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装配式建筑施工质量评估指标体系的建立与评估方法研究

2016-09-27 16:27:54 499阅读

  [摘要]结合装配式建筑施工阶段自身特点,将装配式建筑施工质量评估分为3个阶段:施工前、施工中和施工后。同时,根据装配式建筑施工阶段具体内容,建立施工质量评估指标体系,利用层次分析法确定各评估指标权重,采用模糊综合评估法对装配式建筑施工质量进行全面、综合评估,并通过实际案例进行具体应用。分析结果表明,该方法在装配式建筑施工质量评估和提出改进措施上具有较好的实用价值,弥补了我国装配式建筑施工质量评估指标体系与评估方法的空白,为相关部门采取相应措施提供一定参考。
  近年来,随着建筑工业化发展的要求,世界各发达国家都把建筑构件工厂化预制与装配化施工作为住宅产业现代化的重要标志。与传统现浇建筑相比,装配式建筑具有环保节能、绿色施工、节约劳动力、建造速度快等优点,能最大限度地满足“四节一环保”的要求。在装配式建筑施工中,施工质量已成为影响结构安全性和耐久性的关键问题,因此,对其进行全面、系统的评估是进行施工管理工作的重要内容。以往施工质量评估问题的研究大多集中在现浇混凝土结构中,而对装配式建筑涉及较少。莫轻兵将智能方法引入到钢筋混凝土质量评估研究中,建立评估指标体系,并结合工程实际应用进行分析;郑少瑛等采用人工神经网络,建立钢筋混凝土施工质量评估模型,实现了施工质量的数字化评估;孟令星等利用AHP与熵值法相结合的方法,对施工质量进行排序。但由于装配式建筑与现浇混凝土建筑在施工流程和施工内容上均有很大区别,传统的现浇混凝土的质量评估方法并不能直接应用于装配式建筑。因此,建立系统、全面的施工质量评估指标体系和选择可行性较强的评估方法是目前亟待解决的问题。
  由于装配式建筑施工质量评估体系中往往含有一些非定量因素,这给评估过程带来一定困难。而且由于施工质量因素多且复杂,加之受到所收集数据的不确定性以及随机性的影响,传统评估结果难以达到令人满意的程度。鉴于此,本文选取AHPFUZZY综合评估法对装配式建筑施工质量进行评估,这样既可避免层次分析法在评估中可能出现的偏差,又可克服模糊综合评估法难以区分各指标层次的局限,充分利用两者的优势,达到客观的评估
  效果。
  1装配式建筑施工质量评估指标体系构建
  与传统现浇式建筑相比,装配式建筑需要在工厂生产预制构件,因此构件的质量检验需纳入到施工阶段质量评估中。本文在参考传统现浇混凝土施工质量评估内容的基础上[4-6],针对装配式建筑施工各阶段工作内容不同的特点,依据系统性、客观性、全面性原则,将装配式建筑施工质量评估分为3个阶段:施工前、施工中和施工后质量评估。
  1.1施工前质量评估
  施工前指项目正式施工活动开始之前的施工准备阶段,施工准备工作不仅在施工正式开工前要做好,而且贯穿于整个施工过程。施工准备的根本任务就是为正式施工建立一切必要的施工条件,确保正常施工的顺利进行,保证工程质量符合要求。装配式建筑施工前质量评估内容包括:预制构件产品信息是否齐全、质量保证资料是否完整,其中包括构件型号、制作日期、合格状态、生产单位等;预制构件钢筋、预埋件、灌浆套筒、吊环、插筋及预留孔洞的位置是否符合要求;预制构件外观有无露筋、蜂窝、麻面、缺棱掉角、裂缝等严重缺陷;预制构件尺寸偏差情况;预制构件按设计要求的试验参数及检验指标进行结构性能验算情况;专项施工方案的制定情况[7-8];构件的现场存放和保护等。
  1.2施工中质量评估
  施工中指项目实际施工、建造阶段,此阶段是装配式建筑施工质量的重要阶段,该阶段直接影响施工质量的好坏。装配式建筑施工中质量评估内容包括:预制构件与结构之间的连接是否符合设计要求;节点处混凝土或灌浆材料的强度及收缩性能等是否满足设计要求;装配施工中后浇接头处的钢筋连接或锚固是否满足规定;临时支撑及临时固定措施设计及安全性;套筒灌浆连接或钢筋间接搭接时专项施工技术质量保证措施情况;装配式结构施工的外观质量检查是否符合规定;装配式施工柱、墙、梁、楼板以及外墙挂板等的尺寸偏差情
  况[7-8]等。
  1.3施工后质量评估
  施工后指项目施工、建造过程结束后竣工验收阶段,该阶段也是施工质量评估不可或缺的部分。装配式建筑施工后质量评估内容包括:装配式结构工程质量验收资料提交情况、装配式结构子分部工程质量验收情况、装配式结构的结构实体检验情况、隐蔽工程现场验收情况、施工现场成品保护情况[7-8]等。工程质量验收资料主要包括:①工程设计单位确认的预制构件深化设计图、设计变更文件;②装配式混凝土结构工程施工所用各种材料、连接件及预制混凝土构件的产品合格证书、性能测试报告、进场验收记录和复试报告;③预制构件安装施工验收记录;④连接构造节点的隐蔽工程检查验收文件;⑤后浇筑节点的混凝土或浆体强度检测报告;⑥分项工程验收记录;⑦装配式结构实体检验记录;⑧工程重大质量问题的处理方案和验收记录等。
  通过上述分析,最终确定装配式建筑施工质量评估指标体系。
  2AHP-FUZZY综合评判方法
  AHP[9](analytichierarchyprocess),又名层次分析法,是在20世纪70年代由美国著名运筹学家T.L.Saaty等提出的一种定性与定量分析相结合的多准则决策方法。该方法的特点是在对复杂决策问题的本质、内在关系及其影响因素等进行深入分析的基础上,利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多目标、多准则特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。模糊集合[9](fuzzysets)的概念于1965年由美国自动控制专家查德(L.A.Zadeh)教授提出,用以表达事物的不确定性。模糊综合评估法是一种基于模糊数学的综合评估方法。该方法根据模糊数学的隶属度理论把定性问题转化为定量问题,即用模糊数学对受到多种因素制约对象做出一个总体的评估。它具有结果清晰、系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题。
  2.1指标权重的确定
  2.1.1构造判断矩阵
  AHP法要求评估者对每一层各评估元素的相对重要性给出判断,这些判断用数值表示出来就是判断矩阵。通过头脑风暴法或者专家调查法等对评估元素进行两两比较,构造判断矩阵,其具体形式如下:
  b11
  b21
  B=
  
  bn1b12b22
  
  bn2…b1n
  …b2n
  
  
  …bnn
  式中:bij为对于Ak而言,Bi对Bj的相对重要性。
  本文采用1!9的比例标度来对重要性进行赋值,数值代表的含义为:1表示两个元素相比,Bi与Bj具有相同的重要性;3表示两个元素相比,Bi比Bj稍微重要;5表示两个元素相比,Bi比Bj明显重要;7表示两个元素相比,Bi比Bj强烈重要;9表示两个元素相比,Bi比Bj极端重要;它们之间的数2,4,6,8表示上述相邻判断的中值。
  2.1.2计算各指标权重
  指标权重的计算可以归纳为判断矩阵的特征向量和特征根计算问题。即对于判断矩阵B,计算满足BW=λmaxW的特征根和特征向量。其中,λmax为B的最大特征根,W为对应于λmax的规范化特征向量。W的分量Wi即是对应于各指标的权值[10],本文中采用方根法计算特征根,具体步骤如下。
  1)计算判断矩阵B每一行元素的乘积Mi:
  Mi=∏(n)bij(i=1,2,…,n)(1)j=1
  2)计算Mi的n次方根Wi:
  Wi=槡nMi(i=1,2,…,n)(2)
  3)对向量W=(W1,W2,…,Wn)T进行归一化处理:
  Wi=n(i=1,2,…,n)(3)
  ∑Wj
  j=1
  W=(W1,W2,…,Wn)T即为所求特征向量。4)计算判断矩阵的最大特征根λmax:
  1m(BW)i
  λmax=Σi=1Wi(4)n式中:(BW)i表示向量BW的第i个元素。5)一致性检验计算一致性指标CI:
  χmax-n
  CI=n-1
  当判断矩阵完全一致时,CI=0。
  此外,还需确定判断矩阵的平均随机一致性指
  标RI,RI的取值。
  计算判断矩阵的随机一致性比例CR并检验其一致性:当CR=CI/RI≤0.10时,认为判断矩阵具有满意的一致性,否则需调整判断矩阵,直到通过检验要求。
  2.2综合评判
  1)构建施工质量评语集
  建立评估对象的评语集V={v1,v2,…,vn}={优秀,良好,合格,不合格},即评估等级,每个评估等级分别对应一个模糊子集。对评语集的每个评估等级进行赋分,赋值后的评语集K={90,80,60,0}。确定评估因素集U={u1,u2,…,un},其中ui
  (i=1,2,…,n)表示评估对象的第i个影响因素。
  2)构建隶属度矩阵R
  若第i个因素的单因素评判集合ri=(ri1,ri2,…,rim),其中rij表示第i个因素对第j个评语的隶属度。对U中所有因素进行逐一评估,就构成了
  U×V的隶属度矩阵R:
  r11
  r21
  R=(rij)n×m=
  
  rn1r12r22
  
  rn2…r1m
  …r2m
  
  
  …rnm
  3)模糊综合评判
  最后将AHP法得到的权重集W与模糊评判矩阵R构建模糊综合评估模型:
  B=W×R=(w1,w2,…,wn)×
  r11r12…r1m
  r21r22…r2m
  =(b1,b2,…,bm)
  rn1rn2…rnm
  式中:bi为模糊综合评估指标,归一化处理后可得标准评估结果B\'=(b\'1,b\'2,…,b\'m)。
  最后,可计算综合评估值D=B\'×KT。
  3例证分析
  以沈阳某政府公租房项目为例,该项目总用地面积为96345m2,总建筑面积约27万m2,共34栋建筑物,含一座约24700m2地下室,其中3幢住宅楼正是采用了整体装配式框架结构施工工法(PC技术)。该住宅楼设计单位和构件中制作单位均是日本鹿岛建设株式会社,施工单位是国内某房屋建筑工程施工总承包一级资质单位。通过对该装配式施工项目相关检验记录和其他相关资料进行分析,运用AHP-FUZZY综合评判方法对各级指标进行评估,邀请业内专业人士和不同层次的专家对表1中指标体系进行打分,经过多方评选最终得如下判断矩阵:
  125
  A-B=1/213
  1/51/31
  11/51/71/41/61/31/2
  511/331/224
  
  7315246
  B1-C=41/31/511/435
  
  621/24135
  31/21/41/31/312
  21/41/61/51/51/21
  1234765
  1/2123675
  
  1/31/212453
  B2-C=1/41/31/21342
  
  1/71/61/41/3121/2
  1/61/71/51/41/211/2
  1/51/51/31/2221
  11/71/51/41/2
  71236
  
  B3-C=51/2124
  41/31/214
  21/61/41/411)计算各层次的指标权重值利用上述方根法计算各指标权重并进行归一
  化处理后,进行一致性检验结果如下:
  WA=(0.582,0.309,0.109)
  WB1=(0.031,0.159,0.351,0.104,0.241,
  0.073,0.042)
  WB2=(0.347,0.258,0.157,0.103,0.042,
  0.032,0.061)
  WB3=(0.047,0.442,0.266,0.178,0.067)
  式中:WA表示各施工阶段的综合权重;WB1表示施工前各指标的权重;WB2表示施工中各指标的权重;WB3表示施工后各指标的权重。对以上各指标权重值进行一致性检验。
  各评估指标的一致性比例CR<0.10,表明各判断矩阵具有较好的一致性。2)构建隶属度矩阵邀请10位专家对装配式施工质量评估指标进行多次打分,综合各专家的打分次数和各评语级所占比重情况,得出模糊关系矩阵如下:
  24施工技术第43卷
  0.540.340.110.01
  0.380.490.120.01
  
  0.570.320.110
  RB1=0.530.330.140
  
  0.460.370.130
  0.340.360.270.03
  0.400.370.210.02
  0.490.280.190.04
  0.430.330.220.02
  
  0.640.270.090
  RB2=0.550.280.160.01
  
  0.490.370.130.01
  0.580.340.080
  0.500.390.090.02
  0.530.270.180.02
  0.560.360.080
  
  RB3=0.470.290.210.03
  0.610.310.0800.360.370.240.03
  式中:RB1表示10位专家对施工前质量评估B1指标中的7个二级指标进行评估所得到的模糊关系矩阵;RB2表示10位专家对施工中质量评估B2指标中的7个二级指标进行评估所得到的模糊关系矩阵;
  RB3表示10位专家对施工后质量评估B3指标中的5个二级指标进行评估所得到的模糊关系矩阵。3)模糊综合评估首先进行单因素评估:
  B1=WB1×RB1=
  (0.4848,0.3661,0.1355,0.0140)
  B2=WB2×RB2=
  (0.5077,0.3037,0.1668,0.0217)
  B3=WB3×RB3=
  (0.5302,0.3289,0.1300,0.0109)
  B1
  R=B2=
  
  B3
  0.48480.36610.13550.0140
  0.50770.30370.16680.02170.53020.32890.13000.0109
  式中:B1,B2,B3分别表示3个一级指标的模糊评估矩阵;R表示整个装配式施工质量评估指标体系的模糊关系矩阵。然后进行综合评估:
  B=WA×R=(0.4968,0.3428,0.1446,0.0160)
  D=B×K=80.81
  式中:D表示整个装配式施工质量评估指标体系的综合评估得分。
  同理,计算各一级指标的评估得分,施工前DB1=81.56,施工中DB2=81.83,施工后DB2
  =80.00。
  通过上述计算分析得出该项目施工质量综合评估得分为80.81,介于优秀和良好之间,说明该装配式施工质量总体良好,但尚有很大的提升空间。其中3个一级指标评估得分值均在80分左右,说明该施工项目对这3个阶段质量重视程度相当,但还需采取相应改进措施对这3方面质量管理同时加以提升,以达到质量优秀的水平。
  4结语
  本文在借鉴我国传统现浇混凝土结构工程质量评估方法的基础上,结合装配式建筑施工的自身特点,对我国装配式建筑施工质量评估进行了分析研究。通过实证分析表明,该方法是科学的、合理的,在装配式建筑施工质量评估和提出改进措施上具有较好的应用价值,能够对装配式建筑施工质量评估提供一种定量的思维模式。但该方法还需要在实践应用中不断地修正和完善,因为该方法均是由业内专业人士和不同层次的专家主观打分所得,难免评估结果带有主观性。因此,在今后的研究中,还需进一步深入讨论如何将评估指标客观地定量化,增强该方法的合理性,为今后装配式建筑施工质量评估提供一种科学的方法。