基于多属性群决策的超高层干挂石材幕墙施工风险研究

李恩宇,朱厚馀,薛碧松,李颂,梁宇

中国建筑第八工程局有限公司西南公司

摘要：为降低工程施工风险，针对鲁能泰山7号二期超高层干挂石材幕墙施工方案提出了分层同时施工、常规工序施工两个个方案。本文从施工风险角度出发，对不同方案的常规工期风险、常规成本风险以及技术难度、协调管理风险等进行评价，利用多目标决策方法，结合群决策计算过程，通过编制的决策计算软件对鲁能泰山7号二期超高层干挂石材施工方案进行风险分析和决策。通过计算证明，鲁能泰山7号二期超高层干挂石材幕墙采用常规工序施工方案实施风险较小，可作为施工推荐方案。同时分层同时施工的风险与之差距并不大，在更为苛刻的进度条件下更为适合。

1  工程概况

鲁能泰山7号二期位于重庆市两江新区，总建筑面积约82100.37平方米。由3栋高层住宅塔楼及裙房商业和地下车库组成。其中2#楼为超高层塔楼，地下3层，地上建筑最大层数35层，建筑高度116.1m。项目停工约2年后，重新开始施工的一个特殊项目，场内四周无临时硬化道路，场地内建渣多，剩余材料放置凌乱，所有塔吊和施工电梯均已拆除，且所有落地式脚手架和悬挑脚手架均已拆除。根据建设方要求，外墙施工需在5个月内完成，即2#超高层塔楼的干挂石材幕墙施工需要在120天内完成，对施工工期及施工效果有较高要求。

2  施工方案

为降低干挂石材幕墙施工总体风险并降低工期，提升工艺，针对2#超高层塔楼提出了分层同时施工、常规工序施工两种施工方案。本文从多角度出发，结合多目标群决策方法，对两种施工方案进行决策。

2.1 分层同时施工

分层同时施工即在2#超高层塔楼腰部17F位置搭设一悬挑式脚手架；然后将2#超高层塔楼石材幕墙分为两个上下区域，部署两组吊篮同时施工石材幕墙。

该施工方案作业面多，有条件充分使用机械，能减少一半工期。而且上下各施工区域互不干扰，可采用常规的吊篮平面布置方案，有利于工人施工。但该方案需精心搭设专用防护悬挑平台，并确保在此之上可以供吊篮停放。

2.2 常规工序施工

若采取常规的从下至上逐级收进施工石材，但加大吊篮排布密度并适当延长作业时间，也可达到缩减工期的目的。

该常规施工方案工序少，经验成熟，便于施工。而且该方案不需要吊篮以外的其他设备，无需其他施工准备措施。但为满足工期要求，常规工序施工法协调满挂短吊篮以增加作业面；同时在保证安全前提下延长作业时间，采取两班制；将不便于现场的施工组织与施工管理。

3  分析风险

3.1 常规工期风险

工期风险的量化分析，主要通过借助历史资料、专家判断和分布理论知识等，对影响工期的各风险因素选择一个适当的概率分布，该分布可以显示因素变量出现的可能结果及每一可能结果发生的概率。经研究认为工期的风险源主要有施工中环境风险源、气候风险源、材料风险源、资金风险源、安全事故风险源、其它风险源等。风险因素可使用典型的分布进行模拟。在工程施工网络组织图中，由于各道施工工序的持续时间存在不确定性，因此工程的关键线路会发生变化，从而导致工程的总工期发生改变。规划评审技术是一种有效的工期分析方法。利用蒙特卡洛数值模拟手段考虑工序时间的不确定性，从而计算总工期并获得工期的近似分布规律。对工程工期的分析过程为：绘制施工方案的网络进度计划图；辨识影响各工序持续时间的风险因素及分布规律；计算各工序对应的可能时间范围和分布特征；通过蒙特卡洛技术模拟各工序持续时间，搜索工程的关键线路，获得总工期分布图。

3.2 常规成本风险

常规风险成本预测，是指工程能够按原计划顺利完成的情况下工程成本的可能范围。采用工序包模型理论，将施工网络组织图中工程的每一道工序的成本组成分为时间相关成本、数量相关成本和固定成本进行计算。分析工程常规成本风险的过程为：绘制施工网络进度计划图；确定各工序对应的成本项及各成本项对应的成本要素；按照时间相关成本、数量相关成本、固定成本将各成本要素进行分类；根据历史数据统计、经验值判断等方法，对各成本变量及项目数量进行概率变量分布假设；运用蒙特卡洛计算，进行结果分析。

总成本计算公式：

式中：分别表示每种成本类型的成本变量，经常表示为连续性的随机变量。分别表示成本类型中各个项目的数量。

3.3 技术难度风险

由于影响施工方案技术难度的因素较多，有些因素不能用精确的数量来描述，而只能是模糊概念，且各种因素与技术难度程度之间无法用一一对应的函数关系表示，不可能建立精确的数学模型来求解，同时，划分及判定技术难度级别的界线及评价指标之间的关系存在模糊概念，因此利用模糊综合评判法和层次分析法进行施工方案技术难度的评价。其基本思路是，通过分析影响施工方案技术难度的各种因素，采用层次分析法将各种因素划分层次，建立递阶关系，求出各类影响指标对方案技术难度的影响程度，最后用模糊评判方法进行技术难度的评价。技术难度评判标准如表1所示。

表1 方案技术难度模糊识别

方案技术难度级别	技术难度描述	δ值
a级	难度极大	4≤δ≤5
b级	难度大	3≤δ＜4
c级	难度较大	2≤δ＜3
d级	难度一般	1≤δ＜2
e级	难度较小	0≤δ＜1

3.4 协调管理风险

由于不同施工方案涉及的机械租赁、施工人员管理以及造成单位的管理难度不同，不同施工方案的协调难度存在明显差异，这将影响工程的顺利实施特别是对工期的影响极大，因此是工程决策不可缺少的一项指标。同技术难度风险分析方法类似，通过模糊综合评判结合层次分析法，分析不同方案的协调管理风险。评判标准如表2所示。

表2 协调管理难度模糊识别

难度级别	协调管理难度描述	δ值
a级	难度极大	3≤δ＜4
b级	难度大	2≤δ＜3
c级	难度较大	1≤δ＜2
d级	难度一般	0≤δ＜1

4  多目标决策方法

本论文从分析影响方案决策最优目标的属性出发，考虑施工期常规风险导致的成本和工期不确定性、施工技术难度、协调管理难度、周边环境影响等多个风险因素，利用多目标决策和群决策方法进行合理方案的选择。

设 Ai ( i = 1，2，…，m) 表示第 i 个方案，Xj ( j = 1，2，…，n) 表示第 j 个目标准则，则多目标属性决 策问题可用下面的矩阵表示：

本文采用一种集结数据信息的组合加权几何平均（CWGA）算子进行多属性群决策。并基于MATLAB平台开发的相关计算软件计算。

5  计算结果

从分析影响方案决策最优目标的属性出发，考虑施工期常规风险导致的成本和工期不确定性、施工技术难度、协调管理难度等多个风险因素，利用多目标决策和群决策方法进行合理方案的选择。

首先组建5人专家小组对最终方案进行决策，经层次分析法计算，五位专家的权重为0.24、0.21、0.20、0.19、0.16。由每位专家对四个属性的权重进行评价，各专家对四项指标的权重向量如表3所示。

表3 专家权重及各专家对四项指标的权重评价

专家	专家权重	常规工期	常规成本	技术难度	管理协调
1	0.24	0.23	0.26	0.27	0.24
2	0.21	0.28	0.29	0.22	0.21
3	0.20	0.25	0.22	0.25	0.28
4	0.19	0.24	0.23	0.26	0.27
5	0.16	0.27	0.26	0.23	0.24

根据五位专家的决策信息，利用计算软件进行10 000次多目标群决策计算，选择分层同时施工法、常规工序施工法的概率分别为0.4909、0.5091，因此其选择方案排序为：常规工序施工法＞分层同时施工法。

6  结语

本文通过对鲁能泰山7号二期超高层干挂石材幕墙施工方案进行研究，从风险角度考虑了分层同时施工法、常规工序施工法施工方案的常规成本和工期风险，并对不同方案的技术难度风险、协调管理风险和周边环境影响风险进行了评价，以此作为工程方案决策的指标，通过多目标决策原理和群决策方法，利用编制的决策计算软件，对工程施工方案进行决策。经过综合考虑4项指标，并进行专家决策计算，认为鲁能泰山7号二期超高层干挂石材幕墙采用常规工序施工方案实施风险较小，可作为施工推荐方案。但分层同时施工法的风险与之差距并不大，在更为苛刻的进度条件下更为适合。

参考文献

[1] 徐泽水. 几类多属性决策方法研究[D].东南大学,2003.

[2] 王卓甫. 工程进度风险计算研究[D].河海大学,2002.

[3]蔡信团.建筑外墙干挂石材幕墙施工技术[J].四川水泥,2022(01):180-181.

[4]林晨.建筑外墙干挂石材幕墙施工工艺分析[J].安徽建筑,2021,28(04):54+179.

[5]彭玉来.外墙干挂石材施工技术探讨[J].安徽建筑,2020,27(01):140-142.