基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法

基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法

王国

金平县住房和城乡建设局 云南 红河 661599

摘要：常规方法对装配式建筑中PC构件质量评价时易出现过程时间长效率低且结果不精确的现象，提出基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法。在选取质量评价指标时，使用主成分分析法和因果分析法对建筑中各项操作以及成分所导致的PC构件发生形变原因进行分析。在选取质量评价指标后，需对指标设置权重，此操作中聚焦装配式建筑PC构件生产质量，最终目的是让PC构件的生产质量符合装配式建筑项目要求。研究确定影响评价目标的指标层各元素，依据各元素特性进行归类，总结同类元素共同特征提取准则层元素。最后根据评价目标和评价等级构建装配式建筑PC构件质量评价模型。为验证基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法，与传统装配式建筑PC构件质量评价方法和基于集对分析的装配式建筑PC构件质量评价方法进行比较，结果显示基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法更具有优势。

关键词：主成分分析；装配式建筑；PC构件质量

中图分类号:G642文献标识码:A

0引言

建筑业作为推动国民经济以及社会经济发展的支柱产业，目前存在着污染消耗高、效率利润低以及交付质量差等多种问题，传统的生产方式已经不能满足当前社会可持续发展的要求，因此，建筑工业化应运而生。20世纪初，德国建筑师Walter Gropius最早提出了建筑工业化这一思想，其后经过了住宅工业化到建筑产业化的概念变迁。以构件的预制化生产、装配式施工生产方式为主的建筑工业化是能够实现建筑产品环保节能、最大化全寿命周期价值的新型生产方式。建筑工业化能够解决传统建筑业生产方式的痼疾，代表了我国建筑业未来的发展方向，同时得到了国家的大力推行。采用装配式混凝土结构形式是实现建筑工业化的重要环节，PC构件在预制工厂生产完成后运输到施工现场，经过装配连接以及部分现浇形成整体，具体的建造流程为：初步设计—深化设计—原料进厂—生产制作—成品存放—运输—安装—后浇节点施工。与传统建筑相比较，装配式混 凝土结构的建造流程增多，且PC构件作为集成化的部品构件，在满足规范要求的安全性和耐久性的基础上，更要考虑到各阶段的要求。而构件出现的质量问题 大部分都是在生产阶段，究其原因，在生产阶段的质量控制重点和控制参数不明确，易导致构件的质量不符合要求，影响到后期安装、施工等过程。

1装配式建筑PC构件质量评价方法设计

1.1选取质量评价指标

研究主要通过主成分分析法分析方法和因果分析法为底层方法和逻辑对评价指标进行识别和选取，从每个关键生产工序中利用因果分析和主成分分析法进行影响因素识别，随后利用识别出的影响因素识别出所有的生产质量评价指标。

(1)模板运输：模板运输是指进行PC构件浇筑准备之前，将大量待使用的模板从仓库中转运至模台的工序。通常模板运输工序并不受重视，但由于PC构件通常需要大量模板，且这些模板需要在较短时间内转运至模台，因此模板运输过程当中常对模板造成不可逆的物理形变与损害，影响PC构件的外形及质量。研究经过分析资料发现在FC构件生产中模板运输所产生的质量问题主要由人力和方法两方面引起:1)人力：模板运输操作不到位。2)方法：模板运输方法不当，底层模板超负荷运输。

(2)模台清理：模台清理是PC构件关键生产工序之一，对于PC构件生产来说，对模台的清洁度高低与否，直接影响和决定了PC构件脱模后的外观及质量。研究经过分析资料发现在PC构件生产中模台清理所产生的质量问题主要由人力和测量两方面引起:1)人力：工人操作不到位。2)测量：模台清洁度不达标。

(3)模板安装：模板安装同模板拆除均是PC构件浇筑成型的关键步骤。由于装配式建筑PC构件在施工过程中顺利安装与否很大程度上取决于PC构件生产过程中模板安装的精确度，一旦模板安装过程中出现较大偏差，则很难保证PC构件的尺寸达标或产生质量缺陷。研究经过分析资料发现在PC构件生产中模板安装所产生的质量问题主要由人力、材料和方法三方面引起：1)人力：模板安装操作不到位。2)材料：模板自身有尺寸等质量缺陷。3)方法：模板安装产生缝隙、安装不牢、定位偏差等。

(4)钢筋加工：钢筋加工是依据PC构件图纸将钢筋及钢盘条加工成PC构件所需形状尺寸及数量的一道工序，PC构件钢筋加工过程的好坏直接决定PC构件中吝钢筋受力的情况，进而影响PC构件整体质量。研究经过分析资料发现在PC构件生产中钢筋加工所产生的质量问题主要由人力、材料、机器和测量四方面引起：1)人员:工人加工操作不到位。2)材料：钢筋自身质量和规格缺陷。3)机器：加工时机械出现；4)测量：加工后钢筋的缺陷。

(5)钢筋绑扎：钢筋绑扎是将加工后的钢筋依据PC构件图纸所示固定在模板和模台上指定位置的生产过程。钢筋绑扎的好坏直接决定了PC构件的力学及物理性能对PC构件的生产质量有直接影响。研究经过分析资料发现在PC构件生产中钢筋绑扎所产生的质量问题主要由人力、材料和方法三方面引起:1)人力：钢筋绑扎操作不到位。2)材料：钢筋根数、规格等出现错误。3)方法：钢筋绑扎不牢固、钢筋定位不符合要求。

1.2设置评价指标权重

在选取质量评价指标后，需对指标设置权重。研究将装配式建筑PC构件生产质量评价体系分为三层，分别为目标层、准则层和指标层。评价的目标层是指被评价的客体最终满足要求。本研究聚焦装配式建筑PC构件生产质量，最终目的是让PC构件的生产质量符合装配式建筑项目要求。目标层是装配式建筑PC构件生产质量评价体系的顶层，准则层和指标层的设置均受目标层的影响。首先设定PC构件生产质量要达到的质量目标(如合格等级、优良等级等)，其次依据实际的PC构件生产质量情况对生产质量现状进行评价，将评价结果与事先设定的质量目标进行比较判断，最终判断评价结果是否满足质量目标或超过质量目标。作为质量评价体系的第二层，准则层指标的选取直接影响装配式建筑PC构件生产质量的最终评价结果，因此，研究选取影响PC构件生产质量的11道关键生产工序作为。装配式建筑PC构件生产质量评价准则层的构成要素。本研究选取的装配式建筑PC构件生产质量评价体系准则层包括如下要素:模板运输、模台清理、模板安装、钢筋加工、钢筋绑扎、预埋件安装、混凝土浇筑、机械抹面、人工抹面、模板拆除、构件入库。指标层是质量评价体系中最基础的组成元素，是质量评价结果的源头影响。装配式建筑PC构件生产质量评价指标层识别共34个质量评价指标。

研究确定影响评价目标的指标层各元素，依据各元素特性进行归类，总结同类元素共同特征提取准则层元素。这样既保证了同类元素具有相同属性，同时也区分了不同类元素，此外，也形成了具有递阶关系的层次结构模型。

构造判断矩阵的目的是采用矩阵形式计算同类指标间的相互重要程度。判断矩阵中元素表示元素对元素的重要程度大小，符合TS的1-9标尺。其中满足：

（1）

（2）

              （3）

计算判断矩阵时，影响求出矩阵最大特征根和特征向量，通过下式计算出判断矩阵中每一横行元素乘积Mi:

（4）

(其中i=1,2,3,...,n)

并通过下式对Mi计算n次方根Wi：

（5）

在计算得出Mi的n次方根后，对向量进行归一化计算。具体如下式：

（6）

则为所求的特征向量。

通过下式可以计算出判断矩阵的最大特征根：

（7）

其中代表第几个元素，表示向量和向量的乘积。

检验一致性的公式如下：

（8）

其中n为判断矩阵的维度。

检验平均随机一致性的公式如下：

（9）

其中为平均随机一致性检验值。若CR<0.1，则说明判断矩阵的计算结果通过平均随机一致性检验，权重值有效。否则需要研究重新对判断矩阵各元素间标尺进行修正，重新对判断矩阵进行计算验证，直至通过一致性检验方可终止。

1.3构建质量评价模型

在设定完指标权重后，需建立评价模型。其中模糊综合评价法可以在此项操作中提供依据。在实际操作中的第一步即确定评价因素集合。因素间存在何种关系则是模糊综合评价法的关键所在。假设有U1,U2,U3,...,Um共有m个因素，则评价集合则为U={U1,U2,U3,...,Um}，其中Ui{1,2,3,...,n}表示第i个影响因素。研究确定装配式建筑PC构件生产质量评价因素集合后，需要进一步确定各个评价因素集合中各因素权重及评语等级。其权重值通过上述已经计算出，而评语等级则将依据评价主体对评价目标的评价进行确定。其中评语等级值评价主体对评价客体的评价等级划分，常见的评语等级有“优秀”、“良好”、“合格”、“不合格”亦或“优”、“良”、“差”等系列评语。通过确定各因素的评语等级，直观展现评价目标的评价结果，有利于精准认识评价客体。本研究评价目标V为装配式建筑PC构件生产质量。研究采用“优秀”、“良好”、“合格”、“不合格”四个等级对PC构件生产质量进行评价，评价目标V={V1,V2,V3,V4}，其中Vi(i=1,2,3,4)表示第i个等级。假设PC构建生产质量评价等级的参数向量为A，PC构建生产质量评价等级表如下：

表1 PC构建生产质量评价等级表

综上所述，完成对装配式建筑PC构件质量评价方法的整体设计。

2实验

2.1实验说明

为验证本文设计的基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法具有优势，设计如下对比实验，实验中，与传统装配式建筑PC构件质量评价方法和基于集对分析的装配式建筑PC构件质量评价方法进行比较。

2.2实验准备

在实验前，选取30份会用在装配式建筑中的PC构件作为对象，将评价时间作为对比指标。为避免实验具有偶然性，进行三次重复试验。

2.3实验结果

图1 三种方法使用下PC构件质量评价时间

根据图中数据可知，当PC构件数量为5个时，基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为2.5min，传统装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为4-4.5min，基于集对分析装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为7.5min。可以看出当样本数量较少时，三种方法的评价时间数值上相差不大。当样本数由0增加至10个时，其他两种方法评价时间均发生大浮动性变化。当样本数量为10个时，基于主成分分析法的装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为5min，传统装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为15min，基于集对分析装配式建筑PC构件质量评价方法评价时间为20min，三可以看出种方法下的评估时间差值逐步加大。当样本数为30个时，三种方法评估时间均达到最大值。

在经过实验对评价时间的对比，以企业角度来看，在装配式建筑的过程中，若需进行对PC构件质量评价操作时，在最短的时间内进行最高效的质量评价是第一目标，因此本文设计的方法更适合应用到装配式建筑中。

结束语

通过本文设计的装配式建筑PC构件质量评价方法中，采用主成分分析法来进行指标选择，并在此基础上进行权重设置和模型构建。一系列操作在对比实验的验证下证明该方法更适合用于装配式建筑的PC构建质量评价中，在确保安全的前提下提高效率。

参考文献

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