陳 偉， 孫翔君， 陳榮亮， 李 輝

(1. 武漢理工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430070； 2. 武漢三木和森建設(shè)有限公司， 湖北 武漢 430060； 3. 武漢市建筑節(jié)能辦公室， 湖北 武漢 430015)

當(dāng)前我國裝配式建筑建設(shè)規(guī)模急速擴(kuò)大，由于設(shè)計(jì)管控不當(dāng)導(dǎo)致的預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量和安全問題不斷凸顯。預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其管控活動(dòng)貫穿于裝配式建筑生產(chǎn)、運(yùn)輸及裝配各環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑相比，裝配式建筑的設(shè)計(jì)綜合性較強(qiáng)，需前置并統(tǒng)籌構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配各環(huán)節(jié)及各專業(yè)需求，且設(shè)計(jì)子任務(wù)之間具有持續(xù)反饋和動(dòng)態(tài)適應(yīng)的特點(diǎn)。繼續(xù)沿用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)管控模式，不僅難以發(fā)揮裝配式建筑優(yōu)勢，還會(huì)對建設(shè)質(zhì)量安全和建設(shè)進(jìn)度產(chǎn)生不利影響。因此，如何對裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行管控優(yōu)化成為亟待解決的問題。

對于此部分學(xué)者開展了相關(guān)的研究，部分學(xué)者研究了設(shè)計(jì)對預(yù)制構(gòu)件的影響，并提出深化設(shè)計(jì)方法，如：田東等[1]提出基于BIM的裝配式建筑深化設(shè)計(jì)的方法；縱斌[2]發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)合理性影響裝配式建筑施工安裝質(zhì)量，從構(gòu)件深化設(shè)計(jì)層面總結(jié)了裝配式建筑在設(shè)計(jì)和深化中的技術(shù)要點(diǎn)；陳偉等[3]提出裝配式建筑多維作業(yè)空間安全風(fēng)險(xiǎn)耦合，從施工角度探索質(zhì)量事故成因；宋濤[4]利用QFD(Quality Function Development)技術(shù)研究滿足各專業(yè)、各階段需求的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)質(zhì)量控制及生產(chǎn)過程質(zhì)量控制。已有研究對分析各設(shè)計(jì)要素之間及其對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控的相互作用機(jī)理仍然不足。鑒于裝配式預(yù)制構(gòu)件兼具制造業(yè)產(chǎn)品特征，可借鑒制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)管控相關(guān)研究成果。如Steward[5]提出設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)矩陣；Tripathy和Eppinger[6]采用DSM (Design Structure Matrix)結(jié)構(gòu)化方法進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的組織管理；盛海濤等[7]引進(jìn)了時(shí)間、成本及信息交叉點(diǎn)優(yōu)化，提出了以數(shù)字化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣及遺傳算法為基礎(chǔ)的新優(yōu)化算法；楊青等[8]提出基于DSM的返工風(fēng)險(xiǎn)的遺傳算法求解項(xiàng)目活動(dòng)的排序優(yōu)化問題；Yang等[9]結(jié)合DSM和聚類算法分析設(shè)計(jì)任務(wù)活動(dòng)的依賴關(guān)系；在上述成果基礎(chǔ)上，有學(xué)者[10]利用DSM對裝配式住宅設(shè)計(jì)流程進(jìn)行定量化研究，但未考慮設(shè)計(jì)返工的影響?？紤]到QFD方法可針對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)過程進(jìn)行多層次分析及DSM方法描述復(fù)雜項(xiàng)目的耦合關(guān)系及迭代過程的優(yōu)勢，可嘗試聯(lián)合運(yùn)用QFD和DSM方法來分析考慮返工影響的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控的任務(wù)排序優(yōu)化問題。

鑒于此，本文聯(lián)合運(yùn)用QFD和DSM方法建立裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控模型。利用QFD方法從裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素、功能結(jié)構(gòu)要素以及專業(yè)設(shè)計(jì)要素三個(gè)維度逐層分析影響預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控要素之間的關(guān)聯(lián)性；分析不同設(shè)計(jì)要素之間信息輸入和輸出的關(guān)系，構(gòu)建DSM矩陣并分析不同設(shè)計(jì)要素之間的返工影響，通過遺傳算法對設(shè)計(jì)任務(wù)排序優(yōu)化，并回溯反饋至預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素，減少預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中不必要的任務(wù)返工以及裝配現(xiàn)場安全事故的發(fā)生，從而達(dá)到對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行管控的目的。

1 構(gòu)件設(shè)計(jì)管控要素分析

裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控可分為目標(biāo)要求要素、功能結(jié)構(gòu)要素和專業(yè)設(shè)計(jì)要素，其管控活動(dòng)是依托預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)過程形成的。通過明確預(yù)制構(gòu)件的不同目標(biāo)要求要素由哪項(xiàng)功能結(jié)構(gòu)要素保證，這些功能結(jié)構(gòu)要素又是通過哪項(xiàng)專業(yè)設(shè)計(jì)要素來實(shí)現(xiàn)，使預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)更加清晰。

1.1 目標(biāo)要求要素

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)以及制造業(yè)中的產(chǎn)品質(zhì)量需求相比，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量需求更高。預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑工程多維作業(yè)空間質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)的關(guān)鍵載體，也是影響裝配式建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全的重要部件。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中模板漏漿、混凝土澆搗和養(yǎng)護(hù)不到位，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)致使預(yù)制構(gòu)件整體安全性能差，運(yùn)輸及吊裝方案不合理導(dǎo)致構(gòu)件倒塌，施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故，安裝定位效率過低等問題愈發(fā)常見。在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段產(chǎn)生的質(zhì)量和安全問題會(huì)體現(xiàn)在裝配階段，且由于裝配式建筑的不可逆性，問題發(fā)生所造成的返工會(huì)進(jìn)一步提高裝配式建筑的增量成本，進(jìn)一步阻礙裝配式建筑的發(fā)展。

通過CNKI檢索主題“預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要求”，共出現(xiàn)214篇文獻(xiàn)，篩選172篇文獻(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以文獻(xiàn)[2]為代表的有關(guān)研究成果圍繞提高施工效率的主題，提出了在方案和深化設(shè)計(jì)階段的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)；以文獻(xiàn)[11]為代表的研究成果圍繞工序簡明的主題，利用精益生產(chǎn)等技術(shù)優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程；以文獻(xiàn)[12]為代表的研究成果圍繞促使預(yù)算合理的主題，利用不同的造價(jià)控制方法分析了設(shè)計(jì)階段裝配式建筑造價(jià)管控關(guān)鍵點(diǎn)；以文獻(xiàn)[4]為代表的研究成果圍繞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主題，建立了不同的評價(jià)模型，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要度均位于前列；以文獻(xiàn)[1]為代表的研究成果為保證安裝精度高，提出了信息化及裝配現(xiàn)場控制等措施；以文獻(xiàn)[13]為代表的研究成果圍繞完善集成體系的主題，提出了依據(jù)專業(yè)化協(xié)同及產(chǎn)業(yè)鏈管控等思維模式確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)；以文獻(xiàn)[3]為代表的研究成果圍繞安全性強(qiáng)的主題，提出了面向設(shè)計(jì)過程的裝配式建筑安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施。在此基礎(chǔ)上對建設(shè)企業(yè)等7位行業(yè)人員進(jìn)行訪談，總結(jié)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)要求要素如表1、圖1所示。

表1 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)要求要素

圖1 預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)目標(biāo)要求要素統(tǒng)計(jì)

1.2 功能結(jié)構(gòu)要素

預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)過程與一般產(chǎn)品不同，其集成化、流動(dòng)性和協(xié)調(diào)性的特征使整個(gè)生產(chǎn)過程變得更加復(fù)雜，不利于管理和控制。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，會(huì)對預(yù)制構(gòu)件的功能造成不利影響，并會(huì)給后期的運(yùn)輸和施工環(huán)節(jié)帶來更嚴(yán)重的安全問題。在明確目標(biāo)要求要素的基礎(chǔ)上，通過對W市4家大型預(yù)制構(gòu)件廠進(jìn)行走訪和實(shí)地調(diào)研，根據(jù)裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)、運(yùn)輸及裝配流程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，確定影響預(yù)制構(gòu)件的功能結(jié)構(gòu)要素如表2所示。

表2 預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素

1.3 專業(yè)設(shè)計(jì)要素

預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)管控取決于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸和裝配各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中每一功能結(jié)構(gòu)要素都需提前考慮不同專業(yè)和不同階段設(shè)計(jì)的交互性。通過對10位從事裝配式建筑設(shè)計(jì)行業(yè)專家進(jìn)行訪談，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要素如表3所示。

表3 預(yù)制構(gòu)件專業(yè)設(shè)計(jì)要素

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)C1應(yīng)結(jié)合預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，保證達(dá)到現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)承載力且保證預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面的易連接性；混凝土澆筑設(shè)計(jì)C2指按照預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃澆筑混凝土且保證模具、預(yù)埋件等位置不發(fā)生偏差；連接設(shè)計(jì)C3確定鋼筋及預(yù)制構(gòu)件連接的施工工藝，保證安裝節(jié)點(diǎn)的功能性和安全性；標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)C4是考慮受力科學(xué)拆分，少規(guī)格多組合，保證構(gòu)件拆分和安裝標(biāo)準(zhǔn)化；機(jī)電管線設(shè)計(jì)C5前置至建筑設(shè)計(jì)階段，碰撞檢測保證精準(zhǔn)定位且對線盒及管線路徑優(yōu)化；模具設(shè)計(jì)C6根據(jù)預(yù)制構(gòu)件模數(shù)尺寸進(jìn)行生產(chǎn)，通過數(shù)控劃線精確安裝；預(yù)埋件設(shè)計(jì)C7需考慮機(jī)電線盒、套筒及構(gòu)件吊裝所需的預(yù)埋件，確定其位置并提前在模具中孔洞預(yù)留；考慮機(jī)械設(shè)備工作效率、工序作業(yè)時(shí)間，確定生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能，完成工藝流程設(shè)計(jì)C8；建設(shè)單位協(xié)助設(shè)計(jì)單位對構(gòu)件生產(chǎn)廠家做好設(shè)計(jì)交底C9，并針對施工單位做好技術(shù)交底；運(yùn)輸設(shè)計(jì)C10確定運(yùn)輸方式、距離、路線及保護(hù)措施，保證現(xiàn)場堆場布置的合理性；吊裝定位設(shè)計(jì)C11根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的大小和重量，選定起重設(shè)備塔吊型號，確定吊點(diǎn)及吊裝計(jì)劃；臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)C12根據(jù)不同的預(yù)制構(gòu)件確定臨時(shí)支撐的規(guī)格、型號，保證預(yù)制構(gòu)件在運(yùn)輸、堆放和安裝過程中的穩(wěn)定性；預(yù)制構(gòu)件配比C13指根據(jù)不同的圖紙和裝配率選擇不同的預(yù)制構(gòu)件組合，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和可行性。

2 模型建立與算法優(yōu)化

通過對預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控要素進(jìn)行分析，分別構(gòu)建目標(biāo)要求要素-功能結(jié)構(gòu)要素QFD矩陣和功能結(jié)構(gòu)要素-專業(yè)設(shè)計(jì)要素QFD矩陣，并計(jì)算得出專業(yè)設(shè)計(jì)要素DSM矩陣，建立QFD-DSM模型。在此基礎(chǔ)上利用遺傳算法對DSM矩陣重組得出預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)最優(yōu)任務(wù)排序。

2.1 QFD-DSM模型建立

(1)基本原理

本文建立的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控模型如圖2所示。

圖2 基于QFD和DSM的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控模型

質(zhì)量功能展開(QFD)是一種設(shè)計(jì)階段的映射方法，通過建立QFD矩陣反應(yīng)不同維度元素之間的依賴關(guān)系。首先將預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素映射到預(yù)制構(gòu)件的功能結(jié)構(gòu)要素上，接下來將功能結(jié)構(gòu)映射到不同的專業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而明確管控目標(biāo)，協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)工作。

設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(DSM)適用于復(fù)雜系統(tǒng)的識別、分析和管理。DSM矩陣可以清晰描述不同設(shè)計(jì)任務(wù)之間的反饋和返工迭代特性，其行列元素代表了預(yù)制構(gòu)件專業(yè)設(shè)計(jì)要素，對角線上的元素表示設(shè)計(jì)元素本身，非對角線上的元素表示不同設(shè)計(jì)活動(dòng)之間的信息交互關(guān)系。

(2)實(shí)施步驟

通過對預(yù)制構(gòu)件的目標(biāo)要求進(jìn)行調(diào)查和評估，利用粗?jǐn)?shù)理論確定預(yù)制構(gòu)件每個(gè)目標(biāo)要求的重要度。

建立目標(biāo)要求要素-功能結(jié)構(gòu)要素QFD矩陣，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求功能結(jié)構(gòu)要素的映射，利用粗?jǐn)?shù)理論確定目標(biāo)要求要素和功能結(jié)構(gòu)要素之間的依賴度，預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素的重要度計(jì)算公式為：

(1)

式中：βy為功能結(jié)構(gòu)要素的重要度；αx為目標(biāo)要求要素的重要度；QFD(x,y)為目標(biāo)要求要素和功能結(jié)構(gòu)要素之間的依賴度；X為目標(biāo)要求要素的數(shù)量；y為預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素的序號。

建立功能結(jié)構(gòu)要素-專業(yè)設(shè)計(jì)要素QFD矩陣，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)要素的映射，利用粗?jǐn)?shù)理論確定功能結(jié)構(gòu)要素和專業(yè)設(shè)計(jì)要素之間的依賴度，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要素的重要度計(jì)算公式為：

(2)

式中：γz為專業(yè)設(shè)計(jì)要素的重要度；QFD(y,z)為功能結(jié)構(gòu)要素和專業(yè)設(shè)計(jì)要素之間的依賴度；Y為功能結(jié)構(gòu)要素的數(shù)量；z為專業(yè)設(shè)計(jì)要素的序號。

預(yù)制構(gòu)件的每一個(gè)功能結(jié)構(gòu)要素都是由一個(gè)或多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)要素交互結(jié)合而成，根據(jù)功能結(jié)構(gòu)要素-設(shè)計(jì)要素QFD矩陣中專業(yè)設(shè)計(jì)要素與功能結(jié)構(gòu)要素之間的依賴度以及技術(shù)特性重要度計(jì)算出專業(yè)設(shè)計(jì)要素的自相關(guān)性，即設(shè)計(jì)要素DSM矩陣。計(jì)算公式為：

DSM(i,j)

(3)

式中：Ij→i表示功能結(jié)構(gòu)要素y對設(shè)計(jì)要素i和j有無制約關(guān)系，若無制約關(guān)系，則Ij→i=0，若有制約關(guān)系，則Ij→i=1。

2.2 基于遺傳算法的DSM優(yōu)化方法

在構(gòu)建QFD-DSM模型的基礎(chǔ)上，可以通過改變DSM矩陣的行列順序?qū)崿F(xiàn)對預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)任務(wù)順序優(yōu)化。目前，裝配式建筑的構(gòu)件設(shè)計(jì)優(yōu)化多依靠人工手動(dòng)優(yōu)化，但考慮到預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)復(fù)雜性，手動(dòng)優(yōu)化方法效率低下，會(huì)嚴(yán)重影響裝配式建筑的發(fā)展速度。遺傳算法是基于生物進(jìn)化理論求解最優(yōu)解問題的智能算法，其搜索過程不易陷入局部最優(yōu)?；诖吮疚慕Y(jié)合遺傳算法來實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要素DSM矩陣模型的重組和設(shè)計(jì)流程的最優(yōu)化。

在裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)任務(wù)之間的依賴關(guān)系會(huì)存在不確定性，會(huì)出現(xiàn)反饋返工和二次返工，故需考慮設(shè)計(jì)返工的概率和其會(huì)產(chǎn)生的影響。綜合考慮設(shè)計(jì)任務(wù)之間的反饋任務(wù)范圍和反饋質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，對DSM矩陣進(jìn)行排序重構(gòu)，加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件同一功能結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)活動(dòng)之間信息交互的活動(dòng)和次數(shù)，減少設(shè)計(jì)活動(dòng)之間不必要的聯(lián)系。

(1)編碼方法

本文主要研究設(shè)計(jì)要素的排序問題，每一個(gè)活動(dòng)的順序即可當(dāng)做一個(gè)解，故采用n進(jìn)制編碼。假設(shè)設(shè)計(jì)要素的總數(shù)為n，每個(gè)編碼位的取值為1，2,…,n，每個(gè)整數(shù)只用一次，基因鏈的長度為n。例如[1-2-3-7-8-9-4-5-6-11-10-13-14-12-15]為一個(gè)解，表示DSM中設(shè)計(jì)要素的一個(gè)順序，即[C1-C2-C3-C7-C8-C9-C4-C5-C6-C11-C10-C13-C14-C12-C15]。

(2)適應(yīng)度函數(shù)

本文在考慮返工個(gè)數(shù)和返工距離的基礎(chǔ)上，引入設(shè)計(jì)質(zhì)量因素，基于此綜合建立適應(yīng)度函數(shù)：

Fi=ωNCNC+ωRQRQ

(4)

(5)

(6)

(3)選擇函數(shù)

選擇主要是依據(jù)每個(gè)基因個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值Fi，適應(yīng)度值越大，表明該基因個(gè)體越好，被選中的概率也越大，對適應(yīng)度值采用輪盤賭的方式進(jìn)行選擇。選擇函數(shù)為：

(7)

(4)交叉

由于本文解的優(yōu)劣體現(xiàn)在設(shè)計(jì)要素的先后順序，且各項(xiàng)活動(dòng)僅出現(xiàn)一次，故采用隨機(jī)順序交叉法，具體操作如圖3所示。

圖3 交叉操作

(5)變異

在基因鏈中隨機(jī)選取兩個(gè)點(diǎn)交換順序，其他活動(dòng)的順序保持不變，如圖4所示。

圖4 變異操作

3 實(shí)證分析

3.1 構(gòu)建DSM矩陣

本文選取W市某裝配式建筑試點(diǎn)示范項(xiàng)目作為研究對象進(jìn)行實(shí)證分析。共發(fā)放80份調(diào)查問卷，最終收到69份有效問卷，其中6位來自建筑設(shè)計(jì)行業(yè)主管部門，建設(shè)單位12份，工程總承包單位5份，預(yù)制構(gòu)件廠8份，設(shè)計(jì)單位23份，高?？蒲泄ぷ髡?5份。問卷采用1,3,5,7,9五個(gè)值來量化三個(gè)維度之間的依賴度，每份問卷共172個(gè)反饋點(diǎn)。對回收的問卷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并反饋給被調(diào)研專家復(fù)核，確定預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素、功能結(jié)構(gòu)要素和專業(yè)設(shè)計(jì)要素的重要度以及相互之間的依賴度值。預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素重要度如表4所示。

表4 裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素重要度

首先，構(gòu)建預(yù)制構(gòu)件目標(biāo)要求要素-功能結(jié)構(gòu)要素QFD矩陣以及預(yù)制構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)要素-專業(yè)設(shè)計(jì)要素QFD矩陣；利用粗?jǐn)?shù)理論確定功能結(jié)構(gòu)要素對目標(biāo)要求要素的依賴度以及專業(yè)設(shè)計(jì)要素對功能結(jié)構(gòu)要素的依賴度；根據(jù)式(1)(2)分別計(jì)算功能結(jié)構(gòu)要素和專業(yè)設(shè)計(jì)要素的重要度；最后利用式(3)計(jì)算設(shè)計(jì)要素的自相關(guān)性，構(gòu)建專業(yè)設(shè)計(jì)要素DSM矩陣如表5所示。

表5 專業(yè)設(shè)計(jì)要素DSM矩陣

本文中的DSM矩陣表示預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要素之間的交互性，即各要素的值為設(shè)計(jì)變更對其他設(shè)計(jì)要素的影響，因此，表5所示的DSM矩陣即可視為返工影響矩陣RI(i,j)。同時(shí)利用專家打分法，得到設(shè)計(jì)要素返工概率矩陣RP(i,j)，如表6所示。

表6 返工概率矩陣

3.2 基于遺傳算法的優(yōu)化結(jié)果

利用遺傳算法，目標(biāo)函數(shù)取式(4)，設(shè)計(jì)要素質(zhì)量評價(jià)值見表7，設(shè)計(jì)活動(dòng)各項(xiàng)基礎(chǔ)參數(shù)取值分別取：種群規(guī)模50，遺傳代數(shù)200，交叉概率0.9，變異概率0.1，ωNC=0.5，ωRQ=0.5，ωn=0.6，ωij=0.4。優(yōu)化后的DSM矩陣如表8所示。

表7 設(shè)計(jì)要素質(zhì)量評價(jià)值

表8 優(yōu)化后的DSM矩陣

如圖5所示，在第128代，最佳適應(yīng)度值已達(dá)到105.69，在此之后趨于穩(wěn)定，算法具有較好的搜索性能。對比表5和表8可以發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的反饋點(diǎn)更加穩(wěn)定和集中，通過優(yōu)化算法對DSM矩陣進(jìn)行重構(gòu)，對設(shè)計(jì)要素進(jìn)行排序優(yōu)化，將裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中關(guān)聯(lián)緊密的設(shè)計(jì)活動(dòng)結(jié)合在一起，以此減少整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的信息輸入和設(shè)計(jì)活動(dòng)之間不必要的反饋。最優(yōu)的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)活動(dòng)順序?yàn)镃13，C1，C4，C3，C5，C7，C6，C8，C9，C2，C11，C12，C10。

按照該方案完成W市裝配式建筑試點(diǎn)示范項(xiàng)目實(shí)證分析，在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段應(yīng)用了本文所建模型，設(shè)計(jì)時(shí)間相比原有時(shí)間提高了30%，由于設(shè)計(jì)問題造成的返工及安全事故有效減少，提高了預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，驗(yàn)證了本模型的可行性。

圖5 遺傳算法尋優(yōu)示意

結(jié)合實(shí)證分析結(jié)果可知，設(shè)計(jì)單位需要深入到下游各個(gè)環(huán)節(jié)，從只對設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)策劃→構(gòu)件生產(chǎn)→現(xiàn)場裝配全過程整體規(guī)劃，從設(shè)計(jì)施工一體化進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)管理前置，主要從以下三個(gè)方面保證設(shè)計(jì)管理的最優(yōu)性：(1)設(shè)計(jì)院和預(yù)制構(gòu)件深化廠家前期同時(shí)介入，根據(jù)裝配率要求及政府優(yōu)惠政策確定預(yù)制構(gòu)件選型，保證建設(shè)方利益最大化；(2)設(shè)計(jì)視角中傳統(tǒng)的裝配式建筑生產(chǎn)、運(yùn)輸、裝配環(huán)節(jié)順序變?yōu)轭A(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)輸設(shè)計(jì)；(3)在保證承載力的基礎(chǔ)上，預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)先考慮易連接性降低施工難度保證裝配安全性，再保證預(yù)制構(gòu)件及管線安裝的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

本文在考慮返工風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于QFD-DSM的裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)管控模型，利用遺傳算法優(yōu)化預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)任務(wù)排序。

實(shí)證分析表明，預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)任務(wù)排序?yàn)椋侯A(yù)制構(gòu)件配比C13、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)C1、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)C4、連接設(shè)計(jì)C3、機(jī)電管線設(shè)計(jì)C5、預(yù)埋件設(shè)計(jì)C7、模具設(shè)計(jì)C6、工藝流程設(shè)計(jì)C8、設(shè)計(jì)交底C9、混凝土澆筑設(shè)計(jì)C2、吊裝定位設(shè)計(jì)C11、臨時(shí)支撐設(shè)計(jì)C12、運(yùn)輸設(shè)計(jì)C10。

本文考慮預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)要素質(zhì)量對預(yù)制構(gòu)件任務(wù)排序優(yōu)化。當(dāng)前預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化控制仍需加強(qiáng)，利用信息化技術(shù)針對專業(yè)設(shè)計(jì)要素耗時(shí)及資源協(xié)同做進(jìn)一步仿真，是延伸的研究方向。