基于云模型的EPC模式下装配式建筑成本风险评价

刘 雪，郭海滨，赵冉冉

(青岛理工大学 管理工程学院，山东 青岛 266000)

随着我国建筑工业化的发展以及国家政策的支持，装配式建筑因其绿色、高效的优势被大力推广，且与EPC模式融合发展的趋势不断增强。据统计，装配式建筑的成本比传统建筑高出10%～20%[1]，由于缺乏经济效益的驱动，装配式建筑产业发展缓慢。装配式建筑对预制构件的标准化程度、预制率及安装工艺等具有较高的要求，给成本带来一定的不确定性，增加了成本风险。目前相关学者已对装配式建筑成本进行一定的探讨和研究。彭军龙等[2]将解释结构模型与贝叶斯网络相结合，对装配式建筑的隐形成本进行分析；罗岚等[3]基于FCM模型，对装配式建筑的成本影响因素进行预测与诊断，找出对装配式建筑成本影响较大的因素；林申正等[4]提出BIM技术与神经网络相结合的方法，提高了装配式建筑成本估算的效率以及成本控制的准确性；Salah等[5]通过模糊集理论的应用，对EPC模式下装配式建筑项目进行成本风险因素的识别与评估;Li等[6]为解决装配式建筑建造过程中的成本风险问题，提出将宜家模型引入到预制建筑施工过程，同时对宜家模型的概念和虚拟技术在设计、生产、安装过程中的应用进行了说明;刘国强等[7]以EPC模式下装配式建筑为研究对象，总结归纳影响装配式建筑建造成本的可量化影响因素指标体系，并通过百分位法设定评价标准，对指标进行评价。以上研究主要是对装配式建筑成本风险因素识别及成本控制进行分析，较少有研究将EPC模式与装配式建筑结合进行成本风险的评价。EPC模式与装配式建筑的结合既是政策导向，也是我国建筑业转型升级的必经之路，故对EPC模式下装配式建筑成本风险进行评价，加强成本风险管理，对推动我国建筑业发展意义重大。

文中根据EPC模式一体化管理与装配式建筑一体化技术相结合的特点找出成本风险因素，建立EPC模式下装配式建筑成本风险指标体系，通过层次分析法与CRITIC法采用拉格朗日组合赋权确定指标权重，基于云模型建立EPC模式下装配式建筑成本风险评价模型，对装配式建筑的风险等级进行科学判断，为总承包商降低成本风险提供理论参考。

1 EPC模式下装配式建筑成本风险指标体系构建

在以往的研究中，已经有较多对装配式建筑成本风险因素的讨论[8-11]，文中将EPC模式与装配式建筑相结合，在参考相关文献的基础上[12-16]，保留适用于EPC模式下装配式建筑的成本风险因素，找出EPC模式与装配式建筑相结合所产生的新的成本风险因素，并将两者进行结合，如表1所示。

表1 EPC模式下装配式建筑成本风险因素

为保证评价指标体系的科学性，通过发放问卷对表1中的成本风险因素进行隶属度分析,筛选出与EPC模式下装配式建筑成本风险相关性较大的指标。

根据李克量表法设计出评价指标筛选的专家调查问卷，其中,5分、4分、3分、2分、1分分别代表“非常重要”“比较重要”“一般重要”“不太重要”“不重要”，问卷调查的范围包括高校、建设单位、设计单位、施工单位、预制构件生产商，本次发放问卷100份，回收100份，有效问卷95份，有效回收率为95%。根据收回的有效问卷，通过式(1)进行隶属度计算，筛选评价指标。

(1)

式中：Xi(i=1,2,3,4,5)依次表示对于第j个指标问卷中选项为非常重要、比较重要、一般重要、不太重要、不重要的人数。若Rj值越大，表明第j个评价指标相关性越大，则保留该指标；反之，则在指标体系中删除这些隶属度相对不高的指标，文中以Rj=0.5作为标度[17]。

通过隶属度分析，对初始指标进行优化整合，按照EPC模式下装配式建筑建造过程成本风险产生的原因将一级指标分为经济、技术、管理及政策4个方面，形成了EPC模式下装配式建筑成本风险因素指标体系，如图1所示。

图1 EPC模式下装配式建筑成本风险因素指标体系

1.1 经济风险

经济风险分为劳动力成本波动、材料成本波动和机械成本波动。随着国家货币政策的变化，这三者作为装配式建筑成本的重要组成部分会发生一定的波动，从而产生一定的成本风险。

1.2 技术风险

技术风险包括设计阶段的技术协同程度低、预制率与装配率不合理、模数化与标准化水平低、构件的深化设计水平低、运输与存储方式不完善、机械设备的选择不合理以及专业人员的技术水平较低。设计阶段的技术协同包括在方案设计阶段不同专业设计人员之间的技术协同以及设计、构件生产、施工各阶段人员的技术协同，较高的协同程度可以减少由于设计不合理或合作不畅造成的多余成本。不同的预制率与装配率所形成的成本是不同的，在一定范围内，建筑单体预制率越大，装配式建筑的成本越高。在一定预制率下，进行预制构件的合理组合可以有效地降低成本[18]。预制构件达到了一定水平的模数化和标准化可以减少模具的分摊费用，减少安装阶段因预制构件不标准所带来的成本增量。在设计阶段合理地进行预制构件的深化设计，对构件进行有效地拆分可以减少运输及安装阶段的难度，避免因构件体积形状不合理所带来的成本风险。完善的运输与存储方式可以减少构件在运输及存储过程中因损坏所带来的多余成本。在安装阶段，根据预制构件的特点对机械设备进行选择，使安装工作顺利地进行，缩短了工期，从而节约成本。在设计、生产及施工阶段需要负责人具有一定程度的专业水平，以减少由于技术水平因素所带来的成本风险。

1.3 管理风险

管理风险包括设计、采购、施工阶段的集成化程度低、供应商的选择与管理水平低、施工管理水平低、全过程的资源配置不完善、信息技术的运用水平低、分包商的管理不完善。设计、采购、施工阶段的集成化是指在EPC模式下这3个阶段相互衔接，消除传统模式下各阶段互相脱节的现象，上中下游各企业保证高度合作和信息共享来控制各关键节点的成本风险。根据工程项目的特点，选择合适的预制构件供应商并建立供应商库，可以减少因运输路线、构件质量标准等问题所带来的成本风险。在构件安装阶段，较高的施工管理水平可以减少在施工现场因构件堆放、吊装失误所带来的成本增量，保持施工现场的良好秩序，缩短工期，降低成本。对装配式建筑设计、采购、施工三阶段的资源进行合理分配，保证EPC模式下各阶段顺利有序进行，从而提高效率、降低成本。通过BIM技术的碰撞检查、模拟建造等功能的应用，可以有效避免因设计失误所带来的多余成本；通过对RFID技术的运用可以实时掌握预制构件的状态，避免因反复查找构件所增加的时间，从而减少额外的成本；两者的有效结合可以建立连接各阶段的信息流。总承包商应对分包合同、分包商进行完善地管理，减少因分包商索赔所带来的成本风险，同时总承包商与分包商作为利益共同体，彼此之间应相互协调，达到利益最大化。

1.4 政策风险

政策风险包括国家标准规范严格和税收较高。国家对于装配式建筑的标准要求越高，所带来的成本也就越高，倘若没有符合国家的标准规范则会造成较大的经济损失。预制构件的税率要高于现场浇筑的税率，国家对于装配式建筑税收政策的变化会对成本产生影响。

2 EPC模式下装配式建筑成本风险评价模型构建

2.1 确定风险指标权重

主观赋权法能够将复杂的决策问题通过定性的方法进行简化，适应性强，操作简便，但有较大的主观性；客观赋权法以数据和数学理论为基础进行计算，对经验知识的依赖性较小，但其只依据指标的信息量进行赋权，可能会违背人的逻辑思维。层次分析法计算权重时主观偏好较强，而CRITIC 法得到的权重值不考虑人的逻辑思维，有时结果会趋于平均化，与实际的重要程度相悖，故将两者组合来计算权重，增强权重确定的可靠性和科学性。

2.1.1 层次分析法确定主观权重

1)根据EPC模式下装配式建筑成本风险指标的并列与从属关系建立层次结构模型。

2)邀请相关专家按照1～9标度法对指标进行两两比较并赋值，建立判断矩阵。

3)求解判断矩阵的特征根与特征向量进行层次单排序。

4)对判断矩阵进行一致性检验，计算一致性指标CI及随机一致性比率CR。当CI的值越趋近于0，判断矩阵的一致性程度越好，当CI=0时，判断矩阵具有完全的一致性；当CR<0.10时，层次单排序的结构具有满意的一致性，否则需要调整判断矩阵的元素取值。

5)层次总排序，确定各指标权重。

2.1.2 CRITIC法确定客观权重

1)邀请相关专家对各项风险指标进行评分，整理反馈数据形成原始数据矩阵。

式中：xij表示第i(i=1,2,…,n)个专家对第j(j=1,2,…,m)个指标的评分，n为专家数量，m为指标数量。

2)对指标得分进行标准化处理，公式为

(2)

3)计算相关系数。相关系数是反映各个评价指标之间相互关联程度的量，其计算公式为

(3)

(4)

4)确定信息量的值。设第j个评价指标所包含信息量的值为Gj，其计算公式为

(5)

(6)

式中:σj为第j个评价指标的标准差。

5)确定客观权重。

(7)

2.1.3 确定组合权重

为提高各风险指标权重分配占比的准确性，通过拉格朗日组合赋权法将层次分析法计算的主观权重和CRITIC法计算的客观权重进行组合[21]。

(8)

式中：u1为层次分析法权重的权重系数;u2为CRITIC法权重的权重系数，权重系数的求解可转化为以下优化问题：

(9)

根据Lagrange条件极值原理对u1，u2进行求解得

(10)

对组合权重进行标准化

(11)

2.2 EPC模式下装配式建筑成本风险评价模型

2.2.1 云模型

云模型可根据具体算法将模糊概念和具体数值进行转换，通过期望值Ex、熵En、超熵He3个数字特征值对EPC模式下装配式建筑成本风险进行表述。其中，期望值Ex表示风险等级；熵En表示风险等级分界线的模糊程度；超熵He表示风险指标的随机性[22]。云模型同时考虑了成本风险的模糊性与随机性，能够准确地对EPC模式下装配式建筑的成本风险进行评价。

2.2.2 确定标准云

将EPC模式下装配式建筑成本风险分为5个等级，按照0～10分制对风险等级区间值进行估算，如表2所示，其中,[Cmin,Cmax]分别表示风险评价等级的区间下界和区间上界。

表2 EPC模式下装配式建筑成本风险评价等级

标准云Cv是在评语集的基础上建立的云，即在EPC模式下装配式建筑成本风险评价等级取值基础上建立的，其3个数字特征值计算公式为

(12)

(13)

Hev=k.

(14)

式中:k为常数，可根据具体情况确定。

2.2.3 确定评价云

邀请n位专家对成本风险因素按照1～9标度法进行打分，以此作为原始数据。在该基础上计算评价云Cj的3个数字特征值，公式为

(15)

(16)

(17)

(18)

2.2.4 确定综合云

(19)

(20)

(21)

2.3 确定成本风险评价等级

利用Matlab软件,根据标准云Cv和综合云C的数字特征值生成对比云图和相似度对比表，用综合云和标准云在同一坐标内的空间位置对比以及两者的相似度进行风险等级的确定，距离综合云最近的标准云等级和相似度最大的评价等级为最终的评价结果。

3 实例分析

以青岛市某装配式建筑项目作为案例进行分析，该项目总建筑面积161 324.38 m2，剪力墙结构，装配式构件为内外墙、楼梯、女儿墙，装配率为45.4%。

3.1 计算各指标权重

1)通过层次分析法，邀请5位专家对各成本风险指标的重要性程度进行打分，形成判断矩阵，对判断矩阵进行处理得到各指标主观权重。

2)通过CRITIC法，邀请专家采用1～9区间标度法给各成本风险指标赋值，形成原始数据矩阵。根据式(2)～(7)计算得各指标客观权重。

3)根据式(8)～(11)，通过拉格朗日组合赋权计算最终组合权重。

3.2 确定项目标准云

根据项目具体情况，依照表2、式(12)～(14)对成本风险等级的标准云进行求解，如表3所示，k取值为0.03。

表3 标准云数字特征值

3.3 确定指标评价云及项目综合云

邀请专家对项目成本风险指标进行评价，通过云模型对专家评价结果进行处理。根据式(15)～(18)计算各指标的评价云，如表4所示。

表4 评价云数字特征值

利用式(19)～(21)计算项目的综合云C=(Ex,En,He)=(3.566,0.868,0.315)。

3.4 确定项目成本风险等级

通过编写Matlab的程序代码，生成EPC模式下装配式建筑成本风险的对比云图(见图2)和相似度对比表(见表 5)。

图2 项目综合云 与各等级标准云对比

风险等级低风险较低风险中等风险较高风险高风险相似度0.02330.80680.30367.4927×10-41.1270×10-7

从图2可以看出，该项目综合云图大致处于横坐标2～5区间内，云滴集中分布于较低风险的标准隶属云图内；根据表5的内容可辨别出最大相似度数值为0.806 8，即该项目成本风险综合云与较低风险的标准云最为相似。综上,对比云图与相似度可以认为该项目的成本风险处于较低水平。从各个指标评价云的数字特征值可以看出设计阶段的技术协同、预制率与装配率、模数化与标准化、专业人员的技术水平及供应商的选择与管理方面还存在较高的成本风险，应采取措施重点把控，措施如下：1)在设计阶段应加强各专业人员的信息交流；2)对预制率进行经济性测算，找出既能满足预制率指标又能降低成本的预制构件最优组合方案；3)通过BIM技术的标准化设计，提高构件的标准化程度，提升通用构件的使用率；4)重视先进管理经验的引进和优秀管理人员的引入，加强产业工人的技术水平培训；建立供应商库，根据项目特点选择合适的供应商。

4 结束语

1)文中从设计、采购、施工3个阶段出发，通过参考相关文献，找出成本风险因素，构建了EPC模式下装配式建筑成本风险指标体系；2)在指标权重计算过程中，通过拉格朗日法将层次分析法确定的主观权重与CRITIC法确定的客观权重组合赋权，增强了权重确定的准确性；3)基于云模型建立了EPC模式下装配式建筑成本风险评价模型，将定性问题的研究以定量的形式进行表述，避免了评价过程中的模糊性和随机性带来的误差，为总承包商进行成本风险控制提供了科学依据。

文中在研究的过程中也存在一定的不足，仅仅对成本风险进行了静态的研究，没有在具体数据的支撑下进行动态跟踪研究，因此，如何进行成本风险的动态研究是下一步的研究方向。