基于灰色理论的商品混凝土生产过程质量评价

杜 婷，孙勋来，孙同盼，宋协清，李智莹

(1.华中科技大学 土木与水利工程学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学同济医学院附属同济医院 后勤处，湖北 武汉 430030；3.中建市政工程有限公司，北京 100073)

商品混凝土的发展不仅推动了我国混凝土技术水平的提高，也极大地提高了现场文明施工程度[1]。而如何提高搅拌站混凝土生产过程的质量对保证混凝土的质量直接相关。鲁惠敏等[2]的研究表明，混凝土现场泵送是否正常与混凝土生产过程的一些因素有关，如原材料性能、管理因素等；Alam等[3]通过对混凝土生产过程的实地调研，确定了影响混凝土生产过程质量控制的关键因素；Ohya等[4]基于神经网络通过混凝土生产过程关键控制因素对混凝土的质量进行了预测；周小强[5]提出了搅拌站高浓度废水回收处理工艺和建议。这些研究给商品混凝土生产过程的质量管理提供了很好的参考。

混凝土搅拌站是商品混凝土的生产基地，其生产过程的质量控制会直接关系到现场混凝土的质量和泵送施工质量，因此对商品混凝土的生产过程质量进行研究对保证混凝土质量以及混凝土搅拌站生产的规范化具有重要意义。

1 生产过程质量评价体系建立

1.1 指标体系建立原则

商品混凝土的生产是一个复杂的系统性过程，影响商品混凝土生产质量的因素涉及到很多方面，因此，在选取商品混凝土的生产质量评价指标时应遵循以下原则：

(1)综合性原则

对于商品混凝土生产过程质量的评价应该贯穿于准备、生产、鉴定、出厂的全过程，考虑主要因素的同时兼顾次要因素，注重生产目标的同时严格遵守环保要求。

(2)科学性原则

质量评价指标的选取应当以科学理论为指导依据，指标体系应结构清晰、逻辑合理，客观、准确地反映商品混凝土的生产过程质量。

(3)可操作性原则

质量评价的指标应该尽可能概念清晰、定义明确，各指标之间具有较强的分辨性和差异性。

(4)预防性原则

预防性原则即事前预防，混凝土搅拌站对各种不可预见事件的处理预案，属于隐藏的质量影响因素，也是评判混凝土生产过程质量的要因之一。

1.2 生产过程质量评价指标体系

基于人-机-料-法-环-管理论，根据1.1节的指标选取原则，结合搅拌站商品混凝土的生产工艺流程，将“人员因素、机械因素、材料因素、工艺流程控制因素、环境因素、管理因素”这6个一级指标分为23个二级指标，构建如图1所示的商品混凝土生产过程质量评价指标体系。

图1 商品混凝土生产过程质量评价体系

1.3 指标权重确定

熵权法[6]作为一种客观赋权法，在确定指标权重时相对于主观赋权法具有一定的精度优势，但缺乏横向比较，而灰色关联分析[7]可以较好地表征评价主体之间的关联程度，克服了熵权法的局限性。因此，本文结合熵权法和灰色关联分析确定商品混凝土生产过程质量评价指标的权重。

通过问卷调查收集了30位相关专家对商品混凝土生产过程质量评价一级指标与二级指标的重要性打分，采用SPSS软件对数据进行信度检验，得到信度分析结果如表1所示。

表1 样本数据Cronbach 信度分析结果

Cronbach α系数为0.950，说明研究数据信度很高，可用于下一步分析。

提取有效问卷中商品混凝土生产过程质量评价指标评分值，将指标评分xij组成质量评分值矩阵：X=(xij)29×30(i为评价指标编号，i=1,2,…,29；j为评价专家样本编号，j=1,2,…,30)。

选取评价指标评分的最大值组成参考序列X0=(xi0)29×1，然后采用阈值法对矩阵X中的各元素进行无量纲化处理：

(1)

同理根据式(2)对参考序列X0中各元素进行无量纲化处理，可得无量纲化参考序列：

(2)

将矩阵X′以一级指标和各一级指标对应的二级指标为划分依据划分为7个相互独立的矩阵(包括1个一级指标矩阵和6个二级指标矩阵)，对每个矩阵中的各元素做如下处理：

令yij表示第j位专家对第i个指标的评价与第i个最优指标的关联系数，根据式(3)计算各元素对应的关联系数，则有：

(3)

式中：ρ为分辨系数，本文取0.5。

得到7个由各元素对应关联系数组成的商品混凝土生产过程质量关联系数矩阵，用MATLAB计算此7个关联系数矩阵各指标的信息熵，并将熵值转化为权重值，得到如表2所示的商品混凝土生产过程质量评价指标权重。

表2 商品混凝土生产过程质量评价指标权重

2 生产过程质量评价模型构建

2.1 质量评价等级设置

根据实际情况，将本文的商品混凝土生产过程质量等级设定为：不合格、合格、一般、良好、优秀5个等级，其对应阀值如表3所示。

表3 质量评价等级及对应阈值

对于质量等级介于相邻等级之间的，将前一个等级的阈值作为值域下确界，后者作为值域上确界，用值域中整数值来表示，且对距离越近的评价等级表现越强烈。

2.2 质量评价灰类确定

由于本文设立了5个商品混凝土生产质量评价等级，因此对应有5个评价灰类与其对应，各灰类对应的灰数为：

⊗=(⊗1,⊗2,⊗3,⊗4,⊗5)

=(60,70,80,90,100)

灰类以评价灰类的白化权函数为基础进行描述[8]，因此根据白化权函数的构造方法，采用三角白化权函数法构造出5个灰类对应的白化权函数[9]。

灰类一为不合格，令灰数⊗1∈[0，60，70](0与70表示灰类取值范围，60表示灰类对应阈值)，其对应的白化权函数为：

灰类二为合格，令灰数⊗2∈[60,70,80]，其对应的白化权函数为：

灰类三为一般，令灰数⊗3∈[60,80,100]，其对应的白化权函数为：

灰类四为良好，令灰数⊗4∈[60,90,120]，其对应的白化权函数为：

灰类五为优秀，令灰数⊗5∈[60,100,140]，其对应的白化权函数为：

2.3 灰色白化权聚类评价

2.3.1 指标评分矩阵

邀请专家根据搅拌站商品混凝土生产的实际情况，结合GB/T 10171-2016《建筑施工与机械设备：混凝土搅拌站(楼)》对商品混凝土生产过程质量评价二级指标进行等级评判，并根据本文2.1的质量等级设定规则对二级评价指标进行打分，根据打分数据建立如下商品混凝土生产过程质量评分矩阵：U=(uij)23×m(其中：i为二级指标编号，i=1，2，…，23；j为专家评分样本编号，j=1，2，…，m)。

2.3.2 综合评价矩阵的建立

将商品混凝土生产过程质量评价指标评分分别代入白化权函数中，求取指标白化权函数值。对各二级评价指标有：

在灰类一的白化值：

(4)

在灰类二的白化值：

(5)

在灰类三的白化值：

(6)

在灰类四的白化值：

(7)

在灰类五的白化值：

(8)

根据下式：

h=1,2,3,4,5

(9)

可得二级指标的灰色评价权向量为：

故商品混凝土生产过程质量的二级指标灰色评价权矩阵为：R1=[x1,x2,x3]T；R2=[x4,x5,x6]T；R3=[x7,x8,x9]T；R4=[x10,x11,x12,x13,x14,x15,x16]T；R5=[x17,x18]T；R6=[x19,x20,x21,x22,x23]T。

根据式(10)结合本文1.3确定的各指标权重对二级指标灰色评价权矩阵进行加权，得到各二级指标灰色评价权向量Zt为：

Zt=WtRt，t=1,2,3,4,5,6

(10)

式中：Wt为各一级指标对应二级指标权重构成的向量。

2.3.3 商品混凝土生产质量评价等级确定

根据式(11)对综合评价矩阵加权，得到商品混凝土生产过程质量综合评价向量B为：

B=WZ

(11)

式中：W为所有一级指标权重构成的向量。

令CT=(60，70，80，90，100)，其中CT为此5个评价灰类的分值转换矩阵，根据式(12)可得到商品混凝土生产过程质量综合评价值：

R=BCT

(12)

将R代入五个评价灰类对应白化权函数中，得对应白化权函数值为：f1(R)，f2(R)，f3(R)，f4(R)，f5(R)。根据R在各灰类对应白化权函数值的大小可以判断R隶属的灰类，进而确定该搅拌站商品混凝土生产过程质量评价等级。

3 案例分析

3.1 项目概况

某混凝土搅拌站地处成都市三环以外某工业园区，紧临国道、高速公路，交通便利。搅拌站具备生产塑性、干硬性混凝土等多种混凝土的能力。商品混凝土日供应能力可达2000 m3，当前正承接搅拌站周边10个建设项目的商品混凝土供应任务。

3.2 商品混凝土生产过程质量评价

为了评价该搅拌站的生产过程质量，8位搅拌站技术人员结合有关行业标准和该搅拌站的实际生产情况对图1中的各项二级指标进行赋分，得到商品混凝土生产过程质量指标评分矩阵U：

将各指标赋分值代入白化权函数中，据式(4)～(9)，得到各二级指标灰色白化权向量，据式(10)对各向量加权得商品混凝土生产过程质量综合评价矩阵：

据式(11)对此综合评价矩阵加权，得到商品混凝土生产过程质量综合评价向量：B=WZ=(0,0.0008,0.1390,0.4206,0.4395)。

根据式(12)得到商品混凝土生产过程质量综合评价值R=92.9803，将R值代入五个灰类对应的白化权函数得：f1(R)=0；f2(R)=0；f3(R)=0.3510；f4(R)=0.9001；f5(R)=0.8245。

综合评价结果位于第四灰类的白化权函数值最大，可认为该搅拌站的生产过程质量评价等级为良好。

3.3 评价结果分析

该商品混凝土生产过程质量等级为良好，但由于评价人员认知程度存在差异，有可能还存在一些质量薄弱环节。因此，通过分析专家对各项指标的赋分极差，发现“噪音污染控制”“废弃物处理”“质量管理体系建设”这三项指标赋分极差较大，需要进一步加强管理，建议如下：

(1)搅拌站的噪音污染源主要来源于搅拌主机与气缸，该搅拌站搅拌主机隔音板存在老化现象，建议考虑对其进行更换或采用新型隔音材料对其进行加固。

(2)搅拌站的废弃物主要指“三废”：废水、废混凝土、废尘，搅拌站上下应贯彻“谁污染谁治理”的管理指导原则，利用现有清洁设备做好废水清污分流工作、废混凝土定点堆放并再生利用，做到环保设备与生产设备同运转。

(3)加强完善搅拌站质量管理体系建设，保障原材料入场、开盘鉴定、成品出库的质量检测力度，严格实行岗位责任制，细化责任。

4 结 论

(1)本文基于人-机-料-法-环-管理论，建立了商品混凝土评价指标体系，并结合灰色关联分析与熵权法确定了评价指标的权重，实现了两种方法的优势互补。

(2)构造了各灰类对应的白化权函数，基于灰色聚类分析建立了商品混凝土生产过程质量评价模型。该模型科学地从评价样本中提取并融合信息，降低了随机误差，将定性质量评价转化为定量质量评价。

(3)论文还将评价模型运用到实际案例分析中，应用结果表明此模型具有较强的可行性和可操作性，通过评价结果分析可以查找质量控制薄弱环节，有利于促进搅拌站生产过程质量的改进与规范化管理。