装配式建筑施工质量风险评价研究

李晓娟

（福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州 350108，E-mail：57243753@qq.com）

装配式建筑是指在预制加工厂生产构件，通过机械吊装的方式，把不同的构件连接为一个整体的建筑[1]。在建筑业转型升级的社会背景下，由于人们对于环境的保护愈发重视，建筑业也相应地进行转型升级，而传统建筑业的施工方法已难以满足其需求[2]。因此，装配式建筑符合“四节一环保”理念的优势成为了推动建筑业转型升级的必要因素[3]。而目前我国的装配式质量管理模式处于摸索，控制装配式项目建设质量较为困难，所以开展装配式建筑质量风险管理的研究已迫在眉睫。

中外许多学者开展装配式建筑质量风险评价研究主要集中在以下几方面：蒋勤俭等[4]发现装配式建筑质量控制要点在于构件的生产、运输阶段。Johnsson[5]通过构件厂商对装配式建筑建设过程的大部分负全责的管理方式，会使这些公司较普通建筑公司更好地提高建设质量质量。Thienel[6]采用开放结构轻集料混凝土预制件来提升装配式建筑质量。沈辉[7]分析了Revit API在装配式建筑质量控制中的应用点，通过Revit的信息化建模、Navisworks的碰撞检查及虚拟施工能在设计阶段发现问题。杨金哲[8]利用SDCA质量控制法和PDCA质量改进法提出具体解决措施，实现改善项目质量。王全良等[9]研究了在装配式建筑建造过程中，通过 RFID技术对装配式建筑建设过程的各阶段进行质量监测，达到全方面、全周期的质量管理。

通过以上研究可知，目前对一般建筑工程而言，已经建立了许多有效的安全风险评估控制，但较少涉及到装配式建筑施工质量风险管理。本文以装配式建筑风险评价管理作为研究对象，分析施工准备阶段、现场施工阶段及施工结束阶段质量管理特点，构建风险指标体系。采取熵权分析法结合模糊综合评价法，实现装配式建筑风险评价管理，最终将模型用于工程实践，为建筑施工质量管理方面的研究提供补充。

1 装配式建筑施工质量风险管理

1.1 装配式建筑质量

目前，对传统建筑项目的质量主要在于建筑产品是否能够满足人们使用与居住的要求，但装配式建筑不但需要关注对建筑产品使用和居住的要求，还要重点关心对其生产的过程和质量管理体系等方面的质量。当前，关注装配式建筑施工中质量风险主要体现在建筑产品的品质性能、产品生产过程中的品质和质量管理体系的实用性。建筑实物结构稳定可靠，完善基础设施，可以满足适用性的建筑即被定义为建筑产品质量[10]。生产过程质量指在装配式建筑制作时，确保人员安全、项目进度、环境影响范围等要求[11]。

1.2 质量风险的形成

由于装配式建筑施工不是一成不变的，而是一个动态的、充满不确定性的过程，所以依据工程通常的分析分级，将装配式建分为三部分，即施工准备阶段、现场施工阶段及施工结束阶段。准备阶段主要风险包含了构配件产品信息完整度、构件产品质量是否合格等；施工中主要是人员的操作不当引起的风险；具体技术交底不到位，临时支撑不牢靠等；施工后指的是验收阶段，如连接交点的检验；检查隐蔽项目质量等。

1.3 装配式建筑施工质量风险因素分析

采用因果分析法分析装配式建筑施工质量的风险，按施工准备阶段，现场施工阶段，施工结束阶段3个阶段进行风险因素分析[3]。

1.3.1 施工准备阶段

施工准备阶段的质量风险主要是在设计施工图纸的设计方和工厂制造构件中的隐患，而在预制生产方面，关注于原材料及生产技术工艺。

（1）设计深度风险。进行装配式建筑设计时，加强各人员间沟通配合，了解彼此的设计目的及要求。尤其结构设计方面更要上心，由于拆分关键节点将会导致设计内容的增多，同时生产厂商沟通交流较少，将引起成品不符设计要求的问题[4]。

（2）设计化程度风险。由于我国的装配式建设还处在刚刚起步阶段，各项规范不够完整，厂家对构件进行制造时，其采用的标准可能不同，导致产品存在质量差异[4]。

（3）原材料质量风险。厂商制作的钢筋、水泥等材料，受进货影响大。砼的配合比也会影响最终构件质量[8]。

（4）构件尺寸风险。模板在构件制作过程对于其尺寸影响较大，模板质量不合格的话，会影响构件成品外观，影响构件的安装和安全，增加不必要的费用，甚至可能无法安装[3]。

（5）砼浇筑振捣不充分。浇筑构件时需要进行振捣，特别大体积混凝土构件更是要重点小心，由于多数为人工方式进行振捣，故混凝土质量受其工人的人为因素影响，振捣不均匀会使得强度达不到预期。

（6）钢筋制作风险。工厂在生产构件时，人员操作影响钢筋下料尺寸、彼此间的焊扎、间距等无法达到要求，极大影响构件的受力能力和质量。

（7）预埋风险。预埋件的尺寸和放置是否准确，会对现场安装与施工产生影响。可能造成建设过程中的质量隐患。

（8）养护风险。构件养护时要对养护条件与方式进行全程跟踪，养护方式不当是混凝土构件产生裂缝的主要原因，尤其对于较大体积的构件更需关注。

1.3.2 现场施工阶段

装配式建筑的关键核心是施工过程，而面对复杂多样的建筑构件种类，大量不确定性因素都会出现在现场施工这一阶段。

（1）运输措施不当风险。构配件运输中未采用正当措施与恰当的工具导致构件损伤[8]。

（2）施工现场构配件保护不到位。工程项目地不满足堆放构配件的要求等外界因素或其他构配件堆放分类不科学等人为因素的构件均将影响到构配件保护作业，从而导致构件损伤。

（3）构件吊装风险。对于起吊设备高度及重量较大，部分构件造型复杂，对起吊和安装都有更高的要求，这将对工程建设和施工过程造成隐患[8]。

（4）现场构件安装支撑风险。项目地通常为保障施工中安全，减少构件形变，通常会在节点浇筑之前搭建临时支架，但支架的牢固与否就成为施工过程中的安全风险[3]。

（5）交接处钢筋连接或锚固风险。施工过程中可能会出现由于工人原因；检查没有到位使各个构件间连接部分不牢固，使得节点薄弱，造成承载力变化[3]。

（6）构件定位风险。在安装构件的过程中其位置及连接处，可能因为尺寸差异或吊装方式差异而使得定位困难，无法安装到位，仪器的使用具有一定的难度。

（7）技术人员风险。专业技术人员与管理人员在施工现场的匮乏；施工技术和施工质量不能按照预期实现而导致的风险。

1.3.3 施工完成阶段

施工完成阶段最主要的任务为验收竣工的建筑产品，而整理和验收项目相关的技术资料文件为竣工验收的最主要部分。

（1）完成品的保护风险。交叉作业在施工过程中能由于技术人员交底不清、项目组织不到位或作业工序搭接发生错误，导致工程结构在已完成时可能存在成平开挖、破坏等，而影响结构质量[3]。

（2）验收工作风险。验收时遗漏需检验的部位。而且由于抽检样本的数量要求限制以及抽取时的随机性，均可能将不合格判定为合格，更有可能出现未检出不合格的风险问题[3]。

（3）资料真实性风险。由于原始的数据资料、验收记录等相关工程资料其真实问题出现的风险，由于造假导致验收过程存在质量隐患。

2 装配式建筑的风险评价

2.1 熵权法和模糊评价法

装配式建筑施工风险由相互影响的多重风险构成，且在实际施工中各风险因素难以识别，人为影响较大。各风险因素之间关系较模糊，各因素对质量的影响是动态变化，无法精准确定影响程度。

本文将采取熵权法与模糊评价结合方法进行分析。运用熵对系统的无序程度来进行度量，从而达到有效程度赋值[12]。模糊评价法在多重风险因素情况下，用模糊计算对其状态和演变过程进行判断，通过解析相关数据和整合得到定量指标[13]。两种方法相结合可分析评价具体结果，提高准确率。

通过对装配式建筑建设施工质量风险管理特性的分析，发现大多数风险表现较为隐晦、模糊。同时干扰装配式建筑施工质量的风险因素多，且彼此之间相互联系。本文选用熵权法与模糊评价法构建装配式建筑质量风险管理评价模型，主观与客观结合、定性与定量共同作用，确定风险因素的影响范围及等级。采用熵权法进行数值化分析进行风险因素归类，结合模糊分析进行修正，使其更为客观。

2.2 评价模型构建

2.2.1 建立指标体系

根据装配式建筑施工特点，确定装配式建筑建设过程中影响质量的风险因素。按施工过程划分三个阶段，根据建立起相应的评价指标体系，将其分为3个层级，施工准备阶段风险、施工管理阶段风险与施工完成阶段风险[3]。具体指标如表1所示。

表1 装配式建筑风险指标体系

本文通过对福建长乐区漳港街道沙尾安置楼项目、福建福州海峡体育中心项目及福建闽侯印江南项目等为期两周的实地调研，掌握第一手资料。具体通过访谈法，对项目各参与方及相关科研人员展开问卷调查。共发放200份调查问卷，回收有效问卷166份，有效问卷率高达83%，通过分析得出Y15，Y16，Y17，Y18，Y22，Y26为影响装配式建筑施工质量风险指标。

2.2.2 建立评价模型

（1）构建风险评价指标集。风险评价指标分为m个一级指标Y={Y1，Y2，Ym}，Yi表示一级指标中第i(1≤i≤m)个指标。一级指标对应的二级指标，即 Yi={Yi1，Yi2，…，Yij，…，Yik}，j=1，2…，k，Yij表示指标Yi的第j个二级指标，k为对应的二级指标数量。

（2）建立评价集。评价集即Z={Z1，Z2，Zs}，c表示划分等级数量。风险为5个等级，即“低，较低，中，高，较高”。通过模糊隶属量化，故Z={1，3，5，7，9}。

（3）建立隶属矩阵S′。结合评价指标与评价对象，组成判断矩阵S′。

式中，sij是第j个评价人对第i个指标的评价结果。

（4）分析评价指标集Y与评价集Z，计算各因素的隶属度，构建模糊关系矩阵A。

式中，aij表示评价对象中的第 i个评价因素与第 j个评语隶属程度，计算方法如下：

式中，评价集合中的第i个评价因素做出第j个评价等级的人数为n′；参评的总人数为n。

（5）模糊评价法确定各项指标权重集合。

一级指标权重集：

式中，ei=(i=1，2…，m)是一级指标第i个风险指标的比重，且

二级风险指标的权重集合。

式中，ei=(j=1，2…，m)是一级指标Yi中第j个风险Yij的比重，且

（6）判断矩阵S′标准化处理。成本指标和收益指标，计算公式分别为：

将原始数据标准化后得判断矩阵S。

（7）通过熵权计算指标权重。

计算E*，公式如下：

重新对指标进行归一化处理，得到综合权重。

将综合权重进行归一化得到综合权重集合E。

进行数据归一化，得到结果B。

3 案例分析

3.1 项目介绍

福建长乐区漳港街道沙尾安置楼项目，共8栋住宅楼，每栋每层楼构件数量为 25个，使用装配式建设技术，标准层高2.8m，共30层，建筑总高度为90m，采用剪力墙结构。三至三十层为标准层，其余使用现浇混凝土技术。本项目运用外挂板装配工法。内墙用混凝土浇筑，外墙使用预制墙板构件，跟主体梁或剪力墙相连。

3.2 装配式建筑施工质量风险评价

结合工程的施工特点，建立项目风险评价模型，对长乐漳港镇沙尾安置房项目进行风险评价。通过发放 15份电子调查问卷，受调查人员为装配式建筑的施工单位、监理单位和项目业主单位。具体步骤如下：

（1）构建沙尾安置房项目风险评价指标集。

（2）建立评价集。项目风险评价集即“高，较高，中，较低，低”。量化通过隶属度公式确定，得到Z={1，3，5，7，9}。

（3）构建判断矩阵。根据调研数据等级划分，建立判断矩阵，经整理结果如下：

（4）确定指标熵值与熵权。对上述矩阵通过式（6）～式（10）计算各个指标所对应的具体熵权，如表2所示。

表2 各指标熵值及对应熵权表

（5）建立模糊关系矩阵。结合式（1）～式（3），得到三阶段的模糊关系矩阵。

（6）综合权重的确定。由式（12）、式（13），可得综合权重，如表3所示。

表3 指标综合权重表

（7）计算评价结果。二级指标评价结果如下：

通过最大隶属这一原则，项目的综合风险取值为0.3338，为中风险项目。可知沙尾安置房项目施工准备阶段风险数值最大值为 0.33325，为较低风险。施工管理阶段风险最大值为 0.46539，为中风险。项目结束阶段风险最大值为 0.41567，为较低风险。从各阶段来看项目风险最高项为施工管理阶段，其中最高风险项为定位风险与人员风险，依次为施工结束阶段与施工准备阶段。

3.3 应对措施

3.3.1 施工准备阶段

施工准备阶段的质量控制是基础工作，为后续阶段打下良好的基础。通过案例分析可知，原材料质量风险较高，需要加强控制。

原材料进场前，构件厂家需加强对钢筋材料、混凝土等主要材料的质量控制，按规范及相关要求严格进行检查；严格按照标准控制混凝土配合比，确保生产出满足要求的构件；模板及钢筋的定位控制进行认真核对，保证构件的形状尺寸，构件接缝之间不能漏浆；做好混凝土浇筑与养护质量及振捣工作。在合适温度下进行构件生产，以确保生产出符合质量标准的成品。原材料进场后，利用BIM技术可在时间、空间以及构件类别3个方面进行原材料的质量控制。时间和空间方面是材料进场的相关操作需要符合进场验收要求等。构件类别可以通过BIM模型添加相关的信息且整合到指定区块链中，从而保证信息的快速、集中存贮，便于后期检查。

3.3.2 施工管理阶段

现场管理阶段质量风险主要集中在构件定位与技术人员的风险上。通过案例分析结果可知，构件的现场吊装是其重点。

吊装过程中可进行多次测量定点来减少定位误差，并加强对吊装作业的管理。在安装时，依据材料特点以及构件质量合理选择起重设备，确定流程方案，起吊位置需保证吊装的稳定，提升装配质量；连接节点处注浆时需重点看护。部分构件吊装完毕后，在预留插筋孔位置进行灌浆，并控制其时间。在构件安装的过程中，人员通过对生产的构件实时监测并校正，实现构件的自动信息化。在施工过程中，施工人员应按照BIM模型对施工质量扩展信息属性进行对比，有利于后续自检工作。应对技术人员应定期培训，提高专业素质与技术水平。加强对工人们的技术培训，技术交底必须交底到位。

3.3.3 施工完成阶段

施工完成阶段的风险来自自我检查和他人检查时发生的缺失、遗漏现象，是一项劳动密集型且成本高的主观性工作。虽然采用精密仪器进行检查，但主观判断还是落实在人员上。为了确保真实有效地进行验收工作，可采用自动合规性检查。将不同主体的验收标准通过代码的形式表现出来，汇集在一个强大的区块链中，通过不同的构件参数输入，判断是否合格，有效地减少因主观判断带来的错误结果。

4 结语

装配式建筑施工质量与安全影响因素多，风险造成后果一般比较严重，因此必须对施工过程中可能发生的风险进行全面科学的评价，为装配式建筑施工质量与安全管理提供有效的依据。本文分析装配式建筑在施工准备阶段、建设管理阶段和结束阶段3个阶段中质量风险特点，构建风险评价指标体系。从案例数据来看，通过熵权法与模糊数学相结合形成综合评价法，可得出，施工准备阶段中原材料质量风险权重较高，为0.2552；施工管理阶段中构件定位风险权重较高，为0.2432；施工结束阶段中验收工作风险权重较高，为0.4071。可知，两种方法的结合使质量风险分析更具有科学性。针对施工准备阶段，应重点关注原材料的质量，在生产全过程中严格实行有关验收标准以及施工工序。从原材料的选择到构件生产提出精细化建议，同时引入BIM技术和区块链、大数据等现代化技术，提高构件安装的准确性，从而降低质量风险。