基于TFAHP的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評估

王 越，劉冠權(quán)，奚 浩，張琳琳

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，山東 青島 266520；2. 山東省高校智慧城市建設(shè)管理研究中心，山東 青島 266520)

隨著建筑工業(yè)化的不斷發(fā)展，裝配式建筑規(guī)模的逐年增加，社會各界對裝配式建筑質(zhì)量問題的關(guān)注也日益增多。裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)是影響裝配式建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，由于管理機(jī)制不健全、技術(shù)設(shè)備不成熟和產(chǎn)業(yè)鏈不完善等問題的存在，使得裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也在加大，所以對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評估是提高裝配式建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵。

通過回顧現(xiàn)有專家研究成果發(fā)現(xiàn)，劉敬愛[1]從裝配式建筑部品的生產(chǎn)角度出發(fā)，提出要通過完善設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化去深化質(zhì)量設(shè)計(jì)問題；瞿富強(qiáng)[2]等運(yùn)用ANP-FUZZY方法對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的各類質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評價(jià)；侯學(xué)良[3]等提出1種基于三角模糊數(shù)的工程質(zhì)量耦合效應(yīng)的質(zhì)量評價(jià)方法；烏云娜[4]等將MOBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法引入?yún)f(xié)同識別模式，用以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量缺陷預(yù)警與原因的識別;謝世偉[5]分析存在于工程質(zhì)量管理中的一些主要問題并提出解決對策；曹新穎[6]等為提高裝配式建筑構(gòu)件生產(chǎn)過程中信息的準(zhǔn)確性以及管理的高效性，設(shè)計(jì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的質(zhì)量管理模型并將BIM-FRID技術(shù)應(yīng)用于模型中；劉杏紅[7]等采用TOM和BIM理論建立裝配式建筑質(zhì)量管理系統(tǒng)并介紹其應(yīng)用流程;張海霞[8]等采用AHP法對裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行劃分、構(gòu)建判斷矩陣同時進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重，提升評價(jià)的可靠性和準(zhǔn)確度?？v覽裝配式建筑質(zhì)量評價(jià)方法的相關(guān)研究，大多數(shù)文獻(xiàn)未能考慮相互關(guān)聯(lián)的質(zhì)量特征，均是從質(zhì)量指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上構(gòu)建的評價(jià)方法，效果有所欠缺。此外，專門針對預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量評價(jià)的研究很少，目前未能形成1個相對全面的體系。因此，建立系統(tǒng)全面的評估管理體系應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件是目前亟待解決的問題。

三角模糊數(shù)能夠在不確定環(huán)境下解決被評價(jià)事物的性能僅能用定性語言描述的問題，近些年也受到國內(nèi)外專家的關(guān)注并取得一些研究成果。針對預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素種類多的問題，定性與定量指標(biāo)的嚴(yán)重程度比較模糊導(dǎo)致綜合評價(jià)較難實(shí)現(xiàn)[9]，嘗試將三角模糊數(shù)引用到FAHP中構(gòu)建裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的評價(jià)模型。

1 基礎(chǔ)理論

模糊決策理論的應(yīng)用目前十分廣泛，三角模糊層次分析法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，解決因素邊界模糊且不易定量化的問題[10-11]，首先構(gòu)建多層次風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，根據(jù)專家打分構(gòu)造判斷矩陣，對指標(biāo)進(jìn)行綜合排序和歸一化處理，得到最終評估結(jié)果。TFAHP模型根據(jù)預(yù)制構(gòu)件在各個階段的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，將傳統(tǒng)AHP中判斷矩陣的精確數(shù)值改進(jìn)為三角模糊數(shù)，考慮到專家的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，減少針對預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)決策的主觀性，使得評估結(jié)果更加科學(xué)有效。

1.1 三角模糊數(shù)的定義和運(yùn)算法則

1.1.1 定義1

模糊數(shù)：假設(shè)R是實(shí)數(shù)集，R上任意一個模糊集∈F(R)稱為模糊數(shù)，滿足以下條件[12]：

2)對于λ∈( 0,1) ，Aλ=[x:uAλ(X)≥λ]是閉區(qū)間。

1.1.2 定義2

(1)

1.1.3 定義3

(2)

(3)

(4)

(5)

1.2 質(zhì)量指標(biāo)重要程度的三角模糊數(shù)表示法

在對建筑物質(zhì)量問題的調(diào)查中，評審專家常采用定性的表達(dá)方式，區(qū)別于傳統(tǒng)的AHP方法，通過三角模糊數(shù)能夠?qū)⒍ㄐ缘闹匾潭缺磉_(dá)方式通過可分析的數(shù)量化數(shù)值方式表示出[13]，以此最大程度消除被調(diào)查者主觀因素造成的不準(zhǔn)確性。將語意變量對應(yīng)的三角模糊數(shù)形式以0.1～0.9區(qū)間內(nèi)的標(biāo)度為準(zhǔn)，如表1和圖1所示。

表1 模糊數(shù)重要標(biāo)度

圖1 重要標(biāo)度

2 模型構(gòu)建

2.1 裝配式建筑構(gòu)件風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

裝配式建筑構(gòu)件所面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素有多種，包括自身生產(chǎn)條件的制約，也有外部環(huán)境的影響。在建立評價(jià)模型的過程中,最重要的步驟就是合理地選擇適合本項(xiàng)目實(shí)際情況的評價(jià)指標(biāo)。不同階段對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)如表2所示。

表2 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量評估指標(biāo)體系

與傳統(tǒng)建筑不同，裝配式建筑的完整性體現(xiàn)在整體安裝，其中，構(gòu)件作為安裝的基本單元，其質(zhì)量優(yōu)劣是裝配式建筑品質(zhì)高低的決定因素。若構(gòu)件的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則可能導(dǎo)致麻面、局部缺失混凝土造成的空洞、鋼筋裸露、不規(guī)則的缺棱掉角、預(yù)制構(gòu)件的裂縫、預(yù)埋件出現(xiàn)定位偏差[14]等質(zhì)量問題。不同預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)過程中使用的設(shè)備以及工藝稍有差異，但不影響整體的質(zhì)量評估。

深化設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)部門按照圖紙將裝配式建筑用于施工安裝的構(gòu)件進(jìn)行拆分組合，由于其對于現(xiàn)場實(shí)際施工情況以及工廠生產(chǎn)部件的工藝、機(jī)器、材料信息掌握不全面，在設(shè)計(jì)過程中就會產(chǎn)生質(zhì)量隱患。深化設(shè)計(jì)階段的工作雖在構(gòu)件制造前進(jìn)行但其也貫穿構(gòu)件生產(chǎn)的全過程。合同是否清晰、資料是否完整、人員設(shè)備材料是否準(zhǔn)備齊全、資金是否到位都是需要明確的問題。

構(gòu)件制作階段。由于構(gòu)件的生產(chǎn)廠家不同，其工廠的現(xiàn)場生產(chǎn)管理、生產(chǎn)環(huán)境、對于產(chǎn)成品的檢驗(yàn)就會存在差異，管理不科學(xué)、生產(chǎn)環(huán)境不完善、對于產(chǎn)成品的檢驗(yàn)不細(xì)致的廠家會直接造成產(chǎn)出的構(gòu)件不合格以至于為預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量留下隱患。

運(yùn)輸維護(hù)階段。雖然構(gòu)件已脫離生產(chǎn)過程，但由于其并沒有脫離生產(chǎn)管理的階段，因此，其風(fēng)險(xiǎn)因素同樣存在。在運(yùn)輸過程中，車輛尺寸、載重等指標(biāo)會影響到構(gòu)件是否能平穩(wěn)運(yùn)輸；對構(gòu)件的保護(hù)措施會影響到構(gòu)件是否完整；運(yùn)輸環(huán)境會影響到構(gòu)件是否能準(zhǔn)時到達(dá)施工現(xiàn)場以至于不影響工期。最后維護(hù)階段的場地環(huán)境、管理會影響到構(gòu)件是否能在安裝之前妥善被保管。

2.2 評估的方法步驟

1)明確判斷矩陣中各元素的尺度。

2)構(gòu)建三角模糊判斷矩陣集合，進(jìn)一步計(jì)算得到綜合矩陣A。

k=1,2,…,s}.

(6)

(7)

式中：N為質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)量，s為專家數(shù)。

3)計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合重要程度。

(8)

4)比較同層次指標(biāo)間各風(fēng)險(xiǎn)因素的重要程度。

(9)

5)計(jì)算各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素重要于前一層次其他風(fēng)險(xiǎn)因素的重要程度di并進(jìn)行歸一化處理。

di=V(Si>S1,S2,…,Sn)=minV(Si>Sk),

k=1,2,…,n且k≠I.

(10)

w′=[d1,d2,d3,…,dn]T.

(11)

(12)

最后得到風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重向量。

w=[w1,w2,w3,…,wn]T.

6)計(jì)算質(zhì)量因素綜合排序指標(biāo)向量。

W(wi)=wC.

(13)

式中：C為風(fēng)險(xiǎn)層各質(zhì)量因素相較于目標(biāo)層的因素權(quán)重向量。

(14)

3 實(shí)證分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

邀請3位專家參與裝配式預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評估，通過3位專家(假設(shè)評估能力相同)的評分情況構(gòu)建三角模糊判斷矩陣，以指標(biāo)最多的構(gòu)建制作層為例。

1)專家風(fēng)險(xiǎn)評分綜合分析。通過專家構(gòu)件生產(chǎn)階段的三角模糊矩陣評分，如表3所示。

表3 構(gòu)件生產(chǎn)階段三角模糊判斷矩陣

2)假設(shè)3位專家評估能力相同，則賦予他們相同的評分權(quán)重，得到綜合三角模糊判斷矩陣，如表4所示。

表4 綜合三角模糊判斷矩陣

3)利用式(8)計(jì)算得構(gòu)件制作層各指標(biāo)排序，如表5所示。

表5 構(gòu)件制作層各指標(biāo)排序

4)根據(jù)式(9)～式(12)計(jì)算得到構(gòu)件生產(chǎn)階段指標(biāo)綜合排序。單排序向量

5)進(jìn)行歸一化處理，得到構(gòu)件生產(chǎn)指標(biāo)權(quán)重向量

wB=(0.347,0.187,0.196,0.061,0.060,0.149).

重復(fù)構(gòu)件生產(chǎn)階段指標(biāo)計(jì)算步驟，得到深化設(shè)計(jì)指標(biāo)權(quán)重向量

wA= (0.148,0.225,0.117,0.382).

運(yùn)輸維護(hù)指標(biāo)權(quán)重向量

wc=(0.132,0.325,0.287,0.089).

6)假設(shè)該生產(chǎn)企業(yè)三階段對于目標(biāo)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的重要性相同，分別賦予其1/3的權(quán)重，即令C=1/3，那么各質(zhì)量指標(biāo)對應(yīng)目標(biāo)的綜合排序向量W(wA)=wAC=(0.049,0.075,0.039,0.127),同理，W(wB)=wBC=(0.116,0.062,0.065,0.020,0.020,0.050),W(wc)=wcC=(0.044,0.108,0.096,0.030)。

7)綜合上述步驟計(jì)算結(jié)果可得預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量評價(jià)的結(jié)果，如表6所示。

表6 質(zhì)量指標(biāo)綜合排序

由表6可知，在具體的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中，深化設(shè)計(jì)階段較為突出的是技術(shù)，構(gòu)件制作階段較為突出的是現(xiàn)場管理以及模板周轉(zhuǎn)，運(yùn)輸維護(hù)階段較為突出的是運(yùn)輸方案。原因之一在于我國建筑工業(yè)化發(fā)展還處在初級階段，針對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)管理相對還不夠完善。對于工程項(xiàng)目組織，其作為組織單位中最復(fù)雜的類別[15]，若缺少成熟的技術(shù)、完善的管理體系以及經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員，發(fā)展會更趨于緩慢。因此，技術(shù)管理、現(xiàn)場管理成為權(quán)重最大的兩個指標(biāo)。相關(guān)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該采取相對應(yīng)的管理改進(jìn)措施著重應(yīng)對權(quán)重大的指標(biāo)，同時不能忽視其他指標(biāo)帶來的影響，以綜合提升裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量，從而進(jìn)一步使裝配式建筑達(dá)到優(yōu)秀的質(zhì)量水平。

3.2 模型應(yīng)用

近年來，青島市裝配式建筑發(fā)展迅速，裝配式建筑占新建建筑比連年提高。以青島市某3家預(yù)制構(gòu)件廠為例，3家構(gòu)件廠在深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、運(yùn)輸維護(hù)方面各有優(yōu)勢。請3位專家對3家構(gòu)件廠進(jìn)行評分，利用式(14)計(jì)算各備選廠綜合得分情況，并根據(jù)分值做出決策。平均分值如表7所示。

表7 3家預(yù)制構(gòu)件廠平均分值

計(jì)算備選預(yù)制廠的綜合得分向量為Z=(62.12,60.54,61.97)。依據(jù)最優(yōu)原則，工廠M綜合得分最高，是最優(yōu)選擇，其次是G，N公司。從專家評分能夠看出，M工廠深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作各指標(biāo)得分較高，尤以勞動組織、現(xiàn)場管理權(quán)重較高的指標(biāo)得分均優(yōu)于其他廠，N工廠運(yùn)輸維護(hù)各指標(biāo)得分較高，G工廠各指標(biāo)較為均衡。

4 結(jié)束語

目前，我國關(guān)于裝配式建筑構(gòu)件質(zhì)量管理的研究相對較少，因此，針對裝配式建筑構(gòu)件的質(zhì)量管理問題，以裝配式構(gòu)件生產(chǎn)的三階段為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作、運(yùn)輸維護(hù)3個方面10個指標(biāo)的較全面的指標(biāo)體系。

基于三角模糊層次分析法構(gòu)建評估模型，在考慮到主觀評價(jià)值中存在模糊性的同時，兼顧到多層次多維度的問題結(jié)構(gòu)。通過TFAHP法得到影響裝配式建筑構(gòu)件質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，對于該類產(chǎn)品的評價(jià)方法有著啟示性的作用。

本文基于TFAHP對裝配式建筑構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評估方法進(jìn)行初步研究，并在方法最后提出運(yùn)用德爾菲法確定實(shí)例的各個指標(biāo)得分，可為相關(guān)部門在甄選構(gòu)件廠家時提供參考，通過指標(biāo)得分的排序優(yōu)選質(zhì)量符合要求的廠家，為后續(xù)組裝等環(huán)節(jié)排除安全隱患。后續(xù)的研究應(yīng)根據(jù)我國裝配式建筑構(gòu)件具體的發(fā)展需求提出更深入更完善的提升質(zhì)量的管理方法。