李婉璐李建峰,2

1. 西京學院 陜西 西安 710123；2. 長安大學 陜西 西安 710061

使用傳統(tǒng)的模板，安裝和拆卸需花費大量時間，采購大量模板會帶來極大的材料成本，同時模板材料的周轉(zhuǎn)也增加了施工電梯和塔吊的使用頻率，并存在較大的安全風險[1]，所以在施工過程中應(yīng)謹慎、仔細地進行多方案對比，選擇高質(zhì)量、低成本的混凝土模板方案。本文以高層辦公樓為例，結(jié)合層次分析法的理論，構(gòu)建模板選型的模型。案例工程總面積為24 310 m2，地上19層，地下1層，總高度為67.8 m，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。工程可采用組合鋼模板、竹膠合模板及塑料模板進行施工，從施工質(zhì)量、成本、進度、安全和綠色環(huán)保等5個因素來對3種模板的應(yīng)用效果進行對比分析，選擇1種科學合理的模板。

1 常見的模板類型及特點

建筑模板根據(jù)功能和材料類型的不同可分為竹（木）膠合板、組合鋼模板、塑料模板及鋁合金模板等[2]，具體如表1所示。

表1 模板性能評價對比

1.1組合鋼模板體系

組合鋼模板主要由鋼模板、連接件和支撐等3部分組成，是一種可事先按設(shè)計要求拼裝組合的模板?！耙凿摯尽笔且豁楅L期的技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展政策，積極推廣組合鋼模板不僅節(jié)約大量木材，也是混凝土施工技術(shù)上的一項重大改革，因此組合鋼模板具有較大的發(fā)展空間[3]。

1.2竹膠合模板體系

竹膠合模板以竹子為原材，用膠黏合而成，是比較理想的“節(jié)材代木”模板材料，也是一種新型膠合模板，每年可為我國森林資源節(jié)約2 700萬 m3的原木，竹膠合模板的應(yīng)用可促進模板工程綜合技術(shù)經(jīng)濟效益的提高[4]。

1.3塑料模板體系

塑料模板是以含纖維的高強塑料為原料，在熔融狀態(tài)下，通過注塑工藝成形的模板。目前，傳統(tǒng)木模板的施工工藝已滿足不了在施工現(xiàn)場應(yīng)用塑料模板時混凝土成形的質(zhì)量要求[5]，且塑料模板為國家節(jié)約大量的竹木資源，對環(huán)境保護、低碳環(huán)保有著巨大作用。

2 模板體系選擇原則和要素

2.1模板的質(zhì)量要求

模板工程是建筑施工中混凝土質(zhì)量保證的關(guān)鍵，選擇的模板質(zhì)量必須達到質(zhì)量目標，根據(jù)工程對混凝土澆筑后的表面質(zhì)量等級的要求不同來確定合理的模板類型。

2.2施工成本

模板成本約占一般建筑總成本的15%，占鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成本的35%，由此可知，模板工程的研究發(fā)展是建筑工程中最基礎(chǔ)且最重要項目之一[6-7]。

2.3施工進度要求

不同的模板類型對應(yīng)不同的模板工藝，其施工進度也具有一定的差別，合理控制好模板的施工進度，才能有效地提高施工效率，節(jié)省勞動力。

2.4模板施工安全要求

模板施工安全性是模板選擇的首要考慮要素，對于不同等級的安全風險因素制定差異性的對應(yīng)措施，降低工程施工過程中事故發(fā)生頻率，提高工程施工的安全水平[8]。

2.5綠色環(huán)保

在保證建筑模板質(zhì)量及安全的前提下，能再次回收利用，節(jié)約資源、節(jié)約能耗的模板不斷出現(xiàn)，所以綠色環(huán)保也成為模板選擇的一項基本要求。

3 利用層次分析法（AHP法）構(gòu)建模板選擇模型

3.1建立遞階層次結(jié)構(gòu)

1）構(gòu)建模板選擇模型，其決策目標即選擇一種科學合理的模板，目標層是唯一的，只包含1個元素：模板選擇M。

2）準則層包含所有可能影響目標達成的因素，包括：施工質(zhì)量C1、施工成本C2、施工進度C3、施工安全C4以及綠色環(huán)保C5，共5個元素。

① 施工質(zhì)量C1：模板表面是否平整光潔，拼縫處是否嚴密，承載力、剛度和穩(wěn)定性是否符合設(shè)計標準。

② 施工成本C2：模板屬于周轉(zhuǎn)性材料，其費用按模板使用一次所攤銷的價格來計算。

③ 施工進度C3：根據(jù)完成每個標準層所需天數(shù)計算。

④ 施工安全C4：模板能否承受澆筑混凝土時產(chǎn)生的自重、側(cè)壓以及各種荷載。

⑤ 綠色環(huán)保C5：不同的模板施工時是否節(jié)約資源，是否能減少對環(huán)境的負面影響。

3）方案層包含3種決策方案：組合鋼模板施工P1、竹膠合模板施工P2、塑料模板施工P3。

建立的層次分析法結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 層次分析法示意

3.2構(gòu)造判斷矩陣并賦值

通過對兩兩因素的重要性程度進行比較，構(gòu)造下一層對上一層每個因素的判斷矩陣。判斷矩陣中元素aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果，根據(jù)1—9標度方法進行賦值，具體如表2所示。

表2 1—9標度及含義

1）構(gòu)造目標層-準則層的判斷矩陣M-C，如表3所示。

表3 構(gòu)造判斷矩陣M-C

2）構(gòu)造準則層-方案層的判斷矩陣Ci-P。

3.3計算權(quán)重向量及一致性檢驗

利用算術(shù)平均法、幾何平均法和特征值法計算出相應(yīng)的權(quán)重，再取3種方法的平均值，最后求得權(quán)重，并進行排序和綜合分析，這樣能避免采用單一方法所產(chǎn)生的誤差，得出的權(quán)重也更加具有準確性和有效性。

3.3.1 判斷矩陣權(quán)重向量的計算

3）特征值法求得的權(quán)重向量：

計算判斷矩陣的最大特征值及特征向量，并對求得的特征向量進行歸一化處理，最后得到權(quán)重向量。

3.3.2 一致性檢驗

一致性檢驗原理是檢驗判斷矩陣與一致矩陣是否存在顯著性差異，具體步驟如下：

1）計算一致性指標。

其中，矩陣的階數(shù)與隨機一致性指標有關(guān)，通常階數(shù)越大，則出現(xiàn)一致性隨機偏離的可能性越大，如表4所示。

表4 平均隨機一致性指標IR

3）計算一致性比例RC。

表5 判斷矩陣M-C權(quán)重

通過計算求得權(quán)重向量ωC＝[0.473 9 0.040 3 0.070 1 0.218 6 0.197 1)]T，根據(jù)式（3），得到一致性指標IC＝0.028 3，并求出一致性比例RC＝0.025 2，因RC＜0.10，所以判斷矩陣M-C通過一致性檢驗。

2）計算判斷矩陣Ci-P權(quán)重及一致性檢驗，具體如表6、表7所示。

表6 判斷矩陣Ci-P權(quán)重

表7 一致性檢驗

根據(jù)式（3）得一致性指標IC，且根據(jù)式（5）求出一致性比例RC。上表的計算結(jié)果顯示，RC均小于0.10，所以判斷矩陣Ci-P全部通過了一致性檢驗。

3.4根據(jù)權(quán)重表計算得分并選擇最佳方案

表8 指標權(quán)重

對比分析可得，最終選擇組合鋼模板，其在施工質(zhì)量、成本和安全上有明顯的優(yōu)勢，且具有裝拆靈活、通用性和整體性強的特點，很好地適用于梁和柱結(jié)構(gòu)施工。此外，組合鋼模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)較多，在經(jīng)濟上節(jié)約了攤銷費用，為國家節(jié)約大量的竹木資源，通過驗算和證明，取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。同時組合鋼模板質(zhì)量高、體系完善以及使用效果良好，能適應(yīng)高質(zhì)量混凝土施工的要求，所以在土木工程施工中能普遍應(yīng)用。

4 結(jié)語

以框架結(jié)構(gòu)梁、柱施工常采用的組合鋼模板、竹膠合模板和塑料模板等3種體系方案為研究對象，運用層次分析法，從施工質(zhì)量、成本、進度、安全和綠色環(huán)保等5個方面進行對比分析。

分析結(jié)果表明，在施工質(zhì)量、成本和安全方面，組合鋼模板明顯優(yōu)于竹膠合模板和塑料模板，但在施工進度和綠色環(huán)保方面，塑料模板也具有明顯的優(yōu)勢。希望此次研究結(jié)果能為其他建設(shè)項目提供一種方便快速的模板選擇的思路和方法。