基于灰色模糊綜合評(píng)價(jià)的建筑工程施工階段安全性評(píng)估*

何立華 張垚瑤

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 青島 266580)

0 引言

建筑業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的中堅(jiān)力量，該行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的比例僅次于工業(yè)和農(nóng)業(yè)，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。改革開放以來(lái)，我國(guó)的建筑業(yè)發(fā)展迅速并不斷擴(kuò)大，作為一個(gè)勞動(dòng)密集型行業(yè)，建筑業(yè)提供了大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)穩(wěn)定做出了巨大貢獻(xiàn)。然而建筑業(yè)高速發(fā)展為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)動(dòng)力的同時(shí)，其面臨的安全問(wèn)題也隨之凸顯。建筑業(yè)向來(lái)是安全事故頻發(fā)的行業(yè)，繼交通、礦山行業(yè)之后，已居我國(guó)行業(yè)事故的第三位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑業(yè)每年死亡人數(shù)達(dá)上千人，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)百億元［1］，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，建筑工程的安全性評(píng)估問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視，并成為建筑業(yè)的首要問(wèn)題。

安全性評(píng)估最早起源于美國(guó)的保險(xiǎn)行業(yè)［2］，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，大量學(xué)者把安全性評(píng)估引入到該領(lǐng)域。20 世紀(jì)50 年代末，由于概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用，給安全性評(píng)估奠定了強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)。有學(xué)者提出將概率分布法引入建筑工程安全評(píng)估工作當(dāng)中，并給出了具體算例對(duì)比［3］。Youngsoo Jung 等為了提高承包商的安全管理有效性，嘗試了安全管理信息系統(tǒng)這種評(píng)價(jià)方法［4］。安全性評(píng)估體系已貫穿建筑工程全生命周期。蘇永強(qiáng)等指出保證建筑安全的基礎(chǔ)在于建筑工程設(shè)計(jì)的安全性，并對(duì)設(shè)計(jì)階段的安全性進(jìn)行評(píng)估，但是未涉及施工階段［5］。王鑫等認(rèn)為建筑物結(jié)構(gòu)的完全性直接影響建筑物的安全性，因此設(shè)計(jì)和施工直接影響著建筑物的結(jié)構(gòu)［6］。王曉鳴等將住宅的安全性指標(biāo)劃分為3 個(gè)類別:地基基礎(chǔ)安全性、承重構(gòu)件安全性、抵抗災(zāi)害危險(xiǎn)和抗災(zāi)能力安全性，重點(diǎn)對(duì)建筑工程使用后安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)［7］。

設(shè)計(jì)階段安全性、結(jié)構(gòu)安全性以及建成后的使用安全性評(píng)估固然重要，但是建筑工程施工階段是保證建筑結(jié)構(gòu)安全和使用安全的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且建筑安全事故大部分發(fā)生在施工階段，因此深入研究施工階段的安全性更具有現(xiàn)實(shí)意義。更為重要的是，施工階段具有復(fù)雜性高、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間久的特點(diǎn)，致使建筑工程安全事故多發(fā)生于此階段。因此如何對(duì)建筑工程施工階段安全性進(jìn)行評(píng)估就顯得極為重要。

在此基礎(chǔ)上，很多學(xué)者還指出，建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系的確立同樣會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果的合理性產(chǎn)生影響，而且指標(biāo)體系的規(guī)模及具體評(píng)價(jià)指標(biāo)的差別還會(huì)影響安全評(píng)估過(guò)程的復(fù)雜程度。王凱全等結(jié)合了GB/T50375—2006 中需要?jiǎng)?chuàng)優(yōu)的工程，針對(duì)施工階段質(zhì)量是否能達(dá)到要求，將安全性評(píng)估體系劃分為了地基及樁基工程、結(jié)構(gòu)工程、屋面工程、裝飾裝修工程和安裝工程，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)安全性和使用安全性［8］。郭愛(ài)霞等在對(duì)建筑施工過(guò)程事故影響因素分析的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)一步劃分為人員、安全、材料、機(jī)械設(shè)備、環(huán)境、分包商六個(gè)因素，但是上述指標(biāo)不夠簡(jiǎn)潔，而且各指標(biāo)間存在交叉重復(fù)［9］。盧嵐等建立了包括安全生產(chǎn)、教育宣傳、生活與衛(wèi)生、勞動(dòng)保護(hù)和外分包管理的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［10］。本文將從人員、機(jī)械、材料、方法和環(huán)境五方面進(jìn)行指標(biāo)體系劃分，運(yùn)用層次分析法和灰色模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)建筑工程施工階段安全性進(jìn)行評(píng)估。

1 建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系

建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系是由一系列衡量建筑施工安全水平的評(píng)估指標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)組成。由于其影響因素眾多，各種因素之間又可能相互作用，不確定性較高，進(jìn)而產(chǎn)生一系列相關(guān)問(wèn)題。一個(gè)施工項(xiàng)目往往是由多個(gè)單位共同承擔(dān)，各種機(jī)械設(shè)備、作業(yè)人員也隨之發(fā)生流動(dòng)性變化，大大增加了不安全性。為構(gòu)建合理的建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系，根據(jù)相關(guān)資料將該體系劃分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B 和指標(biāo)層C 三個(gè)層次，建筑工程施工階段安全性評(píng)估為目標(biāo)層，準(zhǔn)則層包含5 個(gè)指標(biāo):人員因素、機(jī)械設(shè)備因素、材料因素、方法因素和環(huán)境因素，而指標(biāo)層則由16 個(gè)指標(biāo)組成。具體指標(biāo)層劃分見表1。

表1 建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系

2 建筑工程施工階段安全性評(píng)估模型

2.1 層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重

上述指標(biāo)對(duì)建筑工程施工階段安全性的影響程度存在差異，因此對(duì)各個(gè)指標(biāo)合理賦值就顯得尤為重要。本文針對(duì)建筑工程施工階段安全性指標(biāo)體系的特點(diǎn)，采用層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦值。對(duì)此聘請(qǐng)10 位專家對(duì)上述評(píng)價(jià)因素進(jìn)行比較，通過(guò)討論協(xié)商并按1 ～9 比例標(biāo)度對(duì)重要性程度賦值，最終逐一確定每一個(gè)判斷矩陣的值。通過(guò)運(yùn)算，得出所有判斷矩陣的權(quán)數(shù)向量，結(jié)果見表2。

表2 判斷矩陣權(quán)數(shù)向量表

根據(jù)表3，綜合各層指標(biāo)，所有影響因素的權(quán)重集合為

2.2 灰色模糊綜合法評(píng)價(jià)

建筑工程施工是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，期間存在的安全問(wèn)題也是多種多樣的，選擇的安全性評(píng)估方法不僅要適用于建筑工程施工階段，而且也要考慮實(shí)際的可操作性。本文選擇灰色模糊綜合評(píng)價(jià)法將評(píng)估過(guò)程中灰色、模糊、難以定量的因素定量表示，從而使評(píng)估結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確。

(1)確定評(píng)價(jià)樣本矩陣。選擇m 位相關(guān)領(lǐng)域的專家對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，這一操作雖然存在一定的主觀性，但是憑借著專家的豐富經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，評(píng)估結(jié)果具有一定權(quán)威性。假設(shè)有n 個(gè)影響因素，其中第i 位專家對(duì)導(dǎo)致發(fā)生安全事故的影響因素j的打分記為uij，由此m 位專家構(gòu)成的評(píng)價(jià)樣本矩陣為

(2)確定評(píng)價(jià)等級(jí)。根據(jù)查閱相關(guān)的資料，得出建筑工程施工安全等級(jí)V = (V1，V2，…，Vg)，并確定相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)。

(3)計(jì)算評(píng)估等級(jí)灰類值。計(jì)算評(píng)估特征灰類值就是運(yùn)用相關(guān)數(shù)學(xué)方法確定評(píng)估灰類的等級(jí)數(shù)、灰類的灰數(shù)以及灰類的白化權(quán)函數(shù)?；?2)中制定的評(píng)價(jià)等級(jí)，定性分析得到白化權(quán)函數(shù)，將白化權(quán)函數(shù)中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)設(shè)定為閾值，用di(i = 1，2，3)表示。當(dāng)安全評(píng)價(jià)等級(jí)最高時(shí)，用上類白化權(quán)函數(shù)表示;當(dāng)安全評(píng)價(jià)等級(jí)為中間級(jí)時(shí)，用中類白化權(quán)函數(shù)表示;當(dāng)安全評(píng)價(jià)等級(jí)最低時(shí)，用下類白化權(quán)函數(shù)表示。三類白化權(quán)函數(shù)的曲線圖見圖1。

圖1 白化權(quán)函數(shù)曲線圖

(6)求解項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)前面層次分析法所確定的權(quán)重以及灰色系統(tǒng)理論得到的評(píng)價(jià)權(quán)矩陣，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，計(jì)算對(duì)某一項(xiàng)目的評(píng)價(jià)結(jié)果。其評(píng)價(jià)公式如下

在算得評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，一方面，利用最大隸屬度原理，將結(jié)果與評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行比較，可以得出項(xiàng)目的安全性;另一方面，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果橫向比較，也就是A1，A2，…，Ar之間進(jìn)行比較，可以得出影響因素在各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)內(nèi)的安全影響程度。

3 案例分析

為了驗(yàn)證指標(biāo)體系及評(píng)估模型的合理性，本文就具體的項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行施工階段安全性評(píng)估。

3.1 工程概況

以× ×村改造安置區(qū)項(xiàng)目為例，應(yīng)用建筑工程施工階段安全評(píng)估模型對(duì)該項(xiàng)目施工階段進(jìn)行安全性評(píng)估，驗(yàn)證模型的合理性。

× ×村改造安置區(qū)項(xiàng)目位于× ×市× ×路與× ×路交匯處，小區(qū)用地面積約6 萬(wàn)m2，建筑面積約10.7 萬(wàn)m2，容積率為1.67，綠地率為35.2%;停車位共有888 個(gè)，規(guī)劃戶數(shù)924 戶。共有19 個(gè)單體構(gòu)成:其中多層11 棟，層數(shù)為6 +1，磚混結(jié)構(gòu);高層7 棟，層數(shù)為13 ～18 層，框剪結(jié)構(gòu);1 棟框架結(jié)構(gòu)三層辦公樓。項(xiàng)目共由兩家總包單位參與施工建設(shè)，分別是一標(biāo)段NTSJ 集團(tuán)有限公司和二標(biāo)段STJS 集團(tuán)有限公司。項(xiàng)目于2011 年6 月22 日開工，項(xiàng)目交付時(shí)間:多層為2012 年9 月30 日，高層為2013 年3 月30 日。

3.2 項(xiàng)目施工過(guò)程安全性評(píng)估

3.2.1 確定評(píng)價(jià)樣本矩陣

本文建立建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)模型具有通用性，能夠滿足各類施工安全性評(píng)估，所以利用該模型對(duì)案例進(jìn)行建筑工程施工階段安全性評(píng)估。

根據(jù)相關(guān)專家對(duì)該項(xiàng)目施工階段安全性影響因素打分情況，任意選取10 位專家的打分?jǐn)?shù)據(jù)，構(gòu)成評(píng)價(jià)樣本矩陣(其中:專家打分?jǐn)?shù)值表示影響安全性的大小，區(qū)間為［0，10］，取值越大，代表對(duì)安全性影響越大，越易造成安全事故。)

根據(jù)整理，得出該樣本矩陣為

3.2.2 安全等級(jí)

根據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》JGJ59 -99中，施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理被分為三個(gè)等級(jí)。為了更準(zhǔn)確地反映建筑工程施工安全程度，本文將施工安全分為五個(gè)等級(jí)，其評(píng)價(jià)等級(jí)為V (9，7，5，3，1)。(其中:一級(jí)表示很危險(xiǎn)，二級(jí)表示較危險(xiǎn)，三級(jí)表示一般，四級(jí)表示較安全，五級(jí)表示很安全)。

3.2.3 特征灰類值評(píng)估

在上述評(píng)價(jià)等級(jí)給定的前提下，設(shè)y =fk(di)，x=d，具體白化權(quán)函數(shù)如下:

f1(上類白化權(quán)函數(shù))為

f2(中類白化權(quán)函數(shù))為

f3(中類白化權(quán)函數(shù))為

f4(中類白化權(quán)函數(shù))為

f5(下類白化權(quán)函數(shù))為

3.2.4 灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)數(shù)值

灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)以評(píng)價(jià)指標(biāo)C1為例，該指標(biāo)屬于一類白化權(quán)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值為

該指標(biāo)屬于二類白化權(quán)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值為

該指標(biāo)屬于三類白化權(quán)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值為

該指標(biāo)屬于四類白化權(quán)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值為

該指標(biāo)屬于五類白化函數(shù)的統(tǒng)計(jì)值為

則評(píng)價(jià)指標(biāo)C1的總體灰色數(shù)值為

nc1= n11+ n21+ n31+ n41+ n51= 24.83

根據(jù)上述操作步驟，同理可得C2～C16的總灰色數(shù)值。

3.2.5 灰色模糊評(píng)價(jià)權(quán)矩陣

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)C1而言，屬于各類的權(quán)重為

同理:v21=0.230，v31=0.322，v41=0.269，v51=0。

應(yīng)用該方法可得指標(biāo)C2～C16對(duì)應(yīng)矩陣的權(quán)值。經(jīng)過(guò)計(jì)算，最終的模糊評(píng)價(jià)權(quán)矩陣為

3.2.6 評(píng)價(jià)結(jié)果

A = W·v = (0.165，0.211，0.287，0，306，0.031)

具體評(píng)價(jià)結(jié)果為:該項(xiàng)目安全性“一級(jí)”程度的為0.165;“二級(jí)”程度的為0.211;“三級(jí)”程度的為0.287;“四級(jí)”程度的為0.306;“五級(jí)”程度的為0.031;依據(jù)最大隸屬度原則得出該工程施工階段安全等級(jí)為“四級(jí)”，處于較安全的狀態(tài)。

4 結(jié)果分析

根據(jù)上述安全性評(píng)估的計(jì)算結(jié)果可以確定，盡管該項(xiàng)目施工階段受到多方面因素的影響，但是該項(xiàng)目施工的總體安全性仍為較安全的等級(jí)。從權(quán)重的角度來(lái)看，經(jīng)過(guò)專家協(xié)商討論，在最后算得的總權(quán)重中，人員因素(42.9%)對(duì)建筑工程施工階段安全性影響最大，其他依次為環(huán)境因素(25.1%)、方法因素(15.9%)、機(jī)械設(shè)備因素(10.5%)和材料因素(5.6%)。而對(duì)于具體指標(biāo)層來(lái)說(shuō)，人員的技術(shù)水平在安全性評(píng)估中所占的比例最高，它不單單是對(duì)于準(zhǔn)則層中人員因素B1而言，而是在整個(gè)施工階段，人員的技術(shù)水平都是直接影響施工安全性的關(guān)鍵因素。位于前三名的依次為工程技術(shù)環(huán)境、從業(yè)經(jīng)歷和施工技術(shù)復(fù)雜性，所占的比重分別為13.1%、10.5%、8%。這一結(jié)果說(shuō)明在該建筑工程施工過(guò)程中，專家認(rèn)為人員因素中人員技術(shù)水平、從業(yè)經(jīng)歷，環(huán)境因素中工程技術(shù)環(huán)境，方法因素中施工技術(shù)復(fù)雜性是影響該施工安全性的主要因素，因此在施工階段應(yīng)該對(duì)這些因素加以重視。

通過(guò)灰色模糊評(píng)價(jià)權(quán)矩陣，得到16 個(gè)影響因素所涉及的五個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的具體數(shù)值，大多數(shù)影響因素在“四級(jí)”程度上的數(shù)值是較高的，也就是說(shuō)，多數(shù)影響因素都是處于較安全的狀態(tài)。但是從矩陣中也不難看出，幾乎一半的影響因素在很安全這個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)中數(shù)值都是零，說(shuō)明雖然處于較安全的等級(jí)，但是要達(dá)到很安全還是有一定的差距。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)考慮到建筑工程施工階段是安全事故的多發(fā)階段，而且影響施工階段安全性的因素眾多，為了避免各種因素之間相互作用而產(chǎn)生不確定性，將影響施工安全性的因素劃分為人員、機(jī)械、材料、方法和環(huán)境五個(gè)方面，構(gòu)建了由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的建筑工程施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系。

(2)本文構(gòu)建了基于層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法的建筑工程施工階段安全性評(píng)估模型，運(yùn)用層次分析法建立施工階段安全性評(píng)估指標(biāo)體系并確定相應(yīng)的權(quán)重值，使評(píng)估系統(tǒng)更條理化;采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，并結(jié)合灰色系統(tǒng)理論，對(duì)建筑工程施工階段安全性進(jìn)行評(píng)估，使得評(píng)估過(guò)程中灰色、模糊、難以定量的因素可以定量表示，從而使評(píng)估結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確。

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