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        基于F-ANP的建筑材料質(zhì)量風險評價研究

        2015-04-14 12:28:36朱連濱孔祥榮
        計算機工程與應用 2015年1期
        關鍵詞:建筑材料準則矩陣

        朱連濱 ,孔祥榮 ,吳 憲

        1.北京工業(yè)大學 經(jīng)濟與管理學院,北京 100022

        2.北京市質(zhì)量技術監(jiān)督局,北京 100029

        3.北京建筑材料科學研究總院有限公司,北京 100041

        1 引言

        20世紀90年代美國學者Saaty等在層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)的基礎上,提出了針對系統(tǒng)間元素的交叉作用,以獨立單元和反饋為內(nèi)容提出了網(wǎng)絡分析法(Analysis Network Process,ANP[1],是一種新的決策科學方法。它是在AHP的基礎上,針對決策問題的結(jié)構具有依賴性和反饋性的情況,考慮到各因素或相鄰層次之間的相互影響,利用“超矩陣”對各相互作用并影響的因素進行綜合分析得出其混合權重,以解決相互依賴的問題。模糊網(wǎng)絡分析法(Fuzzy-Analysis Network Process,F(xiàn)-ANP)用超矩陣的形式來定量地表示影響程度的大小,使得F-ANP比AHP更能反映客觀實際問題的復雜性[2-10]。杜紅兵在分析三角模糊數(shù)學和ANP原理的基礎上,針對空管安全風險因素相互影響的特點,建立基于F-ANP的空管安全風險評估模型[10]。

        隨著我國城鎮(zhèn)化的迅猛發(fā)展,建材產(chǎn)品質(zhì)量風險日益突出,迫切需要建立一套科學、量化的風險監(jiān)控評估方法。建材產(chǎn)品質(zhì)量風險是一個涉及多方面因素的復雜系統(tǒng),各影響因素間存在相互影響和依賴的網(wǎng)絡關系。朱連濱等對北京市主要建筑保溫材料進行了全生命周期和環(huán)境效益評價[11],本文將基于網(wǎng)絡分析法和模糊綜合評價方法的應用特點,構建了基于模糊網(wǎng)絡評價理論的建材產(chǎn)品質(zhì)量風險評價模型,通過Super Decision(SD)軟件計算各指標的權重值,實現(xiàn)了F-ANP模型在建材行業(yè)質(zhì)量風險評價的成功應用。

        2 風險評價體系建立

        2.1 建材質(zhì)量風險的多層次、多級別風險評價指標

        建筑材料質(zhì)量風險評價的目的是,通過風險分析,實現(xiàn)風險的有效控制。根據(jù)評價目標及評價對象的特征,分別征詢專家對所設計的評價指標的意見,參考國內(nèi)外歷史突發(fā)事件數(shù)據(jù)和北京市建筑材料產(chǎn)品質(zhì)量信息統(tǒng)計數(shù)據(jù),根據(jù)已經(jīng)發(fā)生或者可能發(fā)生的事件,對風險事件進行整理與分類,確定建材質(zhì)量風險的多層次、多級別風險評價指標。主要包括:

        (1)質(zhì)量風險屬性層評價指標

        從產(chǎn)品質(zhì)量功能實現(xiàn)方面,識別建筑材料質(zhì)量風險表現(xiàn)形式,對已識別的屬性分別從可能性和后果進行評價。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、專家意見以及產(chǎn)品標準對質(zhì)量的規(guī)定,其質(zhì)量風險指標包括:結(jié)構損害、防火功能損害、隔熱功能損害、隔音功能損害、防水功能損害、裝飾功能損害、化學損害、輻射損害、其他損害共9個評價指標。

        (2)質(zhì)量風險控制體系評價指標

        質(zhì)量風險控制體系指標為影響產(chǎn)品質(zhì)量風險發(fā)生的控制因素,管理風險包括環(huán)境風險、技術風險、規(guī)則風險、市場風險、經(jīng)濟風險、組織管理風險6方面一級風險評價指標以及20個二級評價指標,詳見表1。

        表1 建材質(zhì)量風險的多層次、多級別風險評價指標

        2.2 基于網(wǎng)絡分析法的建材產(chǎn)品質(zhì)量風險評價模型

        ANP的典型結(jié)構由控制層和網(wǎng)絡層兩部分構成??刂茖邮堑湫偷腁HP遞階層次結(jié)構,設定決策目標與決策準則,每個準則還可以有子準則??刂茖又腥粲袃蓚€以上的準則,則這些準則對上隸屬于目標,對下分別控制一個網(wǎng)絡結(jié)構(若有子準則,向下類推)。若控制層中只有一個準則,這個準則實際上即為目標,此時模型便只有網(wǎng)絡層。其次,構造網(wǎng)絡層次,確定元素集,分析網(wǎng)絡結(jié)構和影響關系[12-15]。實際問題往往是復雜問題,面臨的幾乎都是既有內(nèi)部依存,又有循環(huán)的ANP網(wǎng)絡層次結(jié)構的情況,元素集包含的元素之間是有相互依賴和相互影響的,存在ANP網(wǎng)絡循環(huán),這是ANP網(wǎng)絡分析法中最為復雜的情況。利用ANP來構建建筑材料風險等級評價模型構建建材產(chǎn)品質(zhì)量風險的ANP評價模型,如圖1所示。

        圖1 建材產(chǎn)品質(zhì)量風險評價的ANP模型

        3 基于F-ANP的建筑材料質(zhì)量風險評價方法

        3.1 構建項目風險因素集

        基于建筑材料質(zhì)量的評價指標體系,建立風險因素集,即第一層,總風險因素集:

        3.2 構建項目風險評價集

        評價集是對各層次評價指標的一種語言描述,是專家、評審人對各評價指標所給出的評語集合,研究從各種風險對建筑材料產(chǎn)品質(zhì)量影響程度的大小考慮,將風險評價分為五個等級:

        3.3 確定模糊關系矩陣

        建立模糊關系矩陣,進行單因素評價:

        3.4 F-ANP法確定指標的權重

        由于F-ANP模型是一種網(wǎng)狀模型,對于模型的計算如超矩陣、極限矩陣計算等尤為復雜,若不借助于計算機軟件,很難將F-ANP模型應用到實際決策問題中去。SD軟件的出現(xiàn),成功實現(xiàn)了F-ANP計算的程序化,為F-ANP的實用推廣奠定了堅實的應用基礎[9-10,12]。應用SD軟件,可以對各個風險因素相互影響的關系以及大小進行判斷。首先建立各個風險因素集,以影響主要風險來源的6個方面作為評價的準則層,其下又分為若干元素,對元素進行兩兩比較;再進行一致性指標判斷得到如圖2的F-ANP評價SD模型。

        圖2 F-ANP評價SD模型

        構造判斷矩陣的方法與步驟如下:

        (1)在元素集C1(環(huán)境風險)中,以元素r11(資源)為準則,元素集C1中的元素r11(資源)、r12(地理)、r13(氣候),按照其對r11的影響大小進行間接優(yōu)勢度比較,即構造模糊判斷矩陣。判斷矩陣中各元素確定的標度如表2所示。

        表2 判斷矩陣中各元素確定的標度

        以元素r12(地理)為準則,元素集C1中的元素r11(資源)、r12(地理)、r13(氣候),按照其對r12的影響大小進行間接優(yōu)勢度比較,構造模糊判斷矩陣。

        以元素r13(氣候)為準則,元素集C1中的元素r11(資源)、r12(地理)、r13(氣候),按照其對r13的影響大小進行間接優(yōu)勢度比較,構造模糊判斷矩陣:

        從以上3個特征向量,可以得到元素集C1(環(huán)境風險)結(jié)構的定量表示,即模糊判斷矩陣W11。

        (2)重復以上步驟,得到元素集C2(技術風險),C3(制度規(guī)則風險),C4(市場風險),C5(經(jīng)濟風險),C6(組織管理風險)結(jié)構的定量表達,即模糊判斷矩陣W22、W33、W44、W55、W66。

        (3)依此類推,得到模糊判斷矩陣W12、W13、W14、W15、W16、W21、W23、W24、W25、W26、W31、W32、W34、W35、W36、W41、W42、W43、W45、W46、W51、W52、W53、W54、W56、W61、W62、W63、W64、W65,最終求出二級結(jié)構的定量表達,模糊超矩陣:

        (5)構造模糊加權超矩陣計算權重:

        3.5 評估建筑產(chǎn)品質(zhì)量風險指數(shù)

        在建立模糊評價矩陣和權重向量后,通過使用模糊復合算子M(·,⊕),對每個風險屬性進行評估,最后,應用模糊評價向量的正交化計算風險指數(shù)。計算結(jié)果可用于建材產(chǎn)品多種質(zhì)量屬性風險級別的判斷與比較。

        4 實例驗證

        建筑用聚苯板為目前用量最大的建筑墻體保溫材料之一,根據(jù)歷史的抽樣檢驗數(shù)據(jù),建筑聚苯板的主要質(zhì)量風險表現(xiàn)在材料的防火屬性方面。以建筑聚苯板的防火屬性的質(zhì)量風險對本文提出的建材質(zhì)量風險評價體系進行實例驗證,具有一定的代表性。

        4.1 建立模糊判斷矩陣

        為了綜合評價基于聚苯板防火性能的風險因素,邀請建材行業(yè)涉及工程技術、行業(yè)監(jiān)管等方面的專家20人組成評審團,以問卷調(diào)查的形式,對建筑材料質(zhì)量體系中綜合評價體系第二層元素進行單因素評價,通過對調(diào)查表的回收、整理、統(tǒng)計,得到評價結(jié)果的統(tǒng)計表如表3所示。

        根據(jù)表3建立模糊關系矩陣,即從U到V的模糊關系矩陣R,即對單因素進行評價。

        R1=(0.9,0.1,0,0,0)

        R2=(0.95,0,0.05,0,0)

        R3=(0.9,0,0.1,0,0)

        R4=(0.5,0.3,0.2,0,0)

        R5=(0,0.65,0.35,0,0)

        R6=(0.45,0.15,0.35,0,0.05)

        R7=(0.5,0.25,0.25,0,0)

        R8=(0.5,0.3,0.1,0.1,0)

        R9=(0.6,0.25,0.1,0.05,0)

        R10=(0.55,0.4,0.05,0,0)

        R11=(0.65,0.2,0.1,0.05,0)

        R12=(0.55,0.4,0.05,0,0)

        R13=(0.5,0.5,0,0,0)

        表3 防火功能損害風險因素評價調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計表

        R14=(0.65,0.3,0.05,0,0)

        R15=(0.6,0.35,0.05,0,0)

        R16=(0.55,0.45,0,0,0)

        R17=(0.45,0.45,0.1,0,0)

        R18=(0,0,0.25,0.45,0.3)

        R19=(0,0.8,0.2,0,0)

        R20=(0.55,0.3,0.1,0.05,0)

        由此得到模糊評價判斷矩陣為:

        4.2 F-ANP法確定權重

        根據(jù)4.1節(jié)的模糊評判矩陣,用SD軟件構造超矩陣、加權超矩陣、極限超矩陣,最終可得綜合優(yōu)勢度。

        SD軟件基于專家打分的環(huán)境風險中各影響因素重要性判斷矩陣及特征向量為(0.636 99,0.104 73,0.258 28),其中,一致性指標為0.037 03<0.1,符合一致性檢驗。

        技術風險中各影響因素的判斷矩陣,其判斷矩陣的特征向量為(0.328 47,0.671 53),其中,一致性指標為0<0.1。

        規(guī)則風險中各影響因素的判斷矩陣,其判斷矩陣的特征向量為(0.250 00,0.750 00),其中,一致性指標為0<0.1。

        市場風險中各影響因素的判斷矩陣,其判斷矩陣的特征向量為(0.033 62,0.100 79,0.175 77,0.310 19,0.379 62),其中,一致性指標為0.034 35<0.1,符合一致性檢驗。

        管理風險中各影響因素的判斷矩陣,其判斷矩陣的特征向量為(0.116 40,0.103 14,0.155 30,0.225 65,0.074 75,0.025 91,0.298 86),其中,一致性指標為 0.079 03<0.1,符合一致性檢驗。從極限矩陣中計算得出優(yōu)先級排序結(jié)果,如表4所示。

        表4 風險評級及排序

        從表4可以看出,現(xiàn)場管理、招投標管理、成本管理、進度管理、資金、規(guī)則完備性、規(guī)則合理性、技術成熟度、技術可行性對聚苯板產(chǎn)品防火屬性風險的影響較大。

        4.3 綜合評價

        綜合評價合成算子選擇M(·,⊕)型,即加權平均型算子,因為加權平均型算子適用于兼顧考慮整體因素的綜合評價。

        整體風險指數(shù)為:

        根據(jù)風險等級被定義為集合E,E={1,2,3,4,5},這里面的數(shù)字 1、2、3、4、5分別表示的級別是很低、低、中等、高和很高。4.143 274接近很高風險水平,說明聚苯板的防火風險屬性屬于較高級別風險。

        5 結(jié)論

        本文提出了適合建筑材料的F-ANP質(zhì)量風險評價體系,并以聚苯板為例進行了相關驗證,其評價結(jié)果與現(xiàn)行國務院《關于加強和改進消防工作的意見》(國發(fā)[2011]46號)以及住房和城鄉(xiāng)建設部下發(fā)的《關于貫徹落實國務院關于加強和改進消防工作的意見的通知》(建科[2012]16號)文中對外墻外保溫有機保溫材料加強防火質(zhì)量要求的相吻合,這表明該F-ANP建筑材料質(zhì)量風險評價體系具有較好的科學性、客觀性、實用性和優(yōu)越性,將為建筑材料質(zhì)量風險評價提供一種較為合理的評價方法。

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