基于AHP-熵权法对装配式建筑安全风险的分析

何叶荣， 王 润

(安徽建筑大学经济与管理学院 安徽 合肥 230601)

0 引言

随着社会经济的高速发展，我国的城镇化进程也在不断地推进与发展，传统建筑作业模式弊端越来越明显，传统的现浇建筑施工模式不仅资源消耗大，而且环境污染也非常严重，已经无法满足现阶段建筑行业快速发展的需求。在当今中国经济新常态的发展背景下，中国房地产业发展也进入“新常态”，和传统的现浇施工方式相比较，装配式建筑施工兼顾高效施工的同时还非常节约资源，环境污染和噪声污染也非常小，优势十分明显。但是由于我国装配式建筑起步比较晚，相关技术配套不够成熟，因此在施工过程中存在着大量的风险，如果不对相关安全风险进行准确的评估与管控，那么会造成严重的经济损失和安全事故，所以对装配式建筑安全风险展开研究是非常有必要的。

国外建筑业很早就在使用装配式建筑施工模式，相关学者对装配式建筑的理论研究也更全面与深入，Aminbakhsh等[1]基于安全成本理论和AHP法构造建筑施工安全风险评价框架；Hinze等[2]利用先行指标对建筑施工安全风险进行评价。

目前国内外对于装配式建筑的研究主要集中在人、物、环境、管理等方面，侧重于研究装配式建筑施工安全风险产生的原因和预防措施。通过对相关文献的梳理，对国内装配式建筑的研究有了一定的了解。杨斯玲等[3]运用结构熵权和修正证据理论相结合对装配式建筑安全风险进行评价，结合基于Bayes近似法修正的证据理论对安全风险进行多层次递阶评价；段永辉等[4]采用灰色关联度法建立指标体系，并利用结构方程模型对施工安全风险进行权重计算，对潜在的风险因素进行分析；荀志远等[5]使用DEMATEL方法计算指标权重之间的相互关系，然后运用博弈论来计算组合权重，并采用云模型评价装配式建筑的安全风险；陈为公等[6]以霍尔三维结构思想为主导并从考虑脆弱性的角度建立装配式建筑安全评价指标体系，并将C-OWA算子加入对指标进行客观赋权；常春光等[7]使用WBS-RBS法和G1法相结合的方法来评估装配式建筑安全风险；丁彦等[8]引入层次分析法和ABC分类法对装配式建筑的安全风险进行分类排序；闫帅平等[9]运用改进ICUOWGA算子计算指标权重，并引入RBF神经网络来对装配式建筑安全进行评价；李英攀等[10]根据人、机、料、法、环( 4M1E)理论建立装配式建筑安全评价指标体系；陈伟等[11]运用层次分析法和灰色聚类法相结合的方式构建了装配式建筑施工安全风险评估模型；瞿富强等[12]利用ANP-FUZZY法对装配式建筑构件质量风险进行评估；刘娇等[13]运用层次分析法和信息熵相结合的方式得出指标权重，并利用未确知测度模型对装配式建筑施工安全风险进行评价；胡庆国[14]等利用组合赋权法和集对分析相结合的方法对装配式建筑施工安全风险进行评价；李强年等[15]从“人-机-物-管-环”5个方面，运用专家访谈法和聚类分析法构建装配式建筑部品运输风险三级预警指标体系，并结合我国装配式建筑部品运输管理现状采用组合赋权法(G1法和熵值法)对评价指标赋予权重；李文龙等[16]运用结构熵权-可信性测度理论对装配式建筑吊装施工安全风险进行评估。

以上文献均对装配式建筑施工安全风险进行了评价，但是由于装配式建筑施工在我国起步较晚且推广比较慢，在装配式建筑施工安全风险评价方面的研究并不是很深入，所以其运营和管理均不成熟，在实际运营中仍存在较大的安全风险，所以有必要对装配式建筑全过程进行安全风险识别与分析。

1 AHP-熵权法组合赋权法概述

指标的权重代表选取的指标在风险评价体系中的影响和贡献程度。层次分析法(AHP)是主观的赋权方法，其优点在于样本数据不足的条件下可以靠主观判断来赋权，可以运用于部分定性的模糊指标评价，而因为此方法依赖于主观判断，比较倾向于注重专家的知识经验以及决策者的偏好，在可信度方面不是很理想。熵权法属于客观赋权法，熵权法充分利用了原始数据信息熵的效用价值，在样本数据完整度比较高的情况下可靠性比较理想，但在体现专家的知识经验以及决策者的意见上稍有劣势。因此，本文通过将这两种方法的优缺点相结合，采用熵法与层次分析法(AHP)的组合加权方法对指标权重进行评价。

1.1 层次分析法模型的构建

1.1.1 层次分析法步骤

计算的基本步骤如下：(1)构建层次结构模型；(2)构造判断矩阵，两两对比；(3)层次单排序及其一致性检验；(4)层次总排序及其一致性检验。

1.1.2 构建层次结构模型

从相关文献[3-9]提取出一级和二级装配式建筑安全风险指标，将各种因素纳入适当水平的层次，这里我们用层次结构图清晰地表达这些因素的关系(如图1所示)。

图1 装配式建筑安全风险因素层次结构图

1.1.3 构造判断(成对比较)矩阵

采用德尔菲法和专家打分法，邀请专家参考比较尺度表(见表1)对各层次的影响因素进行比较，根据专家的评价结果构建相应的判断矩阵。

1.1.4 计算判断矩阵的最大特征根及特征向量

(1)对判断矩阵进行按列归一化

表1 判断矩阵标度定义

其中，aij为判断矩阵A的第i行第j个元素；akj为判断矩阵A的第k列第j个元素；n为矩阵的阶数。

(2)将按列归一化后的判断矩阵用求和法求得重要度向量

(3)计算判断矩阵的最大特征根λmax

其中，(Aωi)i为矩阵A和其权重矩阵的乘积。

1.1.5 层次单排序及其一致性检验

其中，CI=0,有完全的一致性；CI接近于0，有满意的一致性；CI越大，不一致性越严重。

CR为满意的一致性指标，RI为平均随机一致性指标取值，λmax为最大特征值。

为了衡量CR的大小，引入随机一致性指标RI，RI取值见表2。

表2 平均随机一致性指标

定义一致性比率：CR=CI/RI，一般认为当一致性比率CR<0.1时，A的不一致程度在允许范围内，有满意的一致性，则一致性测试通过。归一化后的特征向量可以作为权重向量，否则必须重构为对比矩阵A。对aij进行调整。

1.1.6 层次总排序及其一致性检验

计算某一层次的所有因素对最高层次(总目标)的相对重要性，称为层次总排序，这个过程从最高层到最低层依次进行。

1.1.7 各因素重要性评价

经过组合一致性检验系数计算并检验通过后得出最终结果，确定各因素影响的重要性，并在准则层面对各影响因素提出相应的建议和参考措施。

1.2 熵权法步骤

(1)判断矩阵

构建n个评价对象，k个评价指标得判断矩阵。

(2)数据标准化

对各个指标的数据进行标准化处理。假设给定了k个指标X1,X2,…Xk，其中Xi={x1，x2，…xn}。假设对各指标数据标准化后的值为Y1,Y2,…Yk，那么

(3)求各指标的信息熵

根据信息论中信息熵的定义，一组数据的信息熵

(4)确定各指标权重

依据信息熵的计算公式，计算出每个指标的信息熵为E1,E2，…，Ek。通过信息熵计算各指标的权重

1.3 综合赋权法

结合层次分析法和熵值法得到综合考虑主客观因素的权重公式计算最终权重，设定模型为

Wi=μmi+(1-μ)ni，0≤μ≤1

该式中，Wi为AHP-熵权法组合权重值，mi和ni对应层次分析法和熵权法的权重值，μ为此模型的经验因子，因子的取值取决于决策者的主观经验与客观数据的偏好程度。综合权重随着μ的变化而变化，当μ=1和μ=0时，分别对应于层次分析法和熵权法。对于μ如何取值有很多讨论，结合本文指标体系的设立情况，取μ=0.5比较合适。

2 实证分析

以安徽省16个地级市为调研范围，通过线上和线下等方式向多位房地产领域的高校教授和房地产公司工作人员以及房地产研究机构的专家学者发送电子邮件和调查问卷。共计发放调查问卷200份，收回有效问卷168份。

2.1 利用层次分析法确定各指标权重

房地产市场风险各指标判断矩阵

权重向量

最大特征值λmax=4.1025，CI=0.034,通过查表知RI=0.89，则计算得CR=0.038<0.1，所以，该判断矩阵能通过一次性检验。

库存风险各指标判断矩阵

权重向量

最大特征值λmax=3.0006，CI=0.0003，通过查表知RI=0.52，则计算得CR=0.0006<0.1，所以，该判断矩阵能通过一次性检验。

价格风险各指标判断矩阵

权重向量

最大特征值λmax=3.0266，CI=0.0133，通过查表知RI=0.52，则计算得CR=0.0256<0.1，所以，该判断矩阵能通过一次性检验。

资金链风险各指标判断矩阵

权重向量

最大特征值λmax=3.1011，CI=0.05055，通过查表知RI=0.52，则计算得CR=0.0972<0.1，所以，该判断矩阵能通过一次性检验。

政策风险各指标判断矩阵

权重向量

最大特征值λmax=3.0177，CI=0.00885，通过查表知RI=0.52，则计算得CR=0.017<0.1，所以，该判断矩阵能通过一次性检验。

表3 层次分析法下装配式建筑安全风险各级指标权重

2.2 利用熵权法确定各指标权重

因为选取得指标大部分属于定性指标，模糊性较大，所以让10位房地产行业专家采用五级评分法(见表3和表4)对所有指标进行打分，此处因篇幅原因省略指标层及指标层安全评价表，根据熵权法计算方法使用SPSS AU及Mpai工具计算得到各风险因素熵权值(见表5)。

表4 风险评价等级

表5 熵权法下装配式建筑安全风险各级指标权重

表6 AHP-熵权法综合权重表

2.3 根据AHP-熵权法综合赋权法确定的综合权重结果

根据上述计算方法得出的结果绘制综合权重表(见表6)。

2.4 研究结果分析

通过以上研究，从表4得出的综合权重可以看出，在这些影响装配式建筑安全风险关键因素的一级指标中，影响程度从大到小排序分别是管理风险、人员风险、环境风险和设备及材料风险因素。中国装配式建筑起步较晚，发展得较慢，相关法律法规和管理经验均不完善，对施工人员的安全教育管理存在不足，施工安全管理机构及制度的设立也很不成熟，从而导致施工人员在实际操作中的安全意识淡薄，导致现场施工事故频发；相关从业人员的操作技术和专业水平不达标以及对安全事故的预警及应急处理经验不足也会造成实际操作中的安全事故；现场自然气候条件、吊装作业气候和构件运输现场堆放环境直接影响到施工现场的操作以及构建的质量，在装配式建筑安全风险中也是很重要的一环；预制构件生产质量和临时支撑承载强度需要通过行业标准，其直接影响到工程质量，在施工期间的设备材料定期安全检查和维护也是必不可少，监督人员需要按时进行检查维护以排除相关风险。

3 建议

结合以上对于研究结果的分析，现给出一些对装配式建筑安全风险防范的建议。

在管理风险防控中，需要建立规范的规章制度，完善奖罚制度，对安全制度的执行建立监督机构，对管理人员实行责任负责制；在人员风险防控中，对从业人员的技术水平订立标准进行筛选，并在入职后进行技能培训和安全规范培训，并不定时抽查考试，对技术水平和安全意识不达标的人员进行再教育，提升工作队伍整体专业素质以及安全意识水平；在环境风险防控中，需要因地制宜，科学选择装配式建筑的施工地点与时间，对极端天气的检测与预警要做到及时迅速，预制构件的存放场地要做到符合标准，避免构件受潮腐蚀；在设备及材料风险防控中，相关部门要做好对预制构件的出厂检测，保证其质量合乎标准，并定期检查和维护施工设备，以确保机械设备的正常运行。

在我国大力发展装配式建筑的背景下，本文运用层次分析法和熵权法主客观相结合的方式，从人员风险、管理风险、环境风险、设备材料风险5个方面入手对装配式建筑的安全风险进行评价，评价结果具有可行性和科学性，能够为装配式建筑施工企业的安全管理提供一定的指导意义。本文的不足之处在于剔除了一些因素的过小数据造成了数据的偏差，影响了相关因素的整体性和精确性，因此还需要在今后的实践应用中不断地进行修正和完善，这也将是今后的研究方向。