建筑工程施工阶段工程质量控制策略分析

刘振岐，张 拓，王艺程

（吉林大学 基础设施建设办公室，吉林 长春）

前言

随着社会经济和城市化进程的不断发展，城市内建筑工程数量不断增加，这在带来建筑行业蓬勃发展的同时也为建筑行业带来了全新的挑战[1]。在建筑工程建设过程中，项目风险作为一种不确定事件，若发生则会给项目产生十分不利的影响。此外，随着建筑工程项目规模、施工难度以及复杂性等因素的不断增多，很大程度上增加了建筑工程施工过程的风险，而针对施工过程的成败则取决于所采用的风险管理方法[2-4]。在实际施工过程中，如何把控项目潜在风险，针对性提出工程质量控制措施，从根本提高建筑工程建设质量成为现阶段建筑行业一个十分重要的研究方向[5]。基于此，为进一步防范施工项目潜在风险，提高工程建设质量，本文以模糊数学理论结合故障树分析法等建立项目潜在风险定量分析措施，以期降低工程建设防线，提高工程建设质量。

1 分析方法

模糊理论（Fuzzy Theory）是指用到了模糊集合的基本概念或连续隶属度函数的理论。可分为模糊系统、模糊理论以及模糊决策等方面[6]。现阶段，模糊理论已广泛应用于模糊控制领域，以解决一些传统控制理论中难以解决的问题，并取得了十分丰富的成果[7-8]。本研究提出了一种新的基于模糊的定量风险分析方法，它结合了故障树分析法（FTA）和事件树分析法（ETA）。首先将风险分解为内部和外部的根本原因，通过分析根本原因，用故障树分析法评估风险发生的概率。然后，使用事件树分析法评估已识别风险的影响。

1.1 故障树分析法（FTA）

故障树分析法（FTA）最早于1961 年于贝尔实验室提出，如图1 所示，故障树分析法是一种逻辑图技术，已被广泛用于分析系统可靠性。故障树分析法用于在给定故障事件精确概率的情况下，系统地量化系统中发生不良事件的概率。如图1 所示故障树图的基本结构，由基本事件(BE)、门事件(GE)和顶级事件(TE)组成。故障树是一种结构化的逻辑图，它通过分解内部和外部的根本原因来促使顶层事件的发生，事实上任何故障树中的顶端事件都是风险事件，并被分解为其根本原因。

图1 故障树分析的基本结构

在故障树分析中，基本事件代表故障树中每个分支的最低层，无法进一步发展。风险事件通常通过门事件与基本事件进行逻辑连接。不过，在某些情况下，风险事件也可以直接与基本事件相连。门事件与风险事件类似，可以进一步分解为其根本原因。

故障树目前被许多行业用于对风险进行定性和定量评估。定性故障树通过应用布尔代数，将风险事件与基本事件之间的逻辑关系转化为数学方程，即最小割集。故障树分析法中分析可采用自上而下或自下而上的方法。在自上而下的方法中，分析从风险事件开始，向下移动直到基本事件。自下而上法是从基本事件开始，向上移动直到到达风险事件。无论采用自上而下还是自下而上的方法，都会得到相同的最小切割集。本文采用自上而下的方法来确定最小割集。

不同基本事件的概率是通过参与项目的各专业人员结合自身专业对所述基本事件的发生概率进行计算，常采用极低、较低、低、中、高、较高、极高等属于表达基本时间的发生概率，此外还需采用模糊德尔菲算法对不同专业人员所提供的基本事件发生概率进行如下计算：

式中：Ai表示第i 个基本事件概率的模糊集合数；Ein表示专业人员评估的第i 个基本事件的概率；i，m 表示基本事件的数量。

1.2 模糊集理论

本研究采用了两种特殊的模糊数，包括三角形模糊数（TFN）和梯形模糊数（TrFN）。

三角形模糊数可以由三元组A=（a1，a2，a3）来定义。三角形模糊数的函数表示如下：

梯形模糊数可以用四元组来定义A=（a1，a2，a3，a4）梯形模糊数的成员函数表示如下：

根据Zadeh 扩展原理，模糊数所代表的不确定变量可以转化为清晰集。A 和B 的α 切集合可定义如下：

由于不同基本事件的概率是以模糊数的形式确定的，因此有必要扩展标准布尔规则，以处理基本事件概率的不确定性。首先利用模糊算术运算对“OR”和“AND”进行如下转换。对于互斥事件，使用梯形模糊数对由“OR”门连接的风险事件或门事件的模糊概率定义如下：

式中：n 表示通过OR 连接的最小切割集数量；a 表示最小值；b、c 表示最可能值；d 表示成员函数（MF）的最大值。

由AND 连接的风险事件或事件的模糊概率定义如下：

式中：s 表示通过AND 连接的最小切割集数。

1.3 计算流程

本文所述模型不同阶段的流程如图2 所示。如图2 所示，风险发生的概率是通过结合故障树分析和模糊逻辑来确定的，因此首先要构建影响风险概率的各种因素的故障树图。然后，为绘制的故障树图确定最小切割集（MC）。最后，将风险概率确定为一个模糊数。为此，首先对已识别风险的事件树分析模型进行描绘，同时考虑到风险发生时可能出现的不同情况。

图2 定量风险分析模型流程

2 案例分析

2.1 计算结果分析

为了评估所提出的定量风险分析方法的适用性，在一个高层建筑工程中实施了该方法。该项目为EPC项目。该项目案例包括约2 000 m3的混凝土浇筑。采用定量分析方法对该工程中混凝土浇筑质量进行分析，首先要结合故障树分析和模糊逻辑来评估风险发生的概率。然后，结合事件树分析和模糊逻辑确定风险后果。通过模糊方法确定风险概率和后果后，最后以模糊数字的形式评估风险的严重性。

使用上述计算方法所得计算结果如图3 所示。如图3 左图所示，出现混凝土质量问题的概率大概为38%～93%；如图3 右图所示，在对混凝土质量问题概率分析的基础上，以梯形模糊数（30、90、150、380）元m3混凝土的形式确定了劣质混凝土对工程造价的影响，在出现“劣质混凝土”的情况下，每立方米混凝土的成本将增加8.5 至288.4 元。

图3 结算结果

2.2 质量控制措施分析

在本工程中造成混凝土质量问题的主要因素分为材料问题、人员问题以及组织问题等方面，其中材料问题主要包括水、添加剂等建材质量是否合格、水泥储存运输过程、配合比计算；人员问题主要包括人员培训程度、疲劳等；组织问题主要包括：机械、人工等安排是否合理、原材控制流程，混凝土运输过程等方面。

针对上述问题，可采用如下措施提高混凝土浇筑质量：

（1） 提高人员培训质量，使参加混凝土工程各个环节的工作人员能够对混凝土质量以及自身工作内容有较深理解。

（2） 在开展混凝土浇筑施工前，应组织专门的人员准备混凝土材料，并严格依照国家有关部门制定的有关标准，采用随机抽样的方法检查物料的品质，以确保材料质量符合工程的需要。

（3） 在完成对混凝土材料的检验后，按照房建工程的实际需要，由施工单位进行混凝土材料制作。

（4） 建筑工程在进行施工过程中，应按照实际情况拟定施工方案，并经多方审查，后续施工过程中应严格按照施工方案进行施工作业。

3 结论

针对建筑工程施工阶段所出现的工程质量问题，为进一步提高施工阶段工程施工质量，本文采用模糊分析作为项目风险评价方法，所得结论如下：

（1） 采用模糊数学理论、故障树分析法以及事件树分析法等缝隙方法建立了针对建筑工程施工阶段风险定量评价体系。

（2） 对所建立的施工阶段风险定量评价体系进行案例分析，分析结果表明所建立的定量评价体系具有较好的适用性。同时提出针对混凝土浇筑的质量控制措施。本文研究内容对于后续施工风险管控和施工质量提升等方面具有一定借鉴意义。