基于组合权重的装配式建筑部品运输风险评价

李强年， 陈瑞军， 马岷成

(1. 兰州理工大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 730050； 2. 甘肃省建设设计咨询集团有限公司， 甘肃 兰州 730050)

近年来，装配式建筑的发展受到了建筑行业的高度重视，因此对传统的施工方式进行转型和升级是建筑行业发展的趋势。装配式建筑与传统现浇式建筑的施工方式相比，其施工过程增加了建筑部品的运输环节，但这一重要环节往往被忽视[1,2]，导致构件在运输过程中变形、开裂和影响其使用性能等质量问题频发。运输过程中一旦发生事故，将导致人员伤亡和财产损失，同时对施工单位的施工进度也产生严重的影响。目前我国装配式建筑部品运输体系还不健全，机械和管理模式落后。如何科学评价运输风险等级，控制装配式建筑部品运输风险，已成为装配式建筑实施过程中关注的重点对象。

国内外学者对装配式建筑部品进行了大量的研究。Zhao等[3]以物联网技术为基础，研究装配式建筑PC(Precast Concrete)构件的生产和安装过程，为装配式建筑相关专业人员提供管理经验。Wang等[4]通过整合PC构件的存储和运输过程，优化了装配式建筑的生产计划模型，为提高装配式建筑PC构件的生产效率提供了参考价值。Yuan等[5]将DFMA(Design for Manufacturing and Assembly)引入到装配式建筑部品设计中，结合BIM(Building Information Modeling)技术，为装配式建筑部品的设计提供了新思路。我国学者对装配式建筑部品的研究主要集中在以下两个方面，一方面是对PC构件吊装技术的研究[6～8]，另一方面是对装配式建筑部品供应商的选择研究[9～11]。目前对装配式建筑部品运输风险评价的研究寥若星辰。杜清婷等[12]运用风险评估矩阵法从生产、加工、运输三方面对装配式建筑部品进行风险评价，发现运输过程中的风险属于中等风险。王子腾等[13]认为装配式建筑预制构件在运输过程中存在的主要问题是违反运输法规、运输方式单一和管理模式混乱等。常春光等[14]分析了装配式建筑预制构件在运输阶段存在的问题有管理人员缺乏应变能力、路面承载力考虑不足和车辆型号不合理等。吴海等[15]认为预制构件在运输过程中遇紧急情况可能会导致预制构件破损，使预制构件质量受损。针对我国装配式建筑部品运输过程中存在的风险，亟需一种科学合理的装配式建筑部品运输风险预警体系来指导装配式建筑部品运输企业的管理工作。

本文从“人-机-物-管-环”的角度，系统地分析装配式建筑部品在运输过程中由于人的不安全行为、物的不安全状态可能诱发的运输风险。采用G1法和熵值法对分析指标进行权重分析，这种主观和客观相结合的赋权方法避免了传统分析方法主观性强和由于客观性而导致权重系数不符合逻辑的现象发生。最后基于可拓物元理论建立装配式建筑部品运输风险预警模型，评价运输风险等级，为我国装配式建筑部品的运输提供科学合理的管理思想和理论指导。

1 构建风险预警指标体系

目前，我国装配式建筑部品在运输过程中存在一定的风险，本文对装配式建筑部品运输企业进行问卷调查和专家访谈，以人机工程学和安全系统工程原理为理论依据，从“人-机-物-管-环”的角度对装配式建筑部品运输过程中的风险因素进行聚类分析，以此为基础构建装配式建筑部品运输风险预警指标体系，如图1所示。

图1 装配式建筑部品运输风险预警指标体系

1.1 构建原则

(1)科学简明性原则：每个指标的选取必须具有科学性，能准确反映运输过程中存在的风险，同时具有可操作性。

(2)独立性与整体性原则：每个指标独立存在，但又相互影响，构成了一个完整的有机体。

(3)系统性与层次性原则：各指标体系之间的逻辑层次分明，又具有完整的系统性。

1.2 指标内涵

(1)人员因素：主要包括运输过程中的作业人员和管理人员。运输作业人员培训不到位、安全意识薄弱和管理人员管理水平不高，导致装配式建筑部品在运输过程中超载超速、违规装卸装配式建筑部品的现象屡见不鲜。这些安全隐患不仅对装配式建筑部品运输企业造成人身财产损失，也对施工企业的施工进度产生重大影响。

(2)设备设施因素：主要包括运输过程中的机械设备和运输过程中的基础设施。运输车辆和装卸设备必须配套使用同时满足承载力要求。索具、绳径、钢丝绳磨损必须满足使用要求。基础设施指运输路线所经过的桥梁、隧道、公路等，在路线规划时，必须充分考虑桥梁、隧道、公路的承载力要求同时尽可能避开交通枢纽地带。

(3)物品因素：主要包括部品几何尺寸大小和在运输过程中用于固定部品的专用架。装配式建筑部品由于其几何尺寸大，在通过桥梁、隧道、道路不佳地带时，必须满足其限重、限高和限宽要求。用于固定部品的专用架必须满足部品受力要求，不仅在运输过程中要发挥其安全作用，也要避免部品质量受损。

(4)管理因素：主要包括建筑部品作业管理步骤和应急管理流程。规范装配式建筑部品作业管理步骤和完善装配式建筑部品应急管理流程是预防和控制装配式建筑部品运输事故发生的主要措施。严格把控作业规范化，避免由于操作不规范导致安全事故的发生，加强应急管理应对突发风险，定期组织应急演练，强化突发事件的处理能力。

(5)环境因素：主要包括自然环境和社会环境，自然环境主要指在装配式建筑部品运输过程中所遇到的恶劣天气状况，主要包括强风、暴雨、冰雪、沙尘暴、泥石流等天气气象。社会环境指运输路线所经过的城市主干道和人群密集地带。若发生安全事故不仅对城市交通产生严重的影响，对他人的生命也将产生严重的威胁。

2 预警等级和预警准则

2.1 预警等级的划分

本研究根据《国家安全生产事故灾难应急预案》，将建筑部品运输风险划分为4个等级，分别为1级、2级、3级和4级；预警等级划分为4个等级，为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级，分别对应红色、橙色、黄色和蓝色预警。为便于定量化分析，参考国内外关于风险等级的处理办法，将预警等级用相应的数值区间来表示，详见表1。

表1 装配式建筑部品运输风险预警等级划分

2.2 预警准则的制定

风险是可以控制的，对风险进行定量与定性分析在一定程度上可以避免安全事故的发生或减小安全事故发生后带来的损失，最终实现安全管理的目标。本文通过梳理装配式建筑部品在运输过程中的风险因素，制定预警指标标准，有助于装配式建筑部品运输企业识别部品在运输过程中存在的风险。根据不同的预警等级，采取有效的防范措施，在一定程度上减弱风险的发生。目前，关于预警准则的理论研究还不成熟，因此，本研究主要依据实际案例和专家意见，综合确定预警指标所对应风险等级的取值范围。装配式建筑部品运输风险预警指标等级的划分详见表2。

表2 风险预警指标的等级划分

3 基于可拓理论的风险预警模型

可拓理论是我国学者蔡文于1983年为定量化处理事物之间的矛盾，结合数学、哲学和工程学，以N为待评价对象，C为对象特征，把N关于C的特征量值V通过物元R=(N,C,V)有机结合起来，反映事物质与量辨证关系的一种新理论[13]。

3.1 确定经典域、节域和待评价物元

(1)经典物元

(1)

式中：Nj为j级预警等级；Ci为第i个预警指标；Vji为预警等级Nj关于预警指标Ci的量值范围；Vji=〈aji,bji〉。

(2)节域物元

(2)

式中：N为所有预警等级；Vpi表示预警指标Ci在所有预警等级N下的量值范围，显然有〈aji,bji〉⊂〈api,bpi〉。

(3)待预警物元

(3)

式中：Nx为待预警事物；Vi为待预警事物关于预警指标Ci的具体量值。

3.2 确定关联度

在可拓理论中，关联函数是用来刻画数学模型的工具，它表示事物所具有某种性质的程度[13]。预警指标关于预警等级关联函数的关联度可用公式表示为：

(4)

式中：ρ(vi,vji)为点vi与区间vji的距。

(5)

(6)

3.3 确定预警指标权重

G1法是王学军[14]在层次分析法的基础上，对其进行改进后提出的一种主观赋权法，避免了构建判断矩阵和一致性检验的难题，计算量大幅减少，精度进一步提高，同时不受指标数量的限制。熵值法是一种以评价指标对系统整体的影响程度来确定权重的客观赋权法[15]。本研究结合主观赋权法和客观赋权法对预警指标赋予权重，不仅避免了主观赋权过分依赖决策者的经验而忽视了预警指标之间的内在联系，同时也避免了客观赋权由于数据失真出现不符客观事实的现象，这种定性与定量相结合的赋权方法能够对各预警指标赋予准确科学的权重。赋权过程如图2所示，其中本研究中u取0.5。

图2 组合赋权流程图

3.4 确定综合关联度

4 实证研究

以南京市栖霞区丁家庄某保障性住房项目(装配式高层公租房)的装配式建筑部品运输为例，选取运输作业人员C1、相关管理人员C2、运输设备C3、基础设施C4、构件几何尺寸C5、专用架C6、作业管理C7、应急管理C8、自然环境C9和社会环境C10，10项预警指标。运用问卷调查法对预警指标进行量化评分，调查对象的选取对评价结果是否准确有着至关重要的作用。本文从学历、从事本专业的工龄和职称三方面来综合考量预警指标权重的可信度，详见表3，最终得出装配式建筑部品运输风险预警指标的分值，详见表4。

表4 装配式建筑部品运输风险预警指标分值

表3 受调查对象权重可信度

4.1 基于可拓理论构建预警模型

构建装配式建筑部品运输风险预警的经典域R1，R2，R3，R4；节域Rp和待评价物元Rx。

4.2 确定预警指标权重和等级

根据组合赋权法(G1法和熵值法)的计算流程图计算各预警指标的权重，计算得出各预警指标组合权重向量W(C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10)=(0.124，0.158，0.089，0.099，0.086，0.095，0.126，0.101，0.092，0.060)详见表5。根据综合关联函数确定预警等级的关联度函数值，详见表6。

表5 装配式建筑部品运输风险预警指标权重

表6 预警等级关联函数

由上述计算结果可知K3=maxKj(Nx)=0.088，则该项目的装配式建筑部品运输风险为Ⅲ预警等级，呈黄色预警，风险程度属于中度风险。说明该项目的装配式建筑部品在运输过程中存在一定的风险隐患。该项目装配式建筑部品运输企业需根据上述分析结果采取相应的防护措施，同时制定相应的应急预案，并进一步分析装配式建筑部品运输风险隐患，加强相关人员的培训工作和安全意识，从根本上解决事故的发生。

5 结 语

装配式建筑部品运输风险受多种因素的影响，本研究在分析大量装配式建筑部品运输事故的基础上， 采用聚类分析法和专家访谈法，从“人-机-物-管-环”的角度，构建装配式建筑部品运输风险预警指标体系。将装配式建筑部品运输风险等级与预警等级结合，基于可拓理论构建装配式建筑部品运输风险预警模型。采用组合赋权法从定性与定量两个方面对预警指标进行评价，兼顾了定性分析与定量分析的优势，提高了评价模型的预警精度，但该模型主要以公路运输为背景，不具有普适性。最后以南京市栖霞区丁家庄某保障性住房项目的装配式建筑部品运输为工程实例，较好地验证了预警模型的科学性和合理性。通过研究装配式建筑部品运输风险，以期为装配式建筑部品运输企业的风险管理提供理论指导，同时促进我国装配式建筑的健康发展。