基于WSR方法和OWA-耦合协调度的装配式建筑施工质量评价

刘 艳，陈为公，张 娜，张 悦，程 准

(1.青岛理工大学(临沂) 管理工程系，临沂 273400；2.青岛理工大学 管理工程学院，青岛 266525；3.山东省高校智慧城市建设管理研究中心，青岛 266525)

装配式建筑施工具有参与方多、施工过程复杂、建造目标要求高且呈动态变化的特点，而且装配式建筑施工质量对装配式建筑的可持续发展至关重要，因此对施工质量进行系统、综合的评价成为当前我国学者研究的重点和热点.在装配式建筑施工质量指标体系建立方面，王爽等[1]将施工质量内容分成施工前、施工中、施工后3个部分建立评价指标体系；王志强等[2]则分别从生产制造、物流运输、现场施工3个维度和施工准备、构件供应、施工操作、检查验收4个维度构建了施工质量评价体系.由此可见，与施工质量相关的影响因素得到了较全面的研究，但是施工人员、施工过程以及装配式建筑产品间的相互作用关系却未能体现，忽视了三者耦合协调对施工质量的重要性，使得施工质量评价缺乏一定的客观合理性.因此，能否寻求一种科学、合理的方法明晰施工人员、施工过程以及建筑产品间的相互作用，构建相应的评价指标体系，对实现装配式建筑施工质量的科学评价以及保障施工质量水平尤为关键.

目前，关于施工质量评价的方法主要包括：智能方法[3]、限值内百分率法[4]、人工神经网络[5]、多元识别方法[6]、灰色聚类[7]等，且指标权重确立多采用AHP等方法.虽上述方法能够对施工质量进行数字化处理，但大多方法的计算过程复杂，步骤繁冗，容易出现操作误差，不便于实际工程应用且赋权过程主观性较强.鉴于此，本研究基于WSR(物理-事理-人理)方法将装配式建筑产品、施工过程以及施工人员间的相互作用关系层次化、条理化、系统化并建立一套适用于装配式建筑施工质量的综合评价体系，进而结合OWA-耦合协调度对影响装配式建筑施工质量的装配式建筑产品、施工过程以及施工人员的相关因素进行科学的定量化研究，辨证地对施工质量进行更加客观有效的评价.

1 装配式建筑施工质量评价指标体系的建立

1.1 相互作用分析

从广义上讲，施工可以看作是一个过程、活动，作为建造建筑产品的关键步骤，对施工质量起决定性的作用.从狭义上讲，施工又可以看作是一个组织，以建造建筑产品为目标，施工人员相互协作结合而成的集体或团体，为施工的有效开展提供保障.所以，施工实际上是以建造建筑产品为目标，通过施工人员协调各类施工活动最终形成建筑产品的一个过程.因此，施工属于复杂的系统工程，其中施工人员作为施工的决策者、管理者和作业者，在施工中发挥其主观能动性保障施工的顺利进行，具有主导性的作用，是系统运行的动力；施工过程是系统操作的具体步骤，将施工人员和装配式建筑产品紧密联系起来，并为施工人员发挥主观能动性以及装配式建筑产品展现特殊性和实现价值效应提供了一个过程实施平台，为施工质量目标的实现提供了可能；建筑产品是最终的系统输出，作为施工的目标及产物，对施工人员行为和施工过程活动具有一定的约束性、引导性，其建造需求可充分体现出施工的特殊性与价值效应.综上可知，三者相互促进、相互制约，并且其耦合协调度决定施工质量水平.那么实现施工过程、建筑产品、施工人员的耦合协调是保障施工质量的关键.

我国学者顾基发等[8]在1995年针对复杂的系统问题提出了具有中国传统的哲学思辨思想的物理-事理-人理(WSR)方法论，凭借其科学性、动态性与系统性的特点，在解决复杂问题方面产生了较高的影响力.其理念核心是在处理复杂问题时既要考虑对象物的一面，又要考虑这些物如何更好地被运用的事的方面，同时，认识问题、处理问题和实施管理与决策都离不开人的方面.这一理论思想与装配式建筑施工质量内涵具有高度的一致性、契合性.装配式建筑施工质量系统分析如表1所示.因此，本研究将在WSR方法思想指导下构建装配式建筑施工质量评价指标体系，并根据上述分析构建如图1所示的基于WSR的装配式建筑施工质量管控机制，并遵循PDCA(Plan-Do-Check-Act)全面质量管理的科学循环程序，以期为装配式建筑施工管理提供思路.

表1 装配式建筑施工质量系统分析

图1 基于WSR的装配式建筑施工质量管控机制

1.2 基于WSR方法评价指标体系的建立

“物理”是人类对物质世界规律的认识，即装配式建筑的适用性、安全性、耐久性、可靠性、经济性及与环境的协调性等.“事理”是做事的道理，主要解决如何安排，即施工过程中的准备、计划、组织、实施、检查、监督和审核等各项施工活动的有序性和合理性，如：施工准备的完备性、施工计划的可实施性、施工组织设置的合理性、装配施工的精准性、施工检查的严密性、施工监督的有效性、施工审核的全面性、施工工序的有序性、施工安排的灵活性等.“人理”研究主体——人的心理、能力、目的、技术以及所处环境对人的行为的影响，即施工人员在建设中要做好装配施工和协调好各施工组织有序参与，并且施工人员自身的协作、沟通、质量意识、建造能力等也会对施工质量产生影响，如：施工人员的质量意识、组织分工情况、技术水平、健康安全水平监护、班组协调配合水平、信息沟通状况、现场管理控制能力、学习及创新能力等.

通过上述分析，对装配式建筑施工质量影响因素进行总结，同时采用访谈、问卷等方式向装配式项目领域相关专家或经验丰富的项目参与人员求证咨询，得到装配式建筑施工质量初始评价指标.然后结合现有的装配式建筑施工质量评价文献[1-5]，筛选初始评价指标，最终从指标体系构建的代表性和差异性、全面性和可操作性原则出发得到以装配式建筑产品、施工过程、施工人员为3个一级指标的施工质量评价指标体系，如表2所示.

表2 装配式建筑施工质量评价指标体系

2 装配式建筑施工质量评价模型的构建

2.1 OWA算子赋权

目前，装配式建筑施工质量评价赋权中较常用的是AHP法赋权方法，但主观性较强.而OWA算子赋权方法具有较强的客观性，因此本文采用OWA算子赋权法进行装配式建筑施工质量评价指标的赋权.赋权步骤如下：

1) 指标的决策数据集结为(α1，α2，…，αi，…，αn)，然后从大到小重新排列，数据重新集结为(b1，b2，…，bi，…，bn).

2) 用组合数设计数据的权重，得加权向量：

(1)

式中：bj为重新集结的指标决策数据，j=0，1，2，…，n-1.

3) 通过加权向量ω对决策数据加权，得指标Ai的绝对权重值ω＇i：

(2)

4) 计算指标Ai的相对权重值wi：

(3)

2.2 耦合协调模型的构建

耦合度是用来描述系统或系统内部要素之间相互作用、彼此影响的程度；耦合协调度是度量系统或系统内部要素之间在发展过程中彼此和谐一致的程度，体现了系统由无序走向有序的趋势.装配式建筑的施工质量水平受到装配式建筑产品的质量、施工过程的有序程度以及施工人员的协调程度制约，三者的耦合协调效应关乎其优劣程度.因此，装配式建筑施工质量评价的本质就是通过物理、事理、人理(装配式建筑产品、施工过程、施工人员)的耦合协调度对施工质量水平的判定.鉴于此，借用物理学中耦合协调计算模型对装配式建筑产品、施工过程、施工人员之间的耦合程度进行衡量，以实现对装配式建筑施工质量的科学评价.

施工人员的协调度、施工过程的有序度、装配式建筑产品的价值的科学量化是实现装配式建筑施工质量的评价的基础.在WSR方法论指导下建立的装配式建筑施工质量评价体系是内部特征统一、系统性较强的综合评价体系.由于装配式建筑产品、施工过程、施工人员的指标是依据彼此间的相互作用关系分析得到的，具有高度的不确定性和关联性，决定了装配式建筑产品、施工过程、施工人员指标数据量化和处理方式必然是针对解决各种信息不完全、实践数据不易获得和内部关联性强的模糊不确定性问题，故满足指标量纲统一、指标内部互不干扰和模糊信息明确化等需求是关键.

模糊综合评价法[9]是一种以模糊数学理论为基础的综合性评价方法，具有系统性较强、评价结果清晰等特点，能够对施工人员、施工过程、建筑产品指标的模糊信息进行恰当处理.因此，将其与OWA算子赋权方法相结合可实现指标数据的集结，实现装配式建筑产品、施工过程、施工人员指标的合理输出，为耦合度评估的准确性提供保障.

具体步骤如下：

1) 构建模糊评语集.将装配式建筑产品的质量、施工过程的有序程度、施工人员的协调程度评语划分为V={v1，v2，v3，v4}={高，较高，一般，低}，每个评语分别对应一个评分区间，各个评价区间的模糊测度阀值M={0.95，0.80，0.60，0.25}.具体划分见表3.

表3 模糊评语集

2) 构建二级指标隶属度矩阵Ri.对所有因素逐一评估，构成m×n的模糊评判矩阵Ri：

3) 合成模糊综合评估矩阵.将OWA算子赋权得到的权重集wi与模糊评判矩阵Ri合成得到模糊综合评估矩阵：

Bi=wi×Ri=(b1，b2，…,bn)

(4)

式中：bi为模糊综合评估指标.

4) 确定一级指标的模糊评估值.将一级指标的模糊评估矩阵与模糊测度阀值M矩阵合成，得到一级指标的模糊评估值，即装配式建筑产品的价值、施工过程的有序度、施工人员的协调度.

f(x)=BA1×M

(5)

g(y)=BA2×M

(6)

h(z)=BA3×M

(7)

5) 计算耦合度C.

式中：C为耦合度，0≤C≤1，C越大，耦合度越高；μ为各子系统综合得分.

依据WSR方法论，结合上述计算过程，耦合度C是f(x)，g(y)，h(z)相互作用的结果，因此耦合度C的计算公式如下：

(8)

6) 计算耦合协调度.

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

(9)

(10)

式中：D为耦合协调度；T为综合效益；f(x)，α为装配式建筑产品的价值及权重；g(y)，β为施工过程的有序度及权重；h(z)，γ为施工人员的协调度及权重.

2.3 装配式建筑施工质量评价测度界定

为了实现对装配式建筑产品、施工过程、施工人员的耦合程度的定量化评价，根据工程实践经验，结合统计学原理，并参考文献[10]将评价测度进行科学划分和界定，见表4.

表4 装配式建筑施工质量评价测度

3 实例分析

泰和上筑13号是位于潍坊的一座居民楼，共20层，地上18层，地下2层，建筑面积9750.36 m2，主要采用剪力墙结构，工期为2年,最终被评定为装配式建筑科技示范项目.为验证所构建装配式建筑施工质量评价模型的合理性和有效性，选取该项目作为实例.

3.1 基于OWA算子计算指标权重

以评价指标体系中装配式建筑产品A1下的6个二级指标的权重确定为例，指标赋权决策数据如表5所示.

表5 指标赋权决策数据

运用OWA算子进行指标赋权，具体计算过程如下：

将指标A11专家打分数据从大到小进行排序得b=(4.5，4.5，4.5，4.0，4.0，4.0)；

根据式(1)获得加权向量：(0.03125，0.15625，0.31250，0.31250，0.15625，0.03125)

根据式(2)计算指标A11的绝对权重为

同理可得指标A12，A13，A14，A15，A16的绝对权重分别为：ω＇12=4.3125，ω＇13=4.0937，ω＇14=4.000，ω＇15=4.1563，ω＇16=4.2657.

根据式(3)归一化得二级指标权重向量为

wA1=(0.172，0.172，0.163，0.159，0.165，0.169)

同理可得其他二级指标的权重向量为

wA2=(0.114，0.111，0.109，0.108，0.117，0.106，0.105，0.118，0.112)

wA3=(0.132，0.129，0.133，0.142，0.135，0.131，0.128，0.140)

一级指标权重α=0.428，β=0.254，γ=0.318.

3.2 耦合协调评估

1) 构建模糊矩阵.确定“高，较高，一般，低”4个模糊评语，通过调研专家学者，进行模糊评判并构造各模糊矩阵：

2) 合成模糊综合评估矩阵.根据式(4)将二级指标的权向量与模糊矩阵合成得到一级指标的模糊评估矩阵：

=[0.458 0.418 0.110 0.017]

BA2=wA2×RA2=[0.114 0.111 0.109 0.108 0.117 0.106 0.105 0.118 0.112]×

BA3=wA3×RA3=[0.132 0.129 0.133 0.142 0.135 0.131 0.128 0.140]×

3) 确定一级指标的模糊值.根据式(5)将装配式建筑产品的模糊评估矩阵与模糊测度阀值M矩阵合成，得到装配式建筑产品的质量：

同理，根据式(6)、式(7)得到施工过程的有序度为：g(y)=BA2×M=8.3495；施工人员的协调度为：h(z)=BA3×M=8.6235.

4) 计算耦合度及综合效益.

根据式(8)得到耦合度为

由式(9)得到耦合协调度为

T=αf(x)+βg(y)+γh(z)

=0.428×8.3975+0.245×8.3495+0.318×8.6235

=8.3820

在计算耦合协调度之前，需要将数据进行标准化或归一化处理，以消除量纲不同给计算造成的影响，此处综合效益值T=8.3820，与耦合度C量纲不同，因此需要将其按照数值归一化的方法进行处理，将综合效益值进行标准化，得到T*=8.3820/10=0.8382.

5) 计算耦合协调度.

3.3 结果分析

将实例研究结果与装配式建筑施工质量划分的等级相对应，该项目的施工质量等级为“优”，与工程实际相符合，验证了方法的合理性.通过装配式建筑产品、施工过程、施工人员的模糊评估值可知，装配式建筑产品的质量、施工过程的有序程度以及施工相关方的协调程度均能够达到“较高”水平，为施工质量达标提供了保证.装配式建筑产品、施工过程、施工人员的权重对比结果为α>γ>β，由于该项目施工精准度要求较高且构配件吊装难度大，给施工人员操作带来了困难.加强施工人员的业务水平，有利于施工质量的进一步提升.

4 结论

1) 在WSR方法论指导下，梳理了装配式建筑施工质量评价的逻辑结构，构建了相应的施工质量管控机制，为装配式建筑施工质量评价体系的构建提供了思路.

2) 对装配式建筑施工质量系统物理-事理-人理(装配式建筑产品-施工过程-施工人员)的相互作用关系进行了分析，并在此基础上结合专家意见及以往研究成果建立了装配式建筑施工质量评价指标体系.

3) 采用OWA 算子确定指标权重，使指标赋权更加客观合理.同时，考虑到物理-事理-人理的耦合协调性对施工质量的决定性作用，建立了装配式建筑施工质量耦合协调模型，为装配式建筑施工质量评价提供了依据.