裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險評價研究

常晉榮，閆林君

（蘭州交通大學 土木工程學院，蘭州 730070）

為滿足人民群眾對高品質(zhì)住宅的美好生活向往，住宅建設(shè)勢必要擺脫對傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造方式的依賴與束縛來提升住宅建筑產(chǎn)品的長久性與質(zhì)量［1］.裝配式住宅因具有節(jié)能減排、可增強建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點，再加上政府對于“雙碳目標”與綠色建筑的重視，而成為各行各業(yè)的關(guān)注焦點.但我國裝配式住宅的發(fā)展與其他發(fā)達國家相比仍相對滯后，存在建設(shè)經(jīng)驗不足與質(zhì)量管理體系不健全等現(xiàn)實問題，且裝配式住宅建設(shè)環(huán)節(jié)較多，涵蓋了從項目前期策劃、預制構(gòu)件設(shè)計、加工生產(chǎn)、運輸?shù)绞┕さ跹b的全部階段，建設(shè)周期內(nèi)各環(huán)節(jié)相關(guān)參與者協(xié)同度低、作業(yè)人員專業(yè)技術(shù)熟練度不足等影響因素極易導致質(zhì)量缺陷問題頻發(fā).因此，對裝配式住宅建設(shè)項目建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素進行全面識別與系統(tǒng)性綜合評價對于把握潛在質(zhì)量風險及保證建筑實體質(zhì)量安全具有重要意義.

目前，國內(nèi)外相關(guān)專家學者關(guān)于裝配式建筑質(zhì)量方面的研究取得了一定成果，Kalasapudi等［2］整合自適應3D成像與空間模式分析方法，通過對預制構(gòu)件進行頻繁的擬合分析來有效控制質(zhì)量；Lu等［3］運用BIM模型將原有的分散獨立企業(yè)相互連接，對所需建筑材料進行動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控以改善工程質(zhì)量；齊寶庫等［4］、劉鑫［5］從施工前、施工中以及施工后三個階段出發(fā)，運用層次分析-模糊綜合評價法對裝配式建筑施工質(zhì)量進行評價研究，并根據(jù)評價結(jié)果提出相應改進措施，具有較好的應用價值；王星凱［6］、石霖凱等［7］對預制裝配式混凝土住宅建設(shè)項目實施階段質(zhì)量影響因素進行分析與管理研究，為裝配式住宅質(zhì)量控制提供有效的理論支撐.綜合以上文獻研究成果不難發(fā)現(xiàn)，對于裝配式建筑質(zhì)量研究主要集中于某一方面或某一階段，缺乏全建設(shè)周期質(zhì)量風險影響因素系統(tǒng)研究，并且所采用評價指標權(quán)重確定方法與評價模型較為單一，多受人為主觀意愿的影響，使最終評價結(jié)果具有片面性.

針對以上不足，本文以裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險評價為研究對象，從全建設(shè)周期出發(fā)，利用全面質(zhì)量管理理論（total quality management，TQM）［8］中“人、機、料、法、環(huán)”4M1E的方法，對建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素進行全面剖析與系統(tǒng)分類來構(gòu)建評價指標體系；運用熵權(quán)法確定指標權(quán)重，并運用正態(tài)云模型進行質(zhì)量風險綜合評價研究，可有效實現(xiàn)評價指標定性概念到定量數(shù)值的有效轉(zhuǎn)換，以保證評價結(jié)果的準確性.

1 構(gòu)建評價指標體系

裝配式住宅由工廠加工制造的預制構(gòu)件在施工現(xiàn)場通過一定的拼接與機械自動化技術(shù)吊裝而成，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建造方式相比，其建設(shè)周期內(nèi)所含環(huán)節(jié)較多，各階段潛在質(zhì)量風險影響因素復雜繁多且相互作用，如圖1所示.因此在建設(shè)過程中需要投入更多的人員、機械等方面基本要素來進行質(zhì)量管理并做好充分協(xié)調(diào)工作，以免引發(fā)質(zhì)量波動，進而影響住宅建設(shè)項目整體質(zhì)量.

圖1 裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)各階段及具體內(nèi)容Fig.1 Stages and specific contents within construction cycle of prefabricated residence

鑒于目前我國裝配式建筑仍以裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程為主，且政府出臺的相關(guān)標準規(guī)范與政策文件多針對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)［6］，故從裝配整體式混凝土住宅項目著手，在依據(jù)相關(guān)規(guī)范［9-10］及參考現(xiàn)有文獻成果［4-7，11-13］的基礎(chǔ)上，結(jié)合Delphi法從“人、機、料、法、環(huán)”4M1E五個方面全面識別質(zhì)量風險影響因素并將其進行分析歸納，最終確定22個細化指標來構(gòu)建裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標體系，如圖2所示.

圖2 裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標體系Fig.2 Evaluation index system of quality risk influencing factors in construction cycle of prefabricated residence

2 基于熵權(quán)法-正態(tài)云模型的綜合評價方法

2.1 確定指標賦權(quán)方法

權(quán)重是指某一因素或指標對于某一事物的相對重要程度，它反映了各風險影響因素評價指標對裝配式住宅項目建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量影響程度的量，其合理性直接影響分析結(jié)果的準確性，故評價指標賦權(quán)方式的選擇尤為重要.

熵權(quán)法［14］是一種根據(jù)評價指標變異程度來確定權(quán)重的客觀賦權(quán)方法，它通過計算裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標的信息熵確定每個指標的熵權(quán)，再利用熵權(quán)修正每項評價指標的比重，從而獲得較為客觀的指標權(quán)重，能夠克服主觀因素造成的權(quán)重差異，適應性較強，因此選擇熵權(quán)法作為權(quán)重確定方法，具體實施步驟如下：

1）假設(shè)n個專家對m個指標進行評價，將收集的數(shù)據(jù)進行整理，形成原始數(shù)據(jù)矩陣R

2）采用越大越優(yōu)型指標對原始數(shù)據(jù)矩陣R進行標準化處理

故裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標的權(quán)重為wj=（w1，w2，…，wn）.

2.2 云模型基本理論及算法

2.2.1 云模型原理

云模型［15-17］是由我國工程院院士李德毅于1995年以概率論及模糊數(shù)學為基礎(chǔ)提出的一種研究模糊性與隨機性之間關(guān)聯(lián)作用的概念，它通過3個數(shù)字特征，即期望Ex，熵En，超熵He三者之間的雙重性有機關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)定性概念與定量數(shù)值之間的相互映射，可有效克服模糊理論的不徹底性，使得綜合評價結(jié)果更有說服力.

2.2.2 云模型定義

云模型定義為：設(shè)U為一個定量論域，U上的定性概念為C，若定量值x∈U，則定量值x是定性概念C的一次隨機實現(xiàn)，且x對C的隸屬度u（x）∈［0，1］是具有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù).?x∈U有x→u（x），則將x在論域U上的分布稱為云，每一個（x，u（x））稱為一個云滴［16］.云模型類型多樣，但圖2所示裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標大多為定性指標，缺乏統(tǒng)一的評價標準和參考數(shù)值，故采用正態(tài)云模型，可有效實現(xiàn)評價指標定性概念到定量數(shù)值的有效轉(zhuǎn)換，以保證評價結(jié)果更具客觀性.

2.2.3 云模型數(shù)字特征及數(shù)值確定

在正態(tài)云模型中期望Ex為最能代表定性概念的點，由式（7）確定；熵En為論域區(qū)間內(nèi)定性概念的取值范圍，由于I作為各個評價等級相互過渡的臨界值，所以邊界值屬于左右兩個等級且隸屬度相等，則有exp［-（Imax-Imin）2／8（En）2］=0.5，即熵由式（8）計算得出；超熵He的大小可根據(jù)評語情況進行調(diào)整，若He的取值越小，則云的厚度越小，反之則越大，本文超熵值He取0.1.

2.2.4 云發(fā)生器

云發(fā)生器是指云的生產(chǎn)算法，它的建立可有效實現(xiàn)評價指標定性概念與定量數(shù)值之間的互相轉(zhuǎn)換.其中，正向云發(fā)生器是由云的數(shù)字特征C（Ex，En，He）生成云滴算法的過程；而逆向云發(fā)生器則是正向云發(fā)生器的逆過程，是將一系列精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為由數(shù)字特征表示的定性概念的算法［17］，本文研究中皆使用到以上兩種云發(fā)生器.

1）正向云發(fā)生器具體計算步驟

①以En為期望、He為方差得到正態(tài)隨機數(shù)En′i～（En，He）；

2.3 確定質(zhì)量風險評價評語等級

風險是對未來結(jié)果的不確定性描述，為更加準確評價裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險狀況，引入云模型對影響因素評價指標進行風險等級劃分與評價.將其建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險評價等級建立為高風險、較高風險、中等風險、較低風險、低風險，并假設(shè)評價閾值區(qū)間為（0，10），則各質(zhì)量風險評價等級對應閾值區(qū)間分別為（8～10）、（6～8）、（4～6）、（2～4）、（0～2）；且對應標準評語云模型的數(shù)字特征可由式（7）～（8）得出，結(jié)果如表1所列.

表1 建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險評價標準評語云模型數(shù)字特征Tab.1 Numerical characteristics of quality risk evaluation standard comment cloud model within the construction cycle

3 實例分析研究

3.1 工程概況

以某共有產(chǎn)權(quán)住宅項目二類居住用地為例進行研究分析，該建筑為裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，采用預制構(gòu)件包括預制外墻、預制內(nèi)墻、預制疊合樓板、預制樓梯、預制陽臺板及預制空調(diào)板，其預制率不低于40%.由于我國裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)項目的發(fā)展仍相對滯后，各階段作業(yè)人員專業(yè)技術(shù)熟練度以及質(zhì)量管理體系等影響因素會直接或間接影響到建設(shè)工程項目質(zhì)量，因此需要結(jié)合項目實際情況，開展建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險評價研究，根據(jù)評價結(jié)果把握質(zhì)量風險關(guān)鍵影響因素并及時做出質(zhì)量整改，以保證該項目順利實施.

3.2 數(shù)據(jù)收集與指標權(quán)重確定

結(jié)合項目相關(guān)資料及建設(shè)過程實地調(diào)研分析結(jié)果，邀請8位該住宅建設(shè)項目參建單位的技術(shù)人員、質(zhì)量管理人員以及相關(guān)專家學者成立專家小組，根據(jù)自身知識儲備及多年累積的實踐經(jīng)驗對圖2所示建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素相對重要程度進行賦值評價，運用專家賦值打分法輔助研究.根據(jù)專家打分結(jié)果，按照熵權(quán)法具體步驟可計算得出裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標權(quán)重結(jié)果，如表2所列.

3.3 云模型綜合評價

3.3.1 計算各評價指標云模型數(shù)字特征

根據(jù)8位專家打分結(jié)果，利用逆向云發(fā)生器（式（9）～（12））可計算裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素評價指標的云模型數(shù)字特征值結(jié)果，如表3所列.

表3 建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素各評價指標云模型數(shù)字特征值Tab.3 Numerical characteristic values of the cloud model of each evaluation index of quality risk influencing factors in construction cycle

3.3.2 計算綜合云模型數(shù)字特征

在評價指標云模型數(shù)字特征值的基礎(chǔ)上結(jié)合表2權(quán)重計算結(jié)果，可由式（13）～（15）計算出一級指標以及建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險綜合云模型數(shù)字特征值，如表4所列；其結(jié)果可用一個一維綜合云表示，如圖3所示.

圖3 一級指標及綜合風險對比云圖Fig.3 Comparative nephogram of first-level indicators and comprehensive risk

表4 一級指標以及建設(shè)周期質(zhì)量風險綜合云模型數(shù)字特征值Tab.4 Numerical characteristic values of the first-level indicators and the comprehensive cloud model of quality risk in construction cycle

3.4 評價結(jié)果分析及對策建議

從一級評價指標與建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險綜合云模型數(shù)字特征值結(jié)果以及對應風險對比云圖來看：

1）人員因素風險最高，云滴分布大部分處于較高風險區(qū)域，與全面質(zhì)量管理理論中著重強調(diào)“人的行為”思想吻合.在住宅項目建設(shè)實踐過程當中，應重點關(guān)注建設(shè)資源合理配置與分工管理，提高各個環(huán)節(jié)相關(guān)參與者協(xié)同度；根據(jù)項目實際情況適時開展技術(shù)培訓活動來提升作業(yè)人員對于裝配式住宅各項工序的了解度與技術(shù)熟練度，以使生命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)協(xié)同運轉(zhuǎn)；

2）機械與物料方面因素分別呈中等略偏較低風險、中等微偏較高風險，但總體處于風險可控狀態(tài)，著重強調(diào)預制構(gòu)件的生產(chǎn)精度以及機械設(shè)備的選型與調(diào)試要符合項目設(shè)計與施工吊裝要求，加強構(gòu)件生產(chǎn)與施工管理，避免質(zhì)量問題的發(fā)生；

3）方法因素處于中等偏較高風險，在裝配式建筑建造過程中，不僅要關(guān)注質(zhì)量管理與追溯體系的建立與完善，保證在發(fā)生質(zhì)量問題時能夠及時協(xié)調(diào)處理，還要重視引進和運用BIM等先進信息化技術(shù)來實現(xiàn)各項工序之間信息暢通，降低信息傳遞不及時帶來的風險，更重要的是在裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅中把握構(gòu)件節(jié)點、接縫連接要滿足承載力與精度要求，確保建筑結(jié)構(gòu)實體質(zhì)量安全可靠；

4）環(huán)境因素的風險最低，雖處于較低微偏中等風險，但也不能忽視國家政策調(diào)控帶來的變化，應完善相關(guān)技術(shù)與質(zhì)量標準規(guī)范及法律法規(guī)，使得裝配式住宅質(zhì)量管理有章可循；

5）裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量綜合風險總體呈中等可控狀態(tài)，但仍不可掉以輕心，重點把握人員、方法這兩個方面質(zhì)量控制要點，保證項目順利實施以達到高質(zhì)量完成的目的.

4 結(jié)論

1）在參考現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合Delphi法從“人、機、料、法、環(huán)”4M1E五個維度全面識別裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險影響因素來構(gòu)建評價指標體系，所建立的評價指標體系相對比較完善，可供后續(xù)研究參考；

2）利用熵權(quán)法確定評價指標權(quán)重，能夠有效克服由于主觀因素造成的權(quán)重差異，以提高評價結(jié)果的準確性；選取正態(tài)云模型作為裝配式住宅建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量風險綜合評價模型，可有效實現(xiàn)評價指標定性概念到定量數(shù)值的有效轉(zhuǎn)換以及克服模糊理論的不徹底性，使得綜合評價結(jié)果更具說服力；

3）以某共有產(chǎn)權(quán)住宅項目為例加以驗證選用評價方法的適用性，最終評價結(jié)果表明該裝配式住宅項目建設(shè)周期內(nèi)質(zhì)量綜合風險呈中等可控狀態(tài)，在項目建設(shè)過程中，要重點關(guān)注人員、方法方面質(zhì)量管控要點，提高各環(huán)節(jié)相關(guān)參與者協(xié)同度以及完善質(zhì)量管理體系，促進施工各環(huán)節(jié)協(xié)同運作，在出現(xiàn)質(zhì)量問題時能夠及時協(xié)調(diào)管理以保證項目整體質(zhì)量.