基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的裝配式建筑返工致因分析

單 翠， 高文超， 周 琴

( 1.莆田學(xué)院 土木工程學(xué)院， 福建 莆田 351100；2.中核華辰建筑工程有限公司， 福建 莆田 351100 )

0 引言

建設(shè)部《關(guān)于發(fā)展節(jié)能省地型住宅和公共建筑的指導(dǎo)意見》(建科〔2005〕78 號)的提出和2021 年《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》的發(fā)布， 都推動了建筑工業(yè)化進(jìn)程。 以裝配式建筑為代表的建筑類型的研究與發(fā)展， 進(jìn)一步提升了裝配式建筑的節(jié)能、 低碳、 綠色等性能。 項(xiàng)目返工在建筑施工過程中屢見不鮮， 對處在發(fā)展初期的裝配式建筑更是廣泛存在。 然而頻繁返工會大幅度降低裝配式建筑在節(jié)能、 低碳、 綠色方面的優(yōu)勢， 可見， 針對裝配式建筑返工致因與防止返工發(fā)生等相關(guān)方面的研究具有重要意義。

1 研究現(xiàn)狀分析

以裝配式建筑為代表的建筑工業(yè)化在國內(nèi)迅速推進(jìn)， 以裝配式建筑為研究對象的科研成果猶如雨后春筍般涌現(xiàn)。 截至2021 年10 月11 日，僅在中國知網(wǎng)(CNKI)以“裝配式建筑” 為關(guān)鍵詞(含同義詞擴(kuò)展)進(jìn)行檢索， 共檢索出1.02 萬篇文獻(xiàn)， 尤其是近5 年發(fā)文量快速增長， 其主題主要集中在成本、 質(zhì)量、 BIM 技術(shù)應(yīng)用等。

國外裝配式建筑起步早于我國， 其裝配式建筑整體發(fā)展與研究成熟度較高， 尤其是返工致因[1]與BIM 技術(shù)在返工工程的應(yīng)用[2]方面。 國內(nèi)近年也逐步關(guān)注裝配式建筑的返工與致因機(jī)理， 如: 李麗紅等將探索因子分析(EFA)和驗(yàn)證因子分析(CFA)模型相結(jié)合， 通過分析與驗(yàn)證得到影響裝配式建筑返工致因的從大到小權(quán)重排序[3]。 王軍武等在利用決策實(shí)驗(yàn)室分析法(DEMATEL)和解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)的基礎(chǔ)上， 結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型推理出裝配式建筑吊裝事故的發(fā)生機(jī)理與關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)路徑: 吊裝環(huán)境擾動→現(xiàn)場管理紊亂與人因失誤耦合→設(shè)備部件故障→發(fā)生吊裝事故[4]。 薛楠楠等以1 484 份事故報(bào)告為研究樣本， 建立了施工安全事故致因貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型， 通過對致因機(jī)理的診斷得出引起安全事故的9 項(xiàng)關(guān)鍵因素和4 項(xiàng)敏感因素， 并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型推理結(jié)果的有效性[5]。 王金輝等針對塔吊作業(yè)安全情況， 建立了塔吊安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系， 結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析工具Netica 軟件確定了指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級， 并推理出影響塔吊作業(yè)安全的最大風(fēng)險(xiǎn)因素， 最后通過案例驗(yàn)證了模型的合理性[6]。

綜合上述研究分析發(fā)現(xiàn)， 國內(nèi)針對裝配式建筑的研究愈加深入與細(xì)化， 更加注重裝配式建筑施工全過程研究。 返工是裝配式建筑施工過程中較為頻繁出現(xiàn)的一種耽擱工期、 影響預(yù)算、 暴露各種質(zhì)量與管理問題的現(xiàn)象， 而針對誘發(fā)返工的關(guān)聯(lián)因素作用關(guān)系與傳遞路徑尚未有學(xué)者涉足。因此， 本文針對裝配式建筑返工致因的關(guān)聯(lián)分析與誘發(fā)返工傳遞路徑進(jìn)行研究， 以期豐富裝配式建筑返工問題的研究成果， 并對裝配式建筑精細(xì)化施工過程起到一定的指導(dǎo)作用。

2 研究思路

本文基于文[3]對裝配式建筑返工致因的分析與驗(yàn)證結(jié)論， 通過關(guān)聯(lián)分析， 結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法定量分析裝配式建筑返工致因傳遞路徑， 進(jìn)而明確返工發(fā)生的致因機(jī)理。 主要研究思路框架如圖1 所示。

圖1 研究思路框架

3 裝配式建筑返工致因確定

由于裝配式建筑施工過程與傳統(tǒng)建筑施工過程有較大區(qū)別， 二者的返工過程也大相徑庭。 裝配式建筑是通過建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)→預(yù)制廠構(gòu)件生產(chǎn)→構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場→現(xiàn)場完成構(gòu)件連接等一系列專業(yè)操作而形成的一種建筑， 對協(xié)調(diào)管理、 構(gòu)配件供應(yīng)、 施工準(zhǔn)備以及施工水平等均有較高要求， 據(jù)此將裝配式建筑返工致因提取并劃分， 具體如表1 所示[3]。

表1 返工致因表[3]

4 返工致因關(guān)聯(lián)分析

裝配式建筑返工致因在施工過程中產(chǎn)生較為復(fù)雜的相互作用關(guān)系， 而DEMATEL 與ISM 的結(jié)合能夠把返工致因彼此間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系直觀化、 多層次化， 全方面分析返工致因的作用過程， 為進(jìn)一步分析返工致因傳遞路徑奠定基礎(chǔ)。

第一步: 采用專家打分法(德菲爾法)， 通過數(shù)據(jù)整理分析， 結(jié)合式(1) 衡量返工致因間的相互作用關(guān)系， 見表2。

表2 (續(xù))

表2 返工致因作用關(guān)系

第二步: 對表2 的返工致因作用關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化處理得矩陣A， 并計(jì)算綜合作用矩陣B＝A(A-E)-1， 其中E為單位矩陣， 進(jìn)而得到整體作用矩陣C＝E＋B。

第三步: 設(shè)定閾值0-1， 計(jì)算出可達(dá)矩陣Pmn＝ (pmn)， 如表3。

表3 可達(dá)矩陣

第四步: 以表2 為基礎(chǔ)， 構(gòu)造返工致因的可達(dá)集合和前項(xiàng)集合。

第五步: 返工致因驗(yàn)證， 確定因素所在層次。

通過Matlab 平臺進(jìn)行計(jì)算與分析， 得到多層次遞進(jìn)ISM， 見圖2。

圖2 裝配式建筑返工致因ISM

由圖2 可知， 通過綜合應(yīng)用DEMATEL 與ISM， 把裝配式建筑返工致因劃分為6 個(gè)層次。其中第一層即最高層返工致因是a3(管理與監(jiān)理人員專業(yè)性不足，監(jiān)管與驗(yàn)收不到位)、 a21(施工從業(yè)人員缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，操作不專業(yè)、技能不熟練)， 兩者從根本上對裝配式建筑返工產(chǎn)生影響，是返工致因的輸入端。 第二層返工致因有a16(對裝配式建筑施工缺乏必要的預(yù)見性與科學(xué)的施工方案)和a2(技術(shù)人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正施工中的質(zhì)量問題和隱患)， 施工方案的欠缺和技術(shù)人員的不足來源于首層管理人員和施工從業(yè)人員專業(yè)性的不足。 第三層返工致因有a1(裝配式建筑各參建方溝通協(xié)調(diào)不充分，有分歧，造成理解偏差)、 a7(項(xiàng)目目標(biāo)不清楚、不明確，更改工作范圍)、 a15(裝配式建筑設(shè)計(jì)深度不夠或有錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)成果遺漏或矛盾)， 三者均與上層返工致因有直接關(guān)系。 第四層返工致因有a8(預(yù)制構(gòu)配件原材料質(zhì)量差)、 a4(錯(cuò)誤指令或項(xiàng)目指令有矛盾)、a17(施工現(xiàn)場條件較差)和a12(預(yù)制構(gòu)配件尺寸偏差)， 它們既受到第三層返工致因的直接影響，又直接作用到第五層返工致因a13(預(yù)制構(gòu)配件在搬運(yùn)、運(yùn)輸過程中碰損或毀壞)、 a14(預(yù)制構(gòu)配件在現(xiàn)場堆放不合理或養(yǎng)護(hù)不到位，造成斷裂或損壞)、 a18(鋼筋連接偏位，套筒連接錯(cuò)位)和a10(預(yù)制構(gòu)配件吊點(diǎn)位置設(shè)計(jì)不合理)。 a3、 a15、a12以及第五層返工致因共同引發(fā)了現(xiàn)場進(jìn)度、 成本、 質(zhì)量的變化， 進(jìn)而導(dǎo)致底層返工致因的產(chǎn)生。 a22(關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)后澆段質(zhì)量差)、 a5(工程進(jìn)度滯后)、 a6(工程預(yù)算超支)、 a19(套筒灌漿不密實(shí)，灌漿質(zhì)量差)、 a20(預(yù)制混凝土構(gòu)件吊裝偏位，安裝尺寸偏差)、 a9(預(yù)埋線盒、管線位置偏差或移位)、 a11(預(yù)制構(gòu)配件管線遺漏或與現(xiàn)場不符)等是導(dǎo)致返工發(fā)生的直接因素， 因此， 可以把這些致因看作返工發(fā)生的重點(diǎn)控制對象， 加以重視與管控。

5 裝配式建筑返工致因機(jī)理分析

返工致因間的相互作用效應(yīng)會導(dǎo)致現(xiàn)場施工質(zhì)量出現(xiàn)偏差， 進(jìn)而不斷傳遞引發(fā)返工。 因此，筆者結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法量化返工致因出現(xiàn)的概率， 分析裝配式建筑施工現(xiàn)場返工致因傳遞路徑， 進(jìn)而解釋返工致因機(jī)理。

5.1 建立貝葉斯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法的基礎(chǔ)。 筆者基于前文對返工致因的關(guān)聯(lián)分析和多層ISM， 建立貝葉斯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推理圖， 如圖3。

5.2 致因發(fā)生概率計(jì)算

本文采取專家意見＋三角模糊數(shù)作為輸入端返工致因a3、 a21產(chǎn)生的概率。 語言變量與對應(yīng)三角模糊數(shù)關(guān)系[4]中非常大、 大、 偏大、 中等、偏小、 小、 非常小的三角模糊數(shù)分別為(0.9，1.0，1.0)、 (0.7，0.9，1.0)、 (0.5，0.7，0.9)、(0.1，0.3，0.5)、 (0.0，0.1，0.3)、 (0.0，0.0，0.1)。 將40 位專家對輸入端因素的評價(jià)進(jìn)行均值化， 并按均值面積法計(jì)算出精確概率， 輸入端因素a3、 a21的發(fā)生概率分別為0.183、 0.272，見圖3。 通過因素間的條件概率表達(dá)上層返工致因?qū)ο聦又乱虻挠绊懀?聚焦返工致因的傳遞。

5.3 貝葉斯致因機(jī)理分析

通過輸入端返工致因概率結(jié)合似然估計(jì)推理出各返工致因概率， 如圖3 所示。 a1(裝配式建筑各參建方溝通協(xié)調(diào)不充分，有分歧，造成理解偏差)、 a5(工程進(jìn)度滯后)、 a17(施工現(xiàn)場條件較差)、 a20(預(yù)制混凝土構(gòu)件吊裝偏位，安裝尺寸偏差)等因素發(fā)生概率較高， 是裝配式建筑施工過程中返工管理焦點(diǎn)。 此外， 通過分析發(fā)現(xiàn): 管理人因失誤→溝通不暢與現(xiàn)場紊亂→進(jìn)度與質(zhì)量問題→返工發(fā)生是裝配式建筑返工致因傳遞的基本路徑。 a3→a2→a15→a17→a18→a20和a21→a16→a1→a8→a13→a5為返工致因傳遞的關(guān)鍵路徑。 即管理人員、 技術(shù)人員、 監(jiān)理人員的專業(yè)性不足作為輸入端， 直接產(chǎn)生了施工管理人因失誤， 使得施工現(xiàn)場缺乏施工方案， 暴露出施工隱患問題；管理人因失誤的發(fā)生會導(dǎo)致參建各方溝通協(xié)調(diào)不充分及設(shè)計(jì)矛盾、 錯(cuò)誤； 溝通不暢與現(xiàn)場紊亂情況的發(fā)生， 加上現(xiàn)場施工條件差、 原材料質(zhì)量差， 會導(dǎo)致施工進(jìn)度與計(jì)劃沖突、 成本失控、 質(zhì)量不合格， 最終導(dǎo)致返工的發(fā)生。 通過分析可知， 關(guān)鍵路徑上的各返工致因應(yīng)作為管控重點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)因素管控消減返工致因傳遞的可能性，防止返工的發(fā)生。

圖3 貝葉斯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推理圖

6 結(jié)論

在裝配式建筑快速發(fā)展的進(jìn)程中， 返工帶來的成本增加、 工期延誤等弊端不容忽視。 筆者結(jié)合前人研究成果， 進(jìn)一步對裝配式建筑返工致因進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析， 建立了各因素間的ISM； 利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法推理出返工致因傳遞的基本路徑(管理人因失誤→溝通不暢與現(xiàn)場紊亂→進(jìn)度與質(zhì)量問題→返工發(fā)生是裝配式返工致因)與關(guān)鍵路徑(a3→a2→a15→a17→a18→a20、a21→a16→a1→a8→a13→a5)。

本文的研究結(jié)果對裝配式建筑施工過程返工致因的管控具有一定的指導(dǎo)作用。 因?qū)＜覀€(gè)人主觀因素、 參建工程項(xiàng)目性質(zhì)的不同以及施工隊(duì)伍水平參差不齊等不可控因素會對返工致因的打分帶來一定影響， 今后筆者將對專家學(xué)者進(jìn)一步細(xì)分， 以期對裝配式建筑返工致因的敏感性做進(jìn)一步研究。