褚志超 劉 輝 王 丹

（1.吉林建筑大學(xué)應(yīng)急科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林省建苑設(shè)計集團(tuán)有限公司，吉林 長春 130021）

0 引言

目前，我國建筑行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級期，數(shù)字化技術(shù)在建筑施工現(xiàn)場的應(yīng)用不斷深入。智慧工地是由傳統(tǒng)建筑工程結(jié)合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算等智能化技術(shù)手段，對施工現(xiàn)場進(jìn)行安全生產(chǎn)、實(shí)時監(jiān)測和智能管理的新方式，其基本內(nèi)涵是“智慧”，旨在提高建筑工程施工效率、安全水平、質(zhì)量控制等各項(xiàng)業(yè)務(wù)決策和控制能力。作為建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要組成部分，智慧工地正成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向和未來之路。

在建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型和智慧工地建設(shè)背景下，首要任務(wù)是提高智慧工地安全水平，對智慧工地施工進(jìn)行安全評價是提升安全管理水平的重要手段。目前，在現(xiàn)有文獻(xiàn)研究中，借助信息化技術(shù)輔助建筑施工現(xiàn)場管理、監(jiān)測等方面已成為智慧工地相關(guān)課題研究的熱點(diǎn)。Nguyen Quoc Toan[1]將4D-BIM模型應(yīng)用到施工安全管理中，能實(shí)時實(shí)施安全計劃并將其與施工計劃聯(lián)系起來；Smetanková Jan[2]分析了智慧工地實(shí)施的程度、智能工具的實(shí)施現(xiàn)狀以及在建筑生產(chǎn)規(guī)劃和管理過程中使用智能工具的應(yīng)用程序；張棣等[3]對智慧工地系統(tǒng)在施工現(xiàn)場安全管理中的應(yīng)用進(jìn)行研究；劉宏偉等[4]將BIM技術(shù)以及智能穿戴工具運(yùn)用到建筑工程管理的過程中；李華等[5]運(yùn)用未確知測度理論對智慧工地本質(zhì)安全度進(jìn)行分析與評價。

以上研究都對智慧工地的建設(shè)起推動作用，但還需認(rèn)識到智慧工地的發(fā)展對傳統(tǒng)建筑模式和相關(guān)從業(yè)者的影響，對智慧工地施工現(xiàn)場做出分析和安全評價尤為關(guān)鍵。因此，本文根據(jù)智慧工地現(xiàn)狀及運(yùn)行情況，運(yùn)用SHEL模型構(gòu)建安全評價指標(biāo)體系，引入COWA—灰色定權(quán)聚類評價模型，對智慧工地施工現(xiàn)場做出安全評價。

1 智慧工地施工現(xiàn)場SHEL安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

智慧工地施工現(xiàn)場的安全評價所涉及的要素眾多且內(nèi)容廣泛，在篩選要素時要保證科學(xué)合理性、全周期性、層次性。實(shí)現(xiàn)智慧工地安全運(yùn)行需要從業(yè)人員具備更高水平的資質(zhì)和數(shù)字化技能，需要更注重“人”這一角度在智慧工地施工安全中的影響。1972年Edwards教授提出風(fēng)險評估SHEL 模型，模型名稱由Software（軟件）、Hardware（硬件）、Environment（環(huán)境）以及Liveware（人件）的首字母組成，形成模型的4個界面：人—軟件、人—硬件、人—環(huán)境、人—人件[6]。該研究根據(jù)《“智慧工地”管理標(biāo)準(zhǔn)》（T∕CECS 651-2019）[7]、各地有關(guān)智慧工地安全管理相關(guān)規(guī)范以及事故致因理論等相關(guān)研究，結(jié)合SHEL模型構(gòu)建智慧工地施工現(xiàn)場安全評價指標(biāo)體系四個界面含義如下：

（1）人員與軟件（L-S）界面：利用智慧工地項(xiàng)目中的信息化技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工處理反饋給相關(guān)人員，作業(yè)人員對軟件提供的信息做出相應(yīng)反應(yīng)；

（2）人員與設(shè)備（L-H）界面：指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，作業(yè)人員依靠傳感器、智能手機(jī)、監(jiān)控探頭等終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場物料、機(jī)械、電子設(shè)備等的實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時采集和實(shí)時反饋；

（3）人員與環(huán)境（L-E）界面：包括人員與設(shè)備、技術(shù)之間的適應(yīng)關(guān)系，能迅速發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)備的不安全物態(tài)；

（4）人員與人員（L-L）界面：指智慧工地項(xiàng)目中人員與人員之間相互配合關(guān)系。

首先根據(jù)智慧工地安全管理要素特點(diǎn)，通過收集整理現(xiàn)實(shí)案例及檢索梳理相關(guān)文獻(xiàn)[8]，再對多個智慧工地施工現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研后，最終結(jié)合SHEL模型對智慧工地施工風(fēng)險因素進(jìn)行進(jìn)一步分析后，構(gòu)建出4個一級指標(biāo)下的24個二級細(xì)化指標(biāo)體系，其具體描述如圖1所示。

圖1 智慧工地施工現(xiàn)場安全評價指標(biāo)體系

2 基于COWA算子指標(biāo)權(quán)重計算方法

智慧工地施工現(xiàn)場危險因素具有隱蔽性和不確定性等特點(diǎn)，僅依靠專家打分易由主觀思想產(chǎn)生較大偏差，難以確保評價結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，該研究采用以組合數(shù)為加權(quán)向量的OWA算子，簡稱COWA算子，對項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合數(shù)有序加權(quán)。這種方法最大程度保證了極端大值和極端小值都被分配到了重要性較低的位置，使智慧工地施工現(xiàn)場安全評價的賦權(quán)更準(zhǔn)確客觀。具體計算步驟如下：

（1）邀請n名高校及企業(yè)建筑領(lǐng)域內(nèi)專家對同級指標(biāo)相對重要度在0～5分之間賦權(quán)，得到各指標(biāo)權(quán)重計算的原始數(shù)據(jù)集A=（a1,a2,…aj…,an），將原始數(shù)據(jù)集降序排列并編號可得：B=（b0≥b1≥b2≥…≥bj≥…≥bn－1）。

（2）利用組合數(shù)計算數(shù)據(jù)bj的加權(quán)向量：

（3）對bj進(jìn)行賦權(quán)得出指標(biāo)因素的絕對權(quán)重值：

（5）計算各指標(biāo)因素的相對權(quán)重

3 基于灰色定權(quán)聚類法的安全評價模型

鑒于智慧工地施工現(xiàn)場評價指標(biāo)部分信息模糊性且難以量化等特點(diǎn)，可將智慧工地施工現(xiàn)場安全評價視為一個灰色系統(tǒng)，該研究引入灰色定權(quán)聚類方法，通過選取合適的白化權(quán)函數(shù)計算各灰數(shù)的白化值，將灰色系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為白色系統(tǒng)，進(jìn)而得出目標(biāo)的綜合評價結(jié)果。具體步驟如下：

（1）確定評價等級。結(jié)合智慧工地施工現(xiàn)場特點(diǎn)和指標(biāo)因素對智慧工地施工現(xiàn)場安全影響程度，設(shè)定5個等級標(biāo)準(zhǔn)，其測度取值范圍分為5個灰類等級，見表1所示。

表1 智慧工地施工現(xiàn)場安全等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

（2）構(gòu)造白化權(quán)函數(shù)?；疑到y(tǒng)理論中將屬于某灰類最大程度的點(diǎn)稱為該灰類的中心點(diǎn)，由測度區(qū)間確定五個灰類中心點(diǎn)向量為U=(9,7,5,3,1)，參考劉思峰等[9]改進(jìn)的灰色白化權(quán)函數(shù)特征，構(gòu)建智慧工地施工現(xiàn)場各灰類所對應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)。

（3）構(gòu)建初始評價矩陣。邀請m位智慧工地相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，結(jié)合項(xiàng)目工程實(shí)際情況和評判等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，構(gòu)建初始評價矩陣：

（4）構(gòu)建灰色聚類權(quán)矩陣。Aij屬于灰類的聚類系數(shù)：，該指標(biāo)總評價系數(shù)：，聚類權(quán)向量：，由此構(gòu)建灰色聚類權(quán)矩陣為：

（5）合成綜合評價矩陣：Zi=wi×Ri，構(gòu)建指標(biāo)評價矩陣

進(jìn)行綜合聚類評價：

由評價向量與測度閾值合并進(jìn)行單值化處理：W=M×U，從而得出智慧工地施工現(xiàn)場安全評價值。

4 實(shí)例分析

為驗(yàn)證該評價模型能否應(yīng)用于實(shí)際施工現(xiàn)場的安全評價工作中，以長春市某智慧工地工程項(xiàng)目為例進(jìn)行分析。

4.1 基于COWA算子指標(biāo)賦權(quán)計算

以指標(biāo)體系中一級指標(biāo)為例，邀請5位高校及企業(yè)智慧工地建筑領(lǐng)域?qū)＜覍χ笜?biāo)進(jìn)行賦權(quán)打分。賦分越高表明該專家認(rèn)為該指標(biāo)越重要。賦分結(jié)果如表2所示。

表2 指標(biāo)賦權(quán)決策匯總表

以指標(biāo)A1為例具體計算步驟如下：將L-S（人員與軟件）界面原始決策數(shù)據(jù)從大到小排序得到b0=（5.0,4.5,4.0,3.5,2.5）。

已知n=5，由公式（1）得到加權(quán)向量：θ1=（0.0625,0.25,0.375,0.25,0.0625），由公式（2）得到絕對權(quán)重?1==（0.0625,0.25,0.375,0.25,0.0625）×（5.0,4.5,4.0,3.5,2.5）T=3.96875。

同理可算出A2～A4絕對權(quán)重分別為：?2= 4.125，?3=3.65625，?4= 4.34375

根據(jù)公式（3）可計算出該項(xiàng)目一級指標(biāo)相對權(quán)重w0=（0.24660，0.25631，0.22718,0.26991）

根據(jù)上述步驟，得到該項(xiàng)目二級指標(biāo)的相對權(quán)重：w1=（0.26018,0.18938,0.19823,0.16283,0.18938）

4.2 灰色聚類綜合評價

以智慧工地施工現(xiàn)場安全評價體系下的二級指標(biāo)為例，邀請5位專家結(jié)合該項(xiàng)目相關(guān)資料進(jìn)行綜合賦值，數(shù)值介于在0～10之間且為0.5的整數(shù)倍。構(gòu)造智慧工地施工現(xiàn)場安全評價決策矩陣Di如下：

根據(jù)式（5）結(jié)合各級指標(biāo)的相對權(quán)重得出灰色聚類權(quán)矩陣Ri：

根據(jù)式（6）得到Zi，并構(gòu)造一級指標(biāo)的綜合評價矩陣Z0：

所得灰色聚類評價向量與指標(biāo)權(quán)重合并，可得智慧工地施工現(xiàn)場安全綜合評價向量M：M=W0·Z0=［0.35675，0.36283,0.23025,0.04035,0］。將綜合評價向量M與測度閥值U=(9,7,5,3,1)合成，得出智慧工地施工現(xiàn)場安全評價值：W=M×U= 7.04386。

對該智慧工地項(xiàng)目施工現(xiàn)場安全評價一級指標(biāo)單值化處理得出綜合評價值分別為：W1= 7.01219，W2=7.34097，W3= 6.68947，W4= 7.08894。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出該工程各項(xiàng)界面均為較高水平，對一級指標(biāo)安全評價值按從大到小排序?yàn)椋篧2＞W(wǎng)4＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3。根據(jù)排序該項(xiàng)目安全水平從大到小依次為：LH界面、L-L界面、L-S界面、L-E界面。其中L-E界面相對其他界面評價值較低，對L-E界面中的因素提出以下建議：結(jié)合該項(xiàng)目施工作業(yè)現(xiàn)場增設(shè)揚(yáng)塵監(jiān)測系統(tǒng)，采用自動噴淋處理揚(yáng)塵；設(shè)置噪音檢測裝置，針對產(chǎn)生噪音較高的位置，設(shè)置隔音降噪圍擋；合理配置安全管理投入，要符合項(xiàng)目實(shí)際情況加強(qiáng)安全氛圍建設(shè)工作。

5 結(jié)束語

根據(jù)本文的理論推演和案例工程實(shí)踐，結(jié)論如下：

（1）根據(jù)智慧工地背景下建筑工程施工特點(diǎn)，結(jié)合SHEL模型，構(gòu)建了4個界面24個細(xì)化評價指標(biāo)體系。實(shí)踐中，不同智慧工地項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)對指標(biāo)體系做出相應(yīng)調(diào)整。

（2）根據(jù)構(gòu)建的SHEL指標(biāo)體系利用COWA算子進(jìn)行賦權(quán)，使指標(biāo)賦權(quán)更加準(zhǔn)確客觀。將灰色理論引入智慧工地施工現(xiàn)場安全評價中，構(gòu)建COWA—灰色定權(quán)聚類的智慧工地施工現(xiàn)場安全評價模型，可利用現(xiàn)有信息進(jìn)行客觀評價，提高評價結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性。

（3）結(jié)合案例項(xiàng)目計算其施工現(xiàn)場安全評價值，結(jié)果為7.04386，對應(yīng)安全評價等級為較高水平，與項(xiàng)目實(shí)際情況相符。

實(shí)踐證明，該方法可用于智慧工地施工過程安全評價，可以為相關(guān)部門提供可靠的決策依據(jù)和理論參考。