基于博弈论-云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究.pdf

第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:代云云()女河北张家口人博士讲师研究方向为工程风险分析(:.)通讯作者:李志刚()男河北张家口人博士讲师研究方向为岩土工程(:.)基金项目:江苏省高等学校基础科学(自然科学)研究项目()江苏省住建厅科学技术计划项目()扬州大学人文社科研究基金项目()基于博弈论 云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究代云云 安 琪 周剑峰 李志刚 林 诺 张 斌(.扬州大学 建筑科学与工程学院 江苏 扬州.常州市建筑科学研究院集团股份有限公司 江苏 常州.东南大学 土木工程学院 江苏 南京)摘 要:我国住宅工程频繁出现质量问题工程质量潜在缺陷保险制度()成为规范建筑市场环境的有效制度之一而质量风险管理机构()对住宅工程质量的监测及评价成为 制度顺利实施与推广的关键 本文基于文献分析、专家访谈、实地调研的结果构建了全寿命周期住宅工程质量潜在缺陷风险指标体系采用次序加权平均算子法()和熵权法()确定风险指标的主、客观权重并基于博弈论对两种赋权结果进行组合 最后运用云模型构建住宅工程质量潜在缺陷风险评价模型并将实例中云模型的计算结果与模糊综合评价模型结果进行对比验证云模型在评估住宅工程质量潜在缺陷风险方面的适用性 该风险评价指标体系及综合评价模型可为 机构开展风控服务提供技术支持为 制度的顺利实施与推广提供技术保障关键词:潜在缺陷指标体系 组合赋权 云模型 风险评价中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):().()().第 期代云云等:基于博弈论 云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究 .:目前我国工程建设高速发展的同时也凸显出不同程度的住宅工程质量问题 据统计年住宅的投诉主要有三个方面:质量、安全、售后服务投诉量达到 件其中质量问题所占的比例高达.如何确保住宅品质维护业主的合法权益是目前最主要的问题 近年国家借鉴法国、日本、西班牙等国成功推广工程质量潜在缺陷保险制度()的经验并结合我国国情出台工程质量保险政策文件运用经济技术和法律手段治理中国建设工程面临的潜在缺陷问题 为加快 在我国的发展以及推广应用很多学者在制度体系建设方面做了大量研究内容多集中在 制度保险费率厘定、法律制度建设、保险框架体系构建、保险制度完善和工程质量缺陷原因识别等方面但对住宅工程质量的潜在缺陷风险指标体系构建及风险评价方面研究较少 因此我国为 提供风控服务的风险管理机构()对于住宅工程质量风险的等级划分大多都是主观评级缺乏相对客观的风险评价标准亟需基于 机构视角开展住宅工程质量的潜在缺陷风险体系构建及风险评价研究建筑的性能故障及时发现并关注可以给开发商和设计师重要的反馈保障住宅工程质量安全 对缺陷发生的直接行为进行分类可以实现对建筑缺陷更彻底的因果追踪促进导致潜在缺陷发生条件的识别 因此全面科学识别并分类住宅工程质量的潜在缺陷风险因素可为管理者提供更有效的监督与管理工具 此外众多工程项目的风险描述常是模糊不清的因此将模糊综合评价理论运用于工程项目风险评价中以判定风 险 结 果 胡 芳 等将 熵 权 法()应用于公共工程项目风险评估并将其与多准则妥协解排序法(:)相结合进行项目风险评估 王志强等将算子赋权法确定权重应用于装配式混凝土施工质量评价并结合云模型确定风险等级上述研究均可作为本文风险评价方法的参考然而单一的主观赋权或客观赋权无法兼顾决策者的评判以及工程的实际情况 另外传统的模糊评价常常分开考虑指标的随机性和模糊性无法兼顾二者针对目前住宅工程质量潜在缺陷风险指标体系及风险评价的不足本文采用博弈论组合优化()和 确定的主客观权重基于云模型进行综合评价并与传统的模糊综合评估结果进行比较验证云模型的适用性为住宅工程质量潜在缺陷风险评价提供依据 住宅工程质量潜在缺陷风险评价指标体系构建.风险指标识别阶段划分 机构的检查工作贯穿于勘察、设计、施工、竣工验收、缺陷责任期后的回访等过程而国内住宅质量的研究热点主要集中于施工阶段 全面且有效地识别潜在缺陷风险因素不应局限于施工阶段存在的问题 工程项目在招投标阶段存在诸多问题 机构作为独立第三方可以介入招投标阶段监督审查招投标工作制约不规范行为杜绝工程质量缺陷问题源头 西班牙的一项研究证实在住宅工程移交阶段存在明显的缺陷 国内目前针对移交后的缺陷风险管理研究较少维保数据库不丰富 因此本文在文献查阅及实际调研的过程中将招投标阶段和物业维保阶段会涉及的质量潜在缺陷问题纳入研究范围以此弥补住宅工程质量潜在缺陷研究的不足 为贴合 工作流程并增强住宅工程质量潜在缺陷风险体系的实用性和可操作性本文将项目过程划分为勘察设计、招投标、施工、竣工验收和物业维保五个阶段.风险指标体系确定通过国内外文献研究结果、现行的规范及行业标准以及实地调研内容对住宅工程质量潜在缺陷风险进行梳理初步筛选得到 个潜在缺陷风险指标再结合专家访谈对初筛指标进行修正和优化最终形成住宅工程质量潜在缺陷风险评价体系该评价体系包括勘察设计、招投标、施工、竣工验收、物业维保 个一级指标和 个二级指标详见表 土木工程与管理学报 年表 住宅工程质量潜在缺陷风险因素指标体系一级二级风险指标描述参考勘察设计阶段风险工程地质和水位地质情况 建筑地层结构、岩土物理力学性质、场地水文地质情况、地下埋设情况不佳文献勘察方案设计和审查情况 不满足现行技术标准和安全规范勘察方案设计不全面未结合实地情况文献勘察外业施工规范性 钻探操作、取样和原位测试、地下水位观测操作不当文献地质勘探报告完备性 每个地块的勘察情况分析不足专家访谈图纸设计质量情况 平面图、立面图、剖面图及必要详图等技术性图纸设计深度不足设计说明书、有关专业设计的图纸、主要设备和材料表以及工程概算书涵盖内容不全文献设计交底和施工图会审情况 在发现设计差错时没有对原有的设计进行任何的调整修改内容没有包括对原有的内容的修改、优化和完善文献勘察设计管理情况 没有对设备和人员的配置进行彻底的检查未经常性组织设计单位开展设计研讨没有对设计工作的时间安排进行合理的规划专家访谈招投标阶段风险 招标代理机构资质情况 缺乏相关专业人员招标采取不恰当方法招标文件的编制缺乏深度文献投标单位及人员资质情况 参建单位资质符合招标文件、规范等的要求资质条件与交易风险不匹配文献施工组织设计和方案规范性 施工组织设计/方案编制审查不具备全面性及严谨性土方开挖安全措施未进行科学安排对技术交底、安全教育、岗前培训及夜间作业未进行合理安排文献合同价的合理性 工程造价与建设规模不适应合同价与单方造价不合理专家访谈施工阶段风险地下工程施工质量情况 土方开挖、桩基施工、支护工程、降水工程、监测工程和地下工程防水等常见严重风险点施工质量不佳文献主体结构施工质量情况 钢筋工程、模板工程、混凝土工程、装配式结构、二次结构、砌体工程、抹灰工程、屋面工程、保温工程、机电工程、外立面工程、主体防水工程和给排水工程等常见严重风险点施工质量不佳文献精装修工程施工质量情况 墙地面工程、吊顶工程、涂饰工程、部品安装、暖通工程和精装修防水工程等常见严重风险点施工质量不佳文献建筑材料和机械设备管理情况未对照检查相关材料设备未做好检查记录没有对成品进行防护和质量监督文献施工现场监督情况 未对专项施工方案内容和实施需要进行严格监督未对关键工序重点控制并记录文献竣工验收阶段风险实体部分检验情况 未综合查验项目的质量检查和缺陷处理情况专家访谈验收资料和人员管理情况 验收资料不完备人员资质不符合相关要求专家访谈物业维保阶段风险后期渗漏开裂情况 居室户内阳角破损墙面腻子不完整墙面抹灰开裂石膏起泡阳台地面开裂、阳台门槛破损卫生间顶棚、墙体地面铺装开裂有渗漏痕迹实地调研电梯维保情况 电井线路排布无序垃圾未及时清理防火封堵未及时完成电梯外呼按钮面板未安装电梯面板楼层显示错误电梯运行在经常跳停后未及时维修实地调研消防维保情况 插座安装歪斜开关插座底盒标高差明显插座收口粗糙、污染栏杆焊接污染、掉漆安全出口指示灯安装不牢固照明灯异常防火门未及时安装消火箱玻璃破损消防报警器标识不明显高层外开窗未使用安全玻璃实地调研安防维保情况 对讲机功能测试不正常塑钢窗/纱窗启闭异常铝合金门闭合不严密铰链脱落单元门禁调试不到位实地调研绿化维保情况 草坪种植土内存在石块灌木种植稀疏踩踏破坏草坪斑驳露土基层不平整乔木枯萎/枯死现象铺装路面不顺直有污染井盖收口粗糙与软景不协调实地调研物业维保管理情况 维保管理情况混乱实地调研 住宅工程质量潜在缺陷风险评价模型构建.主客观组合赋权确定权重合理的指标权重是构建评价体系最关键的基础 法较层次分析法()法等确定权重的方法可以相对削弱主观因素对所使用数据的干扰 是一种客观赋权的方法在实际应用中通过对各个指标的数据分布情况通过信息熵来确定其熵权 第 期代云云等:基于博弈论 云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究博弈论是通过不同参与者的权力分配与相互竞争从而得到最优收益 基于博弈论的组合赋权法是通过对各种方法所获得的权值进行综合以求出最优的权值.次序加权平均算子法()()决策数据集结 对指标集合()给出决策数据()为专家人数 为指标个数记向量()该式是从大到小重组 数据得到的()赋权向量的确定 位置权重 由组合数计算所得:()()绝对权重的确定 通过 对决策数据 加权得出绝对权重:()其中()相对权重的确定 计算评价指标的相对权重即实际权重值:().熵权法()熵理论认为在进行风险评估时所能获得的信息的质量和数量将直接影响到决策的准确性 的计算过程如下:()构建初始数据矩阵 数据包括 个待评价的风险指标 个评价对象 初始数据矩阵:()()归一化矩阵 由于本文评价指标中只存在负向指标因此对其进行负向化无量纲处理各指标处理的公式为:()对指标处理完毕后的数据矩阵进行归一化处理得到归一化后的矩阵 归一化公式如下:()()计算信息熵 和差异系数 ()()()式中:/当信息熵 为 时这项指标的权重为 不会对总体评价产生任何影响()计算熵权:().基于博弈论优化组合赋权法本文将 和 所得权重采用博弈论思想进行组合赋权详细的计算方法如下:()通过 和 分别求出住宅工程质量潜在缺陷风险评价指标的权重构成权重集合 其中 为 确定的权重为 确定的权重 分别为 和 的线性组合系数 则两个权重向量的综合权重 为:()()通过优化线性组合系数使 和 的离差最小获得最优权重向量 ()()从矩阵微分的性质出发把上式等效为最佳导数条件的一阶线性方程组:()()最终得到基于博弈论的组合权重 其 根据式()计算:()式中:.云模型基本原理云模型是我国李德毅院士基于随机数学和模糊数学理论提出的模型它可以较好反映评估对象的模糊性和随机性 云模型由期望、熵 和超熵 三个数字特征表达其总体属性.云模型算法云模型的作用机制和映射方向可以分为正向云和逆向云而正向云可以分为基本云、正态云、条件云和 条件云 本研究采用逆向云算法和正向云算法分别确定住宅工程质量潜在缺陷指标的云数字特征值和评估云图 通过逆向云发生器对收集到的数据进行变换计算出()然后通过正向云产生对应的云滴由此获得云模型()流程见图()逆向云算法步骤 土木工程与管理学报 年?CG-1?CG?Drop(,CT()xx?ExEnHe图 云模型流程)逆向隶属云模型的期望值:()式中:为第 个专家对第 个指标的评分结果为第 个指标的期望值 为专家人数)隶属云模型的熵:()式中:为第 个指标的熵值)隶属云模型的超熵:()()()式中:为第 个指标的超熵值本文利用 工具进行逆向云算法获取住宅工程质量潜在缺陷指标的云数字特征值 和()正向云算法步骤)产生正态随机数 其以熵 为期望 为标准差)产生正态随机数 其以 为期望为标准差)计算隶属度()()()令()为一个云滴)重复步骤)直到生成 个云滴本文使用 工具实现正向云算法以图像的形式展示住宅工程质量潜在缺陷风险评估结果.确定评价标准云评价标准云是质量评估的基准对照图结合住宅质量风险评估经验将评价结果分为 个评价等级并确定风险等级范围值为(:较低风险(.、低风险(.、中风险(.、较高风险(.、高风险(.构成评语集 将每个评价等级区间进行双边约束根据式()得出云模型的 个数字特征生成评价标准云 ()式中:为评语取值最小限度为评语取值最大限度 为常数根据指标的随机性和不确定性调整通常在.取值为科学表示风险评价云模型利用“黄金分割”法对住宅工程质量评语集进行分类相邻评价级别的云模型参数间的比值为.本文取“中风险”评语集的超熵 为.根据式()并考虑对称性风险等级评价标准云的数字特征结果见表 并据此用 绘制风险评价标准云见图 表 住宅工程质量潜在缺陷风险评价标准云模型参数评语标准等级云参数()高(.)较高(.)中(.)低(.)较低(.)0.20.40.60.81.0?1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10?图 住宅工程质量潜在缺陷风险评价标准云图.评价综合云对风险体系评价时需要进行综合云运算得到评价综合云特征值()在各个指标之间的关联度很低的情况下利用浮动云算法求解其表达式是式()在各个指标之间相关性比较强的情况下应用综合云算法其表达式是式()()()第 期代云云等:基于博弈论 云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究式中:为第 个指标的综合权重 为质量缺陷指标的总个数.确定结果云贴近度是一种衡量两个云的相似度的指标随着两个云的贴近度的增加两个云的相似性也就越大 为相对云距离 为模糊性相对云距离 为随机性相对云距离 综合云贴近度 即为各云贴近度的组合住宅工程质量潜在缺陷风险评价等级结果为综合云贴近度最小值所对应的标准云等级 综合云贴进度公式如下:()式中:满足三者之和为 具体数值由专家根据实际情况确定 实例应用分析.数据说明本文选取某一新开发住宅工程该住宅工程整体采用的是剪力墙结构楼层数 层此外还含有地下 层它的楼高为.建筑面积为 通过专家对该工程风险因素打分的形式了解该住宅工程的风险情况本文采用问卷打分的形式调查对象为工程管理领域专家以及高校研究人员 将调研问卷分为两类第一类邀请 位工程管理领域专家针对指标体系的一级、二级指标的重要性程度进行打分主观权重()选项采用十分制客观权重()采用九分制第二类邀请 位工程管理领域专家以及高校科研人员针对指标体系实际影响住宅工程质量的风险等级进行打分模糊综合评价和云模型评价按照各自风险区间打分.指标权重计算采用 和 计算指标权重结果见表 分别用 算子赋权法和熵权法求得的一级指标的权重为:(.)(.)基于博弈论对这两种方法求得的权重进行优化根据式()优化模型为:表 住宅工程质量潜在缺陷指标权重、云特征值和综合云参数一级指标权重二级指标权重二级指标云特征值二级指标综合云参数维度熵权组合权重指标熵权组合权重().(.).(.).(.).(.).(.)土木工程与管理学报 年.求得 .归一化处理后为:.一级指标最优权重集为(.)同理可求得二级指标最优权重详见表.云模型评价向前述的 名专家发放评价表在(内选取适宜数字对该住宅工程质量评价体系指标打分 专家打分后按式()()计算二级指标云数字特征值云数字特征值评价结果如表 所示结合二级指标组合权重经式()得出二级指标综合评价云参数最后结合一级指标组合权重和二级指标综合评价云参数经式()得出 (.)相对贴近度衡量的是两云之间期望的贴近程度其在确定安全风险等级时占比较大因此令分别为.和.根据式()得出 贴 近 度 (.)可知住宅工程质量潜在缺陷风险评价等级更接近于“中风险”运用 绘制云图验证评价等级的合理性(图中浅蓝色)评价综合云图见图 0.20.40.60.81.0?1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10?图 住宅工程质量潜在缺陷风险评价综合云图.模糊综合评价.基本公式为验证云模型数据的可靠性和有效性本文采用模糊综合评价得出的结果与云模型结果进行对比验证 设 勘察设计阶段风险招投标阶段风险施工阶段风险竣工验收阶段风险物业维保阶段风险风险评价等级为 高较高中低较低采用专家评估的方法来确定隶属度 将隶属度 整合后得到模糊评判矩阵:()()式中:选某等级的专家数/专家总数模糊变换一般令 ()式中:为决策集 为一级指标权重为二级指标权重权重由.部分确定本文采用赋值法将评价对象以分值的形式进行描述该方法可以有效降低单一使用最大隶属度原则评估级别的错误 设评分集为 ()评价对象的最终得分为 将决策集 与评分集 相乘得到的数值即为该评价对象最终的得分即:()将评价对象的最终得分 根据风险等级的区间范围即可确定住宅工程质量的风险等级风险等级区间范围详见表 表 风险等级划分范围及分值评价结果高较高中低较低区间范围).数据分析根据专家对问卷打分结果确定该体系的模糊关系矩阵 据式()将隶属度整合所得勘察设计阶段的模糊评判矩阵:.类似的招投标阶段的模糊评判矩阵:.施工阶段的模糊评判矩阵:第 期代云云等:基于博弈论 云模型的住宅工程质量潜在缺陷风险评价研究.竣工验收阶段的模糊评判矩阵:.物业维保阶段的模糊评判矩阵:.据式()采取矩阵法计算可得:(.)(.)(.)(.)(.)一级指标的矩阵由上述二级指标评判结果所构成即:()因此(.)据式()取评分集为()则.根据表 的风险等级范围该住宅工程质量风险等级为“中风险”.评价结果对比验证表 为不同评价模型风险评价的结果对比两种评价模型的结果与住宅工程实际情况一致证明组合赋权 云模型的可行性 虽然两种评价结果一致但是由于隶属关系函数的不同模糊评价结果也会发生变化 在隶属度函数的选取上模糊评价尚无一套统一的准则可供参考一般都是以主观或经验公式来表示隶属度从而导致隶属度的不确定 本文采用云模型作为评估手段将数据转换成云的特性参数运用云算法的基本原理建立一个适合于求解隶属度的模糊数学模型并考虑了随机性和模糊性等因素提高了评估的可信性 算子赋权、这两种计算的权重和基于博弈论的组合权重对比如图 所示 从图 可以看出用博弈论的思想求解得出的权重符合两种计算方法所求得权重的升降规律可以弥补单一的主观权重或是客观权重赋值的缺陷提升评价结果的准确性以及全面性表 不同评价模型风险评价结果对比评价模型评价结果实际情况组合赋权 模糊综合评价中中组合赋权 云模型中中C11C12C13C14C15C16C17C21C22C23C24C31C32C33C34C35C41C42C51C52C53C54C55C560?03.0?04.0?05.0.06?OWA?图 不同赋权方法的结果对比 结 论为有效解决住宅工程质量潜在缺陷风险因素的模糊性、随机性和难以量化性等问题本文建立了基于组合赋权的住宅工程质量风险评估云模型经研究得出以下结论:()本文从勘察设计、招投标、施工、竣工验收、物业维保五个阶段全面分析构建了住宅工程质量潜在缺陷风险体系共 个一级指标和 个二级指标()利用基于博弈论的组合赋权法提高了风险评估的精度 通过云模型建立整个体系的评价模型风险等级结果可视化程度较高 风控机构可以在此基础上对风险等级做出判断()在对案例中的住宅工程风险评估运用中得到该工程的风险等级为“中风险”与实际工程情况一致验证本文采取方法可行与可靠参考文献 瞿富强 孙 宇.住宅质量责任保险 以施工企业投保为例.土木工程与管理学报 ():.():.苏 昳.面向工程质量潜在缺陷保险的建筑工程质 土木工程与管理学报 年量评价研究.广州:华南理工大学.司曼曼.基于装配式混凝土建筑的工程质量潜在缺陷保险费率厘定研究.青岛:青岛理工大学.赵海鹏.房屋质量保险制度的研究.上海:同济大学.赵振宇 令文君.中外建筑工程质量保险体系比较分析与对策研究.建筑经济():.张 爽.我国开展住宅质量保险的形式选择与建议.北京:清华大学.黄兆艳.中国建设工程保险制度框架研究.重庆:重庆大学.郭振华 代建林.我国工程质量保险制度模式的最优选择.建筑经济():.苏杨月 赵锦锴 徐友全.装配整体式住宅建造过程质量缺陷研究.工程管理学报 ():.戴火红.基于潜在质量缺陷保险的住宅工程质量评价方法及应用.建筑经济 ():.():.():.胡 芳 刘志华 李树丞.基于熵权法和 法的公共工程项目风险评价研究.湖南大学学报(自然科学版)():.王志强 张樵民 吕云翔.基于云模型的装配式混凝土建筑施工质量综合评价.混凝土():.张珂斐 郭江 曾兵 等.基于最优权重和模糊综合分析法的变压器状态评价方法研究.武汉大学学报(工学版)():.荀志远 张丽敏 赵资源 等.基于组合赋权云模型的装配式建筑成本风险评价.土木工程与管理学报 ():.张志业.工程项目招投标串标问题探究及治理策略.建筑经济 ():.():.():.中华人民共和国住房和城乡建设部.工程勘察通用规范:.北京:中国建筑工业出版社:.尚彦军 李坤 王开洋 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