李 楊，侯曉娜

(華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210)

0 引言

與傳統(tǒng)施工項目相比，裝配式建筑施工具有工業(yè)化生產、裝配化施工、現(xiàn)場管理制度等方面的顯著特點，風險評價是裝配式建筑安全高效施工的關鍵保障。目前，我國對裝配式建筑施工風險的研究，主要從施工安全風險[1]、預制構件質量風險[2]、施工進度風險[3]、施工技術風險[4]4個方面進行，從理論框架上缺乏研究的整體性和全面性[5]。在工程實踐中，有效的施工整體性風險評價能夠降低施工事故發(fā)生率、提高施工規(guī)范化和決策科學化水平，因此從系統(tǒng)性視角對裝配式建筑施工進行整體風險評價具有較強的研究意義。

由于裝配式建筑的施工特性和自身風險的復雜性，風險評價體系的指標賦權和不確定性表達成為兩大關鍵問題。指標賦權的合理程度直接影響裝配式建筑施工風險等級的確定，為降低單一賦權方法的局限性，常采用組合賦權法進行指標賦權。目前，組合賦權法較多選取層次分析法進行主觀賦權，主要包含基于層次分析和因子分析的組合賦權法[6]、基于AHP -熵權的組合賦權法[7]、基于層次分析和CRITIC的組合賦權法[8]、基于AHP -灰關聯(lián)分析的組合賦權法[9]等。這些組合賦權方法具有系統(tǒng)性和邏輯性、在一定程度上降低了賦權的主觀性，但在應用時易出現(xiàn)一致性檢驗不通過的現(xiàn)象。該研究提出G1-COWA組合賦權法，利用序關系法(G1法)[10]避免數據處理時一致性檢驗不通過現(xiàn)象、COWA算子[11]通過位置加權可削弱極端值對賦權結果的影響。同時考慮到風險的不確定性，引入云模型，構建基于G1-COWA組合賦權的風險評價模型，并將其應用于裝配式建筑施工風險評價研究中，為規(guī)避裝配式建筑施工風險提供了新思路。

1 裝配式建筑施工風險評價指標體系構建

通過梳理裝配式建筑施工風險評價文獻[5，12-14]，遵循全面性、科學性、客觀性等原則，將裝配式建筑施工風險劃分為人、物、技術、管理、環(huán)境5個方面風險，提出具有施工階段全面性、整體性風險的評價指標體系，見表1。

表1 裝配式建筑施工風險評價指標體系

針對裝配式建筑施工階段生產和裝配精度要求高、吊裝作業(yè)多等特點，該指標體系增加了預制構件生產質量不達標、定位和節(jié)點連接技術不成熟、運輸和吊裝機械的選擇不當等風險因素，且較全面、系統(tǒng)地考慮了裝配式建筑施工階段的成本、進度、質量、安全、環(huán)境風險。

2 G1-COWA組合賦權法

2.1 G1法

郭亞軍教授提出的序關系法(G1法)是對層次分析法(AHP法)的優(yōu)化，是融資模式、城市公交安全、醫(yī)療設備安全等領域風險評價常用的主觀賦權方法。

G1法賦權步驟如下[10]：

(1)專家對風險評價指標進行重要性排序，進而確定指標的序關系。

(2)相鄰2個風險評價指標相對重要性判斷。專家對相鄰指標Xk-1和Xk進行判斷比較，賦值為rk。rk取值范圍是{1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8}，取值為1.0時代表指標Xk-1和指標Xk的重要性程度趨于一致，取值越大代表指標Xk-1比指標Xk越重要。rk表示為：

rk=ωk-1/ωk,k=n,n-1,n-2,…,3,2

(1)

式中：

ωk-1—評價指標Xk-1的權重；

ωk—評價指標Xk的權重。

(3)計算指標權重系數：

(2)

ωk-1=rkωk,k=n,n-1,…,3,2

(3)

2.2 COWA算子

COWA算子通過對決策數據進行降序排列并進行位置加權處理，進而削弱極端值對賦權結果的影響。而裝配式建筑施工風險具有不確定性，專家進行主觀賦權時易出現(xiàn)極端現(xiàn)象，故采用COWA算子對指標進行客觀賦權，步驟如下[11]：

(1)對決策數據進行降序排序及編號，得到b0≥b1≥bj≥…≥bn-1。

(2)計算數據bj的加權向量ωj+1：

(4)

式中：

(5)

(4)計算指標的相對權重值ωi：

(6)

2.3 G1-COWA組合賦權法

合理評價應既體現(xiàn)決策者的主觀性，又能避免賦權的極端性，故該項研究利用G1法解決層次分析法中的一致性檢驗不通過現(xiàn)象、COWA算子可避免極端值對賦權結果的影響，進而提出G1-COWA組合賦權法。同時，為確保施工風險評價結果的科學有效，引入博弈論思想進行組合賦權。

通過尋求不同賦權法所得權重間的均衡點，實現(xiàn)組合權重與各個權重間離差極小化，進而得到最優(yōu)組合權重，其賦權步驟如下[8]：

(7)

(8)

3 裝配式建筑施工風險評價云模型

3.1 云模型

云模型通過云發(fā)生器能夠實現(xiàn)定性概念與定量數值之間的相互轉化，利用逆向云發(fā)生器輸出風險指標的數字特征值，進而通過正向云發(fā)生器結合Matlab軟件得到風險評價云圖，使得風險評價結果更加直觀形象。

3.1.1 云模型定義及其數字特征

設U為具體數值表示的論域，C是論域U對應的定性概念，則論域U的任意一個云滴x對C的隸屬度為u，且u∈[0,1][15]。

云模型的數字特征表示為C(Ex,En,He)。Ex是n個云滴的期望，位于云圖的中心；熵值En反映Ex的可靠度，云滴的分布滿足“3En”規(guī)則，即對C的定量描述有影響的云滴主要位于[Ex-3En,Ex+3En]；超熵He是En的熵值，反映En的不確定度。

3.1.2 云發(fā)生器

云發(fā)生器是云模型實現(xiàn)評價價值的重要手段，分為正、逆向云發(fā)生器。正向云發(fā)生器輸入端為Ex、En、He、n，輸出端為隸屬度u，從而實現(xiàn)定性到定量的轉換，利用下式生成評價云圖：

(9)

式中：

u—隸屬度。

逆向云發(fā)生器與正向發(fā)生器計算原理截然相反，可利用其計算評價指標的數字特征值。某樣本點xi(i=1,2,3,…,n)的期望Ex、熵En、超熵He計算方法見下式：

(10)

式中：

S2—樣本方差。

3.2 評價步驟

3.2.1 風險指標的標準云參數

將裝配式建筑施工風險劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級，對應的評語取值區(qū)間分別為[0，2)、[2，4)、[4，6)、[6，8)、[8，10]。風險等級的云模型數字特征計算方法參考文獻[16]，則Ⅰ級～Ⅴ級風險的標準云參數分別為(1,0.8,0.1)、(3,0.8,0.1)、(5,0.8,0.1)、(7,0.8,0.1)、(9,0.8,0.1)。

3.2.2 基于G1-COWA組合賦權的裝配式建筑施工風險評價

依據專家對評價指標的打分值，通過浮動云算法[15]，實現(xiàn)對單因素評價云的合成，進而得到裝配式建筑施工風險評價的綜合數字特征值：

(11)

式中：

ωi—由式(8)確定的基于G1-COWA組合賦權法的組合權重。

結合一級指標數字特征值，利用正向云發(fā)生器通過Matlab編程得到綜合評價云圖。

4 模擬驗證

以北京市某裝配式混凝土建筑項目為例，基于G1-COWA組合賦權法構建裝配式建筑施工風險評價云模型，模擬驗證該組合賦權法以及評價模型的可行性。

4.1 基于G1-COWA組合賦權法的指標權重確定

采用專家打分法，分別利用式(1)～(3)、式(4)～(6)得出基于G1法、COWA算子的二、三級指標權重；按式(7)、式(8)得出基于G1-COWA組合賦權法的二、三級指標組合權重，計算結果見表2。

4.2 裝配式建筑施工風險綜合評價

采用專家賦值法對三級指標的打分，代入式(10)轉化為特征值。例如，專家對指標預制構件不達標的打分為(5,4,4,4,3,2,3,4,4,4)，則其數字特征值為(3.700,0.777,0.272)；同理，代入式(11)計算二級、一級指標數字特征值，得本項目整體數字特征值為(3.103,0.679,0.311)，計算結果見表2。

表2 風險評價指標權重及數字特征計算結果

根據一級指標的數字特征和標準云參數，按式(9)通過 Matlab 編程得到施工風險綜合評價云及評價標準云圖(圖1)。圖1中紅色為項目的綜合評價云圖，藍色為施工風險評價標準云圖，可清晰看出項目為Ⅱ級風險，云滴大多聚集于為3.103附近、區(qū)間[2，4]之間。

圖1 施工風險綜合評價云及評價標準云圖

4.3 評價結果綜合分析

表3分別列出基于G1法、COWA法、G1-COWA組合賦權法的二級指標評價結果，可知利用G1-COWA組合賦權法與G1法、COWA法所得評價結果趨于一致，而該方法充分結合G1法、COWA法的優(yōu)點，且利用博弈論對其組合，實現(xiàn)了賦權結果離差最小化，因此由該組合賦權法得到的評價結果較合理。

表3 評價結果對比表

由該項目三級指標的期望可知，構件定位和連接技術不成熟A31、施工方案設計不合理A32、安全技術交底不到位A34、自然環(huán)境不良A51、施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境不良A52、構件運輸環(huán)境不良A536項風險指標均處于Ⅲ級風險，對技術風險A3、環(huán)境風險A5均產生不利影響，進而提升了本項目的整體施工風險，應引起項目負責人足夠重視。此外，預制構件不達標A21、臨時支撐體系失穩(wěn)A23、深化設計風險A33、構件現(xiàn)場堆放不合理A44風險指標的期望值在區(qū)間(3，4)中，風險評價值較大，應進行科學合理地控制。

5 結論

(1)針對裝配式建筑施工風險問題，建立施工風險評價指標體系，將G1法、COWA法組合賦權的同時融入云模型進行風險評價，實現(xiàn)了賦權結果離差最小化、評價結果可視化，為裝配式建筑施工風險評價研究提供了新方向。

(2)模擬驗證表明，使用G1-COWA組合賦權法確定指標權重、云模型對裝配式建筑施工風險進行評價具有可行性和合理性，通過評價結果綜合分析風險指標，為裝配式建筑項目的施工風險管控提供了有效的決策依據。