基于C-OWA算子与物元可拓模型的装配式建筑综合效益评价①

郭 平, 高 明, 李玉凤, 任康飞

(青岛理工大学管理工程学院,山东 青岛266520)

0 引 言

装配式建筑是由在工厂生产的预制构件通过生产、运输、施工现场装配而成的建筑。装配式建筑是对传统建筑方式的重大变革,是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措,有利于推动绿色建筑发展、促进节能减排,有利于解决我国劳动力紧缺、人工成本高的问题,有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合,推动我国的建筑工业化水平。因此,明确并不断提高装配式建筑综合效益,对提升建设单位的支持意愿和参与积极性,促进装配式建筑的市场占有率有重要意义。

Wahid Ferdous,Yu Bai,et al[1]认为预制模块在复杂环境状况下会表现出良好的性能,具有良好的环境、经济和社会效益。陈艳、王宇[2]等从装配式建筑成本增量和成本节约量分析了装配式建筑的经济效益。李丽红[3]等在装配式建筑价格补偿系统基础上,通过现金流入、现金流出分析了装配式建筑经济效益。廖赐平[4]运用三角模糊数和系统动力学模型,为装配式建筑绿色度提升提供了依据。王娟[5]运用系统动力学方法对赣州市某绿色建筑进行了效益评估及敏感性分析并描述了各因素相互作用关系。由此可见,目前装配式建筑研究较多,但是综合效益研究较少,同时现有研究也存在重复分类、指标交叉、量化指标较少等不足之处,尚需要对其进行深入的研究分析。

综上,结合装配式建筑特点构建综合效益评价指标体系,运用C-OWA算子赋权,建立物元可拓模型,解决定性和定量指标兼容性,计算各指标关联度并确定其隶属等级,并以实际案例进行验证,证明模型可靠性,为装配式建筑综合效益提升提供依据。

1 装配式建筑综合效益评价指标体系

1.1 指标选取原则

装配式建筑综合效益评价指标体系的构建要符合全面性、科学性、可操作性原则。因此,选取指标时要从装配式建筑综合效益的全局出发,遵循科学量化的原则,结合工程实际案例,使指标体系能够全面、科学的反映装配式建筑综合效益。

1.2 指标体系的构建

通过文献研究、小组讨论、问卷调查及专家访谈的方法,对数据结果进行汇总分析,最终确定了装配式建筑综合效益的14个关键指标,并形成了三级评价指标体系。评价指标体系如表1所示。

表1 装配式建筑综合效益评价指标体系

2 装配式建筑项目综合效益评价模型研究

2.1 基于C-OWA算子确定指标权重

运用C-OWA算子确定指标权重的步骤如下:

1)邀请n位从事装配式建筑研究的专家及参与装配式建筑项目建设的管理者,根据同一层次评价指标的重要性程度进行打分(十分制打分)[6],构成原始数据集,用A=｛a1,a2,…,a j,…,a n｝表示,将原始数据集从大到小降序处理,并从0开始重新编号,得到新数据集B=｛b0,b1,…,b j,…,b n-1｝,其 中b0≥b1≥b2≥…≥b j≥…≥b n-1。

2)数据集B中b j的加权权重ωj+1可 通过组合数确定,其中n为专家数,,则

式中:c jn-1为在n-1个数据中选取j个数据后的组合数,j=0,1,2,…,n-1,ωj+1∈［0,1］。

3)用加权权重ωj+1对数据集B进行加权处理,得出各评价指标的绝对值权重,则

式中:i=1,2,…,m(m表示指标因素的个数)。

4)将各指标绝对值权重进行归一化处理,可得各指标的相对权重

式中:i=1,2,…,m

通过以上4步,即可得到各指标权重。

2.2 综合效益物元可拓评价模型构建

物元可拓评价模型可以用来解决多因子评价中定性和定量物元不相容问题,将评价指标由固定值转变为区间值[7],使得评价指标相对于评价集合的隶属度计算更具准确性、客观性。当应用于装配式建筑综合效益评价问题时,其具体运行步骤如下。

1)待评价物元确定。将装配式建筑综合效益记为事件A,其特征指标集记为C=［c1,c2,…,c n］,各特征对应量化值为V=［ν1,ν2,…,νn］,则称R=（P,c,ν）为事件A的基本元,简称物元,表述为:

式中:R i（i=1,2,…,n）为R的分物元,R0为待评物元,P0为待评对象。

2)经典域、节域确定。由评价对象指标及其在各标准等级下标准量值范围组成的物元矩阵称为经典域R j,则

式中:P j表示第j个评价等级,νjn表示P j关于指标c n的取值范围,（ajn,b jn,）为在j等级下经典域取值上下限。

由评价对象指标及其拓展的所有值取值范围组成的物元矩阵称为节域R P,则

式中:P表示全部评价等级,（aPn,b Pn,）表示各指标在各经典域取值上下限范围的集合,即节域取值范围。

3)等级域确定。通过将装配式建筑综合效益等级划分为5个等级,定义效益等级域G=G j=｛G1,G2,G3,G4,G5｝,依 次 为G=｛低,较低,中,较高,高｝,并在对装配式建筑深入分析的基础上确定经典域、节域的取值上下限,如表2所示。

表2 效益等级划分

4)关联度函数及关联度确定。关联度反映装配式建筑综合效益评价结果与某评价等级关系的隶属度强度。在建立关联度函数之前,首先确定指标量化值νi与经典域区间（aji,b ji,）之间的距ρ（νi,νji）和 与 节 域 区 间（aPi,b Pi,）之 间 的 距ρ（νi,νpi）,计算如下。

在定义距的基础上,确定待评物元关于各等级的关联度函数如下:

式中:k j（νi）表示某评价物元符合某等级标准物元的隶属程度。

5)评价等级确定。综合关联度公式如下:

式中:ωi表示各指标权重,k i表示各指标相对于等级j的综合关联度。

K i表示被评对象与相应等级隶属程度。当K i＞0时,表示评价对象符合标准对象要求的程度,属于该等级;当K i≤0时,表示评价对象不符合标准对象要求的程度,不属于该等级。

3 实例研究

3.1 项目概况

为验证评价模型的有效性,以山东日照市山钢龙樾装配式混凝土建筑项目为例进行综合效益评估。该项目A13地块采用装配式技术建造技术,符合标准化设计、工厂化生产、装配化施工的产业化建筑基本特征,包含10栋住宅楼(地上11层,地下2层)、底商、幼儿园及地下车库等业态,项目装配率50%,预制构件包括叠合楼板、预制空调板、预制楼梯板、轻质墙板等。从项目资料获知,项目建设周期为18个月,总建筑面积149325㎡,其中地上建筑面积122924.48㎡,地下建筑面积26400.52㎡。选取6名从事或研究装配式建筑方面的专家对该项目综合效益进行评分,然后对收集到的数据进行处理分析,得到该装配式建筑综合效益评价结果。

3.2 指标权重量化

通过采用基于组合数的有序加权平均COWA(Combination Ordered Weighted Averaging)算子,对专家赋值权重进行有序加权,从而得到装配式建筑综合效益各指标量化权重。针对该项目组建专家小组共计6人,并发放问卷,请其对该装配式项目综合效益各级指标的重要程度进行十分制打分,对4个二级指标评分结果,如表3所示。

表3 二级指标专家评分

对指标C11的专家评分结果进行降序处理[8],可得到新的数集(10.0,10.0,9.5,8.0,7.5,7.0),根据式(1)求得数集各数据赋权权重ωj+1=(0.03125,0.15625,0.3125,0.3125,0.15625,0.03125),则指标C11的绝对权重0.15625,0.3125,0.3125,0.15625,0.03125]·[10.0,10.0,9.5,8.0,7.5,7.0]Τ=8.734。同理可得剩余各指标绝对权重734,~ω14=9.000,因此可得C11-C14各指标的相对权重同理,重复上述步骤,可计算得出其他一级、二级指标量化值,装配式建筑综合效益评价指标体系权重分配如表4所示。

表4 装配式建筑综合效益评价指标权重量化系数

3.3 综合评价

依据物元可拓评价模型构建方法,并参考《绿色建筑评价标准》(GBT50378-2019)和《工业化建筑评价标准》(GBT51129-2015)确定经典域和节域[9]。由式(7)-(10)可计算出各指标关联度,并根据最大隶属度准则,确定该指标所属效益等级,见表5。

表5 指标关联度及效益等级

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3.4 评价结果及建议

由表4可以看出,装配式建筑经济效益权重占比最高,为0.3938;环境效益权重占比次之,为0.3200;社会效益占比最少,为0.2862。通过COWA算子及物元可拓评价,得到表5的关联度匹配结果及隶属等级划分,可以看出日照市该装配式建筑项目综合效益等级为“中”,其中经济效益为“中”,环境效益为“高”,社会效益为“较高”。根据评价结果,装配式建筑环境效益明显,符合国家的绿色发展理念,有利于推动建筑业的业态转型和建筑工业化发展,对我国“四节一环保”的建设目标有较大推动作用;经济效益由于装配式技术产业链不够完善及专业管理人员缺乏等原因造成的成本增加,效益并不显著,还需要联合政府、建设单位、构件供应商等各参与方综合施策,进一步提高经济利润;社会效益较为显著,有利于提高人员素质水平,提升建筑质量,拉动相关产业需求。

4 结 语

结合装配式建筑特点,从经济效益、环境效益和社会效益三方面出发,构建并丰富效益分析指标体系,综合运用C-OWA算子赋权和物元可拓评价方法,将定量指标和定性指标良好结合,且结合日照市实际项目案例对装配式建筑综合效益进行有效分析,验证了模型的科学性和合理性。评价结果有效反映装配式建筑综合效益情况,能够为进一步推动装配式建筑的市场化发展,推动我国建筑工业化进程提供借鉴意义。