王 婷， 曾凡奎

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院， 西安 710021)

引 言

腳手架作為建筑施工中一項(xiàng)重要的空中作業(yè)工具，可為外墻裝飾、結(jié)構(gòu)施工及建筑材料堆放提供輔助作業(yè)平臺，在樓層高、跨度大及空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的建筑施工中使用時，因量大、要求高且搭設(shè)技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致了施工難度明顯增加，對架體安全性與穩(wěn)定性也提出了更高的要求[1]。近年來，由腳手架及模板支架所引發(fā)的坍塌及高處墜落等施工安全事故成為建筑施工中的重大危險(xiǎn)源之一，如2015年7月發(fā)生在西藏林芝市的一起模板支撐體系坍塌事故，造成8人死亡，5人受傷；2016年1月，唐山市豐潤區(qū)某施工工地同樣因模板支撐體系坍塌造成5人死亡。2017年3月在湖北麻城一建筑工地發(fā)生腳手架垮塌造成15人被埋。這些事故給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。因此，分析研究腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素及其應(yīng)對措施，對緩解腳手架坍塌所引發(fā)的重大安全事故具有重要意義。

本文基于現(xiàn)有研究成果，通過網(wǎng)絡(luò)資源平臺與查閱相關(guān)文獻(xiàn)[2-4]的方法構(gòu)建出影響腳手架施工安全的各風(fēng)險(xiǎn)因素體系，由于導(dǎo)致腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)的因素很多且關(guān)系復(fù)雜，為此對各因素進(jìn)行科學(xué)量化分析，并從中找出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素至關(guān)重要。采用決策試驗(yàn)與評價(jià)實(shí)驗(yàn)法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory, DEMATEL)法和熵權(quán)法對腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)進(jìn)行混合建模。利用熵權(quán)法確定各風(fēng)險(xiǎn)因素對腳手架施工安全影響的權(quán)值，通過DEMATEL法確定各因素間的影響程度值來修正熵權(quán)值，進(jìn)而求得各風(fēng)險(xiǎn)因素的組合權(quán)重，從中找出重要的原因因素和結(jié)果因素[5]，為腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。

1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選取與評價(jià)體系的建立

腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)存在于方案設(shè)計(jì)與管理及現(xiàn)場搭設(shè)與管理兩個階段，因此，本文針對架體管理、方案設(shè)計(jì)與現(xiàn)場搭設(shè)三個層面對腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)資源的查閱，最終確定了影響腳手架施工安全的3個風(fēng)險(xiǎn)因素及各因素下的11個風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并依據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性的原則，建立了如圖1所示的腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。

圖1 腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

在管理因素方面，架體材料進(jìn)場檢查、報(bào)驗(yàn)、檢測的制度不健全，項(xiàng)目各參與方安全檢查及管理制度不夠完善，不能對滿堂支撐架定期進(jìn)行安全生產(chǎn)考核[6]。此外，多數(shù)情況下的施工現(xiàn)場安全檢查只是停留于形式，對檢查出的安全隱患提出的改進(jìn)措施得不到落實(shí)。

在設(shè)計(jì)因素方面，現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范在進(jìn)行荷載計(jì)算時，將恒荷載與活荷載均簡化為均布荷載，但在實(shí)際工程中，支撐架上的恒荷載可以看作為均布荷載，但活荷載并非均勻分布，其隨著施工工序的變化而不斷變化，而現(xiàn)行規(guī)范并未考慮到這一點(diǎn)，這就會在支撐架架體局部位置產(chǎn)生集中荷載或偏心荷載，進(jìn)而造成荷載考慮不充分及設(shè)計(jì)受力模式有誤的后果[7]。在設(shè)計(jì)材料性能參數(shù)方面，容易出現(xiàn)取值不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，如設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定采用φ48 mm×3.5 mm的鋼管與φ48 mm×3.0 mm的鋼管均可行，但二者截面面積相差13.2%，慣性矩相差11.5%。若在受力計(jì)算時忽略這一點(diǎn)，就會為后期的搭設(shè)使用埋下設(shè)計(jì)安全隱患。最后，在地基承載力參數(shù)取值方面，未考慮到地下水位上升或雨雪天氣等對地基承載力削弱的影響，致使承載力在設(shè)計(jì)計(jì)算時取值偏大。

在搭設(shè)因素方面，存在因工人無證上崗或安全意識不足而任意拆卸構(gòu)配件，未按照專項(xiàng)施工方的要求對各桿件進(jìn)行布設(shè)，致使出現(xiàn)各構(gòu)件單元尺寸過大，扣件、連墻件等搭設(shè)連接不規(guī)范等違規(guī)現(xiàn)象。此外，在經(jīng)過多次搭設(shè)使用及維護(hù)保養(yǎng)不到位的情況下，鋼管、扣件等存在嚴(yán)重磨損與銹蝕變形，致使腳手架整體承載能力下降，極易造成局部或整體坍塌事故的發(fā)生。

2 基于熵權(quán)法和DEMATEL的混合建模分析

熵權(quán)法又稱客觀賦權(quán)法，即利用能反映各指標(biāo)信息量大小的熵值確定各指標(biāo)的熵權(quán)，但該方法沒有考慮各因素間的相互影響關(guān)系[8]。而DEMATEL法通過運(yùn)用圖論與矩陣工具，構(gòu)建能反映各因素間邏輯關(guān)系的直接影響矩陣，在計(jì)算各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對各因素相互影響程度的排序與因果量化分析[9]。為此，將二者集成運(yùn)用可使各因素權(quán)重分配更科學(xué)合理。熵權(quán)法-DEMATEL的具體建模過程[10]：

(1)構(gòu)建系統(tǒng)影響因素集C={Cj|j=1,2,…,n}。

(1)

(2)單指標(biāo)評價(jià)，通過對專業(yè)人員發(fā)放問卷調(diào)查，得到各指標(biāo)值構(gòu)成的判斷矩陣R=(rij)m×n。對R進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到歸一化矩陣B=(bij)m×n。

(3)計(jì)算熵值，按傳統(tǒng)熵的定義計(jì)算：

(2)

(3)

(5)構(gòu)建直接影響平均關(guān)系矩陣A=(aij)n×n，其中，aij表示因素i對因素j影響程度的大小，當(dāng)i=j時，aij=0。經(jīng)專家打分后對各直接影響矩陣中的相同元素相加求均值，求得矩陣A=(aij)n×n。

(6)對直接影響平均關(guān)系矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化直接影響矩陣N=(nij)n×n及綜合影響矩陣T=(tij)n×n，其計(jì)算公式為：

(4)

(5)

(7)依據(jù)綜合影響矩陣，可求得各影響因素的影響度fi、被影響度ei、中心度ri及原因度zi。在求得中心度ri后可求得各指標(biāo)權(quán)重值cj。其中，fi表示因素i對其他因素的影響總和，ei表示因素i受其他因素的影響總和，ri表示因素i的重要性程度，zi表示因素i與其他因素間的關(guān)系，若zi大于零，表示i為原因因素，zi小于零，表示i為結(jié)構(gòu)因素。其計(jì)算公式分別為：

(6)

(7)

ri=fi+ei

(8)

zi=fi-ei

(9)

(10)

(8)求組合權(quán)重值?？紤]到通過熵權(quán)法與DEMATEL法求取的權(quán)重值差別不大，為此，將熵權(quán)法獲得的熵權(quán)值與DEMATEL法獲得的中心度按照1∶1的比例進(jìn)行分配，其組合權(quán)重計(jì)算公式為：

(11)

3 熵權(quán)法-DEMATEL法在腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析中運(yùn)用

3.1 問卷設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)整理

通過對具有相應(yīng)工作經(jīng)驗(yàn)的m名專業(yè)人員發(fā)放2份問卷調(diào)查，第一份問卷調(diào)查是針對n個因素對腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度按照“沒有影響”到“影響很大”的規(guī)則進(jìn)行1～5范圍的獨(dú)立打分。第二份問卷調(diào)查是由m名專業(yè)人員分別對各因素間的影響程度按照0,1,2,3,4進(jìn)行打分，其分別代表“沒影響”、“低影響”、“中影響”、“高影響”與“極高影響”[11]。本調(diào)查在晉中市祁縣二建公司開展，針對問卷一向該公司10名高層管理人員發(fā)放問卷調(diào)查表，問卷二向該公司工作年限為5年及以上的60名工作人員發(fā)放問卷調(diào)查表，經(jīng)匯總整理后得到判斷矩陣R=(rij)10×11與直接影響平均關(guān)系矩陣A=(aij)10×10。

3.2 熵權(quán)法分析

在求得判斷矩陣R的基礎(chǔ)上對該矩陣按式(1)、式(2)式進(jìn)行歸一化處理與熵值的計(jì)算，得各因素熵值見表1。

由式(3)得出的各因素熵權(quán)值見表2。

3.3 DEMATEL分析

在獲取直接影響平均關(guān)系矩陣A=(aij)10×10的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(4)、式(5)可求出綜合影響矩陣T。

通過求解綜合影響矩陣T，結(jié)合式(6)、式(7)、式(8)與式(9)，求得影響度、被影響度、中心度和原因度，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 DEMATEL分析結(jié)果

3.4 組合權(quán)重分析

依據(jù)式(10)，并結(jié)合熵權(quán)法與DEMATEL法的分析結(jié)果，可獲得最終的組合權(quán)重值，其計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 組合權(quán)重值

3.5 建模結(jié)論分析

(1)由表3可知，在影響度方面，設(shè)計(jì)技術(shù)交底流于形式、安全檢查及整改不到位的影響度較大，說明該三種因素對其他因素及對腳手架施工安全影響程度較深。因此應(yīng)格外重視管理因素，健全腳手架施工安全管理責(zé)任制和考核制度，落實(shí)相應(yīng)的技術(shù)交底工作，同時要加強(qiáng)對施工作業(yè)人員及管理人員的安全思想教育[12]。在被影響度方面，扣件、連墻件搭設(shè)不規(guī)范、構(gòu)件單元尺寸過大的被影響度值較高，其中心度值也位居前兩位，其原因分析有二者直接關(guān)系到架體承載力及穩(wěn)定性問題，扣件、連墻件搭設(shè)不規(guī)范主要表現(xiàn)為力矩?cái)Q緊程度不夠，位置設(shè)置不合理，如在搭設(shè)方便的地方多設(shè)，在不便的地方少設(shè)甚至不設(shè)，由此會造成扣件、連墻件局部偏少，受力不均衡的現(xiàn)象。構(gòu)件單元尺寸過大表現(xiàn)為[13]：(a)立桿縱橫向間距過大、步距設(shè)置不合理、垂直度偏差超過規(guī)范允許值。(b)大橫桿、小橫桿間距過大，致使其抗彎能力不足。(c)橫向斜撐由底層至頂層未按之字形進(jìn)行連續(xù)布置。(d)剪刀撐未在外側(cè)立面的兩端均設(shè)置剪刀撐，僅進(jìn)行了單向設(shè)置，難以有效發(fā)揮其對縱向剛性及穩(wěn)定性的加強(qiáng)作用。因此在腳手架施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)格外重視扣件、連墻件搭設(shè)不規(guī)范及構(gòu)件單元尺寸過大的現(xiàn)象。在原因度方面，材料進(jìn)場未檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)技術(shù)交底流于形式、安全檢查及整改不到位、荷載考慮不充分、設(shè)計(jì)受力模式有誤為原因因素，其余為結(jié)果因素，因此在這些風(fēng)險(xiǎn)因素中，應(yīng)著重對原因因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別與控制，避免對其他因素造成負(fù)面影響[14]。結(jié)果因素容易受到原因因素影響進(jìn)而給腳手架施工安全帶來風(fēng)險(xiǎn)，通過關(guān)注這些結(jié)果因素能夠給風(fēng)險(xiǎn)管理的效果提供參考依據(jù)。

(2)由表4可知，各影響因素按照熵權(quán)指標(biāo)權(quán)重與按照DEMATEL指標(biāo)權(quán)重在排列順序上存在較大差異，這是因?yàn)殪貦?quán)指標(biāo)權(quán)重是按照各風(fēng)險(xiǎn)因素對腳手架施工安全的重要性程度排序，而DEMATEL指標(biāo)權(quán)重是在求取各因素的影響度與被影響度基礎(chǔ)上得出，反映的是各因素間的相互影響關(guān)系，如在熵權(quán)指標(biāo)權(quán)重中，排在首位的是地基承載力不足，但在DEMATEL指標(biāo)權(quán)重中該因素排在了第六位，表明它對腳手架施工安全影響程度較高，但與其他因素間的相互影響程度一般，這是因?yàn)榈鼗休d力的強(qiáng)弱是由人為因素與自然因素共同決定，與其本身所處的地質(zhì)條件有很大關(guān)系，因此在對地基進(jìn)行處理時，應(yīng)將自然因素所產(chǎn)生的不利條件降到最低，并且要充分發(fā)揮人為因素。此外，該因素在指標(biāo)綜合權(quán)重中居于首位，說明它并未因與其他因素相互影響程度一般而降低其重要性，因此應(yīng)對其進(jìn)行著重分析。造成地基承載力不足很大程度上是由于在設(shè)計(jì)計(jì)算時參數(shù)取值偏大，未考慮除荷載以外的其他因素對地基承載力的影響，如雨雪天氣及地下水位上升對地基土的侵蝕[15]。其次照搬類似項(xiàng)目腳手架地基承載力設(shè)計(jì)值或按所處地域土壤特征進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算，未實(shí)事求是的考慮工程特點(diǎn)及實(shí)際工況進(jìn)行地基承載力設(shè)計(jì)計(jì)算。還有最為重要的一點(diǎn)是在設(shè)計(jì)計(jì)算時，通常把腳手架與支撐架的基礎(chǔ)作為一個獨(dú)立基礎(chǔ)作受力分析，未將其與周圍混凝土板整體進(jìn)行約束力分析，且忽略混凝土的抗拉強(qiáng)度，僅計(jì)算墊板四周按45°擴(kuò)散到混凝土地板底的范圍[16]。因此，在進(jìn)行腳手架地基承載力設(shè)計(jì)時應(yīng)盡可能全面、科學(xué)、有針對性的進(jìn)行考慮。而在DEMATEL指標(biāo)權(quán)重排序中，排在首位的是扣件連墻件搭設(shè)不規(guī)范，但它在熵權(quán)指標(biāo)權(quán)重中排在第六位，其原因是由于該因素完全是由人為因素決定，受其他因素影響與被其他因素影響程度較高，因此通過該因素可檢測識別是否存在其他風(fēng)險(xiǎn)因素。此外，該因素的指標(biāo)綜合權(quán)重值位居第二，因此它對腳手架施工安全影響程度較高，在搭設(shè)階段應(yīng)格外重視。

4 結(jié) 論

(1)從管理因素、設(shè)計(jì)因素和搭設(shè)因素三個方面確定了影響腳手架施工安全的11個指標(biāo)體系，并對每個每個影響因素進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

(2)利用熵權(quán)法建模確定了每個因素指標(biāo)的熵值及熵權(quán)值，得出地基承載力不足與設(shè)計(jì)受力模式有誤為指標(biāo)體系中應(yīng)重點(diǎn)考察且包含信息較多的因素。利用DEMATEL法建模得出了各風(fēng)險(xiǎn)因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，詳細(xì)剖析了各因素間的因果關(guān)系。

(3)將熵權(quán)法與DEMATEL法相結(jié)合，用DEMATEL法得出的中心度修正了熵權(quán)法確定的熵權(quán)值，不僅考慮了單個風(fēng)險(xiǎn)因素對腳手架施工安全的影響程度，還考慮了各因素間的相互影響關(guān)系。結(jié)果表明，地基承載力不足、扣件、連墻件搭設(shè)不規(guī)范、構(gòu)件單元尺寸過大是影響腳手架施工安全的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，為制定安全風(fēng)險(xiǎn)控制措施指明了方向。但本文并沒有找出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)影響因素所產(chǎn)生的深層次原因，也沒有針對性的提出規(guī)避及解決的措施，這將是今后研究的重要方向。

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