武 乾,李 娜,胡 鑫,盧安琪,王 力,丁小燕
(1.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,陜西 西安 710055; 2.西安建筑科技大學(xué) 管理學(xué)院,陜西 西安 710055)
舊工業(yè)廠房改造項(xiàng)目對(duì)提升城市容量起到了促進(jìn)作用,但由于施工中受到原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件約束、設(shè)計(jì)局限、建造技術(shù)的限制,亦存在人為因素和外部環(huán)境等不確定因素的影響,施工過(guò)程可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傾斜、失穩(wěn)坍塌等事故。風(fēng)險(xiǎn)因素的影響是復(fù)雜且相互作用的,一定程度上會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)[1]。
Lepel[2]最早從技術(shù)—建筑—城市的角度,介紹現(xiàn)有加固技術(shù)適用性,提出舊工業(yè)建筑改造工程各階段實(shí)施需考慮的要素;樊勝軍等[3]采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和主次因素分析法(Activity Based Classification,ABC)評(píng)估改造工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)因素,最早提出舊工業(yè)廠房改造工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管理方法;趙玉紅[4]結(jié)合實(shí)際工作資料,分析建筑加固改造中存在的風(fēng)險(xiǎn);余曉松[5]對(duì)舊工業(yè)建筑全過(guò)程改造項(xiàng)目從環(huán)境政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理4個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,運(yùn)用主成分分析法得出影響舊工業(yè)建筑改造項(xiàng)目成功的主要風(fēng)險(xiǎn)因素;武乾等[6]將主體結(jié)構(gòu)及管網(wǎng)安全層面納入舊工業(yè)建筑再利用風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別范疇,提出主要風(fēng)險(xiǎn)因素應(yīng)對(duì)策略;裴興旺等[7]以建筑火災(zāi)后加固施工為對(duì)象,構(gòu)建多因素耦合作用下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。但過(guò)往的研究較少考慮舊工業(yè)廠房自身結(jié)構(gòu)特性和風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互作用,且研究方法具有主觀性較大、可操作性不強(qiáng)等弊端。
鑒于此,從鋼筋混凝土舊工業(yè)廠房改造加固施工風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因出發(fā),包括設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)特征、施工環(huán)境、施工技術(shù)和施工管理5個(gè)方面,運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Mode,SEM)探討影響加固施工風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互關(guān)系及因果模型,并確定影響加固風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。結(jié)合寶雞市某U型廠房主體結(jié)構(gòu)加固項(xiàng)目實(shí)例,以期為此類項(xiàng)目的改造施工提供理論依據(jù)和實(shí)施指導(dǎo)。
鑒于舊工業(yè)廠房年久失修,構(gòu)件疲勞開(kāi)裂,加固技術(shù)使用條件限制、適應(yīng)性要求高等,本文根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素來(lái)源,從“設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)特征、施工環(huán)境、施工技術(shù)及施工管理”5方面,結(jié)合《舊工業(yè)建筑再生利用示范基地驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(T/CMCA 4002—2018)、《舊工業(yè)建筑再生利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(T/CMCA 4001—2018)和《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 53367—2013)3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,運(yùn)用文獻(xiàn)研究法[8-12],對(duì)全國(guó)106個(gè)改造項(xiàng)目實(shí)地調(diào)研,識(shí)別出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)改造加固風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),見(jiàn)表1。下文提及的舊工業(yè)廠房是指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的舊工業(yè)廠房。
問(wèn)卷對(duì)變量的測(cè)量采用李克特的5級(jí)量表形式,根據(jù)廠房改造工程加固風(fēng)險(xiǎn)測(cè)量變量的取值范圍,從1到5分分別表示:幾乎沒(méi)有影響、較小影響、一般影響、較大影響、很大影響。問(wèn)卷的主要調(diào)查對(duì)象為舊工業(yè)廠房改造工程的研究人員、參與的施工人員、管理人員和監(jiān)理人員。問(wèn)卷共發(fā)放240份,收回有效問(wèn)卷195份,各測(cè)量變量的統(tǒng)計(jì)分值數(shù)據(jù)分布見(jiàn)圖1,符合利用結(jié)構(gòu)方程模型的基本要求。
圖1 測(cè)量變量的統(tǒng)計(jì)分值數(shù)據(jù)分布Fig.1 Statistical score distribution of measured variables
1.2.1 顯著性與相關(guān)性分析
利用SPSS22.0對(duì)32個(gè)題項(xiàng)進(jìn)行顯著性與相關(guān)性分析,得出地下水、土層特性、施工機(jī)械未達(dá)到顯著(顯著性雙側(cè)水平小于0.05)或低度相關(guān)(Pearson相關(guān)系數(shù)小于0.4)。地下水、土層特性2個(gè)因素會(huì)影響基礎(chǔ)沉降變形,進(jìn)而影響主體結(jié)構(gòu)加固穩(wěn)定性,并非直接影響加固過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)因素;廠房加固中施工臨時(shí)支撐主要為腳手架,與技術(shù)工藝層面中支撐架體搭設(shè)存在包含關(guān)系。結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果和相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)<乙庖?jiàn),將地下水、土層特性、施工機(jī)械3個(gè)題項(xiàng)刪除,見(jiàn)表1。
1.2.2 效度與信度分析
參考判斷準(zhǔn)則[13],對(duì)篩選后29個(gè)題項(xiàng)進(jìn)行因子分析來(lái)檢驗(yàn)量表的建構(gòu)效度。其中,Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)值應(yīng)介于0到1之間,越接近1,越適用于因子分析。而進(jìn)行因子分析的普通準(zhǔn)則是其KMO值在0.6以上,小于0.5則不適合做因子分析。當(dāng)Bartlett球形度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值的顯著性概率小于0.001時(shí),說(shuō)明指標(biāo)數(shù)據(jù)表現(xiàn)為正態(tài)分布,問(wèn)卷的結(jié)構(gòu)變量具有較好的收斂效度。經(jīng)檢驗(yàn),舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)卷的KMO值為0.739,Bartlett球形度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值的顯著性概率接近于0,表明本研究的量表具有較好的建構(gòu)效度。
利用學(xué)術(shù)界廣泛采用的內(nèi)部一致性系數(shù)(Cronbach Alpha值),對(duì)回收的195份有效問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行各因子內(nèi)部信度檢驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō),問(wèn)卷的Cronbach Alpha值達(dá)到0.8以上,表明信度較好。本研究各潛變量的Cronbach Alpha值處于0.709~0.873,超過(guò)了0.7的可接受水平[14],表明量表內(nèi)部一致性信度較好。
綜合以上分析可知,本研究的量表信度、效度均滿足要求,可以進(jìn)行模型分析。
結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Mode,SEM)是基于變量的協(xié)方差矩陣來(lái)分析變量之間相互影響關(guān)系的1種統(tǒng)計(jì)方法,適用于變量數(shù)據(jù)較多且關(guān)系相對(duì)復(fù)雜的模型[15]。模型能夠同時(shí)處理多個(gè)原因、多個(gè)結(jié)果的關(guān)聯(lián)關(guān)系,允許變量測(cè)量誤差存在,且能夠測(cè)量整體模型的擬合程度。
表1 舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Risk evaluation index system for reinforcement process of old industrial plant main structure
基于舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)(以下簡(jiǎn)稱廠房主體改造加固風(fēng)險(xiǎn))評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,結(jié)合實(shí)際案例與查閱文獻(xiàn)資料,分析6個(gè)潛變量之間的關(guān)系,初步判斷并形成舊工業(yè)廠房的主體結(jié)構(gòu)改造加固風(fēng)險(xiǎn)作用路徑,據(jù)此建立初始結(jié)構(gòu)模型(見(jiàn)圖2),提出如下假設(shè):
圖2 初始結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Initial Structural Modeling
H1:設(shè)計(jì)方案對(duì)舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響;
H2:結(jié)構(gòu)特征對(duì)舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響;
H3:施工環(huán)境對(duì)舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響;
H4:施工技術(shù)對(duì)舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響;
H5:施工管理對(duì)舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響;
H6:結(jié)構(gòu)特征與設(shè)計(jì)方案風(fēng)險(xiǎn)存在顯著相關(guān);
H7:設(shè)計(jì)方案與施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)存在顯著相關(guān);
H8:施工技術(shù)與施工管理風(fēng)險(xiǎn)存在顯著相關(guān)。
2.2.1 模型內(nèi)部質(zhì)量和擬合度檢驗(yàn)
通過(guò)AMOS 22.0運(yùn)行測(cè)量模型的潛變量標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷值,判斷模型的內(nèi)在質(zhì)量是否理想。一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷都應(yīng)大于0.5,且P值小于0.05。 由表1數(shù)據(jù)可知,各測(cè)量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化因子載荷最低為0.524,高于0.5,且在0.001的水平上達(dá)到了顯著水平,各指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。模型擬合適配指標(biāo)也
是判定模型質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn),主要采用絕對(duì)適配指標(biāo)、相對(duì)適配指標(biāo)和簡(jiǎn)約適配指標(biāo)來(lái)評(píng)判模型的擬合適配度。經(jīng)過(guò)反復(fù)的模型修正,大部分的適配擬合數(shù)據(jù)滿足擬合標(biāo)準(zhǔn)要求,PNFI值(Parsimony-adjusted Normed Fit Index,PNFI)略低于標(biāo)準(zhǔn)值要求。只要模型具有實(shí)際意義或可以根據(jù)相關(guān)理論合理解釋,模型擬合數(shù)據(jù)沒(méi)有完全達(dá)到擬合標(biāo)準(zhǔn)要求是可以接受的[16],因此,該模型具有良好的擬合適配度。測(cè)量模型的主要擬合指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2 模型擬合指標(biāo)Table 2 Model fitting index
2.2.2 路徑分析和假設(shè)檢驗(yàn)
對(duì)測(cè)量模型檢驗(yàn)后,根據(jù)研究假設(shè)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行路徑分析。在不斷進(jìn)行模型修正的基礎(chǔ)上,基于統(tǒng)計(jì)顯著性水平P(P<0.05)為前提,通過(guò)各潛變量之間的路徑系數(shù)來(lái)驗(yàn)證研究假設(shè)結(jié)果(見(jiàn)表3),構(gòu)建舊工業(yè)廠房主體結(jié)構(gòu)的改造加固風(fēng)險(xiǎn)最終結(jié)構(gòu)模型(見(jiàn)圖3),V1~V29為測(cè)量變量,e1~e29為測(cè)量變量與潛變量的測(cè)量誤差項(xiàng),e30~e33為潛變量的殘差項(xiàng)。
表3 假設(shè)路徑檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Result of assume path test
圖3 最終結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Finalstructural modeling
如表3所示,本研究的8個(gè)假設(shè)都得到支持, 5個(gè)直接影響因素中,設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)特征、施工環(huán)境、施工技術(shù)和施工管理均對(duì)項(xiàng)目加固風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的正向影響。
1)施工技術(shù)很大程度上影響廠房主體改造加固風(fēng)險(xiǎn)(路徑系數(shù)為0.782,P<0.05),變形部位的矯正(V15)對(duì)施工技術(shù)層面的風(fēng)險(xiǎn)影響最大。結(jié)構(gòu)加固過(guò)程中必會(huì)出現(xiàn)不同程度的變形,應(yīng)設(shè)置臨時(shí)支撐,采用可靠的變形檢測(cè)方法,使原結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)改造加固后的變形處于安全范圍。
2)設(shè)計(jì)方案與改造加固風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出較大正向影響關(guān)系(路徑系數(shù)為0.775,P<0.05),對(duì)設(shè)計(jì)方案層面的風(fēng)險(xiǎn)具有顯著影響的觀測(cè)指標(biāo)是構(gòu)件加固部位(V10)和新技術(shù)、新工藝的使用(V11)。根據(jù)加固部位特點(diǎn)和改造工程功能要求,設(shè)計(jì)方案按技術(shù)安全適用、工藝簡(jiǎn)單易施等原則擇優(yōu)選用。
3)施工管理與加固過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出較大正向影響關(guān)系(路徑系數(shù)為0.738,P<0.05),技術(shù)應(yīng)急措施(V24)對(duì)施工管理層面的風(fēng)險(xiǎn)影響顯著。施工應(yīng)急措施的得當(dāng)直接影響加固改造施工質(zhì)量和事故發(fā)生概率,需對(duì)施工方案提出切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案。
4)結(jié)構(gòu)特征對(duì)改造加固風(fēng)險(xiǎn)的顯著正向影響(路徑系數(shù)為0.531,P<0.05),廠房結(jié)構(gòu)變形(V7)對(duì)結(jié)構(gòu)特征層面的風(fēng)險(xiǎn)影響最大。廠房年久失修,必會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)、部分構(gòu)件的變形。若加固施工對(duì)原結(jié)構(gòu)有擾動(dòng)等不利影響,極易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞和結(jié)構(gòu)變形過(guò)大等情況。
5)施工環(huán)境對(duì)改造加固風(fēng)險(xiǎn)的顯著正向影響(路徑系數(shù)為0.524,P<0.05),周圍建筑物(V2)對(duì)施工環(huán)境層面風(fēng)險(xiǎn)的影響最大。大量地處城市中心地段的舊廠房,周圍建筑物分布密集且距廠房地基基礎(chǔ)較近,不僅要考慮廠房主體結(jié)構(gòu)加固安全,還需減少?gòu)S房施工過(guò)程中對(duì)臨近建筑物的影響。
6)廠房主體改造加固風(fēng)險(xiǎn)3組關(guān)聯(lián)因素中,結(jié)構(gòu)特征對(duì)設(shè)計(jì)方案層面的風(fēng)險(xiǎn)影響程度最大(路徑系數(shù)為0.724,P<0.05),即廠房加固設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)特征的安全性、適宜性等原則,選擇合理有效的方案,保證整個(gè)結(jié)構(gòu)共同工作,同時(shí)避免對(duì)未加固部分及相關(guān)的結(jié)構(gòu)造成不利影響。
對(duì)寶雞市某U型廠房主體結(jié)構(gòu)的改造工程加固過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。該廠房建于1989年,主體為二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),建筑層高7.2 m,新增夾層板調(diào)整后為4層建筑。舊工業(yè)廠房改造后使用功能為圖書(shū)館,設(shè)計(jì)使用壽命為50 a,利用原有建筑面積15 574 m2,新增建筑面積12 219 m2,總建筑面積27 793 m2。
1)設(shè)計(jì)方案方面,新增箱型基礎(chǔ)與原獨(dú)立柱基礎(chǔ)距離小于安全距離,基坑開(kāi)挖對(duì)原有基礎(chǔ)及上部主體結(jié)構(gòu)有擾動(dòng),會(huì)產(chǎn)生廠房局部沉降,見(jiàn)圖4(a),發(fā)生大量工程變更來(lái)逐步修正施工方案。對(duì)于此類工程案例應(yīng)避開(kāi)陰雨天氣施工,新建建筑物基礎(chǔ)埋深大于原有建筑基礎(chǔ)埋深時(shí),兩基礎(chǔ)間凈距應(yīng)根據(jù)原有建筑荷載大小、基礎(chǔ)形式和土質(zhì)情況確定。施工前對(duì)原有基礎(chǔ)采取支護(hù)措施,垂直分層開(kāi)挖時(shí)加強(qiáng)施工振動(dòng)控制,及時(shí)采取支護(hù)措施和沉降變形觀測(cè)。
2)結(jié)構(gòu)特征方面,廠房屬于被廢棄10余年的輕工業(yè)建筑,需大面積清理遺留機(jī)器設(shè)備和有害物質(zhì),易突發(fā)不明物質(zhì)掉落而造成人身安全事故,需增強(qiáng)安全意識(shí),做好輔助防護(hù)設(shè)施;柱、梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低于設(shè)計(jì)要求,大部分板面局部破損嚴(yán)重,同時(shí)原有結(jié)構(gòu)形式對(duì)新結(jié)構(gòu)選型或新功能設(shè)計(jì)產(chǎn)生局限。因此,建議在考慮保護(hù)遺留建筑結(jié)構(gòu)和置入新功能后,分析新舊元素融合的適應(yīng)性,確保整個(gè)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。
3)施工環(huán)境方面,廠房地處寶雞市中心城區(qū),施工場(chǎng)地局限于原有建筑空間范圍內(nèi),支撐架體搭設(shè)對(duì)墻體產(chǎn)生擾動(dòng)后,出現(xiàn)局部范圍內(nèi)集中裂縫,見(jiàn)圖4(b)。經(jīng)技術(shù)組研討分析,選擇腳手架連墻件(膨脹螺栓)固定在外墻圈梁或者其他鋼筋混凝土柱,來(lái)加強(qiáng)施工技術(shù)質(zhì)量。
4)施工技術(shù)及管理方面,采用灌膠粘鋼技術(shù)對(duì)柱梁板加固時(shí),粘鋼黏貼一次的合格率與安全性能低。為提升現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)水平,此次專題活動(dòng)調(diào)研5個(gè)同類工程,各項(xiàng)技術(shù)缺陷因素排查和現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)論證后,得出控制粘結(jié)面粗糙度和選擇合適施工機(jī)具能大幅度提高粘鋼技術(shù)。據(jù)此,逐步改進(jìn)操作要序后將合格率提升到96%,見(jiàn)圖4(c),返工率降低13%,工期縮短5年,共計(jì)節(jié)省經(jīng)濟(jì)費(fèi)用約10萬(wàn)元。
圖4 施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Actual situation at the construction site
U型廠房自身結(jié)構(gòu)的特殊性和改造加固技術(shù)具有的復(fù)雜性,增加了施工風(fēng)險(xiǎn)管理難度。廠房功能由生產(chǎn)型轉(zhuǎn)換為非生產(chǎn)型,既需滿足新功能要求,又要與舊建筑結(jié)構(gòu)相兼容。結(jié)構(gòu)特征通過(guò)設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)間接影響著施工管理,是影響廠房改造加固風(fēng)險(xiǎn)的隱性及關(guān)鍵路徑。因此,基于SEM模型分析結(jié)果的合理性和完整性,對(duì)改造加固風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)值得借鑒。
1)對(duì)比在役民用建筑加固過(guò)程風(fēng)險(xiǎn),舊工業(yè)廠房改造工程存在工程性質(zhì)、原始基礎(chǔ)資料保留、施工機(jī)械、建筑現(xiàn)場(chǎng)垃圾和施工障礙物識(shí)別5項(xiàng)不同特征,發(fā)現(xiàn)舊工業(yè)廠房改造加固工程是以功能升級(jí)趨向?yàn)橹?,同時(shí)存在構(gòu)件老化失修、空間布局限制等問(wèn)題。
2)廠房改造加固風(fēng)險(xiǎn)需從設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)特征、施工環(huán)境、施工技術(shù)和施工管理5項(xiàng)因素綜合考慮,施工技術(shù)是關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)源;結(jié)構(gòu)特征通過(guò)設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)間接作用于施工管理,是影響廠房改造加固風(fēng)險(xiǎn)的隱性且關(guān)鍵路徑;就關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素而言,明確構(gòu)件加固部位,監(jiān)測(cè)控制廠房結(jié)構(gòu)變形,妥善處理周圍建筑物影響,合理可行地矯正變形部位,優(yōu)化技術(shù)應(yīng)急措施是改造加固風(fēng)險(xiǎn)管理的有效舉措。
3)結(jié)合寶雞市某U型廠房主體結(jié)構(gòu)的改造工程加固實(shí)例可知,利用本文建立的改造加固風(fēng)險(xiǎn)模型在實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)分析與應(yīng)對(duì)中具有借鑒價(jià)值。舊廠房改造項(xiàng)目施工條件復(fù)雜,不確定因素多,應(yīng)根據(jù)各因素間的關(guān)聯(lián)性和作用路徑,對(duì)此類項(xiàng)目加固過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)逐步跟蹤與控制,力求將施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)2019年3期