论文研究-建筑技术创新风险的贝叶斯网络模型分析.pdf

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传统的计算方法难以对建筑技术创新风险进行定量分析。通过专家先验知识与问卷调查数据相结合,可以建立建筑技术创新风险评估的贝叶斯信念网络模型。采用NETICA软件拟合样本数据,得到网络模型各个节点间的条件概率分布。在某绿色建筑技术创新项目中应用结果表明贝叶斯网络模型能够比较准确地实现对建筑技术创新风险的定量预测,与工程实际情况对比具有较好的符合性。
陈帆,谢洪涛:建筑技术创新风险的贝叶斯网络模型分析 2014,50(18) 35 3建筑技术创新风险影响因素分析 业主管理能力不足、设计院技术能力不足、施工企业技 对于建筑技术创新而言,通常不能山单个建筑企业术能力不足技术难度与复杂性、技术成熟度、技术先进 完成,它不仅受到业主的极大影响,而且还受到其他创性、供应商技术支持不足、科研机构技术支持不足、企业 新主体的影响。在当前我国建筑业采用最为广泛的平间技术合作不足、业主意图变化、工程变更、工程投资增 行发包管理模式下,般由业主负责项目的全面管理,大、资金不到位、L程进度延迟、L程质量缺陷 设计院、施工企业等其他单位各司其职,共同完成项目 建设与技术创新任务。 4建筑技术刨新贝叶斯网络模型 业主是建筑技术创新的首倡者、主要投资者和主导4.1数据采集 者,同时也是技术创新的直接和主要受益者。业主一般 为了确定各节点之间的囚果关系,通过结构性问卷 出于提高建设项目技术性能的考虑要求开展建筑技术调杳来获取相关数据。调的对象主要是具有5年以 创新活动,并为建筑技术创新提供资金支持。业主在建上工作经验的业主施工企业、供应商、设计院、咨询公 筑技术创新过程中具有很大的主导权,其他所有的技术司等相关技术人员。本次调查共发放问卷385份,在别 创新参与者一般都由业主选定,业主在技术方案比较等除了连续雷同答案或人为固定模式答案等无效问卷后, 各种关键事件上都具有决定权,建设项目的所有权归业共取得有效问卷104份,问卷的有效回收率为27.0%。 主听有,技术性能的提高主要也是为业主提供便利或创调查对象主要为全面了解建筑技术创新整体状况的高 造更高的价值。从建筑技术创新的全过程来看,业主主层管理人员,如总工程师,或者是与新技术直接相关的 导了创新的全过程,但是业主通常并不能承扣技术创新管理人员或技术人员,如工程技术部经理或L程师等。 的具体事务,建筑技术创新的具体工作必须依赖设计 问卷调查主要包括两部分内容:第·部分内容主要 院、施工企业、科研院所等技术创新主体来完成 针对风险要素的逻辑关系进行专家先验知识的定性调 设计院在建筑技术创新过程中发挥着非常重要的查,如调查“设计院技术能力不足”与“工程变更”之间的 作用,首先,设计院是建筑技术创新设想的具体提出者,因果关系采用如下提问方式:“您认为‘设计院技术能力 设计院要根据业主的需求,结合自已的技术水平以及市不足’是否导致‘更多的工程变更’?”。第二部分内容则 场上技术供给状况等要素,提出建筑技术创新的具体设以建筑工程项日为单位,对项日的技术风险影响因素及 想,包括建筑工程的主要技术方案和具体技术指标等。结果进行定量调查。要求调査对象凭借白己对于所在 其次,设计院是建筑技术创新中多种技术的集成者,通工程的技术创新问题的了解、自身的经验和知识、建筑 常情况下不同的专业技术难题分别由不同的参与企业技术创新的实际风险状况和结果,对该项目的技术创新 或机构解决,但这些不同的技术成果都必须通过设计院风险作出一个总体判断。对于风险影响因素,“严重”对 的设计方案来集成和综合,并转化为设计图纸才能应用应的分值为“5”,“一般”对应的分值为“3”,“很轻徼”对 于工程实践;此外,设计院还必须解决建筑技术创新过应的分值为“1”。对于综合风险等级,以5级表示:I级 程中与设计相关的重要技术问题,设计院不仅要对设计为低风险取值为“1”,Ⅱ级为较低风险取值为“3”,I级 文件的安全、经济、合理性负责还必须提出相应的质量为中风险取值为“5”,ⅣV级为较高风险取值为“7”,V绂 控制指标,指导和配合施工企业。 为高风险取值为“9 施T企业在建筑技术创新过程中的主要作用体现42建筑技术创新风险评估模型结构建立 在两个方面,一方面按照设计文件的要求完成所承担L Nadkarni& Shenoy和 Lagnado等人的研究表明,采 程的工艺创新,另一方面在满足设计文件要求的条件用基于专家先验知识的临时因果关系图,同时与相关性 下,独立开展工程材料、机械设备等技术创新活动,或者分析相结合,是构建系统要素因果关系的最佳方法μ。 是从外部市场导入新材料和新没备等。施工企业的技也采用这种方法来确定以叶斯树络的结构。首先,通过 术创新活动是外部技术导入建筑工程的关键环节。其专家调查法获得风险因素间的逻辑关系知识,并建立各 他如科研院所等,般是接受业主的委托参与技术创节点因素间初步的因果关系图;然后,通过相关性分析 新,为建筑技术创新提供技术支持,负责攻克某些其体来鉴别系统要素间的强联系。相关性分析结果虽然不 的重大技术难题,或者是与设计院、施T企业合作,为他能作为因果关系的直接判据,但可以作为旁证来降低因 们提供技术服务。供应商一般是以向建设项目出售新果关系网络的复杂性。根据建筑技术创新风险因素 材料、新设备的方式来推动建筑技术创新,为建设项目逻辑关系的专家知识调查,建立了各节点之间的初步因 提供独特的技术服务或产品 果关系如图1所示 根据以上分析,并结合前期相关的研究成果,本 通过对上述影响因素的相关性分析,选定相关性系 文提出如下的16个风险影响因素:业主投资能力不足、数大于075作为判定要素之间直接因果关系的依据,结 362014,50(18) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 业主投资能力不足 业主管理能力不足 技术皮熟度设计院技术能力不足个十企业间技术合作不足匯工企业技术能力不足技术难度与复杂性 技术先进性 工程变更 工进度延迟[工程量缺省「[供应商技术支持个是 业主意图变化 工程投资增大 资 金不到位 建筑技术创新风险 科研机构技术支持不足 图1节点因果关系图 表1各变量间的相关性分析表 序号 变量 3 7 8 10 12 1314 业主投資能力不足 业主管理能力不足0.33X 设计院技术能力不足0.880.75x 4旌工企业技术能力不足0.050.110.09 技术难度与复杂性0.140.150.080.12 技术先进性 0.090050.170.140.32 企业间技术合作不足0.370.930770.750.260.33x 业主意图变化 0.180.110.170.240210.130.35x L程变更 1.240.130880.170.114.760410.84 10 工程投资增大 0.170.090.460.120.140.200.180.830.77 资金不到位 0930.190.380.480.250.330.150.210.5707 工程进度延迟 0.l0.090.350.810900.170.330.260.760.110.20 工程质量缺陷 0.270.370.310850.790.110.130.120.150.080.090.12 14建筑技术创新风险0.340460.410.190.330.370.930.290.320.760.910.870.83X 业主投资能力不足 业主管理能力不足 技术难度与复杂性 计院技术能力不足 企业间技术合作不足施工企业技术能力不足 技术先进性工科变更 T程进度延迟 工程质量缺陷 业主意图变化“工程找资增大了“_资金不到位建筑技术创新风险 图2建筑技术创新风险的贝叶斯网络结构图 果如表1所示。技术成熟度、供应商技术支持不足、科术能力不足,节点L为工程变更,节点H为工程技术先进 研机构技术支持不足等3个变量与网终中其他节点的性,节点C为设计院技术能力不是,节点K为业主意图 相关性系数均小于0.75,因此剔除了这3个变量。对原变化。在获得节点之间的条件概率之后,建立了完整的 因也进行了一定的分析,初步推测是由于这两类机构参建筑技术创新风险评佔贝叶斯网络模型,如图4所示。 娃筑拉术创新活动不具有普遍性,这也是由建筑业技 虑。经相关性分析简化后的网络结构如图2所示。 4.3网络模型的数据学习 423,12, 12 Li.> 根据已经确定的树络结构,采用 NETICA软件建立 37. Mn,2.11, 建筑技术创新风险的贝叶斯网络模型,利用 NETICA软m:: MM L 3 件提供的案例学习功能,可以获得节点之间的条件概 4 a54 率。部分糸件概率如图3所示,其中节点J为T程质量 、T 1 缺陷,节点E为技术难度与复杂性,节点F为施工企业技 图3部分条件概率P(LH,C,K)和P(JE,F) 陈帆,谢洪涛:建筑技术创新风险的贝叶斯网络模型分析 2014,50(18) 3 业主管理能力不足 业主投资能力不足 L73.60 「设计院技术能力足 企业间技术合作不足 施工企业技术能力不是技术难度与复杂性 7.50 660p I14.6 13.70 N 14 M 工栏技术先进性 工程变更 工程进度延迟 工程质量铗陷 H11.1 H15.6 H13.9 L52.1 L62.9 L66.2 L63.2 业主意图变化 工程投资增大 匚资金不到 建筑技术创新风险 1186 H15.6 v3.891 M19 m lIe M24.1 38 IIl12.40 图4建筑技术刨新风险评佔的贝叶斯网络模型 5建筑技术创新风险评佔案例 力,因此项目资金短缺的风险不大。项目建设目标明 5.1案例背景 确,前期论证T作也比较充分,业主意图发生变化的可 某建设项目拟采用绿色建筑新技术,位于市新技术能性也不大,但业主的专业技术人员数量少,且缺乏相 开发区工业园内,工程占地面积约4万多平方米,总建应的管理经验,因此业主管理能力不足的风险比较高。 筑面积约3万多平方米,预算总投资约2.5亿元。该建承该项目L程设计的为信息部所属L程设计院相对 设项目包含3栋单层钢结构的生产厂房和2栋多层钢筋一般工业设计院更加专业化,设计负责人也具有同类项 混凝十结构办公研发综合楼。该项目的建设目标是采H负责人的经历,因此设计院的技术能力风险比较低。 用太阳能光电建筑一体化技术,利用太阳能发电满室土建和安装工程公司项目经理是个拥有非常丰富的 内照明和室外景观道路照明等用电,也可以将多余的电施工经验的项日负责人,不足之处是缺乏太阳能光电建 量送入国家电网。该项目主要采用晶体硅、非晶硅电池筑一体化项目的施T经验,但由J该项目同时还有一个 枃件,包括幕墙玻璃、太阳能瓦等,装机容量为1.2MW,‖常专业的科技公司配合施工并提供技术支持,是·家 年发电量为160~180万千瓦时。项目建成后可以节约专注于为各类建筑工程订造太阳能电力解决方案的国 大量的电力,减少含碳燃料消耗,减少粉尘、SO2和CO2家级高新技术企业,因此施工企业技术能力不足的风险 的排放。被国家财政部和建设部批准为可再生能源建也比较低。 筑应用示范项凵,也是当时省内最大的太阳能光电建筑522风险评估 一体化应用综合项目。该建筑由某高新科技股份有限 该案例L程的技术创新风险评估主要过程如下: 公司投资兴建,建筑工程设计由信息部专业设计院完 1)首先依据已经确定的网络结构(图2)利用 NETICA 成,+建和安装工程由省建筑工程集团公司承扣,光伏软件构建该项H的叶斯树络模聖 设计和施工出某专业科技公司配合完成。光伏安装总 (2)利用软件提供的案例学习功能,将104份有效 面积约为1万平方米,整个+建工程和光伏施工L程的调查问卷的相应数据输入该贝叶斯网络,获得节点之间 建设周期约为20个月。整个工程设计为太阳能与建筑的条件概率,部分条件概率如图3所示。 体化,使太阳能光伏组件与建筑有机结合在一起,实 (3)在获得节点之间的条件概率之后.即可建立起 现资源节约型、环境友好型的高科技示范建筑 完整的贝叶斯网络模型(图4)。 52建筑技术创新风险评佔 (4)针对案例工程的项目背景,通过分析工程数据 5.2.1风险参数的确定 和咨询专家,对7个根节点的风险大小进行调查分析 太阳能光电建筑一体化技术属于住房与城乡建设得到各节点的风险状态,结果如表2所示。 部目前正在推广的建筑业10项新技术之一,技术先进 (5)将根节点的凤险状态输入该贝叶斯网络模型 性高,新技术的应用中最为关键的就是如何与建筑一体计算结果如图5所示。 化的问题、其技术难度和复杂性应为中等。该项目业主 计算结果显示,该工程的技术创新风险I级的概率 为国内某知名企业,营业收入稳定,其有较强的投资能为61.1%,Ⅱ级的概率为17.1%,级的概率为107%,V 382014,50(18) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 表2案例工程根节点状态分析表 节点 主要特征 状 技术先进性 住建部下在推广的建筑业10新技术之 技术难度与复杂性 光电技术与建筑功能的一体化问题较为复杂 lun 业主意图变化 项目目标明确,前期论证工作比较充分 业主管理能力不足 业主的专业技术人员数量少,且缺乏相应的管理经验 业主投资能力不足 营业收入稳定,知名度较高,具有较强的投资能力 Ow 设计院技术能力不足 信息部听属工稈设计院,专业化水平高,设计负责人具有同类工稈设计绎历 施工全业技术能力不足项日经理施工经验丰富,缺乏冋类项日的经殓,有一家非常专业的高科技公司配合施工并提供技术支持 LoW 业主管理能力不足 业主投资能力不足 H100 H 0 100 设计院技术能力不足 企业间技术合作不足 施工企业技术能力不足 技术难度与复杂性 0 H H M 30.3 0 M100 工程技术先进性 工伫变更 □工程进度延迟”工程质量缺陷 H100 H18.2 H229 H9.80 M M29.70 □业主意图变化 工程投资增大 □资金不到位 建筑技术创新风险 H12.7 V4.57 M20 M:32 IV6.65 III10.70 117.10 I61.10 图5绿色建筑技术创新风险评佔案例 级的概率为6.65%,V级的概率为4.57%,因此综合评估该方法可以比较充分地利用专家凶先验知识和项目数 结果为I级,低风险。实际情况是该工程在建设过程中,据,能够使推理在输入数据不完斧的基础上进行,具有 直严格按照设计图纸、图纸变更及图纸会审纪要的要良好的应用前景 求,规范施T质量控制,虽然在光伏板的安装过程中以 基于建筑业独特的以工程项H为载体的生产组织 及安装完毕后出现过电池板的破损情况,在并网设备的模式和技术合作背景,提出建筑技术创新风险的贝叶斯 调试过程中也出现过问题,但通过及时协调业主、设计网络分析方法,开辟了一个新的研究方向。与其他行业 和施工企业的技术合作以及邀请国内外技术专家现场相比,建筑行业企业间的技术合作和创新联盟的发展仍 会诊调试,这些问题都已顺利解决,同时也培养了一批然比较落后,一个重要的原因就在于对建筑业技术创新 专业技术人员。目前该项目已经和省电力公司签订并的风险分析不足。研究内容切中我国建筑行业企业间 网协议成功实现了并网发电,项目的投资进度和质量技术合作中的关键问题,项目的研究成果有助于认识建 目标均顺利实现,贝叶斯网络模型分忻的结果与实际情筑技术创新的风险因素和规律,仳进我国建筑企业间的 况相比具有较好的符合性 技术合作与创新 此外,本文所构建的建筑技术创新风险分析模型在 6结语 风险因素的选取、模型条件概率的学习等方面也存在还 本文通过引入基于贝叶斯网的知识表达和不确定需要进一步完善的地方,这些将是下一步的重点研究 性推理,构建了建筑技术创新风险评估的贝叶斯网络模方向 型,通过对问卷调查数据的拟合得到了模型各节点的后 验概率分布,并运用该模型对案例工程的技术创新风险参考文献: 进行了定量分析,分析结果与工程实际具有良好的吻合[1]宋哲,王树恩,柳洲,等 ANP-GRAP集成方法在企业技术 性。基于贝叶斯网络的建筑技术创新风险评估方法以 创新风险评价中的应用门科学学与科学技术管理,2010 网络节点的概率来表达风险要素的不确定性,从而能够 31(1):55-58 非常直观和明确地推导出建筑技术创新风险的人小 (下转49页)

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    2019-09-10
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