姚建石，喬勝利，劉文彬，張建全，唐 超

(1.北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京 100101； 2.華設(shè)設(shè)計集團北京民航設(shè)計研究院有限公司，北京 101312； 3.北京城建勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，北京 100101； 4.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京 100101)

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)用地急速減少，超高層建筑越來越多。超高層建筑具有施工難度大、周期長、工藝復(fù)雜、施工風(fēng)險高、交叉作業(yè)多、投資成本高等特點，一旦發(fā)生施工事故，將會造成巨大損失。因此，做好施工風(fēng)險管控，對超高層建筑領(lǐng)域的發(fā)展將起到至關(guān)重要的作用。

近年來，方東平等[1-2]基于可靠度理論構(gòu)建了超高層施工事故風(fēng)險荷載與風(fēng)險抗力指標體系，建立了施工事故風(fēng)險定量評估方法。彭鵬等[3]通過實地調(diào)研和專家打分，系統(tǒng)地識別超高層建筑施工過程中的重點風(fēng)險源及引發(fā)風(fēng)險事故的主要因素和應(yīng)對措施。付蔓等[4]以泵送混凝土施工為對象，基于博弈論對評價體系中的指標進行組合賦權(quán)，用聯(lián)系度和廣義最大集對勢，對施工安全風(fēng)險進行登記評價，分析關(guān)鍵因素。李曉聰[5]建立了施工風(fēng)險定量評價和模糊綜合評價模型，采用LEC法或評分法確定風(fēng)險評價對象的風(fēng)險等級，從而得到整個項目的綜合風(fēng)險水平。沈陽等[6]按一般狀態(tài)與極限狀態(tài)對系統(tǒng)的失效可能性進行研究,以整體鋼平臺裝備的承力構(gòu)件為關(guān)鍵風(fēng)險環(huán)節(jié),提出一種超高層建筑施工風(fēng)險預(yù)警指標體系與方法。當(dāng)前針對超高層建筑施工風(fēng)險的研究已建立了多種重點風(fēng)險源的識別和評價方法，缺少對超高層建筑項目全過程風(fēng)險源的識別與標準化評估方法和應(yīng)用系統(tǒng)。

本文結(jié)合“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題“超高層建筑施工事故風(fēng)險源及其評估方法與技術(shù)”的理論成果[2]，擬融合BIM技術(shù)開發(fā)超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)，并采用系統(tǒng)對某超高層建筑深基坑施工階段進行風(fēng)險評估，驗證評估系統(tǒng)的可行性和有效性，以改進特定項目安全風(fēng)險管理水平，為超高層建筑施工過程中的管理提供有力保障。

1 超高層建筑施工事故風(fēng)險評估方法

根據(jù)課題組的理論成果[2]，將風(fēng)險源劃分為：塔式起重機[7]、施工平臺[8]、施工升降機[9]、混凝土泵送[10]、主體結(jié)構(gòu)施工、幕墻[11]、深基坑[12]、臨時支撐、臨邊防護及消防十大類風(fēng)險源。同時，針對各類風(fēng)險源，已構(gòu)建了超高層施工事故風(fēng)險評估方法。

該方法的基本思路是結(jié)合風(fēng)險荷載與風(fēng)險抗力的概念(風(fēng)險荷載是指導(dǎo)致風(fēng)險發(fā)生的最直接事件，風(fēng)險抗力是指為防止風(fēng)險荷載發(fā)生而采取的措施[13-14])，采用風(fēng)險抗力來修正風(fēng)險荷載，降低特定項目風(fēng)險荷載的發(fā)生概率，并結(jié)合事故風(fēng)險后果評價確定特定項目的事故風(fēng)險水平。具體形成了超高層建筑施工風(fēng)險荷載與風(fēng)險抗力清單、測度指標及量化表達方法、風(fēng)險抗力修正方法,以及經(jīng)抗力修正特定超高層建筑施工事故風(fēng)險事故后果評價方法。具體評估方法如圖1所示。

2 超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)對超高層建筑施工事故的定量及動態(tài)評估，以超高層建筑施工風(fēng)險指標體系為基礎(chǔ)(課題研究成果)，以專家打分、模糊理論及數(shù)理統(tǒng)計等為手段，以安全、高效、穩(wěn)定、易擴展為目標，遵循可靠性、集成性、先進性、開放性、實用性及標準化為原則，研發(fā)了超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)。

該系統(tǒng)設(shè)計使用MVC(模式-視圖-控制器)設(shè)計模式進行開發(fā)，由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層及應(yīng)用推廣層構(gòu)成，用戶不直接讀取數(shù)據(jù)庫，而是通過控制器與業(yè)務(wù)邏輯層交互，業(yè)務(wù)邏輯層再與數(shù)據(jù)庫進行通信。

數(shù)據(jù)層采用JDBC引擎技術(shù)設(shè)計，并使用DAO設(shè)計模式實現(xiàn)，DAO負責(zé)與數(shù)據(jù)庫進行交互，封裝了數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等原子操作，負責(zé)存放數(shù)據(jù)庫操作接口類以及數(shù)據(jù)庫操作接口類的實現(xiàn)類，實現(xiàn)了用來操作數(shù)據(jù)庫的訪問機制，降低了應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)源的耦合性，為業(yè)務(wù)邏輯層提供所需要的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層使用Spring框架技術(shù)，采用MVC設(shè)計模式，該層除了接受表現(xiàn)層的請求，還需要處理具體的業(yè)務(wù)邏輯，這些邏輯均和能解決具體問題的業(yè)務(wù)流程模塊一一對應(yīng)。

表現(xiàn)層使用HTML或JSP頁面建立，主要負責(zé)從客戶端接收請求，并把處理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給客戶，為用戶提供一種交互操作的界面。

應(yīng)用推廣層為為工程參建各方提供的終端APP，通過DWR調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯組件，并使用DOM操作將業(yè)務(wù)邏輯組件的執(zhí)行結(jié)果動態(tài)顯示在頁面中。其架構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖2 評估系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

圖3 評估系統(tǒng)界面

2.2 系統(tǒng)主要功能分析

本評估系統(tǒng)主要有項目類比、風(fēng)險分析、風(fēng)險評估、BIM展示及數(shù)據(jù)分析功能。

1)項目類比功能 對于新建超高層建筑項目的風(fēng)險評估，可借助已有工程案例，為新建項目的風(fēng)險評估提供數(shù)據(jù)和模型支撐。

2)風(fēng)險分析功能 可以對特定超高層項目的風(fēng)險源、風(fēng)險荷載及風(fēng)險抗力等風(fēng)險指標體系進行分析，進而建立特定項目的風(fēng)險評估模型。

3)風(fēng)險評估功能 內(nèi)置十大風(fēng)險源清單明細、風(fēng)險荷載及風(fēng)險抗力指標、故障樹等條文，為特定超高層建筑項目各參與方提供基于B/S架構(gòu)界面的工程施工風(fēng)險評估輔助系統(tǒng)。依據(jù)可靠度理論，實現(xiàn)了風(fēng)險荷載與風(fēng)險抗力耦合作用下的定量評估。

4)BIM展示功能 可以在特定超高層建筑模型完成的基礎(chǔ)之上，錄入相關(guān)的風(fēng)險數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)BIM模型與風(fēng)險評估系統(tǒng)的結(jié)合。通過模擬超高層建筑的各個施工階段，即可系統(tǒng)識別和檢索風(fēng)險源構(gòu)件及各個施工階段的風(fēng)險源表現(xiàn)情況，實現(xiàn)了在空間和時間維度上定位風(fēng)險源。

5)數(shù)據(jù)分析功能 可將現(xiàn)場感應(yīng)設(shè)備所搜集的信息數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)匯總到系統(tǒng)中，并存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，通過分析超高層建筑各個施工階段的信息數(shù)據(jù)，實時更新風(fēng)險評估模型，進而實現(xiàn)了風(fēng)險的即時評估。

2.3 系統(tǒng)價值分析

針對超高層建筑施工過程的事故風(fēng)險源，該評估系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)分析與系統(tǒng)分類，基于可靠度理論建立超高層建筑施工事故十大風(fēng)險源的風(fēng)險荷載與風(fēng)險抗力體系指標及定量測度方法，結(jié)合BIM技術(shù)，建立超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)，實現(xiàn)超高層建筑施工重大風(fēng)險源的動態(tài)仿真。

通過該評估系統(tǒng)，可實現(xiàn)超高層建筑施工事故風(fēng)險評估的定量化，進而根據(jù)風(fēng)險源的風(fēng)險等級，劃分風(fēng)險等級，定向采取抗力措施，為超高層建筑施工安全管理決策提供有力支持，提高施工安全管理水平，降低事故發(fā)生率、縮短工期、節(jié)約成本。

3 案例分析

針對超高層建筑施工過程中的十大風(fēng)險源，該超高層建筑風(fēng)險評估系統(tǒng)已初步建立其對應(yīng)的評估模型，只需輸入特定項目風(fēng)險抗力現(xiàn)場實施情況，便可得出風(fēng)險評估結(jié)果及其對應(yīng)的風(fēng)險等級，進而可采取針對性的抗力措施降低風(fēng)險。本文采用某超高層建筑的塔式起重機進行案例分析。

根據(jù)評估系統(tǒng)風(fēng)險分析得到的塔式起重機風(fēng)險源、風(fēng)險源明細及風(fēng)險荷載之間的邏輯關(guān)系(見圖4)；針對評估系統(tǒng)內(nèi)嵌的塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌事故的風(fēng)險抗力措施，現(xiàn)場實際實施情況如表1所示。

表1 某項目風(fēng)險抗力實施情況(塔式起重機)

圖4 塔式起重機故障樹

將現(xiàn)場抗力的實施得分情況(表1項目現(xiàn)場得分)錄入系統(tǒng)，再根據(jù)故障樹的邏輯關(guān)系及系統(tǒng)內(nèi)嵌風(fēng)險評估模型，即可得到塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌事故的概率，如表2所示。

表2 風(fēng)險源發(fā)生風(fēng)險概率(塔式起重機)

根據(jù)得到的風(fēng)險源發(fā)生風(fēng)險的概率，只需再得到事故發(fā)生后的后果(即事故嚴重性)，便可得到風(fēng)險評估值，最后根據(jù)風(fēng)險評估值確定風(fēng)險等級，風(fēng)險事故的評分標準及塔式起重機發(fā)生傾斜或坍塌后果的專家打分情況分別如表3和表4所示。

表3 風(fēng)險事故后果評分標準[7]

表4 風(fēng)險事故后果(塔式起重機)

根據(jù)表2得到的塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌的概率以及表4得到的塔式起重機發(fā)生風(fēng)險后的事故后果，便可得到塔式起重機風(fēng)險源發(fā)生事故的風(fēng)險評估值，如表5所示。

表5 風(fēng)險評估值(塔式起重機)

通過以上案例分析，驗證了該評估系統(tǒng)可實現(xiàn)超高層建筑施工過程風(fēng)險源的定量化評估。同樣的，在項目開展之前，也可采用該系統(tǒng)對項目各階段的風(fēng)險源進行預(yù)評估，對風(fēng)險較高的施工階段提前制定防控措施，以保障項目建設(shè)的安全。

評估系統(tǒng)得到的風(fēng)險評估值包括人員傷亡、財產(chǎn)損失及工期拖延三項，最終根據(jù)三者中的最大值來劃分風(fēng)險等級。由表5可知塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險評估值為1.3×10-1，根據(jù)風(fēng)險等級劃分[1]，該項目塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險為重大風(fēng)險，一旦發(fā)生將會產(chǎn)生較大的經(jīng)濟或社會影響，因此，需對現(xiàn)場進行立即整改，整改后，各抗力措施得分不小于4分(詳見表1整改后得分)，根據(jù)整改情況再次進行評估，其風(fēng)險事故發(fā)生概率見表2(整改后事故發(fā)生概率)，風(fēng)險事故后果仍為表3所列得分，其風(fēng)險評估值見表5(整改后風(fēng)險評估值)，取三者中的最大值即為現(xiàn)場整改后基坑發(fā)生風(fēng)險的評估值，其值由原來的1.3×10-1降為6.0×10-2，其風(fēng)險等級也降為中等風(fēng)險，一旦發(fā)生會造成一定的經(jīng)濟或社會影響，但影響面積和影響程度不大，塔式起重機發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險相較之前降低。

4 結(jié)語

基于超高層建筑施工風(fēng)險評估方法，開發(fā)了超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了超高層建筑施工事故風(fēng)險的定量化、動態(tài)化即時評估。

1)超高層建筑施工事故風(fēng)險評估系統(tǒng)可實現(xiàn)風(fēng)險評估的定量化及動態(tài)化。針對超高層建筑施工的十大風(fēng)險源，系統(tǒng)內(nèi)部已初步建立了風(fēng)險評估模型，只需將特定項目的現(xiàn)場抗力實施情況錄入系統(tǒng)，便可進行風(fēng)險評估，操作簡單，便于參建各方技術(shù)管理人員使用。

2)通過對某超高層建筑塔式起重機施工的風(fēng)險評估，驗證了該評估系統(tǒng)的可行性，對超高層建筑施工過程中的風(fēng)險控制具有一定的實用價值。

3)本文的研究成果，為超高層建筑施工風(fēng)險的定量、動態(tài)評估提供了一種途徑，可為超高層建筑施工事故風(fēng)險管理與控制提供參考和借鑒。