张海霞 李帼昌 张德冰
(沈阳建筑大学土木工程学院， 沈阳 110168)
摘 要：结合钢结构建筑在我国的发展趋势，分析钢结构建筑施工技术对建筑各个方面的影响；考虑工业化施工与传统施工的不同之处以及钢结构及其工业化建造的特点，将评价体系分为技术性能、经济性、绿色可持续性、产业政策效应4个准则层，建立相应的指标层，利用层次分析法通过调查问卷形式确定各个指标的权重系数；利用模糊评价原理建立指标层评分方法，形成针对钢结构建筑工业化建造施工与安装技术的评价体系。
关键词：钢结构建筑； 工业化建造； 评价体系； 权重系数
建筑产业随着国家经济的发展也有了长足的发展，目前建筑产业对我国经济发展有着重要的作用，在国民经济中占有着重要的地位。而建筑产业的发展离不开有效的管理、评价手段，现有的评价方法主要集中于建筑完工后工程质量的合格与否，结构的安全可靠检验等，缺乏对整个建筑施工过程的评价与控制，而在一些国内尚属新兴技术的钢结构建筑评价方面的资料更是少之又少，对整个建设周期内的控制也缺乏深入的研究。
目前，我国尚未形成系统的建筑施工评价系统，现行的统一标准只有建筑施工质量评价标准，建筑施工控制体系还有待完善。国外一些发达国家的系统化建筑施工过程甚至建筑全寿命周期评价系统在政府主管部门对建筑工程控制方面有着良好的表现，香港的PASS评价系统从工程的施工、管理到后期的维护、保修三个方面对建筑工程进行评价，新加坡的CONQUAS系统从结构、装修、机电三方面对建筑工程进行了全面细致的划分[1]。
钢结构建筑与传统混凝土建筑相比，具有重量轻、强度高的优点，并且钢结构建筑的总重量只有后者的50%左右；同时钢结构承重构件的使用，也能提升建筑的开间、跨度，使建筑的使用面积有所增大，抗震、抗风性能好，钢结构建筑的承重构件施工时湿法作业少，与混凝土构件相比，更加容易实现工厂生产和模数化、标准化，从而减少施工的工作量[2]，若预制构件能够实现工业化生产，施工单位则可以直接采购需要的产品，从而大大减少施工阶段的构件制作量，缩短施工工期，同时由于构件工厂化生产，使得其质量更容易控制，尺寸更精确，另外钢材还可以回收再利用，建造和拆除时对环境污染较少。
根据技术评价的观点，对于施工与安装技术的评价应围绕技术展开，笔者认为其评价的方向应该包括反映施工技术本身应用于工程建设的质量性能、对社会效益、环境效益等方面[3]，评价关注的重点不应该是得出的结果，而是通过技术评价分析施工技术在工程应用中出现的或者潜在的问题，从而通过这一过程提高工程施工技术水平，并应能够提高对应建设产品的质量、性能等，对于钢结构建筑施工与安装技术的评价，笔者认为工程质量的评价是一个重要的部分，但是对于技术评价而言钢结构建筑工业化建造施工与安装技术评价不仅仅要从施工质量考虑，而应考虑从工程施工的准备开始到整个工程完工所涉及到的各个方面，其中包括技术性能评价、经济性、社会效益等方面。
目前，我国关于装配式建筑的相关规范、标准并不完善，专门针对钢结构建筑工业化建造的标准规范目前也并未出台。另外，各个具体工程的施工难易程度不同，使得在评价施工技术的过程中往往存在很多不能定量的评价因素，故本文在利用层次分析法确定评价框架的同时，结合模糊评价法原理对评价体系的指标层进行评分，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，充分发挥两者的优势，得到相对客观的结果。
2.1 技术性能指标
技术性能指标是反映结构特点及施工形式最明显的准则层，钢结构建筑工业化建造的施工与安装技术评价与其他结构类型建筑在评价指标上的区别也主要集中于此。钢结构建筑工业化施工较传统建筑施工的区别主要体现在构件部品的预制化，施工的装配化，施工多为干法施工，在施工与安装技术评价的性能指标中是最重要的一部分，技术性能准则层中主要包括：施工过程的标准化程度，其中应考察构件部品的标准化和连接构造的标准化两方面；安全控制，施工安全控制应根据建筑工程安全检查评分标准进行，装配式建筑大量采用预制构件，所以应去除标准中的模板工程，按照分数比例重新计算权重系数；质量控制，质量是技术性能主要控制指标，应根据建筑工程施工质量评价标准，结合各个分部工程的施工验收规范进行；施工建造装配化，应考察构件部品的装配化程度和施工机械化程度；同时应考虑组织管理科学化程度。
2.2 经济性指标
经济性评价不仅是对施工技术，对任何一项或者一套技术的评价都是不可或缺的部分，也是市场经济环境下，建设单位、施工单位最关注的因素之一，良好的施工技术所产生的效益可以主要从工期、成本和资源投入三个方面考察，工期影响着整个建筑产品的产业链，工期的延误会影响后续建筑产品的销售和使用，影响建设单位的投资回收期而导致整个产业链的恶性循环；工程成本则是建设、施工单位都竭力控制的指标，在中国市场化的环境下，工程施工承包采用招投标形式进行，一般来说建设成本是招标单位考核的主要指标，这也就迫使施工单位尽量控制施工成本，减少施工期间各种资源的浪费，优化资源配置，降低成本；优化资源配置，主要指劳动力、材料、机械方面投入的优化，装配式钢结构建筑施工，主要是机械吊装、人工连接，采用焊接或者螺栓连接等形式，人工和机械的优化主要从使用的机械及操作人员技术成熟度、施工参与人员技术成熟度考察。对于施工经济性的评价，由于设计、工况、施工的难易程度各异，不同的工程有很大的不同，对于不同工程施工技术的经济性评价不应采用相同的评判标准，而应根据施工具体情况通过集合专家意见定性评价。
2.3 社会效益指标
根据科技部提出的科学技术评价办法，技术的评价还应考虑社会效益。建筑施工产生的社会效益，主要指对环境带来的影响，以及对于整个行业的带动和导向作用。本文根据绿色施工导则，从建筑绿色施工角度考虑了绿色可持续性及不可再生资源投入情况，对于整个产业的社会效益，加入了政策导向和产业带动作用两个指标，根据不同工程，结合专家意见定性评价。
通过讨论分析，确定了钢结构建筑工业化建造施工与安装技术评价体系如图1所示。
图1 钢结构建筑工业化建造施工与安装技术评价体系指标
2.4 权重系数
根据由问卷得到的数据计算权重，其主要处理步骤为：将同一层次因素的关联分数形成判断矩阵，计算矩阵的特征值及特征向量，最大特征值对应的特征向量归一化后的结果为其对应因素的相关系数。确定了各层次评价内容，计算了各个因素相关程度，通过层次分析法建立的评价体系基本完成。
层次分析法的优势在于将决策者的定性思维过程定量化[4]，但由于开展的是钢结构建筑工业化建造施工与安装评价，评价对象属于复杂系统，评价人不可避免存在认识上的多样性和片面性，而九级标度并不能保证所得判断矩阵的一致性，必须进行一致性检验，以确定指标权重之间的相容性。
当判断矩阵[A]的所有元素都具有传递性，即满足等式：aij·ajk=aik时，称判断矩阵为一致性矩阵，其中aij、ajk和aik表示判断矩阵[A]中第i(或j)行第j(或k)列的数值。判断矩阵是计算因素权重值的根据，即使不绝对满足一致性要求，也不应有过大的偏差。检查判断矩阵的一致性程度，首先由式(1a)计算其一致性指标 CI，然后对照表1查找相应的平均随机一致性指标 RI，再由式(1b)计算一致性比例 CR。当CR<>[5]。
(1a)
CR=CI/RI
(1b)
式中：λmax为矩阵的最大特征值；n为判断矩阵阶数。
表1 平均随机一致性指标
序号RI序号RI1061.24682071.339430.527581.403940.882491.451151.1075101.4863
以评价体系准则层为例，计算技术性能A1、经济性B1、绿色可持续性C1和产业政策效应D1的权重并进行一致性检验。首先邀请专家根据问卷问题给出需要两两比较的指标的评分，样例如表2所示。
表2 评分样例
标准层不同标准层指标的评分A1B1C1D1A11165B11145C11/61/412D11/51/51/21
形成判断矩阵：
计算矩阵的最大特征值为4.072 8，其对应的特征向量为：[0.732 2, 0.649 3, 0.169 0, 0.117 4]T，将得到的向量归一化：[0.439 0, 0.389 3, 0.101 2, 0.070 5]T，即为相对应的判断矩阵的权重系数。将最大特征值4.121 3代入算式(1)中，得CI=0.0242 7，当n=4时，RI=0.882 4，一致性系数：CI/RI=0.027 5<>
图2 权重系数
利用模糊控制理论中的隶属度函数原理，将定性指标量化，并与层次分析法相结合，得出最终的评价结果，这种定量化理论，也是目前在各类评价体系中针对定性问题较为常用的方法，其基本原理类似于模糊数学的隶属度理论，将定性问题转化为定量问题，解决模糊指标的量化问题[6]。
3.1 构建评语集
定性指标量化理论的第一步是建立评价指标对应的评估等级，本文中的所有指标都是建立在工程质量合格的基础上进行评价，质量控制模块中的指标是根据建筑工程施工质量评价标准的要求，建立的基于检验批样本合格比例的评估等级及对应分数，故本文建立的评价体系采用与之相同的评估等级和分值，评语集为A={a1,a2,a3，…，an}，其中的a表示对应的评估等级，根据建筑工程施工质量评价标准，A={a1,a2,a3,a4}={优，良，一般，合格}，采用评价标准中的规定对评语集赋分，A={优，良，一般，合格}={100,85,70,60}。
3.2 计算隶属度
对于单个指标的隶属度计算，模糊数学理论中也称单因素评估，单因素评估集合r={r1,r2,r3，…，rn}, rn表示评价指标对第n个评估等级的隶属度，整理专家针对此指标的意见后，即得到对应指标有w1个a1级评语，w2个a2级评语,… ,wn个an级评语，这样，就有rn的计算式(2)。
(2)
3.3 合成计算
将单因素隶属度r与其对应评语集赋分相乘得到此指标的量化分数K[7]，如式(3)所示：
K=[r1,r2,r3，…，rn]·[a1,a2,a3，…，an]T
(3)
将得到的对应指标量化分数，与层次分析法构建的指标权重相乘，即得到相应指标在整个指标体系的分数，通过此法计算所有定性指标从而得到最后的评价得分。
3.4 举例说明
例如对某工程施工机械化程度的评价，有10位专家参与，通过计算使用机械施工所占总工程量的比例得出了施工机械化程度约为60%，据此数据，专家给出了自己的意见，整理意见，统计有4位专家认为此工程机械化程度较高，属于优秀水平，4位专家认为施工机械化程度一般，属于一般水平，另外2位认为此工程的施工机械化程度仅为合格水平，所以施工机械化程度指标的隶属度集合为r={4/10，0，4/10，2/10}={0.4，0，0.4，0.2}。
将隶属度与评语赋分集相乘即得到施工机械化程度的量化得分：
K={0.4,0,0.4,0.2}×{100，85，70，60}T=80
所以，由10位专家评价意见得到的施工机械化程度指标量化分数为80分，在乘以层次分析法中对应指标的权重，即是其在指标体系中的相应得分。
在查阅、整理大量相关资料的前提下,围绕钢结构建筑工业化建造施工与安装技术评价这一内容,进行了深入的研究。根据相关理论，通过分析、整理和观点提炼，取得一些初步的理论性成果，通过对其进行影响因素分析，结合相似工程技术评价理论，在对钢结构建筑工业化建造施工与安装技术、管理结构分析的基础上，建立了由技术性能指标、经济性指标、绿色可持续性指标、产业政策效应4个准则层组成的钢结构建筑工业化建造施工与安装技术评价体系框架,并根据评价指标体系的特点，设计了专家调查问卷，从开发、设计、施工等单位收集了多份问卷，利用层次分析法原理以及一致性检验分析，形成了相应评价指标体系的权重系数。同时利用模糊评价原理，建立了评价体系的评分模式；为钢结构建筑工业化建造施工与安装技术的评价提供了一种新的思路。然而，对此评价体系的研究在我国尚处于起步阶段，故该评价体系还需要在实践应用中不断地修正和完善。
本文建立的评价体系多为通过专家打分的定性评价，尚存在主观性问题，所以在今后的研究中，还需进一步考虑评价指标定量化问题，从而增强其合理性。
参考文献
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[2] 姜丽丽. 钢结构住宅体系的技术经济分析及产业化研究[D]. 邯郸：河北工程大学,2013.
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[4] 施嵘美. 基于层次分析法的建设工程质量指数构建与应用分析[J].工程质量, 2011(29)：17-18.
[5] 周焯华, 张宗益. 建筑工程质量评定的层次分析法[J]. 重庆建筑大学学报,1997, 19(6): 79-85.
[6] 雷勇. 模糊综合评判在建筑工程质量评定中的应用[J]. 住宅科技,1997(5): 41-43.
[7] 郑周练, 赵长荣, 王慰佳，等. 建筑安装工程质量的模糊评定[J]. 重庆建筑大学学报,2000, 22(增刊):113-117.
Zhang Haixia Li Guochang Zhang Debing
(School of Civil Engineering, Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China)
ABSTRACT：Combined with the development trend of the steel structure building in our country, the effects of steel building construction technology on all aspects of the building were analyzed. Considering the differences between industrialized construction and traditional construction and the characteristics of its industrial construction, the evaluation system was divided into four criteria layers of technical performance, economics, green sustainability, and industrial policy effect. The corresponding index layer was established. Weighting coefficients were defined by using AHP and questionnaires. The evaluation system of the construction and installation of steel structure buildings was established by using fuzzy evaluation principle.
KEY WORDS：steel structure building; industrialized construction; evaluation system； weighting coefficient
DOI:10.13206/j.gjg201602022
收稿日期：2015-10-18
*“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B05)。
第一作者：张海霞，女，1976年出生，博士，副教授。
Email：iriszhx@163.com
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