彭 來，崔 玉，李程程，李博勤

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學院，廣西 南寧 530023)

0 引言

近年來，隨著信息化理念不斷普及和深入，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)各領(lǐng)域中的應用受到眾多學者專家的普遍關(guān)注，其三維可視化、信息全面性和模擬優(yōu)化性等特性得到業(yè)內(nèi)人士的一致認可。隨著建筑規(guī)模不斷擴大，施工技術(shù)變得復雜，工程施工難度也隨之增加，施工安全問題日益凸顯，高空墜物(人)，物體打擊、結(jié)構(gòu)坍塌等事故時常發(fā)生。為減少安全事故的發(fā)生，眾多專家學者陸續(xù)開展BIM技術(shù)應用于施工安全的相關(guān)研究，殷瑤[1]考慮施工過程中員工安全教育、施工場地布置、風險監(jiān)控與預警和安全應急管理，構(gòu)建基于BIM技術(shù)的建筑施工安全管理系統(tǒng)；王婷[2]研究基于BIM技術(shù)模板支撐體系坍塌事故及高處墜落事故的安全預警與管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測與預警；裴巧玲等[3]研究創(chuàng)建基于BIM的深基坑風險預警模型，辨析隱含的風險信息,預判可能發(fā)生的風險并制訂預防方案；劉芳等[4-5]研究基于Revit軟件二次開發(fā)，研制面向施工現(xiàn)場危險源安全管理插件，對施工現(xiàn)場的機械設(shè)備、危險物品和安全標識等方面實施信息化管理，并創(chuàng)新提出基于BIM技術(shù)施工安全檢查新模式，在實踐使用中取得良好應用效果；筆者團隊[6]結(jié)合BIM技術(shù)特點和工程實踐應用，提出基于BIM技術(shù)的橋梁施工安全監(jiān)理策略，有效提升安全監(jiān)理信息化管理水平。

施工安全的BIM應用在一定程度上有利于指導施工安全管理，促進安全管理信息化水平的有效提升[7]，但其應用效果評價目前還未有定性和定量探討。本文研究建筑施工安全BIM應用效果評價，圍繞施工安全管理組織保障、BIM建模質(zhì)量、施工安全BIM應用和BIM安全教育與培訓4個維度構(gòu)建工程施工安全BIM應用評價指標體系，采用模糊層次分析法綜合評價其應用效果，結(jié)合實際工程案例應用研究成果。結(jié)果表明，其操作簡單，評價客觀，具有良好的應用效果和推廣價值，可為信息技術(shù)背景下施工安全綜合評價提供方法參考和借鑒。

1 模糊層次分析法(FAHP)理論

模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，簡稱FAHP)是由美國運籌學T.L.Saaty教授于20世紀70年代提出的，是一種定性與定量結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。該方法有效地將層次分析法和模糊綜合評價法有機結(jié)合[8]，并將人的主觀判斷過程數(shù)字化、程序化，具有系統(tǒng)、靈活、簡潔等優(yōu)點，有利于決策者做出有效決策，同時還可以有效解決指標過于復雜而導致思維一致性難以保證的問題，用模糊數(shù)(Fuzzy Number)衡量元素之間的關(guān)系，能較好地保證評價結(jié)果的準確性和客觀性。

2 分析步驟

FAHP模糊層次分析法的本質(zhì)就是把問題按層次分解多種要素，構(gòu)成一個自下而上的層次遞階結(jié)構(gòu)模型，然后定量分析各要素之間的重要度并優(yōu)先排序，最后做出評價，其具體實施步驟如下[9]：

第一步：建立多層次遞階結(jié)構(gòu)模型。深入研究問題，提煉問題內(nèi)部存在各種要素，系統(tǒng)分析各種要素之間存在的因果關(guān)系，并圍繞這些要素，建立多層次遞階結(jié)構(gòu)模型。

第二步：構(gòu)建模糊判斷矩陣。兩兩比較上述分析出的各要素，根據(jù)標準評定尺度，確定其相對重要程度，構(gòu)建模糊判斷矩陣，并判斷是否通過一致性檢驗。

第三步：計算相對重要度。計算矩陣特征權(quán)向量，確定評價等級集合，計算各要素的相對重要度。

第四步：綜合考慮評價意見。計算各要素隸屬度，對所得結(jié)果進行分析和優(yōu)先排序，按最大隸屬度原則得出綜合評價結(jié)論。

3 工程概況

本研究案例選址為某市軌道交通X號線終點站，為地下兩層明挖島式站臺車站，內(nèi)設(shè)2組風亭、3個出入口和1組冷卻塔。車站總長594.235 m，標準段總寬19.2 m，主體基坑深約18.2～20.7 m；車站頂板覆土厚約2.8 m，局部7～8 m；建筑面積近24 000 m2，土建造價約為3.1億元，BIM模型如圖1所示。本項目積極采用BIM技術(shù)服務(wù)施工管理，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)工程施工可視化，有效促進項目質(zhì)量、安全、進度、商務(wù)與資源等領(lǐng)域的信息化管理，提升施工管理效益。該項目積極采取校企合作方式，組建學生BIM團隊，創(chuàng)建BIM模型，完成三維場布、漫游模擬和管綜碰撞檢查等基礎(chǔ)應用，結(jié)合項目需求穩(wěn)步推進BIM深度應用，為項目實施信息化管理提供技術(shù)支持；同時積極協(xié)助開展三維安全交底、BIM技術(shù)培訓等活動，有效促進工程建設(shè)的穩(wěn)步推進。

圖1 某地鐵車站BIM模型東北向鳥瞰圖

4 基于FAHP的施工安全BIM應用效果評價模型

4.1 建立評價體系的遞階層次結(jié)構(gòu)

建立3層16個指標的評價指標體系，分別是目標層(總指標)、準則層(一級指標)、方案層(二級指標)，具體如表1所示。得出評價指標集合如下：

Xi=[X1i,X2i,X3i,X4i]

式中：X1i——施工安全管理組織保障；

X2i——BIM建模質(zhì)量；

X3i——施工安全BIM應用；

X4i——BIM安全教育與培訓。

二級指標構(gòu)成的隸屬度矩陣：

X1i=[X11,X12,X13,X14]

式中：X11——安全管理制度；

X12——安全文件管理；

X13——安全設(shè)備管理；

X14——人才隊伍建設(shè)。

X2i=[X21,X22,X23,X24]

式中：X21——BIM模型構(gòu)件完整性；

X22——BIM安全信息全面性；

X23——BIM模型數(shù)據(jù)維護與更新；

X24——BIM模型與現(xiàn)場的吻合度。

X3i=[X31,X32,X33,X34,X35]

式中：X31——三維場布；

X32——漫游模擬；

X33——碰撞檢查；

X34——疏散模擬；

X35——應急預案。

X4i=[X41,X42,X43]

式中：X41——BIM安全教育；

X42——BIM安全交底；

X43——BIM技能培訓。

表1 工程施工安全BIM應用效果評價指標體系表

4.2 構(gòu)造比較判斷矩陣和一致性檢驗

分析準則層對目標層的影響，圍繞兩者之間相對重要程度(見表2)，采用德爾菲法，邀請經(jīng)驗豐富的專家學者給出判斷矩陣，對準則層中的4個一級指標，即施工安全管理組織保障、施工安全BIM建模質(zhì)量、施工安全BIM應用和施工安全BIM教育與培訓的內(nèi)容進行評判，可近似得到以下一級指標系數(shù)矩陣X：

表2 相對重要程度Xij取值情況表

通過Matlab軟件求一級指標系數(shù)矩陣X的最大特征值λ=4.021 1，對該矩陣進行一致性檢驗，采用T.L.Saaty一致性指標CI=(λ-n)/(n-1)=0.007 0，其中n=4，根據(jù)Saaty的隨機一致性指標(見表3)，得RI=0.90，一致性比例CR=CI/RI=0.007 0/0.90=0.007 8<0.1，即通過了一致性檢驗；然后經(jīng)過Matlab軟件的歸一化處理，得到標準化準則層特征權(quán)向量：W=(0.081 3,0.154 4,0.288 4,0.475 8)，即當前專家對隸屬于方案層的4個一級指標的重視程度分別是0.081 3、0.154 4、0.288 4、0.475 8。

表3 T.L.Saaty的隨機一致性指標RI取值表

4.3 計算方案層特征權(quán)向量

采用前文相同方法對施工安全管理組織保障、BIM建模質(zhì)量、施工安全BIM應用和BIM安全教育與培訓等二級指標進行專家評判，得出二級指標系數(shù)矩陣Xi：

分別計算其方案層的特征權(quán)向量得：

W1=(0.138 4,0.156 3,0.258 9,0.446 4)；

W2=(0.176 9,0.139 8,0.264 4,0.419 0)；

W3=(0.091 8,0.106 0,0.175 9,0.250 5,0.375 8)；

W4=(0.548 5,0.240 9,0.210 6)。

且均通過一致性檢驗。

4.4 確定評價等級集合

在施工安全BIM應用效果評價指標體系中，將每個二級指標的評價設(shè)置為優(yōu)秀、良好、合格和不合格4個等級，建立評價等級集合：

Vi=[V1,V2,V3,V4]

式中：V1——優(yōu)秀；

V2——良好；

V3——合格；

V4——不合格。

4.5 計算應用效果評價

同樣另邀請5名專家，圍繞指標描述和項目BIM應用資料(文本、視頻、圖片、模型文件和應用展示文件等)，對施工安全BIM應用效果評價的各指標進行綜合評價，經(jīng)統(tǒng)計，其結(jié)果如表4所示。

表4 施工安全BIM應用效果評價結(jié)果表

由表4可知，綜合考慮專家評價結(jié)果，用整體結(jié)果除以5作為隸屬度，得Ri的單因素評價矩陣：

通過以下公式計算各個模糊關(guān)系子矩陣：

Q1=W1R1=(0.317 0,0.548 2,0.134 8,0)；

Q2=W2R2=(0.311 7,0.382 5,0.305 8,0)；

Q3=W3R3=(0.166 3,0.343 6,0.490 1,0)；

Q4=W4R4=(0.206 1,0.509 7,0.284 2,0)。

由各個模糊關(guān)系子矩陣得出模糊關(guān)系總矩陣:

最后將前文計算出來的一級指標系數(shù)矩陣W=(0.081 3,0.154 4,0.288 4,0.475 8)與評價矩陣R進行模糊變換得到模糊評判集S=WR=(0.220 1,0.445 2,0.334 8,0)。

按最大隸屬度原則得出綜合結(jié)論，即M=max(S)=0.445 2，為第二個指標值最大，得出該項目施工安全，BIM應用效果評價等級為良好。

5 結(jié)語

本文研究施工安全BIM應用效果評價，圍繞施工安全組織保障、BIM建模、BIM應用、BIM安全教育與BIM培訓等模塊構(gòu)建3層16個指標評價體系，采用模糊層次分析法(FAHP)進行綜合評價，通過具體的工程實例應用其研究成果。結(jié)果表明，其操作便捷，評價客觀，具有良好的應用效果和推廣價值，可為信息技術(shù)背景下施工安全綜合評價提供參考和借鑒。另外，結(jié)合專家評判結(jié)果得出以下幾點結(jié)論和建議，以期促進提升工程施工安全信息化管理水平：

(1)BIM安全教育與培訓占比極大，加強施工安全教育，積極開展基于BIM技術(shù)的三維安全交底和BIM技能培訓有利于顯著提升施工安全管理信息化水平，提高施工安全管理效率。

(2)BIM模型維護和更新、BIM模型與施工現(xiàn)場的吻合度受到專家們的普遍重視，BIM模型的信息全面性對于安全管理而言處于次要地位。建議分階段建模，創(chuàng)建BIM模型過程中積極對比實際施工現(xiàn)場的差異，實時更新，確保虛擬模型與實際建筑高度匹配。

(3)重視施工安全BIM應用，特別是BIM疏散模擬和應急預案對實際施工安全具有重要指導意義。其中，應急預案要與相關(guān)應用模擬密切關(guān)聯(lián)，充分結(jié)合施工現(xiàn)場制定，考慮周全，積極開展實際演練，全員參與，進一步增強施工人員安全意識和責任，從根源上樹立安全第一思維，從而有效減少安全事故的發(fā)生。

(4)人才隊伍建設(shè)是組織保障中的重要組成部分，積極培養(yǎng)信息化人才，組建BIM團隊，提升團隊信息化水平和安全責任意識有助于提升施工安全管理質(zhì)量，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定雄厚的人才基礎(chǔ)。