装配式建筑项目实施阶段质量风险评估研究

■ 吴伟东 姚灿 潘海泽 许博浩 黄鹏

西南石油大学土木工程与测绘学院 成都 610500

0 引言

近年来，我国装配式建筑发展迅速[1]，装配式建筑相对于传统现浇建筑具有施工效率高、环境绩效好、劳动力需求少、资源消耗较低以及对人体的健康损害减少等优势，符合国家建成资源节约型和环境友好型社会的要求，因此得到政府大力推广[1-3]。但是由于我国装配式建筑起步较晚，存在从业人员水平较低、质量保障体系不完善、管理绩效较差等问题，给项目质量带来极大挑战[2]。同时传统的设计、采购、施工相分离的承发包模式也不利于装配式建筑的良性发展，而将EPC 总承包模式应用于装配式建筑项目，由总承包商负责各单位之间协调，可以提高整个项目的管理水平[4]。因此，基于EPC承包商视角，对装配式建筑的质量风险进行识别，提高质量管理绩效，对装配式建筑的健康发展具有重要意义。

随着装配式建筑的迅速推广，国内外学者基于不同视角对装配式建筑质量风险的整体框架进行了研究。在装配式建筑质量风险因素的确定方面，不同专家基于不同视角对装配式建筑的质量风险因素进行了识别。汪小春等[5]基于承包商视角采用文献研究法和专家访谈法建立指标体系，应用结构方程模型得出关键风险因素。齐宝库等[3]根据施工前、中、后三个阶段的具体施工流程得到风险因素。肖启艳等[6]根据装配式建筑建造流程，从设计、生产、运输堆放、施工4个阶段识别装配式建筑质量影响因素；刘敬爱等[7]基于构件生产商视角，识别出构件在质量产生和形成过程的风险因素。而在装配式建筑质量评价模型方面，主要采用模糊综合评价[8]、灰色理论[9]、非线性模糊综合评价[10]等方法。

通过对以上文献的分析可知，对装配式建筑质量风险因素的识别主要集中在设计、构件生产、施工等阶段，而对装配式建筑项目整个实施阶段的质量风险进行综合评价的研究较少。在质量评价模型方面也存在以下两个问题有待改进：一是确定指标权重的方法较为主观，已有文献大多采用传统层次分析法确定指标权重，其主观性较大。二是未考虑专家权重的影响，已有文献大多直接主观给出专家权重或者采用德尔菲法，对评价结果准确性有一定影响。因此，必须建立科学合理的评价模型，对装配式建筑整个实施阶段的质量风险进行评价，为管理人员提供依据，促进我国装配式建筑的发展。

图1 装配式建筑项目实施阶段质量风险评价指标体系

表1 模糊语言变量及相应的三角模糊数标度

三角模糊数以其处理模糊评价信息的优势，被广泛应用于风险评价领域。范英等[11]提出三角模糊数与层次分析法相结合的风险评价方法，解决了传统单值评价信息导致结果出现偏差的情况；雷云等[12]将三角模糊数与网络分析法相结合，对海底管道的失效风险进行评价；高杨杨等[13]基于三角模糊数与云模型方法，评估了输变电工程的施工安全风险。因此，本文将三角模糊数引入装配式建筑质量风险评价研究中。

本文拟基于EPC 总承包商视角对装配式建筑项目实施阶段质量风险因素进行识别，并构建评价指标体系。采用三角模糊数表示专家评价信息，同时通过职称、学历、从事相关工作年限等指标定量确定专家权重，对各专家评价矩阵进行加权集结，以期使得评价结果更加合理准确，更好地预防质量事故的发生。

1 装配式建筑项目实施阶段质量风险评估指标体系

装配式建筑最大的特点在于预制构件的模块化设计、生产、运输及现场吊装施工[2]。本文基于EPC总承包商的视角，根据装配式建筑项目实施阶段的具体流程，通过文献调研法对各种潜在质量风险因素进行识别，初步整理得到质量影响因素清单。通过对装配式领域的专家进行一系列访谈，根据专家整体意见对影响因素进行删减和增添，并基于具体建造流程确定评价维度。最终确定总体设计、构件生产、运输堆放、现场施工、质量验收、运营维护等6 个维度涵盖34 个评价指标，分层次构建了装配式建筑项目实施阶段风险评价体系，如图1所示。

（1）总体设计。全面体现设计单位的能力水平，要求设计单位具有技术较高、经验丰富的设计人员，严格按照装配式建筑设计相关标准进行模块化设计，在设计全过程中实行信息化管理，应用建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）技术进行深化设计，做好各专业之间的协同设计，并保持与构件生产方的协调联系，充分考虑其设备及模具情况，并对施工图作详细的设计说明。

（2）构件生产。综合体现构件供应方的生产质量保障能力，要求具有现代化的技术、管理人员，对原材料进行严格检验，具有成熟的生产工艺技术以及现代化的机械设备，对生产成品构件进行严格检测并形成质量证明文件，具有完善的生产质量管理制度及标准体系，有良好的养护及储存环境。

（3）运输堆放。体现运输过程中对构件的质量保证措施，根据构件生产场地到施工现场的路况选择最佳运输路线并查看路况，如障碍物、限高等。根据道路情况选择运输车辆型号，并制定装卸方案，在运输过程中要注意构件固定及保护，保证施工现场堆放条件良好。

表2 专家重要度系数得分表

（4）现场施工。综合表现施工单位在实际建造阶段的质量保证能力，要求构件供应企业对进场构件出具质量证明文件，要求施工技术、管理人员具有良好素质能力，根据国家技术标准制定施工质量管理及保障方案，在构件安装过程中要保证水平及垂直精度，处理好节点处连接施工，保证后浇混凝土质量，并且提供良好的混凝土养护环境，制定成品保护措施。

（5）质量验收。全面考核施工质量及是否符合规划设计，要求施工单位出具齐全的分部分项工程、隐蔽工程及其它必备的验收资料，并对整体外观及结构性能进行验收，并且要求验收人员认真负责。

（6）运营维护。综合考察物业公司的质量管理绩效，要求物业公司具有装配式建筑相关的管理经验，在运营维护过程中要特别注意防水防渗问题，并定期对构件连接强度进行检测。

2 基于三角模糊数的装配式建筑质量风险评价模型

2.1 三角模糊数基本概念

定义1[14]在给定区域X内，对任意变量x∈X，模糊集A定义为

其中μA(x)表示x对模糊集A的隶属度，且μA(x)∈(0,1)。假设数值l,m,u分别为模糊变量x的最小估计值、最可能估计值、最大估计值，且满足l≤m≤u，则(l,m,u)构成三角模糊数，记为-A=(l,m,u)。

令三家模糊数a=(la,ma,ua);b=(lb,mb,ub)，基本运算法则如下：

定义2三角模糊数距离测度[15]

假设两个三角模糊数分别为a=(la,ma,ua);b=(lb,mb,ub)，它们的距离测度为：

2.2 构建三角模糊判断矩阵

针对传统层次分析法采用单值表示模糊标度的缺点，本文采用三角模糊数描述专家态度，将模糊语言评语划分为9 级，各模糊语言评语的三角模糊数标度[16]如表1所示，得到三角模糊互补判断矩阵Rk。

其中rikj=(likj,mkij,ukij)表示专家k对第i个指标和第j个指标对于上一层次指标的相对重要性程度给出的评价，满足lij+uij= 1,uij+lij= 1，i,j= 1,2,...,n表示上一层次指标包括n个下一层次指标。

2.3 专家决策信息的集结

设有s(k= 1,2,...,s)个专家对指标重要性程度进行评价，每个专家由于自身经验水平及认知程度不同，评价信息可能会有不同，本文根据职称、学历、从事相关工作年限、对评价自信程度等指标考虑专家重要度系数pk[17]，从而将各专家评价矩阵Rk(k= 1,2,...,s)集结为综合重要性评价矩阵。

式中pk为专家k的重要度系数，ak,bk,ck,dk分别为专家k职称、学历、从事相关工作年限、对评价自信程度的得分，得分标准如表2所示。

将专家重要度系数pk进行归一化处理得到专家权重wk

2.4 构建模糊一致可能度矩阵

为了比较同一层次风险因素初步模糊权重的相对重要性，本文引入三角模糊可能度[18]。设两个三角模糊数分别为ri=(li,mi,ui),rj=(lj,mj,uj)，则ri≥rj的可能度数值为pij，从而构造可能度矩阵P=(pij)n×n：

其中i,j= 1,2,...,n，λ表示风险偏好类型，为体现出专家的中立态度，本文取λ= 0.5。

根据可能度数值pij，从而构建模糊一致可能度矩阵

2.5 指标权重的确定

其中，i= 1,2,...,n;j= 1,2,...,n。

若某指标层指标Bij相对于准则层指标Ai的相对权重为，准则层指标Ai相对于目标层的相对权重为，则指标层指标Bij相对于目标层的绝对权重为ωij[17]

2.6 综合风险评价

将装配式建筑质量风险划分为9 级，专家组中的各个专家根据本身的经验水平对评价对象的各个指标给出评语，并将评语转化为相应的三角模糊数，标度如表1所示[16]。

专家分别对准则层指标Ai下属的指标层指标Bij进行评价，根据评语转化结果构建风险评价矩阵Zi。

其中，zijk表示专家k对准则层指标Ai下属的指标层指标Bij的评价值。

考虑专家权重，由公式（5）～公式（8）对风险评价矩阵进行加权集结，得到综合风险评价矩阵。

根据公式（1）将所有指标层指标的加权综合风险评价值进行相加[17]，得到装配式建筑项目实施阶段质量风险评价结果D。

根据公式（4）分别计算评价结果D到各个风险等级fi=(li,mi,ui)(i= 1,2,...,9)的距离hi(i= 1,2,...,9)。

根据结果取距离hi最小值，则该项目风险等级为fi。

3 案例分析

3.1 工程概况

四川省成都市某新建住宅项目总建筑面积5.4 万平方米，总投资2.1 亿。采用EPC 总承包模式进行招标，地上部分施工采取装配式，由于场地限制，在距离施工场地30KM 的一家工业园区生产厂房内进行预制构件生产，将预制构件运输到施工场地进行吊装施工。

3.2 指标权重确定过程

图2 综合判断矩阵

邀请5位专家对同一层次各风险因素相对于上一层次风险因素的重要性进行两两比较，根据表1将评语转化为三角模糊数，构造三角模糊互补判断矩阵，以准则层指标总体设计A1下属的指标层为例进行计算。

各专家评价矩阵分别为：

根据公式（5）～（7）计算各专家相对权重，结果为：

根据公式（8）考虑专家权重对各专家评价矩阵进行集结，得到综合评判矩阵如图2所示。

根据公式（10）对各因素初步模糊权重进行两两比较，构造可能度矩阵P1，根据公式（11）、（12）构建模糊一致可能度矩阵：

根据公式（13）得到准则层指标A1下属各指标的相对权重：

根据以上步骤可计算出准则层各指标权重为:

根据公式（14）计算可得准则层指标A1下属各指标的绝对权重：

同理可计算出其余指标层指标的绝对权重为:

3.3 综合风险评价结果

邀请7位专家根据自身经验水平对项目各阶段风险因素的风险等级给出评语，专家评语以运输堆放A3下属各指标为例：

按照表1将评语转化为三标模糊数，构建风险评价矩阵，考虑专家权重，根据公式（5）～（7）得到专家权重为：

以运输堆放A3下属各指标为例，根据公式（8）、（16）对评价矩阵进行集结，得到综合风险评价矩阵：

根据公式（17）、（18）考虑指标权重进行加权，得到加权综合风险评价矩阵：

同理可计算出其余准则层指标的加权综合风险评价矩阵，根据公式（19）将评价值相加，得到装配式建筑项目实施阶段质量风险评价结果D:

D=(0.276，0.326，0.376)

根据公式（20）计算评价结果D到各风险等级的距离，结果如下所示：

由计算结果可知，d(D,f3)数值最小，则该装配式建筑项目质量风险评价结果为风险等级为3 级，风险低。从评价过程可以看出：该项目在成品质量检验、现场堆放环境、构件进场检验、构件安装精度等因素的风险等级较高，特别是在现场施工下属指标的风险等级相对较高。

4 结论

（1）本文针对EPC 承包商视角下的装配式建筑项目实施阶段质量风险因素进行识别并建立指标体系，基于三角模糊数理论构建质量风险评估模型。本文模型的优点在于考虑了专家决策的模糊性，并采用定量指标考虑了专家权重，使评价结果更加科学准确。

（2）本文将三角模糊数引入层次分析法计算各指标权重，结果显示各阶段权重依次为：质量验收>构件生产>总体设计>运营维护>运输堆放>现场施工，尤其在质量验收与构件生产两阶段权重较大，其中质量检测技术、验收人员负责程度对质量验收阶段影响较大。应该明确参建各方质量控制职责，由EPC 总承包商负责整体协调各方工作，并对质量管理人员进行质量检测培训，使用更加新型有效的质量检测技术，如采用超声波技术检测接缝灌浆的质量，在整个质量验收阶段要服从监理单位、建设单位以及政府相关监督机构的管理。

（3）在构件生产阶段，管理人员水平、生产工艺及设备、生产质量检验等质量风险因素的影响较为突出。构件生产工厂应该确定技术负责人，由技术负责人在构件生产以及成品质量检验阶段对构件质量负总责，并对生产管理人员进行教育培训。生产工艺及设备应满足国家相关质量要求，定期对生产设备进行维护，保证运行良好，采用适宜的检测方法和设备按照国家相关标准规范对成品质量进行严格检测。

（4）本文创新性的考虑了运营维护阶段，结果表明：运营维护阶段的质量风险较为明显，其中防渗措施影响比较突出。因此EPC 总承包商应该负责项目试运行阶段，总结运营维护的相关经验，在设计使用年限之内对建设单位提供培训和咨询，以保证整个项目运行良好。

（5）本文仅考虑风险因素的重要性，下一阶段将综合考虑风险因素的严重程度、发生频次来更加准确的计算指标权重。