基于熵权法和集对分析法的预制构件安全风险评价

赵维树，吴 晓

(安徽建筑大学 经济与管理学院， 合肥 230022)

随着我国经济发展逐步平稳，各行各业开始摆脱以往高污染的发展方式，追求与自然和谐相处的绿色环保可持续发展模式。建筑业作为一个能耗高、污染大的支柱产业，也在积极寻求转型发展。装配式建筑作为一种环保绿色的建造方式，开始被广泛使用。但是相对于国外，它在国内的发展还不够成熟，施工中存在的风险问题也日益显现。预制构件作为装配式建筑中一个重要的组成部分，其质量安全问题会严重影响装配式建筑的质量安全。为了确保装配式预制构件的安全，亟需准确了解预制构件的各项影响因素，并针对这些安全因素建立预制构件的安全风险评价模型，以客观量化安全风险。

工程建设前期对于装配式建筑预制构件的研究多数是成本与控制的研究，赵笑男[1]将预制构件的各项费用同现浇构件的各项费用相互比较，得出预制构件的发展还不够成熟，在生产、运输、安装过程中由于经济、技术以及政策的因素使得预制构件的施工费用相对偏高，需要采取优化构件设计，降低构件施工成本和资源耗费的措施。现阶段，预制构件作为装配式建筑重要的组成部分，它的安全也受到了学者的关注。瞿富强等[2]通过对相关文献的梳理，总结出管理、环境、技术、材料设备、经济、市场6个方面的风险，并将网络分析法和模糊综合评价模型相结合研究得出18个评价指标模型；将其运用到13家装配式预制构件企业，测算出13家企业的整体水平。刘敬爱[3]采用网络分析法和模糊综合评价法，从构件的设计、生产、运输、堆放过程中分析风险影响因素；提出深化设计、健全制度、完善法规、提前防控等措施。

为了能够对装配式预制构件进一步的研究，本文结合多位学者的研究确立人员、物料、机械、技术、资金、环境和管理等7个一级安全风险指标及25个二级指标，以此构建预制构件安全风险指标体系，再结合熵权法客观确定预制构件安全风险指标权重，利用集对分析法建立预制构件安全风险评价模型，对预制构件的安全风险进行分析，为预制构件的安全风险评价提供了一种新可能。

1 装配式预制构件安全风险因素分析

1.1 建立安全风险评价指标体系

装配式建筑的预制构件安全受很多方面的影响，要客观地评价预制构件的质量安全就必须全面地、科学地选择影响它安全的因素并在此基础上建立完善的预制构件的安全风险指标体系。

在装配式预制构件安全方面，国内学者研究较少。其中常春光等[4]运用鱼刺图法归纳出预制构件的生产、质量检验、堆放、运输中的不当措施都会导致构件的质量安全问题，从而引起施工的安全事故。瞿富强通过文献归纳法总结出管理、技术、环境、材料设备、经济、市场六大方面对预制构件的安全影响。依据近些年其他学者对装配式预制构件安全风险的研究成果，提取出全部的影响因素，客观整理后分发给若干专家进行选取。根据学者研究成果结合专家意见总结出影响装配式预制构件安全的七大问题，即人员问题、物料问题、机械问题、技术问题、资金问题、环境问题、管理问题。

1.1.1人员问题

人员方面中包含6个指标，即工人实践经验不足、专业技术不熟练、操作工序不规范、缺乏责任意识、缺乏安全意识、技术交底不到位。人作为活动中不可或缺的个体，是一个复杂多变的因素。由于他本身的不可控性，技术水平的差异性，致使工程的质量将受其自身素质的严重影响。在日常的操作中，缺乏责任心和安全意识的工人，不会以一种积极的心态工作，对于工程中出现的问题也存在漠不关心的心理，这对于装配式建筑是一种隐形的缺陷。

1.1.2物料问题

物料方面中包含6个指标，即混凝土配合比不合理、构件设计不可取、构件尺寸精度低、构件生产不合理、运输保护不到位、现场构件的堆放和养护。物料是构成装配式建筑的基础，预制构件的物料安全就将影响整体建筑的安全性能。构件生产中混凝土的配合比需要严格的按照设计规定，成品后接受严格的测验，当其强度达到标准才能进入施工现场。设计单位对于构件的设计要切合实际，严格把控其可行性，对于构件尺寸的精度严格把关。

1.1.3机械问题

机械方面中包含3个指标，即自检机制欠缺、设备陈旧、人机配合不协调。装配式建筑相对于传统的建筑模式，都是将构件在工厂加工然后用机械进行运输吊装，减少了现场操作人员的数量，避免了一部分对人的可能伤害。因此，机械设备是装配式预制构件安全的重要因素。在生产过程中，由于质量检测机制的欠缺，混凝土振捣出现的问题很难被发现，导致钢筋保护层出现质量缺陷。再者后浇注过程中难以把握模板的质量。此外对于一些大体积，重质量的构件，安装时精度难以控制，拼接误差过大。

1.1.4技术问题

技术方面包含2个指标，即产品制作精度、工艺先进性。构件是装配式建筑重要组成部分，技术是预制构件安全的保障。对于构件精度，要求格外严苛。制作预制构件的工艺技术目前还不够成熟，致使构件表面出现坑洼，无法达到施工要求，严重影响结构安全。同时操作人员技术的熟练程度也会影响整体的安装效率导致结构安全性低。

1.1.5资金问题

资金方面包含1个指标，即资金不足。生产厂的正常运转离不开大量的资金投入。其前期投入大，受外界影响明显。当市场的需求出现大的波动时，若资金的供应不及时，就会影响生产厂的资金运营，导致构件的质量降低。

1.1.6环境问题

环境方面包含4个指标，即构件生产环境、构件保护环境、国家监管力度、构件未标准化。环境分为外部环境和内部环境。国家的宏观调控是构件外部环境，对于构件质量的监督、构件规格的标准化将有利于构件生产的规范化，有利于构件的安全。构件的内部环境是指其生产加工和受保护的环境。最为突出是环境因素是温度和酸碱度。例如生产构件过程中，养护的温度过高或过低都将影响混凝土强度。成品存放时，过酸过碱的环境会腐蚀构件，破环它的整体性，影响构件的安全。重视构件的内外环境，有利于装配式建筑安全。

1.1.7管理问题

管理方面包含3个指标，即缺乏专业培训、施工前期准备不足、各级沟通不足。管理是人类各种组织活动中最普通和最重要的一种活动。施工现场就是一个大的组织活动，这样的活动就离不开管理。如若工人开始施工前未接受专业的安全、技术培训，将严重影响他操作的效率与安全性。在组织活动中，各级之间的沟通就是桥梁，维系着每一个参与的个体。施工单位同建设单位，建设单位同设计单位的沟通都会影响构件的安全。通过对风险因素的归纳总结，建立以人员问题、物料问题、机械问题、技术问题、资金问题、环境问题、管理问题为一级指标的预制构件安全评价指标体系。

1.2 熵权法确定安全指标权重

熵权法作为一种客观的赋权方式，它可以度量指标的信息量，评价指标的作用大小、系统的有序程度。即一个系统越是有序，信息熵就越低；反之，信息熵就越高。其中信息熵是对于系统有序程度的度量，决定了所获取的信息的可靠性和精度性。选取出全部安全评价指标，确定出各项指标信息熵，如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用也越大，权重也越高。确定指标权重的步骤如下：

参考相关文献，结合专家意见对预制构件安全风险指标的进行评价打分，规定专家认为指标对安全风险影响大选5分，较大选择4分，一般选择3分，较小选择2分，很小选择1分，得出评价值矩阵A。

Amn代表第m个专家对于第n个风险指标的评分。

将评价矩阵标准化，令标准化后的结果为：

Bmn=(Amn-minn{Amn})/(maxn{Amn}-minn{Amn})

(1)

计算指标评价值的权重：

(2)

计算指标信息熵en：

(3)

计算指标权重Cn：

杰克和苏婷婷回到住处，苏婷婷说：杰克，你听我解释一下好吗？杰克摇摇头：N O，我不想听你解释。苏婷婷着急地：张阳只是请我喝咖啡，真的！杰克点点头：这我看见了，不用解释。苏婷婷又说：我和张阳什么都没谈，什么都没做。杰克转过身反问：那你还要解释什么？不是多此一举吗？苏婷婷舒了一口气：杰克，你相信我了。杰克抱起苏婷婷，热烈地：我相信你，爱是不需要解释的。苏婷婷抱住杰克：杰克，你比中国男人好，我爱你。

(4)

由信息熵公式(3)和指标权重公式(4)求得一级指标和二级指标的权重，并根据一、二级指标权重加权求得指标综合权重(见表1)。

表1 预制构件安全风险指标权重

续表1

2 基于集对分析法的预制构件安全评价模型

集对分析是指对具有一定联系的两个集合所形成的对子的分析。它把两个集合放在同一个背景下，对其特性进行同反异分析和度量。得出在同一背景下的同反异联系度表达式，然后由此推广到个数大于2的集合组成的系统，并扩展讨论到其他相关联的系统问题[5]。

假设两个相关联的集合组成了一个集对，在本研究的背景下，对集对的特性进行分析，分析得出其共有的特性、对立的特性、差异的特性。其联系度可表示为：u=a+bi+cj

式中a为同一度，b为差异度，c为对立度，i为差异度系数，取-1和1之间任意数；j为对力度系数，取-1。

矩阵形式的联系度为：u=W·R·E

式中W为专家的权重矩阵，R为评价矩阵，E为联系分量矩阵。W根据专家的权重得到，R由专家打分得出。

3 实例检验

3.1 专家评审

在现今的建筑环境背景下，依据已经确定的装配式预制构件的安全风险指标体系，邀请管理部门、施工部门、检测部门、设计部门、监管部门内多位专家对安全风险体系中的25个风险指标进行等级评判。评判等级分为3类，1代表影响大，2代表影响一般，3代表没有影响。评判情况如表2 所示。并依据部门属性和专业能力确定5个部门的权重为W=(0.1，0.3，0.2，0.2，0.2)。评分情况统计如表2。

表2 专家对该项目预制构件的安全风险指标的评分结果

3.2 确定同、异、反多元评价矩阵R

根据专家的打分表情况和二级指标的综合权重，计算出评价矩阵R。

r11=0.0256+0.024+0.036+0.0324+0.0414+0.045+0.0425+0.0795+0.0208+0.0325+0.039+0.0264=0.4451

r12=0.0368+0.0192+0.0208+0.009+0.0162+0.0527+0.0748+0.0705+0.1+0.0377=0.4377

r13=0.0336+0.0451+0.0385=0.1172

以此类推出r21,r22…r33

3.3 计算联系度

利用上述所得结果，结合联系度函数。

=0.58156+0.34142i+0.07034j

3.4 结果与分析

依据均分原则，将联系度u的取值范围分为[-1，-0.333)，[-0.333，0.333]，(0.333，1]，分别表示预制构件的安全等级为危险、一般安全、安全，改变差异度系数i的取值，对预制构件进行动态分析。

1.i=1，j=-1，即对预制构件的影响因素进行全面控制，使得指标状态从“一般安全”转变成“安全”状态。此时联系度u=0.852 64，预制构件的风险状态属于“安全”状态。

2.i=-1，j=-1，即放松对于预制构件的影响因素的控制，将其指标状态调整到危险，此时的联系度μ=0.1698，预制构件的风险状态属于“一般安全”状态。

3.由上述分析可得，以目前的监管模式，生产方式，预制构件的风险状态属于安全。

4 结论

本文将熵权法和集对分析法相结合，有效地剔除了预制构件安全影响因素权重的主观因素，建立一个新的客观、精确的装配式预制构件安全分析模型，进一步提高安全分析的准确性，同时有利于建筑业利用评估模型将装配式建筑中预制构件的安全性能可视化、数据化，为装配式建筑安全评估方式提供了更为准确的新思路，也为装配式预制构件的安全检测提供一种新方法。

本研究以某市的装配式预制构件项目为例，运用熵权法对导致预制构件安全风险的六大因素进行综合的评价，结果表明该市的装配式建筑项目处于安全状态[1]，该结果为学者对于装配式预制构件的研究提供了参考，有助于提高建筑行业和学者对于装配式预制构件安全性能的关注和重视，从而提高装配式建筑的质量，营造一个更好的行业氛围。