何光輝 李鑫奎 沈志勇

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

超高層建筑項(xiàng)目的施工具有施工周期長(zhǎng)、建造難度大、施工環(huán)境涉及人-機(jī)-環(huán)-管等復(fù)雜因素耦合的特點(diǎn)。這給項(xiàng)目管理人員和施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員均帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

為了控制建筑工地的施工安全，降低施工人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外已有學(xué)者對(duì)建筑施工人員的施工安全狀態(tài)進(jìn)行了定性和定量的分析與研究。李志鵬[1]采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論研究了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)管控的重點(diǎn)因素。Cheng等[2-3]采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的相關(guān)性法則研究了我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)施工事故中各意外事件之間的因果關(guān)系。Zhou等[4]進(jìn)行了較為系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述，總結(jié)了目前國(guó)際上土建工程中風(fēng)險(xiǎn)事故的分析與管理研究進(jìn)展，并給出了基于網(wǎng)絡(luò)理論的建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)事故管理分析方法。雖然Zhou等[4]建立的方法考慮了施工現(xiàn)場(chǎng)多風(fēng)險(xiǎn)耦合的事實(shí)，但并未量化地給出事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，僅從多方面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故展開(kāi)了詳盡的可視化工作。

風(fēng)險(xiǎn)相互作用矩陣分析方法在眾多領(lǐng)域內(nèi)均有廣泛的應(yīng)用，如礦藏挖掘工程[5]、巖土工程[6-7]。然而這種方法缺乏理性的矩陣元素確定方法，目前更多地需要依靠經(jīng)驗(yàn)確定，這直接降低了計(jì)算結(jié)果的可靠性與算法的可行性。本文將嘗試借助網(wǎng)絡(luò)理論描述建筑工地中各種風(fēng)險(xiǎn)源之間的因果關(guān)系，量化分析風(fēng)險(xiǎn)源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以此作為風(fēng)險(xiǎn)源相互作用矩陣系數(shù)的確定依據(jù)，從而對(duì)建筑工地施工人員的安全狀態(tài)進(jìn)行分析和評(píng)估。

1 網(wǎng)絡(luò)理論

網(wǎng)絡(luò)理論又稱社會(huì)網(wǎng)絡(luò)理論，其較成熟的定義由Wellman于1988年提出，認(rèn)為社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是由某些個(gè)體間的社會(huì)關(guān)系構(gòu)成的相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用范圍不斷拓展，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的概念已超越了人際關(guān)系的范疇。網(wǎng)絡(luò)成員除了人，也可以是建筑工程施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)事故。網(wǎng)絡(luò)成員之間的關(guān)系也可以擴(kuò)展為施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)事故之間的因果關(guān)系。為了便于直觀地分析和研究網(wǎng)絡(luò)成員之間的拓?fù)潢P(guān)系，本文將借助大型網(wǎng)絡(luò)分析軟件Pajek展開(kāi)可視化分析。

圖1示范了某一土建工程的風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)。圖中節(jié)點(diǎn)表示事故（或風(fēng)險(xiǎn)源），每個(gè)節(jié)點(diǎn)的箭頭所指和指出箭頭，分別表示風(fēng)險(xiǎn)的輸入度和輸出度。如圖中土體塌陷這一事故節(jié)點(diǎn)，具有8個(gè)輸出度和4個(gè)輸入度，合計(jì)12個(gè)輸入輸出度；停工這一風(fēng)險(xiǎn)源具有3個(gè)輸出度和7個(gè)輸入度，合計(jì)10個(gè)輸入輸出度。輸入輸出度越大表明該節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中具備更大的貢獻(xiàn)，即對(duì)整個(gè)工程風(fēng)險(xiǎn)具有更大的權(quán)。利用Pajek軟件可以統(tǒng)計(jì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入輸出度參數(shù)。

圖1 某土建工程事故網(wǎng)絡(luò)

2 多因素耦合關(guān)系矩陣

2.1 相互作用關(guān)系矩陣

為了量化整個(gè)建筑工程施工過(guò)程中盡可能多的風(fēng)險(xiǎn)源耦合參與對(duì)整個(gè)工程的風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)，多因素相互作用關(guān)系矩陣描述方法是一種簡(jiǎn)單而又流行的方法。在一個(gè)具有n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的建筑施工過(guò)程中，相互作用關(guān)系矩陣V為一n階方陣。方陣的第i個(gè)主對(duì)角線元素Vi,i為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源導(dǎo)致整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)人員意外的可能性因子。第i行j列個(gè)元素Vi,j表示第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源作用于第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的可能性因子。

矩陣V的確定對(duì)后續(xù)的施工人員安全狀態(tài)計(jì)算起著決定性作用。在以往的文獻(xiàn)報(bào)道中，V中元素的取值較多依賴經(jīng)驗(yàn)，而本文根據(jù)相互作用關(guān)系矩陣的定義，結(jié)合建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)源網(wǎng)絡(luò)關(guān)系生成矩陣元素的數(shù)值。如上節(jié)所述，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入度和輸出度之和αi即為第i個(gè)主對(duì)角線元素；第i行j列個(gè)元素Vi,j可以由第i個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出度確定?；谶@種假定，建筑工程施工人員作業(yè)場(chǎng)地中，人-機(jī)-環(huán)-管之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系一旦確定，則矩陣V可以由計(jì)算機(jī)程序唯一且迅速地計(jì)算得到。

在V確定后，任意第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的影響因子權(quán)重ki可以由式（2）確定：

其中，SR(i)、SC(i)為矩陣V的第i行以及第i列元素之和，即：

基于計(jì)算得到的權(quán)重ki，可進(jìn)一步得到施工人員安全狀態(tài)參數(shù)：

2.2 安全等度分級(jí)

為了對(duì)施工人員的安全狀態(tài)程度進(jìn)行量化表示，參數(shù)DS的數(shù)值具有決定性價(jià)值。一般可以將人員安全狀態(tài)劃分為5個(gè)級(jí)別，即1、2、3、4和5級(jí)，具體劃分見(jiàn)表1。

表1 施工人員安全狀態(tài)分級(jí)

3 算例分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)分析

基于彭鵬等[8]的研究成果，超高層建筑工程施工風(fēng)險(xiǎn)源可以分為以下7類：深基坑、主體結(jié)構(gòu)、塔式起重機(jī)、施工平臺(tái)、施工升降機(jī)、幕墻和臨邊防護(hù)。每一類風(fēng)險(xiǎn)源又存在大量的風(fēng)險(xiǎn)因素類型，限于篇幅在此不做展開(kāi)[9-10]。作為分析算例，本文對(duì)某一超高層建筑施工現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)環(huán)境進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)描述（圖2）。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，表2給出了圖2所示網(wǎng)絡(luò)圖輸入和輸出度的分布結(jié)果。從表2中可以得知，合計(jì)度最大的幾個(gè)因素為超高層建筑建造過(guò)程中需要給予較多安全管理的因素。

3.2 多因素耦合分析

根據(jù)表2得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可得多因素耦合關(guān)系矩陣V。該矩陣主對(duì)角線元素為：{4,4,7,3,4,1,1,1,1,2,3,2,12,11,6,6,4,2,7,2,14,7,7,2,4,3,7,10,2,2,1}。矩陣其余位置由0或1組成，其元素為1的行列號(hào)如下：(1,19),(2,1),(2,19),(3,1),(3,2),(3,4),(3,13),(3,19),(3,28),(4,27),(5,6),(5,21),(5,25),(10,11),(12,27),(13,21),(13,25),(13,26),(13,28),(14,13),(14,15),(14,16),(14,22),(14,24),(14,26),(14,27),(14,28),(14,29),(14,30),(14,31),(15,13),(15,21),(15,26),(15,27),(15,28),(16,10),(16,11),(16,12),(16,13),(16,21),(17,11),(17,13),(17,18),(17,21),(18,28),(19,13),(19,21),(19,28),(20,21),(20,28),(21,5),(21,7),(21,8),(21,9),(21,13),(22,13),(22,19),(22,21),(22,24),(22,28),(23,1),(23,2),(23,3),(23,4),(23,21),(23,22),(25,23),(25,28),(28,27),(29,27),(30,27)。假定以上31個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源平均發(fā)生率為1%，則可得DS為0.017 9，施工人員安全狀態(tài)分級(jí)屬于1級(jí)，安全。

圖2 某超高層建筑工程施工事故網(wǎng)絡(luò)

表2 網(wǎng)絡(luò)分析統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

本文引入網(wǎng)絡(luò)理論有關(guān)概念，輔助多因素耦合關(guān)系矩陣的生成，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源網(wǎng)絡(luò)分析，展開(kāi)建筑工程施工人員安全狀態(tài)的評(píng)估和分析。

應(yīng)用多因素相互作用矩陣方法對(duì)某超高層建筑工地的某一施工階段工人作業(yè)安全狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析，分析結(jié)果表明本文方法具有一定的可實(shí)踐性，可作為今后同類型問(wèn)題分析的一種參考。