基于ANP-FUZZY的装配式建筑预制构件质量风险评价

瞿富强， 陈初一， 颜 伟

(南京工业大学 a. 经济与管理学院； b. 土木工程学院， 江苏 南京 211816)

随着住房和城乡建设部《“十三五”装配式建筑行动方案》的提出，到2020年全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，这给装配式建筑发展带来了大好机遇，但现在管理机制不健全、产业链不完善、作业成本高、技术设备不成熟等问题的存在，使得装配式预制构件的潜在质量风险也在加大，而质量风险意味着质量的不确定性，因此，如何有效评估装配式预制构件质量风险问题起到了关键性的作用。苏杨月等[1]采用鱼骨图法从人员、机械、物料、方法、环境五方面对常见质量问题进行剖析。刘敬爱[2]从建筑部品生产企业角度出发，分析建筑部品在深化设计、生产、运输与堆放阶段的主要风险因素，提出建立内部管理制度和完善质量政策法规等方案来防控装配式建筑部品生产质量风险等建议措施。李晨光等[3]将六西格玛理论引入预制混凝土构件加工制作质量控制，探讨其应用的可行性。吴水根等[4]通过将装配式建筑结构部品质量评价内容分成施工前、施工中、施工后三个部分，从而建立了装配式建筑结构部品施工阶段质量评价指标体系及层次模型。施锦华[5]对预制构件的生产工艺进行了系统的总结并对部分关键工序进行了研究改进。齐宝库等[6]从认知、政策、技术等三个层面来介绍我国PC建筑发展过程中存在的问题。张霞[7]总结了结构设计阶段、构件制作阶段及现场安装阶段的质量控制要求，对构件制作过程质量检验、质量行为及工程实体质量监管要点提出了建议。王龙[8]建立了装配式住宅质量监控体系，并对现场的施工人员、管理人员进行监督与管理。王东锋等[9]对预制构件生产过程中出现的问题进行了综合分析和总结并给出解决方案。

综合国内学者的研究结果发现：装配式预制构件在施工前后，质量问题一直存在，现有的风险评价指标体系还存在指标包含不全面、部分指标代表性不强等问题。因此需要建立一套系统、全面的装配式预制构件质量风险评估指标体系和选择可行性较强的评估方法是目前亟待解决的问题。

1 装配式预制构件质量风险评价指标体系构建

要准确地评估装配式预制构件质量风险，就必须找出可能导致预制构件质量风险发生的影响因素，并在此基础上建立装配式预制构件质量风险评估指标体系。基于对装配式预制构件质量风险控制文献[1～5]的梳理，结合调研的实际情况，以问题为导向，遵循全面性、客观性、重要性和可操作性的原则，最终从管理风险、环境风险、技术风险、材料设备风险、经济风险和市场风险6个方面建立装配式预制构件质量风险评价指标和评价模型，该网络评价模型包括控制层和网络层2个层次，其中网络层包括18个指标，详见表1。

表1 装配式预制构件质量风险评价指标

管理风险A指标层包含6个指标分别为生产管理a1、合同管理a2、工期管理a3、成本管理a4、物流管理a5和现场管理a6。我国在装配式预制构件生产中仍未构建起完善的系统化管理体系，这也直接导致整个产业链存在严重的不协调问题[10]。在具体的操作环节中，最容易被忽视是管理风险问题。借鉴制造业整个的管理体系，发现生产管理是根本核心，物流管理是基础，合同管理是保障，成本管理是目标、人员现场管理是方法、工期管理是要求[11]。这些影响因素都直接或者间接产生预制质量风险，因此管理风险是作为预制构件质量风险评价的重要指标。

环境风险B指标层包含2个指标分别为资源、气候b1和生产作业环境b2。资源短缺则会直接影响原材料的品质，预制构件一般都是体型较大，企业没有办法做到成品构件入库，只可能堆放在露天，因此环境气候的多变会影响成品的质量。产业工人是构件生产者，而生产作业环境则会直接影响作业人员的工作，进而影响预制构件的质量。

技术风险C指标层包含3个指标分别为工艺的成熟性c1、产品的精度性c2和技术的可行性c3。生产预制构件是极其重要的组成部分，工艺的不成熟，导致PC构件存在质量缺陷，如构件表面有蜂窝、麻面等问题，其质量的好坏直接决定了工程结构整体的安全性能。所以这就对预制构件的工艺有着极高的要求[12]。我国装配式建筑预制构件标准种类繁多，这无形中就增加了生产的难度，但是装配式建筑对构件的精度要求都是厘米级甚至是毫米级的。还有预制构件的安装精度非常高，操作人员的技术水平将很大程度上影响拼接质量及安全性，熟练的操作技术保证安装效率，将技术风险作为质量风险评价的一个方面是有必要的。

材料设备风险D指标层包含2个指标分别为原材料合格率d1和设备的先进性d2。预制构件原材料质量的优劣，直接影响预制构件质量，设备较落后，在投产过程中出现故障，将直接影响构件的质量。部分企业出于自身的经济利益考虑，取样数量不达标和取样频率不够，造成抽检结果不能较全面地反映实际情况，导致不合格的原材料流入生产环节，给预制构件的质量留下了风险隐患[13]。因此生产设备、原材料是预制构件质量可靠性保障的根基。

经济风险E指标层包含1个指标，即资金e1。资金是企业有效运转和产品质量的重要保障，由于预制构件厂前期投资巨大，需要占用企业大量资金，当市场出现波动性较大，订单的需求较低时，企业资金压力较大，经济风险将会加大，预制构件的质量也会受到一定影响。

市场风险F指标层包含4个指标分别为国家政策f1、行业竞争f2、产品价格f3和信息不对f4。国家的政策给装配式建筑的发展带来了机遇，同时也带来了挑战，比如税收政策，相较于传统现浇11%的税率，预制构件需要缴纳17%的增值税，房地产开发公司的压价行为和市场信息混乱不对称等影响，意味着预制构件质量风险加大[14]。随着国家在全国大范围的调控，房地产市场热度降低，预制构件的价格势必会受到影响。在政府文件《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中明确提出“力争用10年左右时间使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”，这无疑会加大预制构件企业间的竞争，市场风险不但会增大，行业竞争也会加剧。

2 基于ANP-FUZZY的装配式建筑预制构件质量风险评价模型

网络分析法 (Analytic Network Process，ANP)主要是将系统内各元素间相互关系与网络结构相结合，实现了客观事物间相互联系的描述，ANP能够比AHP(Analytic Hierarchy Process)更加准确地描述系统内部各要素相互影响的关系和处理复杂的非线性问题的决策[15]。模糊综合评价法把定性评价量化，去解决模糊的、难以量化的问题。本文采用网络层次分析-模糊综合评价模型(ANP-FUZZY)评价装配式建筑预制构件质量风险，主要基于以下几点考虑：(1)装配式建筑预制构件质量风险评价指标体系内部各要素既具有明显的层次关系也具有相互依赖关系，而且在不同层级和同一层级指标之间这种相互关联关系更为显著；(2)与AHP法相比，运用ANP法能更有效地确定装配式建筑预制构件质量风险评价指标的权重和综合得分；(3)在选取的众多指标中个别指标难以简单量化，比如现场管理和行业竞争等指标呈现模糊性特征，采用网络层次分析-模糊综合评价模型评价，ANP-FUZZY方法不仅考虑到指标间的相互关系，还能对各个别难以量化的指标进行量化处理，使评价方法更具有科学性和可操作性。

2.1 构建网络层次模型

本文构建了装配式预制构件质量风险ANP评价模型。ANP模型由控制层和网络层构成，其中以装配式建筑预制构件质量风险为目标，管理风险A、环境风险B、技术风险C、材料设备风险D、经济风险E、市场风险F为准则层指标，网络层中的元素以控制层的维度为评价准则。依据装配式预制构件质量风险内部各要素之间相互依存的关系，构建出网络层次分析结构，如图1所示，在此基础上，得出指标间的关系如表2所示。

图1 基于ANP的装配式预制构件质量风险模型

指标a1a2a3a4a5a6b1b2c1c2c3d1d2e1f1f2f3f4a1BBBCBBCCCCCBABa2AABa3BCCCCBCCBBa4BCCACBCCBBCCBa5CABAa6CACAb1ACAb2Cc1AABAAc2ABCBc3AABCd1AAd2BAAe1ABCf1ABAf2Bf3Af4

注：A为行元素影响列元素；B为行列元素相互影响；C为列元素影响行元素

2.2 确定指标权重

在构建了装配式预制构件质量风险ANP评价模型和确定了指标间的相互关系的基础下，借助ANP法和结合专家判断，确定装配式预制构件质量风险的各项指标权重，具体步骤如下：

表3 判断矩阵中各元素确定的标度

(1)

步骤2：获取极限矩阵W∞。为了能够更好地反映装配式预制构件质量风险各评价指标间的相互关系，需要对加权超矩阵做稳定化处理，获得极限矩阵W∞，见式(2)。当i→∞时，极限收敛且唯一，则超矩阵的列向量就是装配式预制构件质量风险的各级评价指标的稳定权重。

W

(2)

步骤3：构建模糊评价矩阵。将装配式预制构件质量风险二级指标进行模糊线性变换来构建关于一级指标的评价矩阵，如式(3)所示。

(3)

式中：rij为ANP结构中二级指标Pij对应考核等级的隶属度；fij为二级指标Pij被考核为某个等级的总次数。

步骤4：构建综合评价矩阵。由隶属度rij构成隶属度矩阵R，而可由式(3)求出一般隶属度矩阵R=(rij)m×n=(R1，R2，…，Rn)T，其中指标Pij的隶属度向量Ri=(ri1，ri2，…，rit)T，i=1，2，…，n，n为评价等级的个数。装配式预制构件质量风险评价指标较多，因此要逐步地对不同级指标进行综合评价，先用一级指标的权重Wij和相应的隶属度矩阵R进行一级模糊综合评价，将一级模糊综合评价矩阵Hi的结果进行综合求得总的模糊综合评价矩阵H，如式(4)，(5)。

Hi=WijR

=[hi1hi2…hit]

(4)

(5)

最后，求得装配式建筑预制构件质量风险模糊综合评价集U，如式(6)所示，其中ut代表装配式建筑预制构件质量风险的综合评价对诊断等级j的隶属程度。

U=WH=(u1,u2,…,ut)

(6)

3 实证分析

江苏省是发展装配式建筑的牵头人之一，目前生产装配式建筑部品部件企业115家，随着装配式建筑比例逐年提高，传统预制构件企业面临着升级转型，管理上的疏忽、技术上的不成熟、技术人员较少等问题，造成了生产能力、预制构件制作水平的良莠不齐，同时部分企业的恶性竞争，直接影响了预制构件质量，使得建筑工程质量安全存在隐患。为了降低构件质量风险，需对预制构件质量风险进行识别，进而提出相应的改善措施，本文基于ANP-FUZZY风险评价方法选取了江苏省13家装配式预制构件企业进行实地调研。

3.1 装配式预制构件质量风险指标权重确定

基于专家打分，用9级梯度法给出某个指标相较于另一指标的重要性数值，构建判断矩阵。质量风险中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.2203，0.0318，0.3995，0.0646，0.1489，0.1350)，其中，一致性指标CR=0.088<0.1，符合一致性检验。

管理风险A中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.2244，0.0745，0.1529，0.4378，0.0415，0.0688)，其中，一致性指标CR=0.050<0.1，符合一致性检验。

环境风险B中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.3333，0.6667)，其中，一致性指标CR=0<0.1，符合一致性检验。

技术风险C中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.6370，0.2583，0.1047)，其中，一致性指标CR=0.033 <0.1，符合一致性检验。

材料设备风险D中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.3333，0.6667)，其中，一致性指标CR=0<0.1，符合一致性检验。

市场风险F中各影响因素构成的判断矩阵的特征向量为(0.5067，0.0607，0.3004 ，0.1322)，其中，一致性指标CR=0.087<0.1，符合一致性检验。

一致性指标检验完成后，借助于Super Decisions软件建立装配式预制构件质量风险网络结构模型，如图2所示。

图2 装配式预制构件质量风险网络结构模型

表4 装配式预制构件质量风险指标权重

(续表)

3.2 模糊综合评价分析

本次数据主要对江苏省13家大型装配式预制构件企业采用发放问卷的方式进行收集，其中涉及的人员有管理、技术、设计、生产等不同层面，调研对象都有一定的装配式建筑从业经验。调研方法采用李克特量表形式，将各项风险评分划分为5个级别：“1(略低)”“2(低)”“3(一般)”“4(中等)”“5(高)”。总计共发放问卷50份，对二级评价指标进行评价，剔除无效问卷后回收有效问卷47份，有效回收率为94%，符合调研要求，具体数据见表5。

表5 装配式预制构件质量风险指标评价

采用模糊线性变换法构建二级指标评价矩阵Ri(i=1，2，3，…，6)，可得评价矩阵R1：

同理，可得Ri(i=2，3，…，6)。依据R1的指标权重集W1(0.1019，0.0051，0.0469，0.1993，0.0145，0.0088)和评价矩阵R1，可得评价向量H1。

H1=W1R1

=(0.1019 0.0051 0.0469 0.1993 0.0145 0.0088)·

=(0.0030 0.0392 0.1182 0.1351 0.0810 )

同理可得到Hi(i=2，3，…，6)和总体评价矩阵H：

由此得到江苏省13家装配式预制构件企业质量风险的总体评价向量为：

U=WH

=(0.3761 0.0178 0.3340 0.0223 0.1014 0.1484)·

=(0.0078 0.0330 0.0933 0.0929 0.0594)

3.3 评价结果分析

综合上述计算结果，可得13家装配式预制构件企业质量风险评价的结果，如表6所示。

从表6中结果不难看出，13家装配式预制构件企业质量总体风险整体处于一般水平，在具体的风险类别中，较为突出的是管理风险和技术风险。这与我国建筑工业化发展还处于初级阶段是分不开的，也侧面反映了国内还没有相对较完善的管理体系，缺乏有丰富经验的管理人员，还有我国在装配式预制构件上还处在学习阶段，技术相对不成熟[15]，因此，管理风险和技术风险在整个评价等级中是最高的。

通过表4可以看出，大于平均权重的二级指标有6个，它们是影响装配式预制构件质量的重要影响因子。其中成本管理a4、产品的精确度c2和技术的可行性c3占比最大，分别为0.1993，0.1904，0.1139。其也都是在质量风险等级较高的管理风险A和技术风险C中，所以要想整体改善装配式预制构件质量风险，成本管理a4、产品的精确度c2和技术的可行性c3这三个指标是进行装配式预制构件质量风险控制很好的突破口。

表6 装配式预制构件质量风险评价结果

4 结 论

(1)装配式建筑预制构件质量影响因素众多，本文以国家关于装配式建筑法律法规为基础，结合装配式预制构件行业特点，通过ANP-FUZZY方法构建了管理风险A、环境风险B、技术风险C、材料设备风险D、经济风险E和市场风险F六个方面18个评价指标的评价模型。

(2)本文提出了ANP和模糊综合评价相结合的方法有效地解决了装配式预制构件质量风险评价过程中部分指标存在模糊不确定性的难题，对难以量化的指标进行了合理量化，实现了装配式预制构件质量风险评价的合理性，Super Decision软件极大提高了方法的可操作性和简洁性。

(3)以江苏省13家大型装配式预制构件企业为例，运用ANP-FUZZY方法对装配式建筑预制构件质量风险中管理风险A、环境风险B、技术风险C、材料设备风险D、经济风险E和市场风险F进行综合评价，结果表明：13家企业中装配式预制构件质量总体风险整体处于一般水平，其中管理风险和技术风险是改善提高的重点，该结果也为其他预制构件企业提供了参考，有助于推动企业对构件进行全方位的监管，促进构件质量水平的提升。