基于AHP-熵權(quán)法對(duì)裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)的分析

何葉榮， 王 潤(rùn)

(安徽建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 安徽 合肥 230601)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程也在不斷地推進(jìn)與發(fā)展，傳統(tǒng)建筑作業(yè)模式弊端越來越明顯，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑施工模式不僅資源消耗大，而且環(huán)境污染也非常嚴(yán)重，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段建筑行業(yè)快速發(fā)展的需求。在當(dāng)今中國(guó)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)的發(fā)展背景下，中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展也進(jìn)入“新常態(tài)”，和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方式相比較，裝配式建筑施工兼顧高效施工的同時(shí)還非常節(jié)約資源，環(huán)境污染和噪聲污染也非常小，優(yōu)勢(shì)十分明顯。但是由于我國(guó)裝配式建筑起步比較晚，相關(guān)技術(shù)配套不夠成熟，因此在施工過程中存在著大量的風(fēng)險(xiǎn)，如果不對(duì)相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估與管控，那么會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故，所以對(duì)裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)展開研究是非常有必要的。

國(guó)外建筑業(yè)很早就在使用裝配式建筑施工模式，相關(guān)學(xué)者對(duì)裝配式建筑的理論研究也更全面與深入，Aminbakhsh等[1]基于安全成本理論和AHP法構(gòu)造建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架；Hinze等[2]利用先行指標(biāo)對(duì)建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于裝配式建筑的研究主要集中在人、物、環(huán)境、管理等方面，側(cè)重于研究裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施。通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，對(duì)國(guó)內(nèi)裝配式建筑的研究有了一定的了解。楊斯玲等[3]運(yùn)用結(jié)構(gòu)熵權(quán)和修正證據(jù)理論相結(jié)合對(duì)裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合基于Bayes近似法修正的證據(jù)理論對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行多層次遞階評(píng)價(jià)；段永輝等[4]采用灰色關(guān)聯(lián)度法建立指標(biāo)體系，并利用結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析；荀志遠(yuǎn)等[5]使用DEMATEL方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重之間的相互關(guān)系，然后運(yùn)用博弈論來計(jì)算組合權(quán)重，并采用云模型評(píng)價(jià)裝配式建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)；陳為公等[6]以霍爾三維結(jié)構(gòu)思想為主導(dǎo)并從考慮脆弱性的角度建立裝配式建筑安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將C-OWA算子加入對(duì)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán)；常春光等[7]使用WBS-RBS法和G1法相結(jié)合的方法來評(píng)估裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)；丁彥等[8]引入層次分析法和ABC分類法對(duì)裝配式建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類排序；閆帥平等[9]運(yùn)用改進(jìn)ICUOWGA算子計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對(duì)裝配式建筑安全進(jìn)行評(píng)價(jià)；李英攀等[10]根據(jù)人、機(jī)、料、法、環(huán)( 4M1E)理論建立裝配式建筑安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；陳偉等[11]運(yùn)用層次分析法和灰色聚類法相結(jié)合的方式構(gòu)建了裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型；瞿富強(qiáng)等[12]利用ANP-FUZZY法對(duì)裝配式建筑構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；劉嬌等[13]運(yùn)用層次分析法和信息熵相結(jié)合的方式得出指標(biāo)權(quán)重，并利用未確知測(cè)度模型對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；胡慶國(guó)[14]等利用組合賦權(quán)法和集對(duì)分析相結(jié)合的方法對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；李強(qiáng)年等[15]從“人-機(jī)-物-管-環(huán)”5個(gè)方面，運(yùn)用專家訪談法和聚類分析法構(gòu)建裝配式建筑部品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)三級(jí)預(yù)警指標(biāo)體系，并結(jié)合我國(guó)裝配式建筑部品運(yùn)輸管理現(xiàn)狀采用組合賦權(quán)法(G1法和熵值法)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重；李文龍等[16]運(yùn)用結(jié)構(gòu)熵權(quán)-可信性測(cè)度理論對(duì)裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

以上文獻(xiàn)均對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但是由于裝配式建筑施工在我國(guó)起步較晚且推廣比較慢，在裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究并不是很深入，所以其運(yùn)營(yíng)和管理均不成熟，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中仍存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以有必要對(duì)裝配式建筑全過程進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析。

1 AHP-熵權(quán)法組合賦權(quán)法概述

指標(biāo)的權(quán)重代表選取的指標(biāo)在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中的影響和貢獻(xiàn)程度。層次分析法(AHP)是主觀的賦權(quán)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于樣本數(shù)據(jù)不足的條件下可以靠主觀判斷來賦權(quán)，可以運(yùn)用于部分定性的模糊指標(biāo)評(píng)價(jià)，而因?yàn)榇朔椒ㄒ蕾囉谥饔^判斷，比較傾向于注重專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及決策者的偏好，在可信度方面不是很理想。熵權(quán)法屬于客觀賦權(quán)法，熵權(quán)法充分利用了原始數(shù)據(jù)信息熵的效用價(jià)值，在樣本數(shù)據(jù)完整度比較高的情況下可靠性比較理想，但在體現(xiàn)專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及決策者的意見上稍有劣勢(shì)。因此，本文通過將這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)相結(jié)合，采用熵法與層次分析法(AHP)的組合加權(quán)方法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 層次分析法模型的構(gòu)建

1.1.1 層次分析法步驟

計(jì)算的基本步驟如下：(1)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型；(2)構(gòu)造判斷矩陣，兩兩對(duì)比；(3)層次單排序及其一致性檢驗(yàn)；(4)層次總排序及其一致性檢驗(yàn)。

1.1.2 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

從相關(guān)文獻(xiàn)[3-9]提取出一級(jí)和二級(jí)裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，將各種因素納入適當(dāng)水平的層次，這里我們用層次結(jié)構(gòu)圖清晰地表達(dá)這些因素的關(guān)系(如圖1所示)。

圖1 裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)因素層次結(jié)構(gòu)圖

1.1.3 構(gòu)造判斷(成對(duì)比較)矩陣

采用德爾菲法和專家打分法，邀請(qǐng)專家參考比較尺度表(見表1)對(duì)各層次的影響因素進(jìn)行比較，根據(jù)專家的評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)建相應(yīng)的判斷矩陣。

1.1.4 計(jì)算判斷矩陣的最大特征根及特征向量

(1)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行按列歸一化

表1 判斷矩陣標(biāo)度定義

其中，aij為判斷矩陣A的第i行第j個(gè)元素；akj為判斷矩陣A的第k列第j個(gè)元素；n為矩陣的階數(shù)。

(2)將按列歸一化后的判斷矩陣用求和法求得重要度向量

(3)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax

其中，(Aωi)i為矩陣A和其權(quán)重矩陣的乘積。

1.1.5 層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

其中，CI=0,有完全的一致性；CI接近于0，有滿意的一致性；CI越大，不一致性越嚴(yán)重。

CR為滿意的一致性指標(biāo)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值，λmax為最大特征值。

為了衡量CR的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，RI取值見表2。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

定義一致性比率：CR=CI/RI，一般認(rèn)為當(dāng)一致性比率CR<0.1時(shí)，A的不一致程度在允許范圍內(nèi)，有滿意的一致性，則一致性測(cè)試通過。歸一化后的特征向量可以作為權(quán)重向量，否則必須重構(gòu)為對(duì)比矩陣A。對(duì)aij進(jìn)行調(diào)整。

1.1.6 層次總排序及其一致性檢驗(yàn)

計(jì)算某一層次的所有因素對(duì)最高層次(總目標(biāo))的相對(duì)重要性，稱為層次總排序，這個(gè)過程從最高層到最低層依次進(jìn)行。

1.1.7 各因素重要性評(píng)價(jià)

經(jīng)過組合一致性檢驗(yàn)系數(shù)計(jì)算并檢驗(yàn)通過后得出最終結(jié)果，確定各因素影響的重要性，并在準(zhǔn)則層面對(duì)各影響因素提出相應(yīng)的建議和參考措施。

1.2 熵權(quán)法步驟

(1)判斷矩陣

構(gòu)建n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)得判斷矩陣。

(2)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。假設(shè)給定了k個(gè)指標(biāo)X1,X2,…Xk，其中Xi={x1，x2，…xn}。假設(shè)對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為Y1,Y2,…Yk，那么

(3)求各指標(biāo)的信息熵

根據(jù)信息論中信息熵的定義，一組數(shù)據(jù)的信息熵

(4)確定各指標(biāo)權(quán)重

依據(jù)信息熵的計(jì)算公式，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的信息熵為E1,E2，…，Ek。通過信息熵計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重

1.3 綜合賦權(quán)法

結(jié)合層次分析法和熵值法得到綜合考慮主客觀因素的權(quán)重公式計(jì)算最終權(quán)重，設(shè)定模型為

Wi=μmi+(1-μ)ni，0≤μ≤1

該式中，Wi為AHP-熵權(quán)法組合權(quán)重值，mi和ni對(duì)應(yīng)層次分析法和熵權(quán)法的權(quán)重值，μ為此模型的經(jīng)驗(yàn)因子，因子的取值取決于決策者的主觀經(jīng)驗(yàn)與客觀數(shù)據(jù)的偏好程度。綜合權(quán)重隨著μ的變化而變化，當(dāng)μ=1和μ=0時(shí)，分別對(duì)應(yīng)于層次分析法和熵權(quán)法。對(duì)于μ如何取值有很多討論，結(jié)合本文指標(biāo)體系的設(shè)立情況，取μ=0.5比較合適。

2 實(shí)證分析

以安徽省16個(gè)地級(jí)市為調(diào)研范圍，通過線上和線下等方式向多位房地產(chǎn)領(lǐng)域的高校教授和房地產(chǎn)公司工作人員以及房地產(chǎn)研究機(jī)構(gòu)的專家學(xué)者發(fā)送電子郵件和調(diào)查問卷。共計(jì)發(fā)放調(diào)查問卷200份，收回有效問卷168份。

2.1 利用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重

房地產(chǎn)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)判斷矩陣

權(quán)重向量

最大特征值λmax=4.1025，CI=0.034,通過查表知RI=0.89，則計(jì)算得CR=0.038<0.1，所以，該判斷矩陣能通過一次性檢驗(yàn)。

庫存風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)判斷矩陣

權(quán)重向量

最大特征值λmax=3.0006，CI=0.0003，通過查表知RI=0.52，則計(jì)算得CR=0.0006<0.1，所以，該判斷矩陣能通過一次性檢驗(yàn)。

價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)判斷矩陣

權(quán)重向量

最大特征值λmax=3.0266，CI=0.0133，通過查表知RI=0.52，則計(jì)算得CR=0.0256<0.1，所以，該判斷矩陣能通過一次性檢驗(yàn)。

資金鏈風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)判斷矩陣

權(quán)重向量

最大特征值λmax=3.1011，CI=0.05055，通過查表知RI=0.52，則計(jì)算得CR=0.0972<0.1，所以，該判斷矩陣能通過一次性檢驗(yàn)。

政策風(fēng)險(xiǎn)各指標(biāo)判斷矩陣

權(quán)重向量

最大特征值λmax=3.0177，CI=0.00885，通過查表知RI=0.52，則計(jì)算得CR=0.017<0.1，所以，該判斷矩陣能通過一次性檢驗(yàn)。

表3 層次分析法下裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

2.2 利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重

因?yàn)檫x取得指標(biāo)大部分屬于定性指標(biāo)，模糊性較大，所以讓10位房地產(chǎn)行業(yè)專家采用五級(jí)評(píng)分法(見表3和表4)對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行打分，此處因篇幅原因省略指標(biāo)層及指標(biāo)層安全評(píng)價(jià)表，根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算方法使用SPSS AU及Mpai工具計(jì)算得到各風(fēng)險(xiǎn)因素熵權(quán)值(見表5)。

表4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

表5 熵權(quán)法下裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

表6 AHP-熵權(quán)法綜合權(quán)重表

2.3 根據(jù)AHP-熵權(quán)法綜合賦權(quán)法確定的綜合權(quán)重結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算方法得出的結(jié)果繪制綜合權(quán)重表(見表6)。

2.4 研究結(jié)果分析

通過以上研究，從表4得出的綜合權(quán)重可以看出，在這些影響裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵因素的一級(jí)指標(biāo)中，影響程度從大到小排序分別是管理風(fēng)險(xiǎn)、人員風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備及材料風(fēng)險(xiǎn)因素。中國(guó)裝配式建筑起步較晚，發(fā)展得較慢，相關(guān)法律法規(guī)和管理經(jīng)驗(yàn)均不完善，對(duì)施工人員的安全教育管理存在不足，施工安全管理機(jī)構(gòu)及制度的設(shè)立也很不成熟，從而導(dǎo)致施工人員在實(shí)際操作中的安全意識(shí)淡薄，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工事故頻發(fā)；相關(guān)從業(yè)人員的操作技術(shù)和專業(yè)水平不達(dá)標(biāo)以及對(duì)安全事故的預(yù)警及應(yīng)急處理經(jīng)驗(yàn)不足也會(huì)造成實(shí)際操作中的安全事故；現(xiàn)場(chǎng)自然氣候條件、吊裝作業(yè)氣候和構(gòu)件運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)堆放環(huán)境直接影響到施工現(xiàn)場(chǎng)的操作以及構(gòu)建的質(zhì)量，在裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)中也是很重要的一環(huán)；預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量和臨時(shí)支撐承載強(qiáng)度需要通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其直接影響到工程質(zhì)量，在施工期間的設(shè)備材料定期安全檢查和維護(hù)也是必不可少，監(jiān)督人員需要按時(shí)進(jìn)行檢查維護(hù)以排除相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

3 建議

結(jié)合以上對(duì)于研究結(jié)果的分析，現(xiàn)給出一些對(duì)裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)防范的建議。

在管理風(fēng)險(xiǎn)防控中，需要建立規(guī)范的規(guī)章制度，完善獎(jiǎng)罰制度，對(duì)安全制度的執(zhí)行建立監(jiān)督機(jī)構(gòu)，對(duì)管理人員實(shí)行責(zé)任負(fù)責(zé)制；在人員風(fēng)險(xiǎn)防控中，對(duì)從業(yè)人員的技術(shù)水平訂立標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選，并在入職后進(jìn)行技能培訓(xùn)和安全規(guī)范培訓(xùn)，并不定時(shí)抽查考試，對(duì)技術(shù)水平和安全意識(shí)不達(dá)標(biāo)的人員進(jìn)行再教育，提升工作隊(duì)伍整體專業(yè)素質(zhì)以及安全意識(shí)水平；在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控中，需要因地制宜，科學(xué)選擇裝配式建筑的施工地點(diǎn)與時(shí)間，對(duì)極端天氣的檢測(cè)與預(yù)警要做到及時(shí)迅速，預(yù)制構(gòu)件的存放場(chǎng)地要做到符合標(biāo)準(zhǔn)，避免構(gòu)件受潮腐蝕；在設(shè)備及材料風(fēng)險(xiǎn)防控中，相關(guān)部門要做好對(duì)預(yù)制構(gòu)件的出廠檢測(cè)，保證其質(zhì)量合乎標(biāo)準(zhǔn)，并定期檢查和維護(hù)施工設(shè)備，以確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

在我國(guó)大力發(fā)展裝配式建筑的背景下，本文運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法主客觀相結(jié)合的方式，從人員風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備材料風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)方面入手對(duì)裝配式建筑的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具有可行性和科學(xué)性，能夠?yàn)檠b配式建筑施工企業(yè)的安全管理提供一定的指導(dǎo)意義。本文的不足之處在于剔除了一些因素的過小數(shù)據(jù)造成了數(shù)據(jù)的偏差，影響了相關(guān)因素的整體性和精確性，因此還需要在今后的實(shí)踐應(yīng)用中不斷地進(jìn)行修正和完善，這也將是今后的研究方向。