1 引言

在提倡新型工业化、绿色建筑的背景下, 我国正大力推动装配式建筑的发展。政府不仅颁布了《“十三五”装配式建筑行动方案》, 还出台了《工业化建筑评价标准》等一系列国家标准。装配式建筑具有高效节能、绿色环保、低成本等诸多优势, 符合绿色、环保、可持续发展新理念, 这都为装配式建筑的快速发展带来新机遇。 随着装配式建筑的迅猛发展, PC构件需求量迅速增长, 这也对PC构件的设计、生产提出更高的要求。现阶段, 装配式建筑深化设计主要以工厂加工和现场施工安装为主, 将施工阶段可能面临的问题提前至设计阶段, 这在一定程度上加大构件深化设计难度。另一方面, PC构件的设计图纸以及构件节点的安装图纸对精度的要求较高, 而现有的机电、结构设计专业图纸精细化程度不够, 不能满足其设计和施工要求, 这就要求PC构件必须进行深化设计。 目前, 我国学者对PC构件相关的研究主要集中在在其生产、施工以及吊装等方面。对装配式建筑深化设计阶段风险研究甚少, 且PC构件在深化设计阶段还存在一些困境。 (1) PC构件的深化设计部分存有设计精确度不高、深化程度较低、标准化程度较低等问题, 直接影响到PC构件生产、施工的质量以及整个PC建筑项目的建造成本; (2) PC构件设计、生产企业间缺少协同沟通, 无法实现信息共享, 导致设计与生产脱节, 不利于构件的工业化生产。 (3) 深化设计专业人员储备不足, 且缺乏PC构件全过程与全专业设计经验。 (4) PC构件深化设计与生产、施工相互割裂, 导致构件缺乏系统性、全局性等问题, 造成效率不高, 无法实现PC构件的工业化。 在装配式建筑中, PC构件的深化设计起着承上启下的作用, 决定着生产、运输、施工、运维阶段的协调性和可操作性。同时, PC构件深化设计是对建筑、结构、机电等专业设计的统一整合, 是实现PC构件质量目标和精度目标的重要前提。合理的深化设计能够有效提高PC构件的标准化设计, 减少因设计人员缺乏全专业设计经验而引起的设计问题, 是PC构件现场高质量拼装、施工的重要保障。 鉴于此, 本文对PC构件深化设计阶段的主要风险进行归类识别、分析与评价及根据评价结果提出风险控制对策, 以提高深化设计阶段PC构件设计管理水平。

2 PC构件深化设计阶段风险识别

本文聚焦于PC构件的深化设计阶段风险研究, 在文献研究的基础上, 结合实地调研以及专家访谈, 并针对PC构件深化设计现状, 从PC构件深化设计技术缺失、组织管理不当、构件深化设计成本高、设计专业人才后备不足等主要突出问题着手, 梳理出影响PC构件深化设计15项主要风险, 并按风险形成的原因, 划分为技术风险、组织管理风险、经济风险、人员风险4个类别。PC构件深化设计阶段风险指标如表1所示。

2.1 技术风险

PC构件设计技术风险主要指由构件拆分技术不成熟、设计人员专业局限性等因素而导致构件质量问题、设计成本增加等风险, 主要包括设计方缺乏深化设计集成经验、深化设计方案的可行性、缺少拆分设计标准、未遵守模数协调原则、PC构件拆分不合理等。 目前, 我国PC构件拆分标准水平偏低, 构件仍需进行二次拆分。一方面, PC构件在深化设计阶段, 从整体分析到构件拆分导致PC构件的种类繁多, 不利于工业化的生产, 加之PC构件间连接方式各异, 导致构件的拆分方式各异。另一方面, 在深化设计阶段中, 设计人员未综合考虑PC构件的生产、安装、施工的需求, 使得PC构件施工方面临设计变更和施工碰撞等问题, 由此导致技术风险产生。

2.2 组织管理风险

组织管理风险是指在管理过程中, 因深化设计管理者管理经验不足、各参与方协同能力不足而导致的管理不善、各参与方沟通不协调等风险问题, 主要包括深化设计管理者经验不足、构件设计与生产企业间无序沟通、构件种类多管理难度大等。 PC构件深化设计工作涉及参与方众多, 而各参与方的协同工作机制不完善, 在构件设计企业与生产企业间可能存在无序沟通、沟通协调不畅等问题, 易导致工作效率低下。同时, PC构件设计主要是先进行PC构件的整体设计, 再考虑构件的二次拆分, 这忽略PC构件的生产和施工要求, 易造成构件种类过于繁杂, 在一定程度上加大PC构件的管理难度。深化设计管理人员自身对PC构件设计技术了解不足, 加之缺少装配式建筑项目的积累, 可供深化设计管理者借鉴的案例少, 加大了组织管理风险。

2.3 经济风险

PC构件深化设计阶段的经济风险主要包括:设计费用的增加、培养专业人才费用、由设计不当导致的生产、施工成本的增加等。 由于其专业性, PC构件深化设计在进行构件的深化设计时不仅需要培训专业的设计人员, 还需获得一定的专业技术支持, 这期间的设计费用、培训专业人才费用相对较高。一方面, PC构件缺乏深化设计标准, 导致构件的规格、种类过多, 生产效率较低, 增加PC构件的二次重复设计成本。另一方面, PC构件深化设计精度不高, 对特殊节点的设计过于粗略, 后期易造成构件的设计变更, 这在一定程度上增加PC建筑的生产成本和施工成本。

2.4 人员风险

目前, PC构件专业设计人员不足是人员风险的主要风险之一。由于在职业教育等方面内容的缺失, 现有设计人员未能经过结构和机电专业的系统培训, 缺乏建筑全过程、全专业设计经验, 对PC构件深化设计了解程度普遍偏低, 并且行业内未形成有效的交流和培训, 使得设计人员仅凭自己的设计经验来进行PC构件的深化设计, 难以保障PC构件的设计质量。PC构件深化设计阶段的人员风险主要包括:缺少专业人才、缺乏系统的专业培训、对PC构件深化设计认知不够。具体风险指标及其内容如表1所示。

3 PC构件深化设计阶段风险分析与评价

3.1 研究方法

FA H P评价法基于模糊综合评价法 ( (F u z z y C o m p r e h e n s i ve Ev a l u a t i o n, FC E) 和层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, AHP) , 是一种定性与定量相结合的评价模型。其中, 模糊数学主要以数学语言去处理难以用数学而易用语言描述的变量, 并且该模型推理形式简单, 易于理解, 一般是由专家依据自身经验对各风险评价指标进行的权重判定, 导致权重数据具有一定的主观性。而AHP基于定量评价和定性分析, 对主观判断进行综合数据分析, 可减少由人的主观臆断带来的问题, 有利于保障风险指标评价结果的可靠性。 AHP法与模糊综合矩阵法两者相互融合, 对评价有着很好的可靠性, 使评价结果科学合理、符合客观实际。PC构件深化设计阶段风险研究是一个典型的定性定量相结合问题, 适合用模糊综合评价方法来解决。因此, 本文采用模糊层次综合评价法来分析与研究PC构件在深化设计阶段的风险。 首先采用AHP法确定风险的权重及因素集, 并结合模糊综合评价来确定风险的评价效果。PC构件在深化设计阶段风险指标体系为三层即目标层、准则层、风险源。其中, 风险源主要为四个方面即技术风险、组织管理风险、经济风险、人员风险。

3.2 数据来源

为确定各风险指标对PC构件在深化设计阶段的影响程度, 本文对该风险结构模型进行了问卷调查, 以电子邮件的方式向装配式建筑相关工作人员发送问卷, 由设计院、PC构件生产厂、PC构件施工方、高校等来共同完成问卷工作。本问卷调查要求各专家采用1~9标度法对各风险指标进行打分。本调查范围覆盖PC构件设计的各参与方, 在一定程度上可反映PC构件在深化设计阶段的风险情况, 保证数据能够较为真实地反映实际情况。其中, 本调查问卷发放了75份问卷, 回收62份调查问卷, 回收率为82.67%, 其中12份问卷内容不完整, 剩余50份有效问卷。 表1 PC构件深化设计阶段风险指标 下载原表

3.3 AHP法确定风险指标权重

(1) 首先, 根据AHP法得到各风险指标的权重。根据1~9标度说明对各层次风险指标进行两两比较, 得到两两判断矩阵。根据AHP法得到各风险指标的权重分别为A (A₁, A₂, A₃, A₄) , A₁ (A₁₁, A₁₂, A₁₃, A₁₄, A₁₅, A₁₆) , A₂ (A₂₁, A₂₂, A₂₃) , A₃ (A₃₁, A₃₂, A₃₃) , A₄ (A₄₁, A₄₂, A₄₃) 。 (2) 利用yaahp专业软件计算出特征向量M, 各判断矩阵归一化后得相对权重W_i。 (3) 在W_i的基础上, 计算判断矩阵的最大特征值λ_max。 (4) 计算一致性指标C.I.= (λ_max-n) / (n-1) 以及一致性比例系数C.R.=C.I./R.I.。其中R.I.取值应根据n的个数而定, 见表2。 表2 随机一致性指标 下载原表 由此得到PC构件深化设计阶段各风险因素的权重。其中, 判断矩阵数中的数值由专家打分的几何平均值两两对比得到, 如表3所示。

3.4 模糊综合评价

(1) 风险评价集 结合PC构件在深化设计阶段风险研究的目标, 确定将该风险分为五个等级, 即其评价集V={V₁, V₂, V₃, V₄, V₅}, 分别表示高风险、中等风险、一般风险、较低风险、低风险, 其对应等级风险分值为{90, 80, 70, 60, 50}。 (2) 构件隶属度矩阵 邀请装配式建筑相关专家以及设计单位对PC构件在深化设计阶段所处风险等级进行打分评价, 从而得出如下模糊关系矩阵。 表3 目标层及准则层的几何平均值权重 下载原表 (3) 模糊综合评价 1) 对风险源层的各风险因素进行评价, 即R_i=P_Ai·Z_i, 可得各风险指标因素的模糊评价结果R_i, i=1, 2, 3, 4。 2) 基于风险源层的风险指标模糊评价结果R_i, 再进行准则层的风险评价, 即得模糊评价结果R。 3) 将R代入到模糊综合评价集中, 得出PC构件深化设计阶段风险的综合评价W。

3.5 结果分析

通过模糊层次综合矩阵法对PC构件在深化设计阶段的风险计算分析, 可以得出: (1) PC构件深化设计阶段风险得分为73.742, 表明该风险介于一般风险与中等风险之间。 (2) 在该风险指标模型中, 对PC构件深化设计阶段影响程度从大到小为技术风险、经济风险、组织管理风险、人员风险。 (3) 缺少拆分设计标准、设计方缺乏深化设计集成经验、构件设计与生产企业间无序沟通、因设计不当导致生产以及施工成本增加、缺乏深化设计专业人才是五个主要风险源, 也是PC构件建设单位应优先考虑的五大因素。 PC构件深化设计是装配式建筑的重要环节, 一旦PC构件深化设计阶段风险过高, 直接影响PC构件生产质量、施工质量以及工程成本。因此, PC构件建设单位务必重视深化设计阶段风险, 并积极地采取风险应对措施, 以保证PC构件的设计质量, 并最终实现PC项目增值。

4 PC构件深化设计阶段风险控制对策

针对PC构件在深化设计阶段的主要风险分析, 本文初步提出风险控制对策, 即完善PC构件设计标准与模数标准、加大PC构件信息化建设, 鼓励应用BIM技术、加强构件各参与方有序沟通, 促进协同方式的升级、加大专业人才培养力度。

4.1 完善PC构件设计标准、模数标准

PC构件的标准化设计是装配式建筑的基础。由于PC构件缺乏标准化设计, 容易导致构件与构件之间模数不协调。因此, 在技术方面, PC构件深化设计应与生产、施工统筹考虑, 以避免构件设计与生产、施工相脱节。PC构件在进行深化设计时, 应按“少规格, 多组合”来集成各种要素。同时, PC构件设计方应提高PC构件标准化、模数化程度、PC构件设计质量以及设计精度, 并可对相应的PC模具也进行模块化设计, 防止由缺少设计标准而引起构件种类繁多、加大管理难度等问题, 以确保PC构件的设计质量。

4.2 加大PC构件信息化建设, 鼓励应用BIM技术

鼓励PC构件深化设计单位积极应用BIM技术, 提高PC构件管理的信息化水平。一方面, 设计方利用BIM技术实现PC构件协同标准化, 以解决PC构件种类多、生产不规范等问题, 进而实现PC构件的标准化生产。另一方面, 设计方借助BIM技术建立PC构件产品库, 提高PC构件的标准化水平、拆分效率以及PC构件的精确度, 实现PC构件的信息管理。

4.3 加强构件各参与方有序沟通, 促进协同方式的升级

PC构件设计与生产企业间无序沟通, 降低各方工作效率, 无法保障PC构件高质量设计。PC构件生产商将PC构件设计方、构件生产方、以及构件施工方形成一条完整的产业链, 形成PC构件设计-生产-施工一体化, 且不断整合各参与方的优势资源, 提高PC构件设计质量与生产效率。同时, 可借助信息化手段来促进PC构件各参与方协同方式的升级, 实现各参与方高效沟通, 减少信息壁垒, 保证信息的及时传递, 从而实现PC构件高质量与高精度设计生产。

4.4 加大专业人才培养力度

由于设计人员现场施工经验不足, 在对精细化有特殊要求的PC构件设计中, 难以优化构件, 整体设计人员专业化水平有待提高。因此, PC构件深化设计专业人才的培养, 应结合实际项目, 在实战中培养专业设计人才。同时, 各科研院所与相关技术公司可定期举办培训会议, 普及PC构件及装配式建筑相关技术知识;各高校应组织进行相关课题研究与实践调研等, 以培养与输出装配式建筑专业技术人才和管理人才;积极组织高校与行业的学术交流活动, 提供交流机会, 共享行业、技术与交流经验。