基于C-OWA算子與向量夾角余弦的裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價研究

鐘春玲，武金寶

吉林建筑大學 經(jīng)濟與管理學院,長春 130118

0 引言

裝配式建筑作為新型建筑工業(yè)化的代表,不僅要提高質(zhì)量、性能等要求,還要符合“四節(jié)一環(huán)?！钡葪l件.裝配式建筑是由工廠生產(chǎn)預制混凝土構件,然后通過相應的運輸方式運到現(xiàn)場,再采用可靠的安裝方式裝配而成的混凝土結構,相比傳統(tǒng)建筑施工,其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在減少污染、減少成本、提高質(zhì)量、縮短工期等方面.自2016年,國務院辦公廳印發(fā)《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》以來,對質(zhì)量管理要求也隨之增加.在裝配式建筑施工過程中,預制構件作為施工質(zhì)量的重要組成因素,其直接決定建筑的最終品質(zhì).因此,裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價可有效提高施工階段的質(zhì)量且有重要意義.

在裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價方面,國內(nèi)發(fā)展滯后,目前尚處于探索之中.齊寶庫等[1]人結合施工特點,運用AHP-綜合評價法將裝配式建筑施工階段的具體內(nèi)容分為施工前、施工中和施工后進行質(zhì)量評估.吳水根等[2]人通過對裝配式建筑結構部品分析,結合模糊綜合評價法將施工階段分為施工前、施工中和施工后.黃佳禎等[3]人根據(jù)施工工藝要求,分為施工準備、構件供應、施工操作和檢查驗收4個維度,通過粗糙集理論進行指標簡化、賦權和綜合評價.通過文獻可以看出裝配式建筑在施工內(nèi)容和施工工藝方面都在不斷提升,致使裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價體系在內(nèi)容上也需要不斷完善.另外,關于裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量相關的評價也相對缺乏,現(xiàn)在大多學者選用主觀性較強的方法,過程偏于復雜,不利使用.

本文在充分考慮裝配式建筑本身特點的基礎上,引用C-OWA算子與向量夾角余弦相結合的方法,以預制構件裝配進程作為具體的研究對象,建立由20個二級指標構成的構件施工質(zhì)量評價指標體系,將裝配式建筑預制構件施工的質(zhì)量影響因素進行逐一解釋,為評價提供更準確結果.

1 質(zhì)量評價體系的建立

預制構件施工質(zhì)量評價體系的構建是進行構件施工質(zhì)量評級的前提,需要分析傳統(tǒng)施工方式,并合理結合裝配式建筑預制構件施工特點,依據(jù)預制構件裝配流程,將評價體系分為目標層、準則層、指標層、檢查內(nèi)容.通過參考相關規(guī)范標準、咨詢相關領域?qū)＜液痛罅课墨I的匯總等,以及對評價內(nèi)容的逐級解釋,并且融合4M1E,最終確立相對全面的裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價體系,將其整體結構分為構件要素階段、裝配準備階段、裝配過程階段、裝配驗收階段,具體結構見表1.

表1 裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價體系Table 1 Construction quality evaluation system of prefabricated building components

續(xù)表1

1.1 構件要素

裝配式建筑預制構件大多數(shù)是采用工廠化生產(chǎn),構件本身的好壞直接關系到后期施工質(zhì)量,因此對構件進場的檢驗是必不可少的一個環(huán)節(jié).構件要素的影響因素,主要從構件外觀質(zhì)量、構件尺寸偏差、構件結構性能檢驗、構件粗糙面、鍵槽等質(zhì)量、構件標識、合格證明、固件預埋和預留情況等方面進行分析.

1.2 裝配準備階段

準備階段是為后續(xù)預制構件施工質(zhì)量作保障,同時也保證施工的有序進行.主要從圖紙會審及設計交底、專項施工方案、起重器械設備、信息化技術應用、專業(yè)化施工人員5個方面影響因素進行分析.

1.3 裝配過程階段

此階段是衡量預制構件施工質(zhì)量的核心,主要從測量放線、臨時支撐及固定措施、構件安裝位置及尺寸偏差、節(jié)點鋼筋連接及接縫質(zhì)量、施工現(xiàn)場及周邊情況5個方面影響因素進行分析.

1.4 裝配驗收階段

驗收階段是預制構件施工收尾工作,主要從資料完整程度、現(xiàn)場成品保護、結構實體驗收、裝配式混凝土結構分項工程檢驗4個方面影響因素進行分析.

2 評價方法概述

2.1 基于C-OWA算子評價指標賦權

根據(jù)建立裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價指標可知,施工時牽涉評價指標諸多,對評價指標賦權的科學與否直接影響到評價結果.為減輕專家對數(shù)據(jù)的主觀性判斷所致使的負面影響[6].本文引用基于組合數(shù)有序加權平均(C-OWA)算子對各指標進行客觀賦權.指標賦權的具體步驟如下:

第一步: 邀請n位相關領域?qū)＜?對施工質(zhì)量評價(構件要素、裝配準備、裝配過程、裝配驗收)指標的重要程度進行0～10打分,重要程度初始決策數(shù)據(jù)集由n位領域?qū)＜掖蚍种蠓謩e構成(a1,a2,a3,…ai,…an),將決策數(shù)據(jù)按照從大到小的特點排序并從0開始編號,得結果為(b1≥b2≥b3…≥bi…≥bn-1)即 (b0,b1,b2,…bi,…bn-1)

(1)

(2)

第四步: 最終計算施工質(zhì)量評價指標因素的相對權重ωi,即:

(3)

2.2 基于向量夾角余弦評價模型

裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價本就是以一種方法對待評價目標的評價實測值與理想值之間的比較,以確定他們之間的一致性程度.向量夾角余弦也稱余弦相似度,通過向量實測值與向量理想值之間的余弦值計算,促成幾何思維向代數(shù)思維的轉(zhuǎn)變,將裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價過程變得簡單方便.

第一步:對標準加權評價向量進行計算.1～9設定為文章指標的值域,數(shù)值越大說明越優(yōu).構件施工質(zhì)量評價體系中所有指標相對應的權重值分別乘以值域中最大值,構成標準加權向量U.

U=(9×ω1,9×ω2,9×ω3,…9×ωm),m=20

(4)

第二步:建立加權待評價向量.本文邀請相關領域n位專家,對構件施工質(zhì)量評價體系中所有指標加以合理1～9打分,并以平均分為最終分數(shù).

I=(i1,i2,i3,…im),m=20

(5)

將初始待評價向量I分別乘以施工質(zhì)量評價指標相對應的權重值ωm得到加權待評價向量V.

V=Im×ωm=(I1×ω1,I2×ω2…Im×ωm) ,m=20

(6)

第三步:計算質(zhì)量評價值.根據(jù)標準加權向量與加權待評價向量的夾角余弦得到兩向量夾角余弦值r.

(7)

第四步:建立評價標準.設區(qū)間[1,-1],評價值越趨向于1,則說明實測值與理想值夾角越小,余弦值越大,質(zhì)量越好,反之越差.

3 實例分析

以長春市某住宅小區(qū)為例.1#～18#建筑層數(shù)為負一至十七層,其中5#，7#～11#這6棟是裝配式建筑.

3.1 基于C-OWA算子賦權

確定指標權重,邀請6位相關領域?qū)＜疫M行(1～10)打分,以目標層構件要素階段為例,打分結果見表2.

表2 裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價指標打分Table 2 Construction quality evaluation index score of prefabricated building components

同條件下可以得到A中指標：

根據(jù)(3)公式可得到相對權重ωi:

ωi=(0.183,0.147,0.175,0.164,0.159,0.173)

隨之可得到評價體系中的所有相對權重見表3.

表3 裝配建筑預制構件施工質(zhì)量評價指標權重Table 3 Weight of construction quality evaluation index for prefabricated components of assembly building

3.2 基于向量夾角余弦評價模型

本文邀請5位經(jīng)驗豐富的相關專家,對評價體系進行1～9打分,且進行平均處理結果見表4.

表4 裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價平均處理結果Table 4 Average score table for construction quality evaluation of prefabricated building components

3.3 模型構建

由式(4)計算標準加權向量U:

由式(5)得到初始評價向量I:

I= (7,5,6,5,5,6,4,6,6,4,5,4,5,5,7,2,4,4,6,7)

由式(6)得加權待評價向量V:

由式(7)計算夾角余弦值r:

r=cos(U,V)=0.971

根據(jù)結果評價裝配式建筑預制構件等級.由表5可知,越接近于1值,說明等級越優(yōu),因此本施工質(zhì)量屬于良等級.同時,可以從圖1中清晰分辨出各環(huán)節(jié)的優(yōu)劣程度,數(shù)值越大質(zhì)量越優(yōu),反之越差.該對比圖可有效提高自身的不足之處,也為相關部門提供科學的監(jiān)督依據(jù).

表5 裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價等級Table 5 Construction quality evaluation grade of prefabricated building components

圖1 裝配式建筑預制構件施工質(zhì)量評價指標U,V對比Fig.1 Comparison of construction quality evaluation indexes U and V of prefabricated building components

4 結論

隨著建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,傳統(tǒng)建筑施工質(zhì)量評價已不能滿足現(xiàn)在的條件,因此本文充分考慮裝配式建筑預制構件施工特點,并根據(jù)對規(guī)范標準、專家訪談、文獻匯總等進行系統(tǒng)合理的指標挑選,提出較為全面的指標體系.對此可以很好看出預制構件裝配過程中的質(zhì)量,加強質(zhì)量管理,也為相關部門和單位提供一定依據(jù).

本文引入C-OWA算子,可以有效避免專家對評價指標的主觀賦權產(chǎn)生的不利影響,為評價結果夯實基礎.將向量夾角余弦引入裝配式建筑質(zhì)量評價中,不僅可以看出該方法的簡便易行,也為該領域工程技術人員提供一種新思路.通過實例分析,驗證C-OWA算子與向量夾角余弦相結合具有實際意義.