基于FAHP 的装配式建筑施工质量风险分析及管理

李政道，甄 宇，李 骁，吴恒钦，赵 银，孙丽锋

（1.深圳大学 土木与交通工程学院，广东 深圳 518060；2.中建四局土木工程有限公司，广东 深圳518052，E-mail：clyde.zhengdao.li@szu.edu.cn）

近年来，建筑行业的发展体系日渐成熟。但有许多问题逐渐显得严重深刻，建筑寿命低抗震能力差，资源缺乏问题突出，环境约束与生态恶化日趋明显，劳动力需求难以满足，施工安全事故多发，这些都是目前建筑行业需要面对的问题。为此，我国相继推出建筑工业化、信息化及建筑业高质量发展的相关政策，使得装配式建筑发展迅速，但由于其在构建生产、物流运输、现场装配等多维空间进行操作管理，容易叠加质量风险。并且装配式建筑质量管理体系尚未完善，传统建筑管理模式与装配式建筑生产模式不匹配的问题日渐明显，在质量控制措施储备不足的情况下，装配式建筑的质量控制管理问题将尤为突出。

中外诸多学者针对该问题进行了研究，如蒋勤俭等[1]和曹志清[2]等均认为提出装配式建筑质量控制要点主要集中于设计与构件生产阶段。William Imbeah 等[3]利用高级程序化风险分析和管理模型（APRAM）同时进行成本、进度和质量风险管理。Debalina Banerjee Chattapadhyay 等[4]开发了一种基于交叉分析机器学习模型的风险预测系统，用于对建筑项目的成本、时间、质量和范围风险的预测与应对。李晓娟[5]通过熵权法与模糊评价法相结合构建评价模型，并按照施工周期的时间性进行分类，对质量风险进行评价。通过总结上述研究的优势与不足，本文拟进一步对国内装配式建筑的质量管理体系进行分析与评估，旨在为装配式建筑管理的发展提供强有力的支持。基于此，从系统管理角度出发，通过对装配式建筑项目中的各类质量风险因素进行风险识别，利用模糊层次综合分析法建立评价模型对质量风险进行评价，并选取实例进行模型的验证与应用[6]，为装配式建筑项目质量风险管理提供风险识别方法及可参考的风险控制方向。

1 装配式建筑施工质量风险分析

1.1 装配式建筑质量风险概念

装配式建筑的工程质量一般指工程建设活动过程中各工程利益相关参建方具体行为的质量及完成工程后装配式建筑产品的整体质量，包括功能价值质量、产品施工质量、工程项目利益相关参与方的工作质量等[7]。装配式建筑项目的工程质量风险主要是指业主、投资商、承包商、材料供应商等各参建方在工程建设过程中因为各种因素而使工程质量无法得到保证的不确定性[8]。从质量风险管理的角度上讲，需要注重的是如何在进度计划的时间内最大限度减少对环境影响的条件下以科学合理的工程造价及工程质量完成工程项目，并保证一定的建设安全水平，如果由于某种因素的出现导致工程项目不能达到上述目标，那么就是所谓出现了工程质量风险[9]。

1.2 装配式建筑项目质量风险构成

装配式建筑项目质量风险主要由质量风险因素、质量风险事故及质量风险损失构成（见表1）[10]。

表1 装配式建筑项目质量风险构成因素

1.3 装配式建筑质量风险的特点

装配式建筑项目从设计阶段-生产阶段-施工阶段-运维阶段等全生命周期的管理过程中，风险的管理尤为重要，通过文献综述共总结其风险共包括7 个特点[11]，如表2 所示。

表2 装配式建筑项目质量风险特点及其内容

2 装配式建筑施工质量风险评价

2.1 模糊层次综合评价法（FAHP）

FAHP 评价法是一种将模糊综合评价法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE）和层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）相结合的评价方法，主要应用于体系评价、效能评估等方面，是一种定性与定量相结合的评价模型，一般是先用层析分析法确定因素集，然后用模糊综合评判确定评判效果。两者相互融合，对评价有着很好的可靠性[12]。

2.2 建立评价指标体系

根据我国装配式建筑施工特点，确定装配式建筑生产-运输-建造阶段影响质量的风险因素。采用层次分析法将装配式建筑项目的质量风险评价总体问题划分成层次结构，即整体的质量目标及影响质量目标的各因素按照不同的层次划分为4 个层次结构，构配件供应风险、人员与机械操作风险、施工准备风险和施工管理风险，装配式建筑质量风险因素层次指标体系如表3 所示。

表3 装配式建筑质量风险因素层次指标体系

2.3 基于FAHP 的评价模型构建

通过总结工程质量风险管理相关研究提供的评价方法与思路，本文提出构建装配式建筑质量风险分析的FAHP 评价模型，其模型框架如图1 所示，共包括两大模块、7 个步骤。

图1 基于FAHP 的评价模型框架

（1）构建判断矩阵。基于装配式建筑质量风险因素层次指标的问卷调查结果，得出各层判断矩阵，进而通过判断矩阵的构建对各因素之间的两两对比，确定各因素间的相对重要性：

（2）层次单排序及一致性检验。通过计算求解出判断矩阵最大特征向量并经过归一化计算后对同一层因素的相对重要权值进行排序，并进行判断矩阵的一致性检验[13]，计算步骤如下：

将判断矩阵各数值行进行连乘运算后开n次方根：

将得到的向量进行归一化计算：

计算判断矩阵的最大特征根：

进行一致性检验，计算出一致性指标CI及一致性比率CR：

查表（见表4）得到一致性指标RI，CR=CI/RI。当一致性比率CR<0.1 时，可以认为判断矩阵的不一致程度在允许范围之内即通过该判断矩阵的一致性检验；当CR值≥0.1 时则不承认一致性检验通过，需要对判断矩阵的因素重要性对比值进行调整，建立一个新的判断矩阵再进行一致性检验，重复操作直至指标CR满足条件，通过一致性检验。

表4 一致性指标RI

（3）层次总排序及一致性检验。从高层往下，逐层对各层因素的权重进行计算，整理为相对于最高层的重要性值。若上一层有n个元素分别为A1，A2，...，An，它们相对于最高层次的权重分别为a1，a2，...，an，下一层有n个元素分别为B1，B2，...，Bn，则下一层B层次相对于最高层的相对权重值为：

（4）建立模糊评语集。根据装配式建筑施工的特点建立其评语集，极高风险、较高风险、普通风险、较低风险及极低风险各项对应的评分分值，如表5 所示。

表5 装配式建筑质量风险因素评语集

（5）建立模糊综合评价隶属度矩阵。模糊综合评价隶属度关系矩阵主要通过所建立的质量风险评语集对风险可能因素层即最底层C中的质量风险因素进行风险程度评定，确定各质量风险因素的隶属度，整理得到模糊综合评价隶属度关系矩阵：

（6）计算模糊综合评价结果。将各评价因素的相对重要权值与模糊综合评价隶属度关系矩阵进行模糊合成变换，本文将模糊合成变换模型取为普通矩阵乘积算法，并选用最大隶属度原则对模糊中和评价结果由矢量转换为确定的分值，从而判断出项目的风险程度。

（7）质量风险评价结果分析。根据计算得出的模糊综合评价结果对装配式建筑工程项目的质量风险情况进行判断，判断出装配式建筑质量风险着重部分所在，从而能够有针对性地将有限的管理资源进行合理的分配，降低装配式建筑质量风险事件的发生率及损失率[14]。

3 实际案例分析

3.1 工程概况

本文所选案例为中山大学深圳校区人才保障性住房（一期）项目，该项目位于深圳市光明新区中大校区南侧。本项目总建筑面积480172.6 m2，其中规定建筑面积336244 m2，共11 栋超高层点式住宅，均采用装配式设计和施工。

3.2 工程项目施工质量风险评价

本文通过编写本装配式建筑工程项目案例质量风险因素指标之间的相对重要性调查问卷，并邀请相关专家学者及项目实际管理人员对各层质量风险因素指标的两两对比相对重要性权值进行打分，最终得到273 份有效问卷。根据得到的问卷结果进行整理计算进而进行质量风险评价。

（1）首先建立准则层B的判断矩阵并计算各因素权重及进行一致性检验：

将判断矩阵B的各行数值进行连乘计算并开4次方根：

进行判断矩阵的最大特征根计算：

一致性检验：

即计算得出的准则层B中质量风险因素相对于目标层的相对重要性权值在满意程度内是合理的。

（2）建立标准层各项指标的判断矩阵并计算各因素权重及进行一致性检验。同上，构建构配件供应质量风险（B1）、人员与机械操作质量风险（B2）、施工准备质量风险（B3）、管理质量风险（B4）的判断矩阵，并计算各因素相对重要性权值及进行一致性检验，整理得：

（3）进行层次总排序，得到本装配式建筑工程项目案例的质量风险因素权重如表6 所示。

（4）建立模糊综合评价隶属度关系矩阵。通过对以上调查问卷的数据进行整理可得各层质量风险因素的模糊综合评价隶属度关系矩阵。以构配件供应质量风险（B1）的模糊综合评价隶属度关系矩阵R1为例，同理计算出R2、R3、R4。

（5）计算模糊综合评价结果。本文将模糊合成变换模型取为普通矩阵乘积算法即根据表6 的权重计算可得：

表6 装配式建筑工程项目案例的质量风险因素权重表

本文选用最大隶属度原则对模糊中和评价结果由矢量转换为确定的分值，有Max=0.34733，根据表4 可知本装配式建筑工程项目案例的构配件供应质量风险等级为较低风险。同理，计算得人员与机械操作质量风险（B2）、施工准备质量风险（B3）、管理质量风险（B4）的风险等级均为极低风险。

（6）计算模糊综合评价结果。由上文可知WB=（0.568，0.176，0.164，0.092），根据以上计算得到的各层模糊综合评价向量整合可得本装配式建筑W工程项目案例的的总评价矩阵R：

本文选用最大隶属度原则对模糊中和评价结果由矢量转换为确定的分值，有Max=0.2318，风险等级为较低风险。

3.3 评价结果分析

本装配式建筑工程项目案例的整体质量风险较低，但仍需采取风险应对措施。则按照质量风险因素指标评价等级进行排序0.34733>0.08939>0.08760>0.04830，构配件供应质量风险尤为突出，其中，构件质量不合格风险（C2）与构件质量检验不当风险（C3）更是重中之重。构件质量控制是质量风险控制的基础，由于构建生产方的工业化生产水平较低，生产人员培训不足等原因使得构建质量风险居高不下。而构件质量检验主要受到检验技术的限制，对于智能化质检设备的应用率有待提高。

4 装配式建筑施工质量风险管理措施

4.1 构配件供应质量风险管理措施

由前文可知装配式建筑的质量风险在很大程度上都是来源于构配件的供应方面，因此该类型风险需加强控制，具体措施如图2 所示。

图2 构配件供应质量风险管理措施流程图

一是确保构配件设计的科学合理，设计单位应根据装配式建筑的特点与需求进行设计，进而构配件生产厂家根据实际情况进行深化设计，并交于原总体设计单位确认后再投入使用；二是在构件生产过程中，应通过完善生产工人培训体系、质量监测管理体系并借助信息技术以确保构配件生产质量与检验质量；三是应提高施工现场规划水平，一方面优化施工组织设计，减少预制构件的现场堆放，使施工流程能够以顺畅、高效率的状态进行[15]；另一方面，合理规划构件堆放区域并确保堆放区域的安全性。

4.2 人员与机械操作质量风险管理措施

人员与机械操作因素会在主观上对装配式建筑的整体工程质量造成较大的影响，装配式建筑施工时要求工人在技术与机械操作方面都具备满足施工进行的条件：一是确保现场施工组装人员技术熟练；二是确保工程相关人员的质量教育进行；三是确保机械操作人员的操作合格；四是保证现场施工人员对装配式规范有充足的了解；五是确保对工程关键部位持有一定的重视。

4.3 施工准备质量风险管理措施

施工准备工作是质量控制的基本工作，同样需要加强控制：一是确保装配式建筑工程项目进行现场装配施工前已经做好了充足的规划；二是确保图纸审验到位，防止具有设计缺陷的图纸投入使用到实际施工中；三是确保施工方案的全面性与可行性；四是确保施工基础设施足够完善；五是确保施工人员到岗率。

4.4 管理因素质量风险管理措施

管理因素质量风险的管理措施主要包括5 个方面：一是确保装配式建筑项目组织结构完善；二是确保专业质量管理人员按计划参与工程质量管理工作；三是确保设计变更处理高效合理；四是确保对分包商的合理规范管理；五是确保验收工作严格进行，相关单位应该严格依照相关法律法规、建设行业规范标准及合同中内容要求对验收对象的质量水平进行评定。

5 结语

本文对装配式建筑的质量风险进行识别分析，并基于模糊层次综合分析法建立装配式建筑质量风险评价模型，梳理出完整的评价步骤程序。结合实际工程案例进行评价模型的应用分析，从而提出切实有效的针对性策略来控制项目的质量风险，也为后续装配式建筑施工质量风险管理提供有效依据。但由于质量风险因素具有时效性与区域性，因此，装配式建筑质量风险因素指标体系仍需完善；关于装配式建筑施工质量评价指标体系也缺乏一定的系统性、普适性。而本文提出的质量风险管理策略具有较强的针对性。故未来研究应广泛结合工程实例，对装配式建筑质量风险因素及其评价体系进行完善，进而建立标准化的质量风险应对策略。