黃 歌 倪燕翎 蔣 麗
(湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院,湖北 武漢 430205)
在當(dāng)前環(huán)保限產(chǎn)、建設(shè)美麗中國(guó)、供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革、長(zhǎng)租公寓市場(chǎng)興起等多主題發(fā)展背景下,裝配式建筑具有建設(shè)周期短、機(jī)械程度高、人力成本低、現(xiàn)場(chǎng)管理優(yōu)、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保好、資金周轉(zhuǎn)快等特點(diǎn),呈現(xiàn)蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì),市場(chǎng)占有率穩(wěn)步推進(jìn)。2017年3月,住建部印發(fā)《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》提出,到2020年全國(guó)裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)15%以上,同時(shí)劃分“重點(diǎn)推進(jìn)、積極推進(jìn)、鼓勵(lì)推進(jìn)”3類地區(qū),自上而下逐步推進(jìn),到2025年比例達(dá)到30%。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)顯示,2017年我國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值213954億元,其中裝配式建筑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)5280億元。據(jù)測(cè)算,2020年全國(guó)裝配式建筑行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)6982億元,2025年將達(dá)14389億元。裝配式建筑的迅猛發(fā)展,將迎來建筑領(lǐng)域的重大變革。
目前,傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的建筑工程施工安全評(píng)價(jià)及管理已趨成熟,由于裝配式建筑在構(gòu)件生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)裝配等方面與傳統(tǒng)施工模式存在顯著差異,不能直接適用原有的安全管理模式。因此,需結(jié)合裝配式建筑特點(diǎn),建立有針對(duì)性的、全面系統(tǒng)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,為企業(yè)制定施工安全管理方案提供參考依據(jù)。陳偉等[1]聯(lián)合AHP和灰色聚類評(píng)價(jià)法,從事故產(chǎn)生機(jī)理出發(fā),反演得出裝配式建筑工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo);張文佳等[2]根據(jù)五大安全生產(chǎn)要素PEOTM建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系,采用可信度測(cè)度理論做出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià);常春光分別采用G1-物元分析法[3],AHP-系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法SD[4],未確知測(cè)度理論[5],二元決策圖BDD結(jié)構(gòu)[6]等進(jìn)行了裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。
本文在總結(jié)前人相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,從5M1E六個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。由于指標(biāo)體系存在重要性程度不同,區(qū)別于其他學(xué)者,首先利用二項(xiàng)式系數(shù)法進(jìn)行客觀賦權(quán),在此基礎(chǔ)上,引入熵權(quán)理論進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的修正。然后利用物元可拓理論建立施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。
熵作為熱力學(xué)的概念,最先由申農(nóng)(C.E. Shannon)引入信息論。根據(jù)信息論基本原理,信息是系統(tǒng)有序程度的度量,而熵則是系統(tǒng)無序程度的度量,兩者的絕對(duì)值相等但符號(hào)相反。熵權(quán)法是確定多指標(biāo)決策問題中各指標(biāo)權(quán)系數(shù)的一種方法,當(dāng)某項(xiàng)指標(biāo)值的變異程度越大,熵越小,該指標(biāo)提供的信息量越大,在評(píng)價(jià)中的作用越大,則權(quán)重也越大;反之,則相反[7]。通過熵權(quán)賦值法,可以對(duì)主觀評(píng)分進(jìn)行客觀的修正,使指標(biāo)權(quán)重的確定更科學(xué)合理。
物元是描述基本事物的元,由事物、特征和量值3個(gè)基本要素構(gòu)成。物元評(píng)價(jià)是研究解決不相容問題的方法,能將事物的量與質(zhì)相結(jié)合,有效地將復(fù)雜問題中相互影響的因素劃分出有序?qū)哟?,在進(jìn)行評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)劃分時(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),適用于多指標(biāo)的復(fù)雜問題[8-9]。物元分析中可拓集合的基本思想與識(shí)別問題相一致,描述可拓集合的關(guān)聯(lián)函數(shù)則使識(shí)別方法更為精細(xì)化。
因此,將熵權(quán)法與物元可拓方法相結(jié)合,能更有效地解決復(fù)雜系統(tǒng)的各層次、各階段所產(chǎn)生的不相容矛盾,同時(shí)消除了評(píng)分中一定的主觀性,采取創(chuàng)造性的決策技巧,抓住主要矛盾和關(guān)鍵性問題,從而實(shí)現(xiàn)全局性更客觀、更科學(xué)合理的評(píng)價(jià)目的,具備與一般決策方法相比所無法比擬的優(yōu)勢(shì),因此值得深入研究與探討。
裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素涉及多個(gè)方面,結(jié)合現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外關(guān)于裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)研究文獻(xiàn)及行業(yè)相關(guān)專業(yè)專家調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)指標(biāo)體系建立原則,選取5M1E(人員Man;材料Material;機(jī)械Machine;方法Method;管理Management;環(huán)境Environment)6個(gè)方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如下圖。
圖 裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig. Index system of safety risk assessment for Fabricated building construction
2.2.1 二項(xiàng)系數(shù)加權(quán)法客觀賦權(quán)
指標(biāo)權(quán)重的確定,大部分學(xué)者直接采用專家打分法、德爾菲法等,主觀性較強(qiáng),且忽視了各指標(biāo)間本身存在著重要性優(yōu)先排序,導(dǎo)致權(quán)重計(jì)算存在著一定的不合理性。在不征求專家意見的基礎(chǔ)上,先進(jìn)行客觀賦權(quán)。假設(shè)已知n個(gè)指標(biāo)重要性的優(yōu)先序,采用對(duì)稱的方式進(jìn)行調(diào)整,使得中間位置的指標(biāo)最重要,同時(shí)重要性分別向兩邊遞減。
當(dāng)n=2k時(shí),排序?yàn)閒1<f3<…<f2k-1<f2k>f2k-2>…>f4>f2;
當(dāng)n=2k+1時(shí),排序?yàn)閒1<f3<…<f2k-1<f2k+1>f2k>…>f4>f2;
式中:
fj—根據(jù)對(duì)稱方式調(diào)整后的排序第j的指標(biāo),j=1,2,…,n。
令二項(xiàng)展開式的各項(xiàng)系數(shù)作為此n個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)系數(shù),由于存在下式:
因此,當(dāng)n=2k時(shí),n個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)系數(shù)分別為[10]:
當(dāng)n=2k+1時(shí),n個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)系數(shù)分別為:
式中:
0<wj<1,j=1,2,…,n,wj=1。指標(biāo)數(shù)越多,二項(xiàng)式系數(shù)越趨向于正態(tài)分布,與實(shí)際情況越相符。根據(jù)指標(biāo)的重要性優(yōu)先排序,首先采用客觀賦權(quán),然后結(jié)合不同的工程實(shí)際,進(jìn)行有針對(duì)性的修正,有利于指標(biāo)權(quán)重的合理確定。
2.2.2 熵權(quán)法修正指標(biāo)權(quán)重
(1)利用專家打分法建立特征值矩陣A。
在指標(biāo)體系中,下層指標(biāo)相對(duì)于上層指標(biāo)而言,本層次各指標(biāo)因素間存在相對(duì)重要性程度,衡量時(shí)常用“不重要”、“較不重要”、“一般重要”、“較重要”、“非常重要”5個(gè)等級(jí)。若需要更高精度,則在兩相鄰判斷間再做比較,總共9個(gè)標(biāo)度。分別用fj表示,j=1,2,…,n(n=5或n=9)。請(qǐng)行業(yè)內(nèi)5-20名專家針對(duì)特定工程進(jìn)行指標(biāo)體系的重要性程度評(píng)價(jià),根據(jù)專家打分結(jié)果,匯總統(tǒng)計(jì)得到特征值矩陣A。
(2)歸一化建立優(yōu)屬度矩陣R。
根據(jù)特征值矩陣A=(aij)m×n,(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),按照式(4)進(jìn)行歸一化,得到優(yōu)屬度矩陣R=(rij)m×n。
(3)計(jì)算客觀賦權(quán)法下的初始權(quán)重λi。
由于fi指標(biāo)存在重要性優(yōu)先排序,因此不同指標(biāo)在分析權(quán)重時(shí),需綜合分析。由于n=5或n=9,因此采用式(3)給出的權(quán)重值進(jìn)行客觀賦權(quán)。初始權(quán)重計(jì)算見式(5)所示。
(4)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵Ei。
優(yōu)屬度矩陣R中,若存在rij=0,則1nrij沒有意義。為了使1nrij有意義,且不悖于熵的含義,對(duì)rij按式(6)進(jìn)行修正[11]。
修正后按下式計(jì)算熵:
(5)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)Xi。
當(dāng)決策者沒有明顯偏好時(shí)的熵權(quán)Xi為:
(6)熵權(quán)修正最終指標(biāo)權(quán)重λ'i。
事物、特征和量值作為物元的3個(gè)基本要素,給定事物的名稱N及特征C的量值V,采用三元組R=(N,C,V)作為描述事物的基本單元。如果事物N有多個(gè)特征并且以n個(gè)特征相應(yīng)的量值C1,C2,…,Cn和相應(yīng)的量值V1,V2,…,Vn來描述,則可以表示為:
(1)確定經(jīng)典域物元Rj。
經(jīng)典域物元Rj可表示為:
式中:
Nj(j=1,2,…,m)—標(biāo)準(zhǔn)事物所劃分的j個(gè)施工安全評(píng)價(jià)等級(jí);
Ci(i=1,2,…,n)—相應(yīng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)的特征(評(píng)價(jià)指標(biāo));區(qū)間Vji=[aji,bji]為Nj關(guān)于Ci所規(guī)定的量值范圍,即施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)關(guān)于對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)所取的數(shù)據(jù)范圍,就是經(jīng)典域。
(2)確定節(jié)域物元Rp。
節(jié)域物元Rp可表示為:
式中:
Np—施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)的全體,區(qū)間Vpn=[api,bpi]為Np關(guān)于Ci(i=1,2,…,n)所規(guī)定的量值范圍,即節(jié)域。根據(jù)定義,有Vj Vp。
(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)函數(shù)Kj(vi)。
關(guān)聯(lián)函數(shù)表示當(dāng)物元的量值取為實(shí)軸上的一點(diǎn)時(shí),物元符合所要求的取值范圍的程度。采用距的概念可以較好地解決實(shí)際數(shù)據(jù)落在等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間中的位置問題,進(jìn)而用于衡量待評(píng)價(jià)對(duì)象p的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于設(shè)定的各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬程度。關(guān)聯(lián)函數(shù)的計(jì)算公式如下:
式中:
vi到經(jīng)典域區(qū)間Vji即[aji,bji]的距ρ(vi,Vji)和vi到節(jié)域區(qū)間Vpi即[api,bpi]的距ρ(vi,Vpi)計(jì)算公式見式(11)和式(12)所示:
( 4) 計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度Kj( p)。
根據(jù)熵權(quán)法修正后的最終指標(biāo)權(quán)重λ'i,確定待評(píng)價(jià)對(duì)象p對(duì)于各等級(jí)j的綜合關(guān)聯(lián)度Kj(p)。
根據(jù)最大隸屬度原則,Kj=max(Kj(p)),(j=1,2,…,m),則可判定待評(píng)價(jià)的裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為第j級(jí)。其中綜合關(guān)聯(lián)度的數(shù)值可定量反映評(píng)價(jià)對(duì)象的所屬評(píng)價(jià)等級(jí)的程度:
當(dāng)0≤Kj(p)≤1時(shí),表示評(píng)價(jià)對(duì)象符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
當(dāng)-1≤Kj(p)<0時(shí),表示評(píng)價(jià)對(duì)象不符合某級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求,但具備轉(zhuǎn)化為符合標(biāo)準(zhǔn)的條件,如調(diào)整權(quán)重和參數(shù)等,值越小越容易轉(zhuǎn)化。
當(dāng)Kj(p)<-1時(shí),表示評(píng)價(jià)對(duì)象不符合某級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求,而且不具備轉(zhuǎn)化為符合標(biāo)準(zhǔn)的條件。
以S30集體宿舍樓建筑工程為例,該工程由湖南的遠(yuǎn)大可建科技有限公司建設(shè),建筑面積54000m2,共30層,建筑總高度為99.9m,設(shè)計(jì)有710個(gè)房間。該裝配式建筑采用斜撐節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)型鋼框架體系,裝配過程實(shí)現(xiàn)全栓連接,在保證強(qiáng)度的前提下達(dá)到易安裝、易拆卸、易維護(hù)的目的,主體工程施工僅12天完成。
指標(biāo)體系的重要性程度等級(jí)分為“不重要”、“較不重要”、“一般重要”、“較重要”、“非常重要”5個(gè),分別用f1、f2、f3、f4、f5表示。聘請(qǐng)行業(yè)內(nèi)9名專家針對(duì)該工程進(jìn)行指標(biāo)體系的重要性程度評(píng)價(jià),采用專家打分法,根據(jù)上文計(jì)算思路,簡(jiǎn)化計(jì)算步驟,匯總該裝配式建筑工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果,見表1。
表1 裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算匯總表Tab.1 Calculation summary of weights for safety risk assessment of fabricated building construction
借鑒傳統(tǒng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分的研究成果,裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)由低到高劃分等級(jí)為5級(jí),j=5,見表2。
根據(jù)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)物元評(píng)價(jià)步驟,邀請(qǐng)9名裝配式建筑領(lǐng)域的專家及相關(guān)技術(shù)管理人員,根據(jù)他們的知識(shí)積累和工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)該工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系中的各指標(biāo)進(jìn)行打分,取算數(shù)平均值作為待評(píng)價(jià)物元的量值vi,同時(shí)結(jié)合表1計(jì)算得出的各指標(biāo)綜合權(quán)重,待評(píng)價(jià)物元對(duì)各安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果,見表3。
根據(jù)表3計(jì)算的結(jié)果,可得出以下結(jié)論:
(1)該裝配式建筑施工安全各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定值為:K1(p)= 0.563,K2(p)= 0.132,K3(p)= 0.006,K4(p)= 0.661,K5(p)= 0.939。因此Kj=max(Kj(p))=0.132,該裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅱ級(jí),屬于較低風(fēng)險(xiǎn)。
表2 裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分表Tab.2 Safety risk rating for fabricated building construction
表3 待評(píng)價(jià)物元關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果匯總表Tab.3 Summary of calculation results of matter element to be evaluated
(2)影響裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的6大因素中,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅲ級(jí),屬于一般風(fēng)險(xiǎn)的因素按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從大到小排列依次為:人員、方法、材料;風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅱ級(jí),屬于較低風(fēng)險(xiǎn)的因素按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從大到小排列依次為:機(jī)械、環(huán)境、管理。因此,在施工中應(yīng)針對(duì)性地采取風(fēng)險(xiǎn)控制措施,進(jìn)一步降低安全事故發(fā)生率。
①人員安全風(fēng)險(xiǎn)。影響因素排序依次為:安全意識(shí)薄弱、人工操作失誤、高強(qiáng)度疲勞作業(yè)、違規(guī)違章操作。傳統(tǒng)的整體現(xiàn)澆建筑施工的工人,已難適應(yīng)裝配式建筑施工的要求,因此對(duì)工人開展相關(guān)的技術(shù)技能、安全教育培訓(xùn)是十分必要的。目前對(duì)工人的培訓(xùn),主要由施工企業(yè)自身在組織內(nèi)進(jìn)行,培訓(xùn)目標(biāo)和成果參差不齊。應(yīng)盡快推進(jìn)裝配式建筑工程師職業(yè)資格培訓(xùn),在組織理論、實(shí)操考試的基礎(chǔ)上,對(duì)考試合格的工人頒發(fā)上崗證。
②方法安全風(fēng)險(xiǎn)。影響因素排序依次為:防護(hù)措施不到位、拼裝技術(shù)不過關(guān)、吊裝定點(diǎn)不準(zhǔn)確、技術(shù)方案存缺陷。預(yù)制構(gòu)件吊裝是裝配式建筑施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié),為了防止登高作業(yè)事故和臨邊作業(yè)事故的發(fā)生,應(yīng)在臨邊搭設(shè)定型化工具式防護(hù)欄桿或采用外掛腳手架。同時(shí),由于預(yù)制構(gòu)件本身尺寸的特殊性,長(zhǎng)度與寬度遠(yuǎn)大于厚度,正立放置穩(wěn)定性較差,因此為避免發(fā)生傾覆的現(xiàn)象,應(yīng)采用帶側(cè)向護(hù)欄或其他固定措施的專用運(yùn)輸架進(jìn)行運(yùn)輸。
③材料安全風(fēng)險(xiǎn)。影響因素排序依次為:原材料質(zhì)量不合格、運(yùn)輸堆放不妥當(dāng)、檢驗(yàn)檢測(cè)不合規(guī)、材料使用不得當(dāng)。施工現(xiàn)場(chǎng)必須設(shè)置預(yù)制構(gòu)件存放堆場(chǎng),場(chǎng)地以塔式起重機(jī)能一次起吊到位為優(yōu),盡量避免場(chǎng)地內(nèi)的二次倒運(yùn)。
④機(jī)械、環(huán)境、管理安全風(fēng)險(xiǎn)。影響因素主要為:機(jī)械違規(guī)操作、施工環(huán)境不良、管理制度不明確等。起重機(jī)械是預(yù)制構(gòu)配件運(yùn)輸中的主要機(jī)械之一,若機(jī)械性能出現(xiàn)問題,可能會(huì)導(dǎo)致構(gòu)配件在吊運(yùn)時(shí)滯留空中,造成巨大的安全隱患。同時(shí)如果設(shè)備長(zhǎng)期超負(fù)載運(yùn)行,則可能被預(yù)制構(gòu)件壓垮,出現(xiàn)折臂或倒塌等的嚴(yán)重后果。選擇平整且有足夠地基承載力的場(chǎng)地進(jìn)行施工安排,同時(shí)運(yùn)用BIM和RFID技術(shù)[12]進(jìn)行施工全過程管理,建立動(dòng)態(tài)管理機(jī)制,提升施工管理水平,減少安全事故的發(fā)生。
本文在文獻(xiàn)梳理和專家調(diào)研的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的5M1E評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,在利用二項(xiàng)式系數(shù)法客觀賦權(quán)的基礎(chǔ)上,引入熵權(quán)理論進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的修正。采用物元可拓理論建立物元評(píng)價(jià)模型,用以評(píng)價(jià)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià),具可行性和易操作性。同時(shí),通過評(píng)價(jià)能科學(xué)合理地分析施工過程中引發(fā)施工安全風(fēng)險(xiǎn)的重要因素和一般因素,以及各因素中的核心環(huán)節(jié)和薄弱環(huán)節(jié),采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施,降低安全事故發(fā)生概率,理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。但是,熵權(quán)物元法在運(yùn)用中如何構(gòu)建更合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、關(guān)聯(lián)函數(shù)的計(jì)算優(yōu)化,仍值得進(jìn)一步的探索,使其更符合工程實(shí)際情況。