張杰輝 魏 煒 陳 珂 張 新 李坤倫

(1．福建工程學(xué)院管理學(xué)院，福建 福州 350118；2.華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.福建省茂宏建設(shè)工程有限公司，福建 福州 350028；4.福建閩清一建建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 福州 350001)

1 概述

裝配式構(gòu)件基本上是在裝配式構(gòu)件工廠中生產(chǎn)制作完成，然后通過不同的運輸方式運到施工現(xiàn)場，根據(jù)需求進行吊裝作業(yè)，這不僅改善了傳統(tǒng)施工現(xiàn)場的雜亂，同時也增加了吊裝作業(yè)的次數(shù)。此外，由于裝配式建筑吊裝構(gòu)件質(zhì)體都較大，且形狀不規(guī)則，裝配式建筑吊裝安全風(fēng)險管理已成為現(xiàn)場施工管理的研究熱點。

目前，國外對裝配式建筑的研究主要涉及建筑的防火性[1]和抗震[2]，我國則主要集中在成本、進度、質(zhì)量三個方面，對施工安全方面的研究較少，現(xiàn)有的安全研究重心是施工過程安全指標體系的建立和評價。常春光等基于BDD結(jié)構(gòu)計算安全風(fēng)險事故率和基本事件重要性，實現(xiàn)了裝配式建筑施工過程安全風(fēng)險的定性和定量分析。陳偉等應(yīng)用層次分析法(AHP)和灰色聚類評價法，構(gòu)建了裝配施工安全評價指標體系，對指標進行排序，并根據(jù)不同的安全風(fēng)險采取對應(yīng)的措施來降低安全事故發(fā)生概率。黃桂林等結(jié)合裝配式建筑施工過程安全風(fēng)險因素，構(gòu)建了裝配式建筑施工過程的安全風(fēng)險指標體系并結(jié)合實際案例，客觀評價安全風(fēng)險狀況，診斷安全隱患。劉明強等采用人—機—料—法—環(huán)境5個要素確定裝配式建筑安全預(yù)警指標體系，并通過相關(guān)數(shù)據(jù)驗證模型的有效性，提高了裝配式建筑吊裝作業(yè)水平。Miao Zhen等利用BIM和RFID方法對裝配式建筑的施工、人身安全、基礎(chǔ)施工安全、臨時支撐布置和吊裝安全進行管理。潘丹等根據(jù)施工情況，綜合運用根理論、熵權(quán)法和結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建了安全性能評價指標體系，在實際工程的安全性能評價中運用此模型，驗證了模型的可靠性。

在我國現(xiàn)有的裝配式建筑施工安全指標體系研究中，吊裝安全只是評價指標體系的一部分，對其本身沒有進一步研究。然而，吊裝事故是裝配式施工現(xiàn)場較為嚴重、難以控制的危險源之一。造成事故的原因有很多，有必要深入研究。

綜上所述，學(xué)者從影響裝配式建筑的安全事故、安全預(yù)警等方面對裝配式建筑安全進行了研究，而有關(guān)裝配式建筑施工吊裝作業(yè)階段的安全風(fēng)險的評價研究較少。因此，本文應(yīng)用G1-CRITIC-FCE法，對裝配式建筑吊裝作業(yè)階段的安全風(fēng)險進行綜合評價，并針對吊裝作業(yè)主要的安全風(fēng)險提出應(yīng)對策略，為吊裝作業(yè)施工人員及施工企業(yè)提供參考，有效降低吊裝安全事故的發(fā)生率。

2 評價指標體系的構(gòu)建

影響裝配式建筑吊裝作業(yè)安全的風(fēng)險因素包括很多方面，本文根據(jù)裝配式建筑吊裝作業(yè)的特殊性，采用文獻研究法初步構(gòu)建指標體系，在相關(guān)研究成果[3-13]與2018—2021年全國建筑施工安全事故統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家意見及自身的裝配式建筑工程實踐經(jīng)驗，以及JGJ 59—2011、GB/T13861—2022等國家技術(shù)標準，評估指標體系的建立流程過程如圖1所示，根據(jù)流程圖建立裝配式建筑吊裝作業(yè)施工階段的安全風(fēng)險評價指標體系，將影響因素概括為人員因素(P)、機械技術(shù)因素(T)、環(huán)境因素(E)、管理因素(M)四大因素,并細分為若干安全風(fēng)險因素作為二級指標，如表1所示。

圖1 評估指標體系建立流程

表1 裝配式建筑吊裝作業(yè)安全影響因素

續(xù)表

3 基本理論及方法

確定指標權(quán)重是風(fēng)險評價過程中一項重要的工作，確定指標權(quán)重的方法主要有主觀、客觀及組合賦權(quán)法。本文充分考慮主客觀因素，采用G1法與CRITIC法進行組合賦權(quán)。與其他方法相比，計算過程既能考慮到專家根據(jù)工程經(jīng)驗及結(jié)合工程實際情況賦予的權(quán)重，又能不失客觀性，結(jié)果直觀易理解，適用范圍廣。

3.1 G1法

G1法由我國學(xué)者郭亞軍最早提出，是一種對層次分析法(AHP)的缺陷進行改良的一種新的主觀權(quán)重賦值法，G1法能很好地避免AHP法中一致性檢驗難以通過的問題，也避免了其中大量的計算。

3.1.1 序關(guān)系

3.1.2 計算指標的相關(guān)重要程度

(1)

Wn代表序關(guān)系排序中第n個指標的權(quán)重。

表2 指標重要性評分量表

3.1.3 確定單個指標權(quán)重

根據(jù)以上步驟，按專家給出的序關(guān)系分別計算出第一層的指標及第二層的指標，并確定各個指標層下的各個指標的權(quán)重。根據(jù)相關(guān)重要程度，計算得出單個指標權(quán)重系數(shù)：

ωn-1=Rnωn

(2)

3.1.4 確定群決策權(quán)重

(3)

3.2 CRITIC法

CRITIC客觀賦權(quán)法是依據(jù)指標層間相關(guān)性的重要性準則來計算權(quán)重的一種客觀賦權(quán)法。CRITIC 法適用于有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)，相較于熵權(quán)法、變異系數(shù)法等傳統(tǒng)的客觀賦權(quán)法，其不僅能夠表征指標變量自身的離散程度，且可以衡量指標間的沖突性，使計算結(jié)果更加合理，具體步驟為：

①數(shù)據(jù)歸一化處理，為了便于數(shù)據(jù)處理分析，將負向風(fēng)險指標，如超負荷吊裝等進行正向化處理：

(4)

②計算對比強度：

(5)

③計算沖突性指標。第j個指標和第i個指標之間的相關(guān)系數(shù)：

(6)

(7)

④計算指標信息量，各個指標的客觀權(quán)重是以對比強度和沖突性來綜合衡量的。設(shè)Di表示第i個評價指標所包含的信息量，則Di表示為：

(8)

⑤計算指標權(quán)重，即：

(9)

式(9)中，ωbi是指標i的客觀權(quán)重。

主觀權(quán)重法能夠考慮決策者的工程經(jīng)驗，從而靈活多變地調(diào)節(jié)指標主觀權(quán)重；客觀權(quán)重法充分挖掘指標數(shù)據(jù)的信息量，具備較強的理論依據(jù)。為了避免過強的主觀性評價或脫離工程實際的情況出現(xiàn)，采用了兼顧兩者優(yōu)勢的平均權(quán)重法確定主客觀占比，體現(xiàn)了評價的科學(xué)性和合理性，因此各項指標的組合權(quán)重為：

(10)

3.3 模糊綜合評價(FCE)模型

模糊綜合評價法(FCE)是一種根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法。FCE法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中所提出的隸屬度理論，將各個指標的定性評價轉(zhuǎn)變?yōu)槟苡蓴?shù)據(jù)直觀展現(xiàn)的定量評價。在裝配式建筑吊裝作業(yè)施工過程中，各安全隱患的排查和安全風(fēng)險評價是一個系統(tǒng)問題，評價過程中會出現(xiàn)許多由主觀意識主導(dǎo)的問題，這些問題往往具有不確定性與難以量化進而難以評價等特征，模糊綜合評價采用了模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度最大原則能直觀且方便地解決問題。

3.3.1 建立評價指標集

根據(jù)裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險建立評價指標集，確定評價因素集。每個第一層評價指標下有多個不同的次級評價指標，假設(shè)第一層評價指標的集合為B={B1,…,Bn},Bi表示第一層評價指標中的第i個(1≤i≤n)指標，設(shè)某個第一層評價指標下的次級評價指標的集合為Ci={Ci1,Ci2…,Cij…，Cin}，j=1，2，…，n，Cij表示指標Bi下的第j個二級指標，n為相應(yīng)的二級指標個數(shù)。

3.3.2 構(gòu)建評價集

根據(jù)裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險評價指標體系，確定評價因素集Y=(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5),結(jié)合裝配式建筑施工吊裝作業(yè)階段的綜合安全風(fēng)險情況，將風(fēng)險程度劃為五個等級，依次為“低風(fēng)險級”“較低風(fēng)險級”“一般風(fēng)險級”“較高風(fēng)險級”“高風(fēng)險級”。通過FCE隸屬度量化，如表3所示。

表3 吊裝作業(yè)風(fēng)險評語集

3.3.3 隸屬度

由于裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險的指標難以量化，所以需要采用模糊法來確定隸屬度：采取裝配式建筑安全領(lǐng)域?qū)＜沂孪冉o定的評語集對各評價指標進行精準分級，依次統(tǒng)計各個評價指標在各個評級中的頻數(shù)，如指標μij在評價等級Y1的頻率數(shù)為Zij1，則該評價指標μij對該評價等級Y1的模糊隸屬度為Zij1與邀請評價的專家總數(shù)N的比值：

rij1=Zij1/N

(11)

經(jīng)過計算可得到該指標層的模糊評價矩陣：

對該模糊評價矩陣進行向量歸一化處理。計算公式如下：

(12)

將計算得出數(shù)據(jù)根據(jù)公式進行處理，能得到矩陣R。

根據(jù)G1-CRITIC法計算出的綜合權(quán)重，分別構(gòu)建各評價指標的權(quán)重集。

一級權(quán)重指標指定為ωB,所以

ωB=(ω1,ω2,…，ωi，…，ωn)

公式中，ωi是第i個第一層的評價指標的權(quán)重。

第二層的評價指標權(quán)重集為ωci,其中，ωij為第一層評價指標Bi下的第j個第二層的評價指標的權(quán)重。

ωci=(ωi1，ωi2，…，ωij，…，ωin)

3.3.4 模糊綜合性評價

對所有的Bi進行單個因素的模糊綜合評價，對應(yīng)的計算公式為：

Ri=ωBi·C

(13)

組合Ri構(gòu)建隸屬度矩陣R,表示為：

進行整體的模糊綜合評價，其計算公式為：

U=ωB·R

(14)

基于G1-CRITIC-FCE法的裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險綜合評價流程圖如圖2所示。

圖2 裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險評價流程圖

4 案例分析

4.1 工程概況

項目名稱為“中國鐵建·海語印象”，上部結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制率為20%。本項目1～12#樓、P-3#樓、P-4#樓及Y-1#樓采用裝配式建造，總裝配面積為133481.8m2，預(yù)制混凝土總用量為10395.26m3。

4.2 裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險評價

①運用G1法和CRITIC分別計算，最后用式(10)運算，可得每個指標層中的評價指標的權(quán)重，如表4所示。

表4 各級指標權(quán)重列表

②構(gòu)建評價指標集

B=(P,T,E,M)

P=(P11,P12,P13,P14,P15,P16,P17)

T=(T11,T12,T13,T14,T15,T16,T17)

E=(E11,E12,E13,E14,E15,E16)

M=(M11,M12,M13,M14,M15,M16,M17)

③構(gòu)建風(fēng)險程度評價集

本文將風(fēng)險等級劃分為5級，分別為“低風(fēng)險級、較低風(fēng)險級、一般風(fēng)險級、較高風(fēng)險級、高風(fēng)險級”，并使用模糊綜合評價中的隸屬度公式進行量化，得Y={1,3,5,7,9}，如表3所示。

④構(gòu)建判斷矩陣，根據(jù)8位行業(yè)內(nèi)安全領(lǐng)域的專家的打分表(表5)，整理結(jié)果如下。

表5 裝配式建筑安全專家打分表

⑤構(gòu)建模糊關(guān)系評價矩陣，計算結(jié)果如下所示：

⑥根據(jù)式(13)計算評價結(jié)果。一級指標風(fēng)險如下所示：

RP=ωP·CP=[0.5338 0.2865 0.1567 0.0230 0.0000]

RT=ωT·CT=[0.2687 0.3892 0.2509 0.0912 0.0000]

RE=ωE·CE=[0.1070 0.2772 0.5227 0.0774 0.0157]

RM=ωM·CM=[0.1053 0.5928 0.1544 0.1475 0.0000]

根據(jù)式(14)綜合評價結(jié)果如下：

U=ωB·R=[0.3165 0.3793 0.2277 0.0741 0.0024]

根據(jù)模糊綜合評價(FCE)中的最大隸屬度原則并結(jié)合計算結(jié)果可得，該裝配式項目吊裝作業(yè)施工階段的整體安全風(fēng)險評價結(jié)果為0.3793，安全風(fēng)險為“較高風(fēng)險級”，該項目的人員因素風(fēng)險最大值為0.5338，為“高風(fēng)險級”。機械技術(shù)因素風(fēng)險最大值為0.3892，安全風(fēng)險等級為“較高風(fēng)險級”。環(huán)境因素風(fēng)險最大值為0.5227，為“一般風(fēng)險級”。管理因素風(fēng)險最大值為0.5928，為“較高風(fēng)險級”。從各因素分析該裝配式項目吊裝作業(yè)的安全風(fēng)險，風(fēng)險由高到低排序順序為：人員因素>管理因素>機械技術(shù)因素>環(huán)境因素，其中人員因素中的最高風(fēng)險項為塔吊操作人員的精神狀態(tài)和塔吊操作人員的專業(yè)操作水平。

5 結(jié)果分析

可見，此項目裝配式建筑吊裝作業(yè)安全綜合評價值為0.3793，為“較高風(fēng)險級”，雖然安全風(fēng)險評價為較高，但是人員因素中的P16=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、P17=[ 0,0.125,0.625,0.25,0 ]和機械技術(shù)因素中的T11=[ 0,0.25,0.625,0.125 ]、T14=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、T15=[ 0,0.125,0.375,0.5,0 ]、T16=[ 0,0.25,0.625,0.125,0 ]的安全風(fēng)險評價為“一般風(fēng)險級”，意味著該項目存在安全隱患，應(yīng)該進一步完善管理措施。

可見，吊裝作業(yè)人員技術(shù)水平及安全意識、吊裝的荷載等對第一層的安全風(fēng)險影響最大，因此要根據(jù)工程實際情況做好以下四個方面的安全防范工作。

5.1 人員因素

根據(jù)計算出的權(quán)重來看，影響最大的是塔吊司機的精神狀態(tài)。人的身體及精神素質(zhì)是影響人類工作、生活的重要因素。工地上的起重機每天需要爬到數(shù)百米的高度,攀爬過程中風(fēng)險重重,塔吊司機基本上要在高空作業(yè)至少8個小時甚至更長時間,在對外部環(huán)境的感知上更為敏感。長時間且高度緊張的工作狀態(tài)會給他們的生理和心理帶來雙重壓力，這將極大地影響他們的工作精度和工作效率。因此，現(xiàn)場管理人員需要為塔吊司機制定合理的時間表，以避免安全事故的發(fā)生。同時，還需要提高塔吊作業(yè)人員技術(shù)操作水平及個人安全認知，加快進行并落實企業(yè)內(nèi)部工人的專業(yè)技術(shù)技能及安全教育培訓(xùn)。

5.2 機械技術(shù)因素

從計算出的權(quán)重看，超負荷吊裝為影響安全的重要因素。影響起重機械過載作業(yè)的因素包括指揮判斷錯誤、駕駛員專業(yè)技能欠缺、重進度輕成本輕安全、技術(shù)方案不當、吊車選型不合理等。由于施工任務(wù)多，吊裝工作量大，吊裝環(huán)境比較惡劣，所以，為了降低施工成本，施工公司往往以較低的機械成本來完成較大的現(xiàn)場工作量。在一定程度上，機械設(shè)備被動超載，導(dǎo)致機械設(shè)備長期損耗，進而造成機械操作功能受損，安全性大大降低。如機器未得到及時維修，很可能造成安全隱患。機械超載是施工現(xiàn)場安全管理的重要組成部分，避免安全事故的發(fā)生，管理層應(yīng)當給予足夠重視。除此之外，還應(yīng)加大新型吊具的研發(fā)力度，創(chuàng)新吊裝工藝，如根據(jù)不同工程類型研發(fā)的專用吊架及夾具都能顯著提高吊裝作業(yè)施工現(xiàn)場的安全系數(shù)，降低安全風(fēng)險。所以，創(chuàng)新吊具和吊裝作業(yè)的工藝是降低裝配式吊裝作業(yè)施工安全風(fēng)險的重要舉措。

5.3 環(huán)境因素

對于影響施工空間作業(yè)范圍的情況，需要與其他施工工區(qū)協(xié)商并采取臨時措施。提前設(shè)置作業(yè)范圍，在解除操作之前,可以利用現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)對范圍內(nèi)的不安全隱患發(fā)出警報,以便現(xiàn)場安全管理人員進行安全管理，消除安全隱患。同時還應(yīng)注意夜間施工的可視性及施工現(xiàn)場布置的合理性，以提高安全系數(shù)。

5.4 管理因素

裝配式構(gòu)件是施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，裝配過程也是安全事故頻發(fā)的一個環(huán)節(jié)。因此，有必要加強對施工現(xiàn)場吊裝的安全管理，以滿足施工現(xiàn)場對吊裝機械的實際要求?，F(xiàn)場相關(guān)人員必須正確佩戴相應(yīng)的安全防護工具。除此之外，還要加強裝配式建筑吊裝作業(yè)時的安全監(jiān)督，管理人員應(yīng)嚴格執(zhí)行塔吊司機持證上崗和繼續(xù)教育制度，并且啟用考核獎懲機制，加強對吊裝作業(yè)人員的專業(yè)操作技術(shù)培訓(xùn)，通過模擬施工、VR、安全教育宣傳片等多種措施提高吊裝作業(yè)人員的安全意識和專業(yè)技術(shù)水平。

6 結(jié)束語

本文對裝配式建筑吊裝作業(yè)安全風(fēng)險進行了研究，采用文獻研究法、專家咨詢法對吊裝作業(yè)施工的安全風(fēng)險因素進行識別，分別確定了人員因素、機械技術(shù)因素、環(huán)境因素和管理因素下的27個主要安全風(fēng)險因素，并應(yīng)用 G1-CRITIC-FCE法對具體項目的吊裝作業(yè)階段進行安全風(fēng)險評價。本模型對具體裝配式項目吊裝作業(yè)階段的安全管理狀況進行定量評價，并通過評價結(jié)果提出相應(yīng)的整改措施。研究結(jié)果表明，該項目綜合風(fēng)險屬于較高風(fēng)險級別，針對該項目高風(fēng)險系數(shù)的指標提出了相應(yīng)管控措施，對同類型項目的安全風(fēng)險管控具有借鑒意義。