基于AHP的FCE對建筑工程施工風險的評價及選擇

徐 婕 （中央財經(jīng)大學基建處，北京 昌平 100081）

0 前言

隨著施工技術(shù)的不斷進步，建筑工程呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)功能多樣、施工規(guī)模大、施工工期長、施工難度高、施工影響因素錯綜復(fù)雜等特點。因此，我國建筑工程的建設(shè)過程存在各種風險，若對這些風險不加控制，會造成很嚴重的工程質(zhì)量事故及人身安全事故。施工方案風險評價的重要性日益凸顯。常用的施工風險評價方法包括專家打分法、德爾菲法、蒙特卡洛法、層次分析法、CIM模型、模糊分析法等，但每種方法都存在各自的缺點與局限性。

相比常用風險評價方法，基于AHP的FCE評估結(jié)果更具有客觀性與邏輯性，可以將無法定量的因素合理的定性分析。在FCE綜合分析模型中引入AHP確定權(quán)重，進行數(shù)學矩陣運算，得到客觀的風險評估結(jié)果，從而選擇最低風險的施工方案，為建筑工程質(zhì)量與施工安全奠定基礎(chǔ)。

1 AHP確定權(quán)重

AHP全稱Analytic Hierarchy Process，優(yōu)點在于將人類主觀判斷用數(shù)量表達和處理，克服了德爾菲法及專家打分法的主觀隨意性，把復(fù)雜問題分解成若干層次和要素，是定性定量分析有效結(jié)合的多目標決策方法。AHP風險分析主要是基于項目工作分解結(jié)構(gòu)WBS（Work Breakdown Structure）獲得可操作的工作包，通過對每個工作包的風險分類與辨識得到項目風險清單及風險分解結(jié)構(gòu)RBS（Risk Breakdown Structure）。

1.1 由WBS工作分解結(jié)構(gòu)構(gòu)造RBS風險分析結(jié)構(gòu)

工作分解結(jié)構(gòu)是層次分析法中最基礎(chǔ)也是最重要的一個環(huán)節(jié)。由于工作分解結(jié)構(gòu)的形式并不統(tǒng)一，因此在進行工作分解結(jié)構(gòu)時，必須要遵循工作相似性原則。按照單項、單位、分部、分項的順序?qū)⒐こ谭纸鉃榭晒芾淼墓ぷ靼?/p>

運用德爾菲法對每個工作包進行風險分類和識別，構(gòu)建項目風險清單。根據(jù)工作包分辨風險因素類別，包括自然環(huán)境風險、經(jīng)濟風險、政治風險、設(shè)計風險、施工風險、其他風險、組織管理風險、合同風險、人材機質(zhì)量風險。人、機、料、法、環(huán)等方面對可能導致事故的致險因子進行分析。

①人，指有關(guān)作業(yè)人員的素質(zhì)，包括責任感、安全意識、技能水平等；

②機，指機械、設(shè)備等是否運行正常，是否具有本質(zhì)安全性；

③料，材料本身的特性、材質(zhì)、規(guī)格等符合安全要求；

④法，指作業(yè)方式、工藝、方法和技術(shù)措施符合安全要求；

⑤環(huán)，指人的作業(yè)環(huán)境，機械設(shè)備的工作環(huán)境。

根據(jù)項目分解結(jié)構(gòu)以及羅列出來的風險因素構(gòu)造出該方案的風險結(jié)構(gòu)表，并確定目標層、準則層、指標層和方案層。

風險結(jié)構(gòu)表

1.2 構(gòu)造判斷矩陣確定權(quán)重系數(shù)

利用專家評判法每層因素兩兩比較得到結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣，矩陣各行元素的幾何平均值，并將歸一化，即是每個風險因素的權(quán)重系數(shù)ωi。由于層次分析法在兩兩因素比較中涉專家評判，因此要對專家主觀一致性加以檢驗。

圖1 FCE分析流程圖

2 FCE模糊綜合評價法

FCE全稱Fuzzy Comprehensive Evaluation。為一些無法用數(shù)字來定量描述的影響因素和活動提供了概念化結(jié)構(gòu)，并用數(shù)學的語言分析和解決。模糊綜合分析法的優(yōu)點對于一些只能定性描述無法定量描述的問題通過模糊數(shù)學手法建立數(shù)學模型。這種模糊的數(shù)學手法并非拋棄數(shù)學應(yīng)有的嚴謹邏輯，而是以更嚴格的數(shù)學方法處理模糊現(xiàn)象。

2.1 模糊綜合分析法的主要步驟

①根據(jù) RBS 分層建立風險集 ，U={U1，U2，U3，…，Un}

②劃分評價等級 V,V={V1，V2，V3，…，Vn}?？煞譃閂=｛很高，較高，中等，較低，很低｝

③確定隸屬度及模糊矩陣

簡單來說，確定隸屬度就是確定風險集中每個風險子因素隸屬的評價等級。

確定定量因素的隸屬度方法有線性法和圖形法。確定非定性因素的隸屬度方法有概率統(tǒng)計法、相對比較法、對比平均法、優(yōu)先關(guān)系排序法。一般采用較多的是專家打分法或德爾菲法與概率相結(jié)合的方法確定定性因素的隸屬度及模糊矩陣。

④結(jié)合AHP法確定的權(quán)重ω和各風險因素的模糊矩陣S，采用U=ω·S進行綜合評價。

2.2 多級綜合評價模型

運用專家打分法確定每個風險子因素的隸屬度，應(yīng)聘請國內(nèi)外本行業(yè)中知名、有較高學術(shù)造詣并且具有社會責任心的專家學者來為每個風險因素評價。即可得到每個方案中的風險子因素的評價隸屬度集合Sij（S{X,Y,Z}）。

2.3 各方案（X,Y,Z）的一階模糊評價

方案S{X,Y,Z}的一階風險模糊評價：

①項目外部風險評價：

②技術(shù)風險評價：

③非技術(shù)風險評價：

2.4 各方案S（X,Y,Z）的二階模糊評價

2.5 確定綜合評估結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則，在“很高、較高、中等、較低、很低”五級風險影響程度評語中，選取各結(jié)果中最大數(shù)所對應(yīng)的風險評估等級。最后在各方案之間選擇風險等級最低的，即可選為最適合的低風險方案。

表1 風險評語對應(yīng)具體數(shù)值

3 應(yīng)用實例

3.1 工程概況

新建的教學服務(wù)樓位于北京市昌平區(qū)沙河高教園，為中央財經(jīng)大學沙河校區(qū)建設(shè)工程的重要組成部分，是沙河校區(qū)學術(shù)交流與會議等各項工作并不可少的硬件條件。功能合理，設(shè)施先進的教學服務(wù)樓有助于提高學校的學術(shù)交流能力與教學科研水平，提升中央財經(jīng)大學的對外整體形象，提高學校的綜合競爭水平，推動學校的進一步發(fā)展。

教學服務(wù)樓要求與校區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的學院樓建筑風格融合度高，是一座既美觀又實用的教學實用樓。本項目總用地面積12261m2，建筑占地面積4650m2，總建筑面積19300m2，地上四層，建筑面積11700m2，地下一層，建筑面積7600m2，建筑檐口高度20m，局部檐口高度24m。教學服務(wù)樓功能設(shè)置主要為會堂、行政用房、生活福利及其他附屬用房，以及人防工程。計劃工期為790天；本工程總造價為12953.33萬元。

從建筑工程設(shè)計到具體施工工藝，現(xiàn)有三種施工方案X,Y,Z可供選擇。為了降低施工風險，確保工程質(zhì)量，運用AHP與FCE對各施工方案進行風險評價，如下以方案X為例說明計算過程。

3.2 AHP確定權(quán)重

教學服務(wù)樓項目按照單項、單位、分部、分項的工作分解順序，可分為3個分部工程：建筑工程、安裝工程和室外工程。8個分項工程：結(jié)構(gòu)工程、裝飾工程、給排水消防工程、采暖工程、空調(diào)工程、通風工程、電氣工程、電梯。分項工程可分解為若干個分項工程。如：建筑工程的分部分項工程為土石方工程、地基處理與邊坡支護工程、砌筑工程、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土及鋼筋混凝土工程、門窗工程、廠庫房大門及特種門、屋面防水工程和保溫隔熱防腐工程。裝飾工程可分為樓地面工程、內(nèi)墻工程、外墻工程、天棚工程、扶手欄桿欄板裝飾。

確定RBS后，邀請有經(jīng)驗的專家對層風險因素進行兩兩比較，經(jīng)評分可得若干判斷矩陣，并計算各判斷矩陣的權(quán)重、排序并做一致性檢驗。方案X的計算結(jié)果如表2所示。

表2 方案X層次總排序參數(shù)計算表

3.3 FCE模糊綜合分析

根據(jù)模糊綜合分析法的步驟建立FCE分析模型。建立風險集,U={自然環(huán)境風險，經(jīng)濟風險，政治風險，設(shè)計風險，施工風險，其他風險，組織管理風險，合同風險，人材機風險}，劃分評價等級V=｛很高，較高，中等，較低，很低｝。運用專家打分法確定每個風險因素的隸屬度并進行評價，將結(jié)果匯總與匯總于上表幾中，可得到若干模糊矩陣。方案X的計算過程如下：

①方案X一階風險模糊評價

項目外部風險評價：

技術(shù)風險評價：

非技術(shù)風險評價：

②方案X二價風險模糊評價

③根據(jù)最大隸屬度原則方案X的最大值為0.1788，根據(jù)風險評語對比表，此方案風險為很低的。同理可得Y、Z方案的風險最大隸屬度分別為0.5422、0.8372，根據(jù)風險評語表分別為中等、較高風險。因此風險最低的方案是方案X。

4 結(jié)語

通過中央財經(jīng)大學沙河校區(qū)教學服務(wù)樓的實例計算，詳細闡述基于AHP的FCE風險評價法在方案風險評估及選擇的運用，對建筑工程施工方案的選擇給出合理參考。通過AHP確定各風險因素的權(quán)重，并對權(quán)重進行一致性檢驗，確保了權(quán)重確定的客觀性與邏輯性。引入FCE綜合分析，為定性風險提供合理量化的方法?；贏HP的FCE風險分析法，充分發(fā)揮了層次分析法與模糊綜合評價的優(yōu)勢，有很好的運用前景。