基于SD的PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險管理研究

王淑嬙， 桂嘉齊

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

近年來，國家出臺了一系列政策鼓勵裝配式建筑的發(fā)展，將其作為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的重心。預(yù)制混凝土構(gòu)件(Precast Concrete, PC)作為裝配式建筑的主要組成單元，需求量隨之增長，PC構(gòu)件廠面臨生產(chǎn)進度管理的壓力。因此，對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險進行識別，并及時開展風(fēng)險管控，是發(fā)展裝配式建筑亟待解決的問題。

越來越多的學(xué)者開始關(guān)注PC構(gòu)件風(fēng)險管理，一部分從PC構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險評價角度出發(fā)，利用解釋結(jié)構(gòu)模型、網(wǎng)絡(luò)層次分析法對PC構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險因素識別和評價，并提出相應(yīng)的管控措施[1-2]；另外一部分通過層次分析和系統(tǒng)動力學(xué)等方法建立PC構(gòu)件施工進度風(fēng)險管理體系[3-4]。綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)研究主要集中于PC構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險和施工進度風(fēng)險，且多為靜態(tài)化和碎片化的對風(fēng)險進行定性研究，針對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險的較少。PC構(gòu)件生產(chǎn)進度管理具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不確定性高等特點，不同的風(fēng)險因素之間相互關(guān)聯(lián)，風(fēng)險會隨著項目的進展動態(tài)變化。忽視這種風(fēng)險相互關(guān)系會導(dǎo)致對風(fēng)險影響的低估或高估，從而限制研究結(jié)果的有效性。因此，在評估風(fēng)險對生產(chǎn)進度的影響時，必須考慮項目風(fēng)險之間的動態(tài)交互作用。

本研究查閱整理相關(guān)文獻(xiàn)、利用半結(jié)構(gòu)化訪談法，識別出影響PC構(gòu)件生產(chǎn)進度的主要風(fēng)險因素，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型探討風(fēng)險因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，比較分析不同程度下的各項管理措施對生產(chǎn)進度的影響，為管理者全面、動態(tài)的管控PC構(gòu)件進度風(fēng)險提供理論依據(jù)及方法參考。

1 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險因素分析

1.1 文獻(xiàn)分析

運用文獻(xiàn)研究法，對2015-2021年中國知網(wǎng)、EI、Web of Science等數(shù)據(jù)庫中含有“裝配式建筑進度”“PC構(gòu)件生產(chǎn)風(fēng)險”等關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)進行檢索分析，梳理文獻(xiàn)中[1,2,5-13]有關(guān)PC構(gòu)件生產(chǎn)進度的風(fēng)險因素，對其表意相近的因素進行歸納整合，初步確立出21個風(fēng)險因素，人員風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、設(shè)備材料風(fēng)險、組織管理風(fēng)險4個風(fēng)險類別的初步風(fēng)險清單，如表1所示。

表1 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險因素初步清單

續(xù)表1 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險因素初步清單

1.2 半結(jié)構(gòu)化訪談

為進一步篩選出影響PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險關(guān)鍵因素，在武漢市建筑業(yè)協(xié)會裝配式建筑分會的支持下，本文對參與裝配式建筑項目的36位行業(yè)專家進行半結(jié)合化訪談，流程如圖1所示，受訪者基本信息如表2所示。

表2 受訪者基本信息匯總

圖 1 半結(jié)構(gòu)化訪談流程圖

受訪者通過李克特5級量表對初步風(fēng)險清單進行評分(1=低風(fēng)險，5=高風(fēng)險)，隨后以視頻或面對面會議的形式，與專家進行深度訪談，記錄專家反饋意見，以修正初始風(fēng)險清單。

為確保問卷和訪談過程的清晰性和有效性，在訪談前一周將問卷調(diào)查提供給受訪者，讓受訪者有時間提前了解問卷中的專業(yè)術(shù)語，并結(jié)合訪談結(jié)果反饋，對問卷進行實時改進。在訪談結(jié)束之后，對收

集的問題答案及數(shù)據(jù)進行整理，反饋給受訪者，以保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。

通過對訪談結(jié)果與問卷調(diào)查的分析，統(tǒng)計了各個專家在訪談中對風(fēng)險的描述。絕大多數(shù)專家認(rèn)為“工位布局不合理”為PC構(gòu)件生產(chǎn)前已確定的，無法進行更改，因此對生產(chǎn)進度風(fēng)險產(chǎn)生的影響不應(yīng)考慮，而“人員缺乏溝通”與“5S管理制度不健全”兩個因素在實際生產(chǎn)中影響構(gòu)件生產(chǎn)進度概率較小，因此刪去以上3個風(fēng)險因素，形成最終風(fēng)險清單，如表3所示。

表3 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度最終風(fēng)險清單

1.3 權(quán)重計算

PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險具有較高的不確定性，故較難利用主觀賦權(quán)表示其影響規(guī)律。因此，結(jié)合專家打分結(jié)果和熵權(quán)法確定各風(fēng)險因素權(quán)重，能有效衡量各指標(biāo)之間的差異性，同時避免權(quán)重賦值造成的人為主觀差異性，使賦權(quán)結(jié)果更符合實際。

1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

2)計算指標(biāo)值比重：

3)計算指標(biāo)熵值：

其中,ej>0。

4)計算指標(biāo)熵權(quán)：

各風(fēng)險因素指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果如表3所示。

2 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險SD模型的建立

系統(tǒng)動力學(xué)最早由麻省理工學(xué)院Forrester教授提出，從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來尋找問題發(fā)生的根源，可以對長期性、復(fù)雜性的實際問題進行動態(tài)的定量研究[14]。針對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度整體性和連續(xù)性的特點，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，探究系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間的作用關(guān)系及影響路徑，并對單因素變化下的生產(chǎn)進度風(fēng)險進行仿真模擬。

2.1 確定系統(tǒng)邊界與研究假設(shè)

PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險系統(tǒng)會隨著進度的不斷推進，呈現(xiàn)出復(fù)雜性和動態(tài)性的特征，本文將“人-材料設(shè)備-技術(shù)-組織管理”視為一個整體，結(jié)合實際生產(chǎn)狀況做出以下假設(shè)。

假設(shè)1：將人員、材料設(shè)備、技術(shù)、組織管理作為PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險的內(nèi)生變量，并只考慮其相互作用產(chǎn)生的影響，其他因素例如：自然災(zāi)害、政府政策等不可抗力，作為外生變量不予考慮。

假設(shè)2：本研究的變量，僅代表風(fēng)險的相對值大小，不代表實際意義。

2.2 建立因果反饋關(guān)系和存量流量圖

風(fēng)險系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間存在相互影響、聯(lián)系的復(fù)雜關(guān)系，需建立因果反饋關(guān)系對各因素的關(guān)系進行梳理，從而建立因素間的初步聯(lián)系。以“PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險”為系統(tǒng)中心，通過因果鏈、反饋環(huán)，添加因果鏈極性，將“人員風(fēng)險”“材料設(shè)備風(fēng)險”“技術(shù)風(fēng)險”“組織管理風(fēng)險”相關(guān)的4個子系統(tǒng)連接起來，本文因果反饋回路較多，由于篇幅限制，故選擇其中一條回路進行分析：

缺乏專業(yè)人才↑→生產(chǎn)線機械化程度較低↑→制造工藝水平較差↑→構(gòu)件的精度較低↑→大規(guī)模定制水平較差↑

為進一步分析各個風(fēng)險因素之間的相互作用關(guān)系，在因果反饋關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立存量流量圖模型，以定量分析系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的反饋關(guān)系，如圖2所示，通過引入常量、輔助變量、狀態(tài)變量和速率變量，繪制出存量流量圖，能清楚地反映出各風(fēng)險之間的反饋過程。

圖 2 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險因素存量流量圖

2.3 系統(tǒng)方程的確定

各變量之間的函數(shù)關(guān)系需要利用Dynamo方程來表示，以技術(shù)風(fēng)險子系統(tǒng)為例，帶入上文中得到的風(fēng)險因素權(quán)重系數(shù)，系統(tǒng)方程如下：

1)生產(chǎn)線機械化程度較低=0.0152×缺乏專業(yè)人才

2)制造工藝水平較差=0.0569×生產(chǎn)線機械化程度較低

3)構(gòu)件的精度較低=0.03×模具通用性較低+0.0842×深化設(shè)計能力較差

4)深化設(shè)計能力較差=0.0152×缺乏專業(yè)人才

5)大規(guī)模定制水平較差=0.0569×生產(chǎn)線機械化程度較低+0.0767構(gòu)件的精度較低+0.1081×生產(chǎn)計劃制定不合理

6)技術(shù)風(fēng)險水平變化量=0.0844×制造工藝水平較差+0.0767×構(gòu)件的精度較低+0.0569×生產(chǎn)線機械化程度較低+0.0397×大規(guī)模定制水平較差+0.0842×深化設(shè)計能力較差

7)技術(shù)風(fēng)險= INTEG(技術(shù)風(fēng)險水平變化量,0)。

2.4 仿真分析

各子系統(tǒng)參數(shù)確定后，將邊界風(fēng)險因素數(shù)值及各函數(shù)關(guān)系式輸入相應(yīng)的對話框，通過Vensim PLE軟件進行仿真分析，設(shè)置本次模型仿真的時間邊界為12個月，運行步長為1個月。如圖3所示，PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險在預(yù)測期一年內(nèi)呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢，風(fēng)險峰值為5.81。

圖 3 PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險

由圖4可知，各個子系統(tǒng)的風(fēng)險值在1年內(nèi)變化從大到小，依次為：組織管理方風(fēng)險2.85、技術(shù)風(fēng)險2.02、材料設(shè)備風(fēng)險：0.99、人員風(fēng)險0.42。

圖 4 各子系統(tǒng)風(fēng)險變化分析

其次，通過對各子系統(tǒng)變動模擬確定各個因素對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度的影響，即在其他子系統(tǒng)風(fēng)險因素不變的情況下,分別對每個風(fēng)險因素中的所有因子的風(fēng)險值減少20%進行模擬，對模型進行系統(tǒng)動力模擬后，可以直觀的看到風(fēng)險因素隨時間變化的具體風(fēng)險走勢情況(圖5)。由圖5可知，當(dāng)每個因素風(fēng)險減少20%時，組織管理風(fēng)險偏離初始曲線最嚴(yán)重，風(fēng)險值下降了61%，其中，導(dǎo)致組織管理風(fēng)險發(fā)生的主要因素為生產(chǎn)計劃制定不合理、管理者經(jīng)驗不足、信息化管理水平較低。因此，重點對組織管理風(fēng)險的關(guān)鍵因素進行控制可有效降低PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險水平。

圖 5 單因素風(fēng)險控制效果對比

2.5 風(fēng)險管控措施

1)合理制定生產(chǎn)計劃

PC構(gòu)件生產(chǎn)方面對日益增多的訂單量，需要改變以往依靠個人經(jīng)驗盲目安排生產(chǎn)的粗放式管理模式，以滿足市場需求。PC構(gòu)件廠生產(chǎn)訂單來源于不同施工方，首先應(yīng)根據(jù)各訂單提供的施工吊裝計劃進行生產(chǎn)批次組合，生成生產(chǎn)需求計劃。以重新組合后的生產(chǎn)需求計劃為對象，結(jié)合生產(chǎn)能力和生產(chǎn)線特點，生成PC構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度計劃，用于指導(dǎo)工廠生產(chǎn)。既能有效避免人工排產(chǎn)的盲目性，又能提高生產(chǎn)效率進而整體提高產(chǎn)能。

2)提高PC構(gòu)件廠信息化管理

鼓勵PC構(gòu)件廠積極應(yīng)用BIM技術(shù), 提高信息化管理水平。一方面，構(gòu)件廠利用信息技術(shù)平臺，以BIM模型為基礎(chǔ)，提取各階段材料的種類和用量，進行物料采購與生產(chǎn)計劃的制定。另一方面，通過信息化平臺進行協(xié)同工作，實現(xiàn)與其他參與方的高效溝通，減少信息傳遞過程的損耗，保證信息及時傳遞。

3 結(jié)論

1)利用文獻(xiàn)分析法和半結(jié)構(gòu)化訪談，梳理出了影響構(gòu)件生產(chǎn)進度的主要風(fēng)險因素，并利用熵確定出了各風(fēng)險因素的權(quán)重，得出生產(chǎn)計劃制定不合理、管理經(jīng)驗不足、信息化管理水平較低等指標(biāo)對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險影響較大。

2)運用系統(tǒng)動力學(xué)構(gòu)建了PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險模型，模擬各變量和要素之間的作用關(guān)系，得出組織管理風(fēng)險對PC構(gòu)件生產(chǎn)進度影響最大，其次是來自技術(shù)風(fēng)險、材料設(shè)備風(fēng)險和人員風(fēng)險，并根據(jù)仿真結(jié)果提出相應(yīng)的管控措施，通過合理制定生產(chǎn)計劃和提高PC構(gòu)件廠信息化管理水平等途徑提高進度風(fēng)險管理能力。

3)通過系統(tǒng)動力學(xué)模型預(yù)測風(fēng)險值的變化規(guī)律，結(jié)果表明PC構(gòu)件生產(chǎn)進度風(fēng)險與模擬時間范圍呈正相關(guān)，隨著時間范圍的擴大，風(fēng)險水平逐漸增加，為管理人員了解進度風(fēng)險變化規(guī)律，開展防范措施提供參考意見。