装配整体式混凝土建筑施工质量问题的聚类分析与管控建议.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 8 期2023 年 8 月Vol.44 No.8Aug.2023摘要：目前装配整体式混凝土建筑的应用广泛，其质量问题也备受关注。就装配整体式混凝土建筑质量问题的发生概率和现场管控难度进行调研，形成了23个二级指标和4个一级指标的指标体系，并根据问题频次计算获取了相应二级指标的分值。为进一步利用数据，通过熵值法对发生概率和现场管控难度的数据进行分析并得到权重。利用权重对数据进行修正后，基于层次聚类法对质量问题进行了聚类分析。根据总体管控难度大小得到了三分类的结果，并针对I类和类问题给出了管控建议。关键词：装配整体式混凝土；质量问题；熵值法；层次聚类法中图分类号：F426；TU712文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）08-0086-06DOI：10.14181/ki.1002-851x.202308086引用本文 肖思奇，刘丹璇，黄科锋.装配整体式混凝土建筑施工质量问题的聚类分析与管控建议J.建筑经济，2023，44（8）：86-91.*基金项目：国家重点研发计划课题“面向项目的质量信息采集、存储与传递技术”（2022YFF0609204）作者简介：肖思奇，博士，工程师，主要从事项目管理数字化工作。住房和城乡建设部2022年印发的 “十四 五”建筑业发展规划 中提到了加快智能建造与新型建筑工业化协同发展、大力发展装配式建筑等内容，在此背景下，装配整体式混凝土建筑结构作为我国持续推进建筑工业化的主要结构表现形式之一，近年来得到了蓬勃发展。在发展过程中，装配整体式混凝土建筑主体结构出现过若干质量问题，项目各方对关键施工节点把控的重视程度也随之在不断提高。但是各项目表现出的施工质量参差不一，由此，对质量管控提出了新的要求。装配式建筑的施工环节，是质量问题集中表现阶段，但其原因可能存在于设计、构件生产等其他阶段中。因此，通过对施工阶段质量问题的研究，分析质量问题产生原因，可以有效加强整体的工程质量水平。近年来，有学者依据丰富的工程经验，总结了装配式建筑的设计要点、预制构件施工质量、质量影响关系等内容，张克等按照事前-事中-事后提出了管理建议，李唐振昊和尤筱玥通过总结已发表文献对装配式建筑质量提升提出了 一些管理建议。为了能够进一步客观评价质量问题，本文利用熵值法和层次聚类法对质量隐患数据和调研数据进行分析，通过数据表征分析常见质量问装配整体式混凝土建筑施工质量问题的 聚类分析与管控建议*肖思奇1，2，刘丹璇1，2，黄科锋1，2（1.上海建科工程咨询有限公司，上海 200032；2.上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032）第 44 卷第 8 期87题，按照发生概率和管控难度进行问题分类，并提出管控建议。1常见质量问题数据统计为了研究常见质量问题，本文从质量隐患发生概率和现场管控难度两个维度进行分析。其中，根据现场情况调研提取了1782条质量隐患数据信息，结合以往学者的研究，并根据隐患描述和词频分析将其分为4个一级指标和23个二级指标。其中4个一级指标为“A连接节点”、“B防水防渗”、“C吊装安装”、“D成品保护”，具体的23个二级指标如表1所示。通过词条出现频次与数据总数相除得到发生概率。在现场管控难度方面，通过调查问卷形式调研，对质量隐患现场的管控难度进行问题多选调研。本次调研共收集到26份有效答卷，通过选择频次与答卷总数的比值得到现场管控难度的分值。图1展示了不同质量问题在发生概率和现场管控难度这两个维度上的分布情况。由图1可知，质量问题AF1“设计图纸不完善，标注错误”、BF4“墙体出现渗漏点”、CF1“钢筋设置位置偏差”、CF2“预埋件安装不到位”这四类，虽然发生概率相对处于平均水平，但其现场管控难度较高；质量问题AF2“灌浆施工作业不到位”、AF3“灌浆不饱满”、AF6“砂浆封堵不到位”、CF6“其他作业未按图纸要求施工”、DF1“预留孔洞尺寸、位置偏差”虽然管控难度略低，但是发生概率较大；而质量问题AF4“钢筋垂直度偏差大”、BF2“防水材料存在隐患”、DF2“构件强度不足”等，在发生概率和现场管控难度方面均处于较低 水平。为了能够统筹考虑以上结果，本文采用熵值法和层次聚类法对质量问题进行了归纳分析。首先利用熵值法对发生概率和现场管控难度进行数据分析得到其权重，再结合权重系数对数据进一步修正，在该数据基础上进行层次聚类分析，从而对质量问题进行分类，并提出相应的管控方法。2熵值法赋权2.1熵值法简介熵值法可通过计算指标的信息熵，根据指标的离散程度等对指标进行客观赋权，可被应用在评价模型的权重计算中。由于熵权法的计算是基于数据本身，计算过程均在反映数据中所包含的信息，因此熵值法赋权过程具有很高的信度和效度。一般而言熵值越大，该系统越混乱，可以认为该系统携带的信息较少，其权重越小。假设样本数量为m，样本Pi中的第k个指标的归一化比重为pik，则第k个指标的熵 值为：ek=-qimpiklnpik（1）肖思奇，等装配整体式混凝土建筑施工质量问题的聚类分析与管控建议图1质量问题在发生概率-现场管控难度上的 数据分布建 筑 经 济2023年88其中，q=1lnm且q0（2）权重可由下式计算：wk=dkmk=1dk（3）其中，dk=1-ek，为信息效用值，反映了第k个指标在分布上的差异程度。2.2计算结果使用熵值法对发生概率和现场管控难度两项指标进行权重计算，计算利用SPASSAU进行。从表2可以看出，发生概率、现场管控难度的权重值分别是0.819和0.181。两项间的权重大小有着一定的差异，其中发生概率这一项的权重最高，现场管控难度这一项的权重最低。现场管控难度的信息熵值较大，发生概率这一项表1装配式混凝土建筑结构质量问题调研汇总类别编号描述发生概率现场管控难度A连接节点AF1设计图纸不完善，标注错误0.162 0.048 AF2灌浆施工作业不到位0.011 0.066 AF3灌浆不饱满0.054 0.071 AF4钢筋垂直度偏差大0.002 0.009 AF5套筒连接错位0.025 0.016 AF6砂浆封堵不到位0.025 0.075 B防水防渗BF1防水设计不明确0.010 0.023 BF2防水材料存在隐患0.010 0.016 BF3淋水试验未通过0.003 0.025 BF4墙体出现渗漏点0.189 0.050 C吊装安装CF1钢筋设置位置偏差0.135 0.055 CF2预埋件安装不到位0.101 0.051 CF3墙体垂直度差0.006 0.041 CF4安装尺寸偏差大0.026 0.046 CF5钢筋布设未按图施工0.038 0.048 CF6其他作业未按图纸要求施工0.006 0.096 CF7后浇带部位施工不规范0.079 0.025 CF8支撑架设缺失0.040 0.049 D成品保护DF1预留孔洞尺寸、位置偏差0.009 0.071 DF2构件强度不足0.012 0.016 DF3运输过程不规范0.002 0.041 DF4窗框附近有裂缝0.029 0.040 DF5保温层出现裂缝0.026 0.022 表2熵值法计算结果项平均值标准差信息熵值e信息效用值d权重系数w发生概率0.0430.0540.8090.1910.819现场管控难度0.0440.0230.9580.0420.181第 44 卷第 8 期89信息效用值较低，其原因可能在于获取的有效问卷数量不够多。后续可通过扩大调研范围、深化调研问题来进行改善。为进一步利用熵权法结果，先将指标分值进行最大最小值归一化，保证发生概率和现场管控难度的分值均落在0，1区间内，再在本次熵值法赋权计算基础上，将权重系数与该指标的分值相乘得到修正后的分值，并基于该数据，进行层次聚类法分析。3基于层次聚类法的问题分类3.1层次聚类法简介层次聚类法（Hierarchical Clustering），即通过计算不同类别数据点间的相似度，进行层次化的聚类分析，从而得到一颗有层次的含簇类的树形结构，在树形结构中，可在任意层次横切，得到指定数目的簇。本次计算采用的聚类规则为平均距离，含义为HC1和HC2两个簇类所有样本对的距离平均，样本间的距离计算采用欧拉距离来计算，假设样本是n维，样本Pi与Pj之间的距离计算的数学表达为：dist（Pi，Pj）=nk=1（Pik-Pjk）2（4）上述计算过程遍历每一个计算样本，最终每个样本对应的簇类，形成可视化的树形 结构。3.2聚类结果根据计算结果，得到图2所示的树形结构，以计算距离0.2为切片轴，可以得出的三分类结果如表3所示。由计算公式可知，该种聚类条件下，将质量问题发生概率与现场管控难度的权重视为相等，类质量问题表示其总体管控难肖思奇，等装配整体式混凝土建筑施工质量问题的聚类分析与管控建议图2层次聚类法树形结构表3层次聚类分类结果问题类型编号描述类AF1设计图纸不完善，标注错误BF4墙体出现渗漏点CF1钢筋设置位置偏差类AF3灌浆不饱满CF2预埋件安装不到位CF7后浇带部位施工不规范类AF2灌浆施工作业不到位AF4钢筋垂直度偏差大AF5套筒连接错位AF6砂浆封堵不到位BF1防水设计不明确BF2防水材料存在隐患BF3淋水试验未通过CF3墙体垂直度差CF4安装尺寸偏差大CF5钢筋布设未按图施工CF6其他作业未按图纸要求施工CF8支撑架设缺失CF9预留孔洞尺寸、位置偏差DF1构件强度不足DF2运输过程不规范DF3窗框附近有裂缝DF4保温层出现裂缝建 筑 经 济2023年90度大，类问题次之，类问题的发生概率和现场管控难度相对较小。其中 类质量问题为AF1“设计图纸不完善，标注错误”、BF4“墙体出现渗漏点”、CF1“钢筋设置位置偏差”，类质量问题为AF3“灌浆不饱满”、CF2“预埋件安装不到位”、CF7“后浇带部位施工不规范”。也就是说，连接节点、防水防渗、吊装安装问题均存在需要重点关注的地方，成品保护问题相对而言总体管控难度较小。3.3管控建议根据聚类分析的结果，针对连接节点、防水防渗、吊装安装三方面的类与类质量问题给出管控建议。（1）完善设计需求，规范连接节点施工行为针对AF1“设计图纸不完善，标注错误”、AF3“灌浆不饱满”这两点，需要从源头上把控连接节点的设计，审核标注时应注意不要造成误解。同时，灌浆不饱满作为现场质量问题的表征，应以问题为导向，寻找解决灌浆不饱满的原因，从事前准备、材料控制、灌浆工艺等方面综合管理。进一步地，可以应用新技术、新装备强化事前与事中控制，并形成规范性的操作指南，供施工人员与管理人员 参考。（2）深化防水设计，加强现场管理针对BF4“墙体出现渗漏点”这一问题，应从设计源头实现质量控制。在设计端明确防水构造与防水材料的要求，清晰明了地指导现场进行防水施工。同时，加强现场的动态管理，做到及早发现、及时治理，阶段性对渗漏问题进行总结。进一步地，可以应用新材料、新技术实现防水效果的提升，并增加防水节点的耐久性与耐候性。（3）强化构件生产控制，提高安装精度针对CF1“钢筋设置位置偏差”、CF2“预埋件安装不到位”、CF7“后浇带部位施工不规范”等现象，虽然CF1与CF2是在安装过程中发现的问题，但在管控上应先从构件生产开始，加强预留钢筋、预埋件等隐蔽工程的设置和检验。在施工过程中，也要加强巡视检查，尤其要对后浇带部位的场地清理、模板支设、防水等施工的做法和工艺加以明确。进一步地，可以应用数字化技术提高构件安装可视化程度和精度。4结论本文针对装配整体式混凝土建筑施工中遇到的质量问题进行调研，从发生概率和现场管控难度两个方面着手，将质量问题进行分类，并给出了管控建议。主要结论如下：（1）通过调研形成了常见质量问题的指标体系，归纳为连接节点、防水防渗、吊装安装、成品构件4个一级指标，共包含23个二级指标，并根据频次在发生概率和现场管控难度两方面给出了分值，以供参考。（2）基于熵值法赋权和层次聚类法对质量问题进行聚类分析，根据发生概率和现场管控难度得到了三个簇类。其中，类质量问题较易发生且不易管控，类问题次之，类问题总体管控难度较小。（3）聚类结果表明，类和类质量问题出现在连接节点、防水防渗、吊装安装中，成品构件的保护问题较少，本文也针对 类和类质量问题给出了相应的管控建议。第 44 卷第 8 期91参考文献1 王守督.装配式建筑施工质量控制管理研究J.工业建筑，2022（1）：238.2 Bataglin F S，Viana D D，Formoso C T，etal.Model for planning and controlling the delivery and assembly of engineer-to-order prefabricated building systems：exploring synergies between Lean and BIM 1J.Canadian Journal of Civil 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of the monolithic assembled concrete building in the dimensions of the probability of occurrence and the difficulty of on-site control，forming an index system of 23 second-level indicators and 4 first-level indicators.The corresponding scores are obtained according to the frequency calculation.Based on the investigated data，the weights of occurrence probability and on-site control difficulty are analyzed by the entropy value method.And then，after the data are modified by the weights，the quality problems are clustered and analyzed based on the hierarchical clustering method.Finally，three classifications of the quality problems are obtained according to the overall control difficulty，and corresponding control suggestions are given for the class I and class II issues.Keywords：monolithic assembled concrete；quality problems；entropy value method；hierarchical clustering method