可行與有效的，這在相關(guān)文獻(xiàn)中也得到證實(shí)。建立建筑施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用TOPSIS-GRA法計(jì)算裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量評(píng)價(jià)得到風(fēng)險(xiǎn)綜合值的分值與風(fēng)險(xiǎn)高低的排序，提出的防范措施也是有成效的。通過(guò)分析實(shí)際案例對(duì)裝配式混凝土建筑進(jìn)行施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，明確了影響較大的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)依次是PC構(gòu)件的質(zhì)量及其連接的可靠性、項(xiàng)目相關(guān)管理人員的經(jīng)驗(yàn)及能力和現(xiàn)場(chǎng)的施工管理，同時(shí)還揭示了各種影響因素的內(nèi)在邏輯關(guān)系，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況基本相符，提出的改善我國(guó)裝配式混凝土建筑施工質(zhì)量建議，以期為降低相關(guān)領(lǐng)域的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)提供參考，為相關(guān)裝配式混凝土建筑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管理提供借鑒。