李強(qiáng)年，田嘉玉

（蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030，E-mail：tianjy0502@163.com）

建筑事故“五大傷害” 中的坍塌事故一旦發(fā)生會造成群死群傷的后果，不僅會危害人員的身體健康，還會帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，影響社會的穩(wěn)定[1]。鋁模板作為一種綠色環(huán)保的建筑材料在工程中得到了廣泛使用，具有重量輕、剛度高、循環(huán)使用次數(shù)多、施工方便安全等特點(diǎn)，但其坍塌事故近年來也常有發(fā)生。

目前，我國針對建筑工程中的坍塌事故印發(fā)了《建筑工程預(yù)防坍塌事故若干規(guī)定》，先后頒布了《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ162-2008）、《建筑施工模板和腳手架試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T414-2018）等。學(xué)術(shù)研究方面，張軍等[2]在2007 年最先用事故樹分析找出模板坍塌導(dǎo)致傷亡率高的原因及預(yù)防事故的有效途徑。徐桂花等[1]總結(jié)出我國4 種主要坍塌事故類型，并對其成因及對應(yīng)的防治措施進(jìn)行闡述。何芳東等[3]從多方面對比統(tǒng)計(jì)5 年間的模板支撐體系坍塌事故，提出了針對性預(yù)防措施。彭蔚鋒[4]對3 種危害率較高的坍塌事故危險(xiǎn)源進(jìn)行分析，通過粗糙集理論和模糊綜合評價(jià)對建筑工程中的坍塌事故危險(xiǎn)源進(jìn)行安全評價(jià)。李卉[5]基于事故致因理論，構(gòu)建了一個(gè)模板坍塌事故致因鏈，為解決現(xiàn)實(shí)問題提供了新思路。

綜上，研究內(nèi)容基本集中在模板坍塌事故影響因素識別等方面，從全生命周期的角度來進(jìn)行某類模板坍塌事故的安全評價(jià)研究較少。鑒于此，本文針對一般高層建筑工程中常見的鋁模板，結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論，從全生命周期角度建立了以事故樹與層次分析法結(jié)合確定權(quán)重、模糊綜合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)的綜合評價(jià)模型。該模型能夠針對性分析鋁模板工程，并對事故潛在致因進(jìn)行管控，以期為我國建筑工程中的鋁模板坍塌事故研究和相關(guān)管理人員提供參考。

1 研究理論和方法

1.1 全生命周期理論

模板工程在建設(shè)工程施工中具有循環(huán)、重復(fù)作業(yè)等特點(diǎn)。因此，本文將全生命周期理論運(yùn)用到對高層建筑鋁模板工程的安全評價(jià)中，有助于更全面地對其進(jìn)行系統(tǒng)性分析。從全生命周期角度出發(fā)，在前期設(shè)計(jì)時(shí)可以進(jìn)行主動(dòng)控制、在施工運(yùn)營及拆除階段可以進(jìn)行被動(dòng)控制，兩種控制相結(jié)合可以更好地防治鋁合金模板坍塌事故。

1.2 復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論

復(fù)雜系統(tǒng)指的是數(shù)量一定且內(nèi)部各要素之間存在耦合作用的系統(tǒng)，在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)其一個(gè)子系統(tǒng)在受到外力打擊或內(nèi)力作用下發(fā)生子系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象，與之進(jìn)行物質(zhì)信息交換的各子系統(tǒng)也因此崩潰，從而導(dǎo)致復(fù)雜系統(tǒng)整體崩潰，這就是“復(fù)雜系統(tǒng)的脆性”[6]。因此，將鋁模板工程和復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論相結(jié)合，分析各子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)性及在復(fù)雜系統(tǒng)中的誘發(fā)條件，可以防微杜漸、科學(xué)有效地提出措施來防止模板工程這一復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)生一系列崩潰現(xiàn)象。

1.3 事故樹分析方法

事故樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA），又稱故障樹分析，是一種圖形演繹的故障分析方法。它不僅能詳細(xì)找出系統(tǒng)各種潛在的危險(xiǎn)因素，還能簡潔形象地表示出事故和各種原因之間的因果邏輯關(guān)系。因此，本文運(yùn)用事故樹分析方法來分析高層建筑鋁模板坍塌事故和原因之間的邏輯關(guān)系，計(jì)算各因素的結(jié)構(gòu)重要度[7]。

1.4 改進(jìn)層次分析法

本文將事故樹分析方法和層次分析模型相結(jié)合，根據(jù)事故樹算出各階段每個(gè)因素結(jié)構(gòu)重要度求和，構(gòu)造判斷矩陣進(jìn)行兩兩比較，代替了專家打分環(huán)節(jié)，相對于傳統(tǒng)方法更客觀具體。

1.5 模糊綜合評價(jià)法（FCE）

模糊綜合評價(jià)法（Fuzzy Comprehensive Evaluation，F(xiàn)CE）是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價(jià)方法。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決[8]?；诖耍疚膶⒍嗉壞：C合評價(jià)法應(yīng)用于鋁模板坍塌的安全評價(jià)中。

多級模糊綜合評價(jià)的一般步驟：

2 鋁模板坍塌事故評價(jià)模型構(gòu)建

2.1 識別鋁模板坍塌事故致因因素

本文檢索了住建局、中國安全生產(chǎn)網(wǎng)等網(wǎng)站2017～2019 這3 年內(nèi)發(fā)生的鋁模板坍塌事故共60起，根據(jù)事故調(diào)查報(bào)告找出所有致因因素共40 個(gè)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的集中趨勢分析對致因因素出現(xiàn)頻數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，篩選出其中出現(xiàn)較多的22 項(xiàng)因素，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 鋁模板坍塌事故頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)圖

將鋁模板工程全生命周期劃分為5 個(gè)階段，即設(shè)計(jì)及方案編制階段、原材料采購階段、施工及管理階段、運(yùn)營維護(hù)階段及拆除階段。篩選出的22項(xiàng)致因因素根據(jù)鋁模板工程施工規(guī)范及施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行歸納整理，如表1 所示。由表1 中列舉出的致因因素，建立事故樹圖，并構(gòu)建層次分析模型[7]。

2.2 事故樹分析

以模板坍塌事故為頂事件，根據(jù)表1 歸納總結(jié)導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有底事件，按照生產(chǎn)安全事故原則，以“人的不安全行為” 和“物的不安全狀態(tài)”為基礎(chǔ)編制事故樹圖如圖2 所示。

圖2 鋁模板坍塌事故樹圖

表1 鋁模板坍塌致因因素

2.2.1 利用布爾代數(shù)運(yùn)算求最小割集

在事故樹中，把引起頂事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集。一個(gè)事故樹中的割集一般不止一個(gè)，在這些割集中，凡不包括其他割集的叫做最小割集。利用布爾代數(shù)運(yùn)算求得頂事件的最小割集如下：

化簡之后可得頂事件T有121 組割集，且這121組割集都是最小割集，說明導(dǎo)致模板坍塌事故發(fā)生的可能因素有121 種。

2.2.2 求最小徑集

最小徑集是保證頂事件不發(fā)生的充分必要條件，與最小割集具有對偶性。該模型直接用最小割集求解過于復(fù)雜，因此使用最小徑集求結(jié)構(gòu)重要度的方法，即通過邏輯門轉(zhuǎn)換將模板坍塌事故樹變?yōu)槌晒?，求出該成功樹的最小割集即原事故樹的最小徑集。利用布爾運(yùn)算求解如下：

即事故樹的最小徑集有兩組，分別為：

2.2.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度不考慮基本事件自身發(fā)生的概率，僅根據(jù)事件的結(jié)構(gòu)來分析各基本事件（底事件）對頂上事件發(fā)生所產(chǎn)生的重要程度。查閱文獻(xiàn)可知結(jié)構(gòu)重要度如下[13]：

式中，K為最小徑集總數(shù)；nj為第i個(gè)基本事件所在kj的基本事件總數(shù)。

根據(jù)最小徑集求結(jié)構(gòu)重要度可得：

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重

2.3.1 建立層次分析模型

本文基于事故樹結(jié)構(gòu)分析建立鋁模板坍塌事故的層次分析模型，該模型分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。準(zhǔn)則層從鋁模板全生命周期角度出發(fā)，通過查閱文獻(xiàn)及相關(guān)規(guī)范將其全過程分為設(shè)計(jì)及方案編制階段、原材料采購階段、施工及管理階段、運(yùn)營維護(hù)階段和拆除階段；指標(biāo)層包括22 項(xiàng)影響因素。

2.3.2 構(gòu)建判斷矩陣

傳統(tǒng)的層次分析構(gòu)造判斷矩陣時(shí)利用1～9 標(biāo)度來進(jìn)行評分，具有很強(qiáng)的主觀性；將事故樹分析方法和層次分析模型相結(jié)合，通過比較各因素的結(jié)構(gòu)重要度判斷因子來確定判斷矩陣，相對于傳統(tǒng)方法更為客觀具體[14]。

通過式（3）算出的各因素的結(jié)構(gòu)重要度，求出各個(gè)結(jié)構(gòu)重要度分母的最小公倍數(shù)L，利用下式求出各因素的判斷因子C[15]：

判斷因子即各因素相對重要程度，由于準(zhǔn)則層下有不同的指標(biāo)層，利用相應(yīng)準(zhǔn)則層下指標(biāo)層各判斷因子的和，即來進(jìn)行兩兩比較，可以構(gòu)建出準(zhǔn)則層的判斷矩陣[16]，最后運(yùn)用Matlab 軟件計(jì)算出相應(yīng)因素權(quán)重如表2 所示。

表2 準(zhǔn)則層判斷矩陣

先求出最小公倍數(shù)L=120，對于準(zhǔn)則層：

設(shè)計(jì)及方案編制階段X1：

原材料采購階段X2：

施工及管理階段X3：

運(yùn)營維護(hù)階段X4：

拆除階段X5：

根據(jù)對鋁模板坍塌事故文獻(xiàn)分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定指標(biāo)層單一權(quán)重，得出指標(biāo)層權(quán)重如表3所示。

表3 鋁模板坍塌事故評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

2.3.3 權(quán)重分析

由表3 可知，X31、X35兩項(xiàng)在指標(biāo)權(quán)重表中得分較高，分別為現(xiàn)場搭設(shè)是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范、搭設(shè)過程質(zhì)量驗(yàn)收是否完成。結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論，這兩項(xiàng)都是鋁模板工程的子系統(tǒng)，現(xiàn)場搭設(shè)不符合設(shè)計(jì)及規(guī)范和搭設(shè)過程質(zhì)量驗(yàn)收未完成這兩個(gè)子系統(tǒng)會導(dǎo)致后續(xù)施工搭設(shè)過程、使用和拆除過程中發(fā)生坍塌現(xiàn)象，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。權(quán)重較高的子系統(tǒng)若不加以控制，會導(dǎo)致其相互影響的各階段子系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤，通過一系列連鎖反應(yīng)最終導(dǎo)致鋁模板坍塌事故發(fā)生。因此，對這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制可以有針對性降低事故發(fā)生可能性。

3 案例分析

3.1 工程簡介

蘭州新區(qū)某保障房項(xiàng)目為二類居住用地，總建筑面積約48 萬m2；該項(xiàng)目由40 個(gè)建筑單體工程組成，其中包括18 棟住宅樓、11 棟帶底層商業(yè)的住宅樓、1 棟綜合服務(wù)中心、1 棟租賃式住房（框架結(jié)構(gòu)），1 棟租賃式公寓等。項(xiàng)目由某國企施工單位承建，于2019 年10 月開工，2021 年4 月完工。

3.2 模板坍塌事故安全評價(jià)

3.2.1 確定因素集U

在模板坍塌事故中，因素集就是導(dǎo)致鋁模板坍塌的各基本事件，也是表中的各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)[14]。本模型的因素集共有三級，第一級因素集為U={UX1,UX2,U X3,UX4,UX5}；第二級因素集即UX1={UX11,UX12,UX13}等。

3.2.2 確定評語集V

根據(jù)建筑施工易發(fā)事故防治安全標(biāo)準(zhǔn)[20]，本文將鋁模板坍塌事故評語集劃分為5 個(gè)等級V={安全，較安全，一般安全，較不安全，不安全}，相應(yīng)評語對應(yīng)分值如表4 所示。

表4 評語級別分布

3.2.3 確立評價(jià)樣本矩陣

擬從社會各界邀請對建筑施工過程及建筑安全生產(chǎn)事故有著深入了解的80 名工人、專家及學(xué)者來對每一個(gè)二級指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，參與評價(jià)人員基本情況如表5 所示。其中，經(jīng)過調(diào)查經(jīng)歷過安全生產(chǎn)事故的人數(shù)為55 人，占比68.75%。由此可見，調(diào)研對象具有全面性。

表5 評價(jià)人員基本情況

例RX11={0.2，0.4，0.4，0，0}為上述人員在對X11項(xiàng)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，有20%的人認(rèn)為該項(xiàng)非常安全，40%的人認(rèn)為較安全，40%的人認(rèn)為一般安全，0 人認(rèn)為其較不安全，0 人認(rèn)為其不安全。

根據(jù)上述說明，對收集到的打分原始數(shù)據(jù)所建立的樣本矩陣進(jìn)行歸一化后結(jié)果如下：

根據(jù)式（2）可得：

由上Wi=(0.1250,0.1417,0.3917,0.2417,0.1000)則二級模糊綜合評判為：

最終模糊綜合評價(jià)為C：C=B×VT=73.3988，即該項(xiàng)目鋁模板坍塌事故安全性評價(jià)得分73.3988分，安全程度為較安全。

3.3 結(jié)果分析

雖然該工程項(xiàng)目鋁模板坍塌事故整體評價(jià)為較安全，但X11、X36這兩項(xiàng)評價(jià)最終得分為66 分，安全等級為基本安全，此項(xiàng)為該工程模板安全評價(jià)中得分最低的一項(xiàng)，需要提出相應(yīng)的整改措施，具體分析如下：

（1）針對評價(jià)較低的X11項(xiàng)施工組織設(shè)計(jì)不合理，僅有16 人對其打分為安全，說明方案編制存在問題。施工組織設(shè)計(jì)可以為擬建工程做出全面合理符合安全要求的計(jì)劃安排，其重要性不言而喻。通過實(shí)地調(diào)研考察該項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)該工程延期較長，直接導(dǎo)致費(fèi)用增加、工人工資拖欠等經(jīng)濟(jì)損失，會造成影響工程質(zhì)量和進(jìn)度的嚴(yán)重后果。針對該問題進(jìn)行整改，一是制定出在各層面都能合理實(shí)施的施工組織設(shè)計(jì)，以此來規(guī)避工程中的成本損失和不必要的工期拖延；二是加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的管理與控制，避免造成材料浪費(fèi)及施工現(xiàn)場環(huán)境不良的現(xiàn)象；三是注重加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)編制人員的專業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)各部門各階段的相互交流與協(xié)作。

（2）針對評價(jià)較低的X36現(xiàn)場管理協(xié)調(diào)不力，評價(jià)得分為66 分，安全評價(jià)等級為一般安全，說明該項(xiàng)目現(xiàn)場管理存在漏洞。鋁模板工程的施工露天高空作業(yè)多，多工種聯(lián)合作業(yè)，人員流動(dòng)大，是事故隱患多發(fā)地段。加強(qiáng)建設(shè)單位現(xiàn)場管理協(xié)調(diào)能力不僅可以降低事故發(fā)生率，還可以提高工程質(zhì)量和作業(yè)效率。此外，施工現(xiàn)場溝通及時(shí)、管理到位能改善人、物、環(huán)境三方面的結(jié)合狀態(tài)，減少或消除施工現(xiàn)場的無效勞動(dòng)，降低材料的浪費(fèi)消耗，真正做到為施工企業(yè)節(jié)支增收。

4 結(jié)語

本文從全生命周期角度分析指標(biāo)，對指標(biāo)權(quán)重結(jié)合復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論進(jìn)行分析，更能精準(zhǔn)找出各指標(biāo)對每一階段乃至整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，對未來安全事故的評價(jià)研究提供參考。并且，在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)采取事故樹與層次分析相結(jié)合的方法，使得權(quán)重結(jié)果更客觀。但是，本文僅統(tǒng)計(jì)了近3 年內(nèi)鋁模板坍塌事故致因因素，數(shù)據(jù)樣本量過少，精準(zhǔn)性不高，未來需統(tǒng)計(jì)更多數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，深入挖掘模板坍塌的致因因素。在現(xiàn)場施工方面，利用智慧工地大數(shù)據(jù)平臺和智慧工地全景監(jiān)控系統(tǒng)等智能管理平臺，結(jié)合BIM、GIS 等技術(shù)，可以共享及備份數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)全天候現(xiàn)場監(jiān)控，更精確地識別各部位安全隱患并加以控制；人員方面，對每個(gè)作業(yè)人員進(jìn)行AI 模擬施工現(xiàn)場培訓(xùn)，設(shè)定培訓(xùn)合格標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格執(zhí)行合格上崗制度，以期為安全管理提供參考。