馮曉楠， 李加朋， 張建東,3， 劉 朵

(1.蘇交科集團股份有限公司， 南京 211112； 2.河海大學 土木與工程學院， 南京 210098；3.在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室， 南京 211112)

模架工程是一種非常重要的臨時支撐和輔助設(shè)施結(jié)構(gòu)，廣泛用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工中[1-2]。在現(xiàn)有規(guī)范和管理文件中，針對模架工程的施工安全指標缺乏系統(tǒng)性的規(guī)定，致使安全管理人員無法有效開展相應(yīng)的安全檢查與管理工作。同時，現(xiàn)場施工人員對模架工程安全施工的重要性認識不足，致使現(xiàn)場施工中存在大量安全隱患問題，包括人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)[3]。這些問題導致了模架工程施工安全事故頻發(fā)且難以控制。因此，有必要建立完善的模架工程施工安全指標體系，并明確其指標的重要性等級，這不僅可為模架工程施工安全事故預(yù)防及管理工作提供技術(shù)依據(jù)，還對公路工程現(xiàn)場施工安全管理具有重要指導作用。

模架工程施工安全技術(shù)指標體系是指由若干個反映模架工程施工安全狀態(tài)的相對獨立又相互聯(lián)系的技術(shù)指標所組成的有機整體。針對模架工程，已有研究學者[4-6]開展了大量的調(diào)研、理論及試驗研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計計算方法、安全管理措施等，但大部分局限于結(jié)構(gòu)本身的可靠性和安全性，缺乏相應(yīng)的安全技術(shù)指標體系研究。模架工程施工安全技術(shù)指標包括人、物、環(huán)、管等多方面因素，且在模架工程施工過程中，各個安全技術(shù)指標超出標準要求的概率及產(chǎn)生的事故后果也存在較大差異。因此，急需針對各安全技術(shù)指標進行重要性程度等級劃分，為交通建設(shè)行業(yè)安全施工提供可靠、適用的參考系和風向標。

鑒于此，筆者將通過模架工程典型安全事故及現(xiàn)有安全規(guī)范調(diào)研分析，篩選與施工安全相關(guān)的技術(shù)指標，建立模架工程施工安全技術(shù)指標體系，根據(jù)德爾菲法和基于三角模糊數(shù)的層次分析法，確立安全技術(shù)指標的重要性權(quán)重值，并進行安全技術(shù)指標重要性等級劃分，為更好地預(yù)防模架工程施工安全事故的發(fā)生和提高其施工安全管理水平提供技術(shù)支撐。

1 施工安全技術(shù)指標篩選

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[7]中安全事故的定義，針對近30起模架工程施工安全事故進行致因分析，主要包括安全事故的類型、事故發(fā)生的形式以及事故發(fā)生的原因，結(jié)果見表1。分析發(fā)現(xiàn)，模架工程在施工過程中常發(fā)生的安全事故類型包括：高處墜落、坍塌、物體打擊等；發(fā)生的原因一般包括人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全性及管理措施的缺陷等四大因素。針對每個事故原因提取其涉及的安全技術(shù)指標，由于篇幅原因在此不再一一贅述。

我國與施工安全相關(guān)的規(guī)范標準、管理文件約有50多部，主要規(guī)范見表2，但明確提出施工安全技術(shù)指標的規(guī)范標準較少，僅在危險源辨識及安全檢查評價中提出了部分施工安全技術(shù)指標。

綜合模架工程安全事故與現(xiàn)有規(guī)范標準調(diào)研分析結(jié)果，統(tǒng)計篩選出模架工程施工安全技術(shù)指標共有64項，見表3。

表1 模架工程施工事故分析(示例)

表2 主要參考的規(guī)范標準清單

表3 模架工程施工安全技術(shù)指標

表3(續(xù))

表3(續(xù))

2 構(gòu)建指標體系

模架工程施工安全技術(shù)指標體系的構(gòu)建應(yīng)遵守目的性、系統(tǒng)性、獨立性、科學性、定性與定量指標相結(jié)合等原則[8]。采用層次分析法，將模架工程施工安全問題進一步細分，劃分成多個相互聯(lián)系的組成要素，從而構(gòu)建一個有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，使整個模架工程安全問題概念化、條理化、層次化。這一遞階層次結(jié)構(gòu)由目標層、因素層和指標層構(gòu)成[9]，如圖1所示。

1) 目標層。即本體系的目的，建立模架工程施工安全技術(shù)指標體系。

2) 因素層。指影響模架工程施工安全的因素，主要有“人的因素”“物的因素”“環(huán)境因素”和“管理因素”。

3) 指標層。將各因素進一步細化形成指標，并提出相應(yīng)的定量與定性控制標準。

根據(jù)以上方法，構(gòu)建模架工程施工安全技術(shù)指標體系，“人-物-環(huán)-管”各因素分別包含有R1～R9、W1～W27、H1～H9、G1～G19安全技術(shù)指標，見表3。

3 安全技術(shù)指標等級劃分

借鑒現(xiàn)有工程安全風險評估方法，利用菲爾德

圖1 模架工程施工安全技術(shù)指標體系

法和基于三角模糊數(shù)的層次分析法，實現(xiàn)對模架工程施工安全技術(shù)指標的權(quán)重等級劃分，流程如圖2所示。

圖2 安全技術(shù)指標的權(quán)重等級劃分流程

3.1 指標重要性程度調(diào)研

模架工程安全技術(shù)指標共有64個，若直接采用三角模糊數(shù)層次分析法[10-11]中對各指標兩兩比較的方法，將給打分專家造成較大麻煩，會增加調(diào)研結(jié)果的不可靠性。因此，為方便專家打分，只根據(jù)重要性程度針對每個指標打1～9分，打分標準見表4。為保證調(diào)研結(jié)果的合理性及科學性，共調(diào)研11家單位20位專家。

表4 指標重要性程度專家打分標準

3.2 確定指標權(quán)重值計算

1) 構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)三角模糊數(shù)的層次分析法基本原理[12-13]，首先需要構(gòu)建判斷矩陣，由于每個專家打分方法并不是按1～9標度法進行比較，因此，需要將專家打分結(jié)果轉(zhuǎn)化為1～9標度法。具體轉(zhuǎn)化方法見公式(1)、(2)。

Ci/Cj=(cik-cjk)+1cik≥cjk

(1)

Cj/Ci=1/[(cjk-cik)+1]cik

(2)

式中：cik為第k個專家對Ci指標的打分值；cjk為第k個專家對Cj指標的打分值。

2) 構(gòu)建三角模糊數(shù)判斷矩陣

將20位打分專家對64個安全技術(shù)指標的相對重要性判斷結(jié)果用三角模糊數(shù)公式(3)～(6)表示，并形成三角模糊數(shù)判斷矩陣，結(jié)果見表5。

(3)

lij=min(Bijk)

(4)

(5)

uij=max(Bijk)

(6)

3) 去模糊化

去模糊化的方法有很多種，其中一種較容易操作的去模糊方法，其判斷如公式(7)～(9)所示。

0≤α≤1 0≤λ≤1

(7)

lijα=(mij-lij)×α+lij

(8)

uijα=uij-(uij-mij)×α

(9)

表5 三角模糊數(shù)判斷矩陣

式中：α是決策者的偏好系數(shù)，α的大小反映了判斷的不確定性。當α=0時，不確定性最大；當α=1時，幾乎沒有不確定性。λ的取值取決于決策者對風險的態(tài)度。當λ=0.5時，決策者是風險中立的；當λ<0.5時，決策者是追求風險的；當λ>0.5時，決策者是厭惡風險的。

采用此方法將三角模糊數(shù)判斷矩陣進行去模糊化，形成最終的判斷矩陣。

4) 正反性調(diào)整

去模糊后的判斷矩陣不為互反矩陣，即aij×aji≠1，不便與后期進行一致性檢驗。因此，根據(jù)公式(10)對其進行互反性調(diào)整：

(10)

5) 計算指標權(quán)重

針對正反性調(diào)整之后的判斷矩陣，利用Matlab計算得到其最大特征值λmax是64.252，對應(yīng)的特征向量就是相應(yīng)指標的相對權(quán)重向量，即

W=(0.109 5 0.110 5 0.162 9 0.129 1 0.120 0 0.164 6 0.134 0 0.114 6 0.147 8 0.132 3 0.162 1 0.162 7 0.131 9 0.149 5 0.129 2 0.126 3 0.107 9 0.117 7 0.166 2 0.114 8 0.108 7 0.116 7 0.110 5 0.104 2 0.089 2 0.091 9 0.102 7 0.131 6 0.128 4 0.078 8 0.059 6 0.069 1 0.142 2 0.120 6 0.104 4 0.117 1 0.111 4 0.103 5 0.131 9 0.102 5 0.076 8 0.070 7 0.080 5 0.131 8 0.054 7 0.183 4 0.171 8 0.137 8 0.169 2 0.125 4 0.102 5 0.151 0 0.113 1 0.111 0 0.139 7 0.137 7 0.165 0 0.123 8 0.132 5 0.126 1 0.099 2 0.118 5 0.102 7 0.153 2)T。

歸一化處理得到W′=(0.014 3 0.014 3 0.021 2 0.016 4 0.015 5 0.020 9 0.017 3 0.014 4 0.018 5 0.016 9 0.020 9 0.020 6 0.016 9 0.018 8 0.016 4 0.015 6 0.014 1 0.014 6 0.020 9 0.014 8 0.013 9 0.015 0 0.014 3 0.013 5 0.011 8 0.012 2 0.013 7 0.016 7 0.016 1 0.010 2 0.007 6 0.008 5 0.018 3 0.015 3 0.013 8 0.014 8 0.014 2 0.013 4 0.016 9 0.013 5 0.009 9 0.009 0 0.010 4 0.016 8 0.006 8 0.023 2 0.021 6 0.017 7 0.021 8 0.015 6 0.013 5 0.019 5 0.014 8 0.014 1 0.018 1 0.017 7 0.021 4 0.016 1 0.017 3 0.016 2 0.013 0 0.015 3 0.013 3 0.019 7)T。

6) 一致性檢驗

由于客觀事故的復(fù)雜性與人認識的多樣性，在判斷矩陣構(gòu)造中，不可能使判斷矩陣是完全一致性矩陣。但要求判斷矩陣須有大體上的一致性，可用λmax-n之差來度量對完全一致性的偏離。因此，引入判斷矩陣的一致性指標CI。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(11)

判斷矩陣的一致性指標CI與同階隨機一致性指標RI之比，稱為判斷矩陣的一致性比例CR。

CR=CI/RI

(12)

通常情況下，對于n≥3階的判斷矩陣，當CR≤0.1時，認為判斷矩陣的一致性可接受；當CR>0.1時，說明判斷矩陣偏離一致性程度過大，必須對判斷矩陣做適當修正，使之具有滿意的一致性為止。

由于模架工程施工安全技術(shù)指標高達64個，現(xiàn)有的平均隨機一致性指標RI(目前常適用的判斷矩陣階數(shù)只有n=30)已不滿足檢驗條件，因此，使用Matlab求解出1～75的RI[14]，其中n=64階的RI=1.717。

因此，對模架工程的施工安全技術(shù)指標的計算權(quán)重進行一致性檢驗。經(jīng)計算得：CI=(λmax-64)/63=0.005，CR=CI/RI=0.002 9<0.1，說明判斷矩陣具有滿意的一致性[15]，該權(quán)重分配是合理的。

3.3 權(quán)重等級劃分

現(xiàn)有指標劃分方法及特點見表6。

從表6可知，現(xiàn)有指標等級劃分方法在模架工程權(quán)重等價劃分均具有一定的不適用性。為使模架工程施工安全技術(shù)指標等級劃分結(jié)果更加具有科學性和實用性，以安全技術(shù)指標的權(quán)重平均值為基準，劃定相應(yīng)等級的權(quán)重區(qū)間，從而實現(xiàn)施工安全技術(shù)指標的等級劃分。針對模架工程的施工安全技術(shù)指標權(quán)重進行等級劃分，并與目前常用的2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標準差劃分方法的劃分結(jié)要進行對比分析，具體劃分依據(jù)見表7，劃分結(jié)果見表8。

由表8可知，針對模架工程安全技術(shù)指標體系中的64個安全技術(shù)指標，其中38個安全技術(shù)指標在現(xiàn)有規(guī)范中規(guī)定了相應(yīng)的重要性程度等級，將其分別與課題組提出的權(quán)重等級劃分方法、2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標準差劃分法等3種權(quán)重等級劃分法的劃分結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)這3種權(quán)重等級劃分結(jié)果與現(xiàn)有規(guī)范中權(quán)重等級吻合率分別為32%、21%、26%，本文提出的方法吻合率相對高一些。

表6 現(xiàn)有指標劃分方法及特點

表7 權(quán)重等級劃分

表8 模架工程安全技術(shù)指標等級劃分及比對

表8(續(xù))

表8(續(xù))

同時，2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標準差劃分方法的劃分結(jié)果與課題組提出的權(quán)重等級劃分方法結(jié)果的吻合率分別為86%和61%。其中共同存在差異的是R9、W24、G3和G10等4個指標，這4個指標本文權(quán)重等級劃分的結(jié)果為“Ⅰ”等級指標，除W24外的3個指標和現(xiàn)有規(guī)范等級相同，而其他2種方法的劃分結(jié)果均為“Ⅱ”等級指標，再次說明了本文提出的權(quán)重等級劃分方法的合理性。

因此，基于三角模糊數(shù)的層次分析法對安全技術(shù)指標進行等級劃分，可避免傳統(tǒng)劃分方法中的主觀因素影響，具有一定的合理性和適用性，同時該指標體系的建立有利于安全管理人員在施工過程中有效開展事故預(yù)防和管理工作，在施工中及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免安全事故發(fā)生。

4 結(jié)論

本文基于德爾菲法和三角模糊數(shù)的層次分析法，針對模架工程開展了施工安全技術(shù)指標體系的構(gòu)建及指標等級劃分研究，得出以下結(jié)論：

1) 通過對典型施工安全事故分析及安全規(guī)范調(diào)研分析，篩選出了64個模架工程安全技術(shù)指標，通過層次分析法，構(gòu)建了基于“人-物-環(huán)-管”等多因素耦合的、定性與定量指標相結(jié)合的模架工程施工安全技術(shù)指標體系。

2) 基于三角模糊數(shù)的層次分析法，提出了各個安全技術(shù)指標的重要性權(quán)重值，并將其劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級，通過與現(xiàn)有規(guī)范中安全技術(shù)指標權(quán)重級別及現(xiàn)有目前常用的指標權(quán)重等價劃分方法對比分析，驗證了其合理性與適用性。

3) 模架工程施工安全技術(shù)指標體系有利于安全管理人員在施工過程中有效開展事故預(yù)防和管理工作，在施工中及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免安全事故發(fā)生。