基于DEMATEL和熵權法的腳手架施工安全風險指標權重分析

王 婷， 曾凡奎

(西安工業(yè)大學建筑工程學院， 西安 710021)

引 言

腳手架作為建筑施工中一項重要的空中作業(yè)工具，可為外墻裝飾、結構施工及建筑材料堆放提供輔助作業(yè)平臺，在樓層高、跨度大及空間結構設計復雜的建筑施工中使用時，因量大、要求高且搭設技術復雜，導致了施工難度明顯增加，對架體安全性與穩(wěn)定性也提出了更高的要求[1]。近年來，由腳手架及模板支架所引發(fā)的坍塌及高處墜落等施工安全事故成為建筑施工中的重大危險源之一，如2015年7月發(fā)生在西藏林芝市的一起模板支撐體系坍塌事故，造成8人死亡，5人受傷；2016年1月，唐山市豐潤區(qū)某施工工地同樣因模板支撐體系坍塌造成5人死亡。2017年3月在湖北麻城一建筑工地發(fā)生腳手架垮塌造成15人被埋。這些事故給國家和人民的生命財產造成重大損失。因此，分析研究腳手架施工安全風險因素及其應對措施，對緩解腳手架坍塌所引發(fā)的重大安全事故具有重要意義。

本文基于現(xiàn)有研究成果，通過網絡資源平臺與查閱相關文獻[2-4]的方法構建出影響腳手架施工安全的各風險因素體系，由于導致腳手架施工安全風險的因素很多且關系復雜，為此對各因素進行科學量化分析，并從中找出關鍵風險因素至關重要。采用決策試驗與評價實驗法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory, DEMATEL)法和熵權法對腳手架施工安全風險系統(tǒng)進行混合建模。利用熵權法確定各風險因素對腳手架施工安全影響的權值，通過DEMATEL法確定各因素間的影響程度值來修正熵權值，進而求得各風險因素的組合權重，從中找出重要的原因因素和結果因素[5]，為腳手架施工安全風險管理提供依據。

1 施工安全風險指標的選取與評價體系的建立

腳手架施工安全風險存在于方案設計與管理及現(xiàn)場搭設與管理兩個階段，因此，本文針對架體管理、方案設計與現(xiàn)場搭設三個層面對腳手架施工安全風險影響因素進行相關文獻與網絡資源的查閱，最終確定了影響腳手架施工安全的3個風險因素及各因素下的11個風險指標，并依據科學性、系統(tǒng)性的原則，建立了如圖1所示的腳手架施工安全風險指標體系。

圖1 腳手架施工安全風險指標體系

在管理因素方面，架體材料進場檢查、報驗、檢測的制度不健全，項目各參與方安全檢查及管理制度不夠完善，不能對滿堂支撐架定期進行安全生產考核[6]。此外，多數情況下的施工現(xiàn)場安全檢查只是停留于形式，對檢查出的安全隱患提出的改進措施得不到落實。

在設計因素方面，現(xiàn)行技術規(guī)范在進行荷載計算時，將恒荷載與活荷載均簡化為均布荷載，但在實際工程中，支撐架上的恒荷載可以看作為均布荷載，但活荷載并非均勻分布，其隨著施工工序的變化而不斷變化，而現(xiàn)行規(guī)范并未考慮到這一點，這就會在支撐架架體局部位置產生集中荷載或偏心荷載，進而造成荷載考慮不充分及設計受力模式有誤的后果[7]。在設計材料性能參數方面，容易出現(xiàn)取值不當的現(xiàn)象，如設計計算規(guī)定采用φ48 mm×3.5 mm的鋼管與φ48 mm×3.0 mm的鋼管均可行，但二者截面面積相差13.2%，慣性矩相差11.5%。若在受力計算時忽略這一點，就會為后期的搭設使用埋下設計安全隱患。最后，在地基承載力參數取值方面，未考慮到地下水位上升或雨雪天氣等對地基承載力削弱的影響，致使承載力在設計計算時取值偏大。

在搭設因素方面，存在因工人無證上崗或安全意識不足而任意拆卸構配件，未按照專項施工方的要求對各桿件進行布設，致使出現(xiàn)各構件單元尺寸過大，扣件、連墻件等搭設連接不規(guī)范等違規(guī)現(xiàn)象。此外，在經過多次搭設使用及維護保養(yǎng)不到位的情況下，鋼管、扣件等存在嚴重磨損與銹蝕變形，致使腳手架整體承載能力下降，極易造成局部或整體坍塌事故的發(fā)生。

2 基于熵權法和DEMATEL的混合建模分析

熵權法又稱客觀賦權法，即利用能反映各指標信息量大小的熵值確定各指標的熵權，但該方法沒有考慮各因素間的相互影響關系[8]。而DEMATEL法通過運用圖論與矩陣工具，構建能反映各因素間邏輯關系的直接影響矩陣，在計算各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度的基礎上，實現(xiàn)對各因素相互影響程度的排序與因果量化分析[9]。為此，將二者集成運用可使各因素權重分配更科學合理。熵權法-DEMATEL的具體建模過程[10]：

(1)構建系統(tǒng)影響因素集C={Cj|j=1,2,…,n}。

(1)

(2)單指標評價，通過對專業(yè)人員發(fā)放問卷調查，得到各指標值構成的判斷矩陣R=(rij)m×n。對R進行歸一化處理，進而得到歸一化矩陣B=(bij)m×n。

(3)計算熵值，按傳統(tǒng)熵的定義計算：

(2)

(3)

(5)構建直接影響平均關系矩陣A=(aij)n×n，其中，aij表示因素i對因素j影響程度的大小，當i=j時，aij=0。經專家打分后對各直接影響矩陣中的相同元素相加求均值，求得矩陣A=(aij)n×n。

(6)對直接影響平均關系矩陣進行標準化處理，得到標準化直接影響矩陣N=(nij)n×n及綜合影響矩陣T=(tij)n×n，其計算公式為：

(4)

(5)

(7)依據綜合影響矩陣，可求得各影響因素的影響度fi、被影響度ei、中心度ri及原因度zi。在求得中心度ri后可求得各指標權重值cj。其中，fi表示因素i對其他因素的影響總和，ei表示因素i受其他因素的影響總和，ri表示因素i的重要性程度，zi表示因素i與其他因素間的關系，若zi大于零，表示i為原因因素，zi小于零，表示i為結構因素。其計算公式分別為：

(6)

(7)

ri=fi+ei

(8)

zi=fi-ei

(9)

(10)

(8)求組合權重值。考慮到通過熵權法與DEMATEL法求取的權重值差別不大，為此，將熵權法獲得的熵權值與DEMATEL法獲得的中心度按照1∶1的比例進行分配，其組合權重計算公式為：

(11)

3 熵權法-DEMATEL法在腳手架施工安全風險分析中運用

3.1 問卷設計及數據整理

通過對具有相應工作經驗的m名專業(yè)人員發(fā)放2份問卷調查，第一份問卷調查是針對n個因素對腳手架施工安全風險的影響程度按照“沒有影響”到“影響很大”的規(guī)則進行1～5范圍的獨立打分。第二份問卷調查是由m名專業(yè)人員分別對各因素間的影響程度按照0,1,2,3,4進行打分，其分別代表“沒影響”、“低影響”、“中影響”、“高影響”與“極高影響”[11]。本調查在晉中市祁縣二建公司開展，針對問卷一向該公司10名高層管理人員發(fā)放問卷調查表，問卷二向該公司工作年限為5年及以上的60名工作人員發(fā)放問卷調查表，經匯總整理后得到判斷矩陣R=(rij)10×11與直接影響平均關系矩陣A=(aij)10×10。

3.2 熵權法分析

在求得判斷矩陣R的基礎上對該矩陣按式(1)、式(2)式進行歸一化處理與熵值的計算，得各因素熵值見表1。

由式(3)得出的各因素熵權值見表2。

3.3 DEMATEL分析

在獲取直接影響平均關系矩陣A=(aij)10×10的基礎上，根據式(4)、式(5)可求出綜合影響矩陣T。

通過求解綜合影響矩陣T，結合式(6)、式(7)、式(8)與式(9)，求得影響度、被影響度、中心度和原因度，計算結果見表3。

表3 DEMATEL分析結果

3.4 組合權重分析

依據式(10)，并結合熵權法與DEMATEL法的分析結果，可獲得最終的組合權重值，其計算結果見表4。

表4 組合權重值

3.5 建模結論分析

(1)由表3可知，在影響度方面，設計技術交底流于形式、安全檢查及整改不到位的影響度較大，說明該三種因素對其他因素及對腳手架施工安全影響程度較深。因此應格外重視管理因素，健全腳手架施工安全管理責任制和考核制度，落實相應的技術交底工作，同時要加強對施工作業(yè)人員及管理人員的安全思想教育[12]。在被影響度方面，扣件、連墻件搭設不規(guī)范、構件單元尺寸過大的被影響度值較高，其中心度值也位居前兩位，其原因分析有二者直接關系到架體承載力及穩(wěn)定性問題，扣件、連墻件搭設不規(guī)范主要表現(xiàn)為力矩擰緊程度不夠，位置設置不合理，如在搭設方便的地方多設，在不便的地方少設甚至不設，由此會造成扣件、連墻件局部偏少，受力不均衡的現(xiàn)象。構件單元尺寸過大表現(xiàn)為[13]：(a)立桿縱橫向間距過大、步距設置不合理、垂直度偏差超過規(guī)范允許值。(b)大橫桿、小橫桿間距過大，致使其抗彎能力不足。(c)橫向斜撐由底層至頂層未按之字形進行連續(xù)布置。(d)剪刀撐未在外側立面的兩端均設置剪刀撐，僅進行了單向設置，難以有效發(fā)揮其對縱向剛性及穩(wěn)定性的加強作用。因此在腳手架施工安全風險管理中應格外重視扣件、連墻件搭設不規(guī)范及構件單元尺寸過大的現(xiàn)象。在原因度方面，材料進場未檢驗、設計技術交底流于形式、安全檢查及整改不到位、荷載考慮不充分、設計受力模式有誤為原因因素，其余為結果因素，因此在這些風險因素中，應著重對原因因素進行風險識別與控制，避免對其他因素造成負面影響[14]。結果因素容易受到原因因素影響進而給腳手架施工安全帶來風險，通過關注這些結果因素能夠給風險管理的效果提供參考依據。

(2)由表4可知，各影響因素按照熵權指標權重與按照DEMATEL指標權重在排列順序上存在較大差異，這是因為熵權指標權重是按照各風險因素對腳手架施工安全的重要性程度排序，而DEMATEL指標權重是在求取各因素的影響度與被影響度基礎上得出，反映的是各因素間的相互影響關系，如在熵權指標權重中，排在首位的是地基承載力不足，但在DEMATEL指標權重中該因素排在了第六位，表明它對腳手架施工安全影響程度較高，但與其他因素間的相互影響程度一般，這是因為地基承載力的強弱是由人為因素與自然因素共同決定，與其本身所處的地質條件有很大關系，因此在對地基進行處理時，應將自然因素所產生的不利條件降到最低，并且要充分發(fā)揮人為因素。此外，該因素在指標綜合權重中居于首位，說明它并未因與其他因素相互影響程度一般而降低其重要性，因此應對其進行著重分析。造成地基承載力不足很大程度上是由于在設計計算時參數取值偏大，未考慮除荷載以外的其他因素對地基承載力的影響，如雨雪天氣及地下水位上升對地基土的侵蝕[15]。其次照搬類似項目腳手架地基承載力設計值或按所處地域土壤特征進行經驗估算，未實事求是的考慮工程特點及實際工況進行地基承載力設計計算。還有最為重要的一點是在設計計算時，通常把腳手架與支撐架的基礎作為一個獨立基礎作受力分析，未將其與周圍混凝土板整體進行約束力分析，且忽略混凝土的抗拉強度，僅計算墊板四周按45°擴散到混凝土地板底的范圍[16]。因此，在進行腳手架地基承載力設計時應盡可能全面、科學、有針對性的進行考慮。而在DEMATEL指標權重排序中，排在首位的是扣件連墻件搭設不規(guī)范，但它在熵權指標權重中排在第六位，其原因是由于該因素完全是由人為因素決定，受其他因素影響與被其他因素影響程度較高，因此通過該因素可檢測識別是否存在其他風險因素。此外，該因素的指標綜合權重值位居第二，因此它對腳手架施工安全影響程度較高，在搭設階段應格外重視。

4 結 論

(1)從管理因素、設計因素和搭設因素三個方面確定了影響腳手架施工安全的11個指標體系，并對每個每個影響因素進行了詳細闡述。

(2)利用熵權法建模確定了每個因素指標的熵值及熵權值，得出地基承載力不足與設計受力模式有誤為指標體系中應重點考察且包含信息較多的因素。利用DEMATEL法建模得出了各風險因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，詳細剖析了各因素間的因果關系。

(3)將熵權法與DEMATEL法相結合，用DEMATEL法得出的中心度修正了熵權法確定的熵權值，不僅考慮了單個風險因素對腳手架施工安全的影響程度，還考慮了各因素間的相互影響關系。結果表明，地基承載力不足、扣件、連墻件搭設不規(guī)范、構件單元尺寸過大是影響腳手架施工安全的主要風險因素，為制定安全風險控制措施指明了方向。但本文并沒有找出關鍵風險影響因素所產生的深層次原因，也沒有針對性的提出規(guī)避及解決的措施，這將是今后研究的重要方向。

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