裝配式建筑施工安全預(yù)警研究

李曉娟

（福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350108，E-mail：57243753@qq.com）

裝配式建筑是指在施工現(xiàn)場使用預(yù)先在工廠生產(chǎn)的所需構(gòu)件進(jìn)行吊裝、連接以及部分現(xiàn)澆筑而組成的建筑[1]。發(fā)展高效、勞動力需求小，符合“四節(jié)一環(huán)?！崩砟畹难b配式建筑是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。裝配式建筑在效率、節(jié)省勞動力和環(huán)保方面有其優(yōu)越性，但由于其同時進(jìn)行構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸和現(xiàn)場裝配等多維空間作業(yè)，安全風(fēng)險易疊加，且熟悉使用大量的新型施工技術(shù)和工藝的施工人員十分缺乏，因此極易發(fā)生施工安全事故。所以在發(fā)展裝配式建筑的同時，要考慮盡量減少裝配式建筑在施工中發(fā)生安全事故，做好防范措施，因此，對其施工安全預(yù)警的研究已迫在眉睫。

通過對裝配式建筑施工安全預(yù)警的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，目前對一般建筑工程而言，已經(jīng)建立了許多有效的施工安全預(yù)警模型，如運用支持向量機的方法建模[2]，通過分析信息通信等技術(shù)[3]，采用貝葉斯模型建立建筑工程接近警告系統(tǒng)[4]。裝配式建筑施工安全預(yù)警方面的研究不多。但由于裝配式建筑工程施工的特殊性，其因素的差異性，這些模型難以直接運用其中，且由于收集的數(shù)據(jù)具有不確定性和隨機性，其預(yù)警結(jié)果差強人意。鑒于此，本文擬研究裝配式建筑施工中發(fā)生安全事故的原因，結(jié)合其特點逆向分析得到影響其施工安全的主因，建立其預(yù)警指標(biāo)體系，構(gòu)建基于可拓理論的裝配式建筑施工安全預(yù)警模型。并將其運用于具體工程，驗證其預(yù)警結(jié)果與工程實際相符程度。

1 裝配式建筑施工安全預(yù)警指標(biāo)體系

裝配式建筑與傳統(tǒng)的建筑相比，具有結(jié)構(gòu)質(zhì)量性能良好，施工集成化程度高的特點，安全生產(chǎn)和建造要求高，但由于其涉及許多高空作業(yè)，存在作業(yè)人員的墜落危險，需考慮工序的細(xì)節(jié)，制定有效的應(yīng)急預(yù)案和防范措施[5]。

1.1 分析裝配式建筑施工安全事故影響因素

收集裝配式建筑最常發(fā)生的幾類施工安全事故后，研究這些安全事故的特點和成因并結(jié)合《裝配式混凝土技術(shù)建筑標(biāo)準(zhǔn)》[6]逆向分析，融入部分一般建筑施工安全影響因素，總結(jié)得到作為一級因素的人員、設(shè)備機械、材料、安全管理、安全技術(shù)、環(huán)境這6類主要裝配式建筑施工安全影響因素及其22個次級因素。1.1.1 人員因素

人員的不安全因素是造成裝配式建筑安全事故的直接原因[7]。

（1）現(xiàn)場從業(yè)人員配置。要預(yù)防裝配式建筑施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生，對其人員的合理配置是非常必要的，應(yīng)對從業(yè)人員的學(xué)歷、資質(zhì)、技術(shù)嚴(yán)格考核，按專業(yè)上崗，工作時間合理，加強安全知識培訓(xùn)，應(yīng)急措施。

（2）現(xiàn)場從業(yè)人員身心健康。預(yù)制構(gòu)件吊裝、拼接和安裝，其操作難度大且危險程度高，應(yīng)密切關(guān)注從業(yè)人員身心狀況。

（3）施工企業(yè)資質(zhì)。不同的裝配式建筑施工活動應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的施工企業(yè)和分包商實施，施工安全順利進(jìn)行有賴于分包商豐富的施工經(jīng)驗。

（4）現(xiàn)場從業(yè)人員安全意識。違章作業(yè)的發(fā)生通常就是由于施工現(xiàn)場從業(yè)人員安全意識的缺乏。對現(xiàn)場從業(yè)人員定期進(jìn)行安全教育，提高安全意識，強化其責(zé)任心，這是保障工程項目順利實施的關(guān)鍵。

（5）現(xiàn)場從業(yè)人員專業(yè)技術(shù)。不管對于普通設(shè)備操作，還是裝配式建筑專業(yè)機械操作，都應(yīng)要求施工現(xiàn)場從業(yè)人員有較高的技術(shù)水平。

1.1.2 設(shè)備機械因素

各類施工機械、設(shè)備的使用保證了裝配式建筑施工的順利進(jìn)行，但這些設(shè)備若使用操作不當(dāng)，就會造成安全事故，尤其是常用的各種吊裝機械。

（1）吊裝臨時支撐。吊裝時選擇用防水防火性能好的材料制成且有足夠承載能力的臨時支撐，可以讓預(yù)制構(gòu)件保持穩(wěn)定，防止其失穩(wěn)滑落，避免安全打擊等安全事故發(fā)生。

（2）吊裝機械選擇和安拆。吊裝機械的選擇是十分重要的，構(gòu)件脫落易發(fā)生物體打擊事故，吊裝機械的安拆是物體打擊和高空墜落等安全事故的易發(fā)段。

（3）設(shè)備檢查維護(hù)。裝配式建筑施工中對吊裝機械設(shè)備的使用十分頻繁，要吊裝大量體積質(zhì)量大的預(yù)制構(gòu)件，損耗嚴(yán)重，故應(yīng)定期對這些設(shè)備和普通設(shè)備進(jìn)行檢測，加強維護(hù)保養(yǎng)。

1.1.3 材料因素

對于裝配式建筑施工的材料因素指的是混凝土預(yù)制件，在安全、環(huán)保等方面優(yōu)于一般傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，預(yù)制的施工方式更加綠色環(huán)保，粉塵噪音污染更少，但其仍有許多劣勢引發(fā)安全事故[8]。

（1）預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場存放。由于預(yù)制構(gòu)件數(shù)量多，且有的體積大，所以在未進(jìn)行安裝時，構(gòu)件堆放應(yīng)合理規(guī)劃，分類放置，配專人看管，做到妥善存放，防止構(gòu)件由于堆積不當(dāng)?shù)顾l(fā)安全事故。

（2）預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量。裝配式建筑就是由各式各樣的預(yù)制構(gòu)件拼裝而成，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量直接影響裝配式建筑的質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)國家規(guī)范進(jìn)行制作，嚴(yán)格把關(guān)質(zhì)量。

（3）預(yù)制構(gòu)件運輸。因預(yù)制構(gòu)件體積大，形狀多樣，選擇合適的運輸工具并固定好，才能防止損壞和途中滑落傷人。在施工現(xiàn)場應(yīng)保持其運輸通道暢通，禁止在其運輸通道上堆放雜物。

1.1.4 安全管理因素

裝配式建筑施工除了主體人機料外，安全管理是最重要的安全因素[9]。

（1）預(yù)制構(gòu)件施工安全管理。做好預(yù)制剪力墻、預(yù)制梁、柱和樓板的臨時支撐安全管理措施。做好工具式鋼管斜撐，設(shè)置好工具式鋼管立柱、盤扣式支撐架等臨時支撐，事先規(guī)劃臨時支撐體系的拆除時間。

（2）事故預(yù)防與應(yīng)急管理。應(yīng)急預(yù)案就是對可能發(fā)生的事故預(yù)警并制定有效措施。在模擬演練中發(fā)現(xiàn)預(yù)案的不足，及時查缺補漏，進(jìn)行修正，將事故的損失降到最少。

（3）高空外圍防護(hù)。裝配式建筑施工中，經(jīng)常的高空吊裝作業(yè)要求做好外圍防護(hù)措施的管理。工人個體高處作業(yè)十分容易墜落，因此作業(yè)前要綁好安全帶，固定安全繩。

（4）易燃易爆品保管。由于裝配式建筑安裝工藝需要用到大量粘接劑、稀釋劑等易燃易爆化學(xué)品，在保管這些化學(xué)品時需要十分注意，特別在夏季時，應(yīng)儲存在陰涼的地方，避免引發(fā)火災(zāi)。

1.1.5 安全技術(shù)因素

在裝配式建筑施工中技術(shù)的成熟度即為安全技術(shù)[10]，主要體現(xiàn)以下幾方面。

（1）預(yù)制構(gòu)件施工基礎(chǔ)設(shè)計。根據(jù)設(shè)計原則，裝配式建筑的施工設(shè)計要做到少規(guī)格，多組合。且裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，承載力、耐久性和延性滿足要求，從根源防范安全事故的發(fā)生。

（2）預(yù)制構(gòu)件準(zhǔn)確定位。對節(jié)點連接精度嚴(yán)格的裝配結(jié)構(gòu)，兩個預(yù)制構(gòu)件之間連接稍有偏移，就會影響其他預(yù)制構(gòu)件的定位，使其相互撞擊若脫落，引發(fā)物體打擊事故。

（3）預(yù)制構(gòu)件節(jié)點連接。在裝配式建筑施工中，一般用漿錨或后澆混凝土連接各預(yù)制構(gòu)件，但常出現(xiàn)灌漿不飽滿，導(dǎo)致連接部位強度不夠，構(gòu)件物之間松動分離，留下隱患。

（4）預(yù)制外墻連接。為保障裝配式建筑施工的安全進(jìn)行，在對預(yù)制外墻施工前，要設(shè)置好外腳手架，構(gòu)建一個安全的操作平臺，保證預(yù)制外墻施工的順利進(jìn)行。

1.1.6 環(huán)境因素

（1）現(xiàn)場物理環(huán)境。裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件在工廠穩(wěn)定的環(huán)境下制造后運輸至施工現(xiàn)場，施工工人仍未脫離于施工現(xiàn)場外，所以依然要降塵，且用電環(huán)境的濕度、場地大小、亮度等因素也有影響。

（2）吊裝時天氣。選吊裝時的天氣作為一個重要因素，同時應(yīng)根據(jù)風(fēng)力風(fēng)向的情況，選擇作業(yè)的時間，避免因氣候原因使得預(yù)制構(gòu)件在吊裝時擺動，造成碰撞損壞以及脫落傷人。

（3）安全標(biāo)準(zhǔn)政策。應(yīng)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定施工，禁止在大風(fēng)、大雪、強雨等惡劣天氣環(huán)境下作業(yè)，若在施工中遇到惡劣天氣，應(yīng)該及時停止并撤離施工場地，并制定有效的排水方案。

1.2 裝配式建筑安全事故及安全影響因素匯總表

根據(jù)裝配式建筑安全事故發(fā)生的原因，結(jié)合裝配式建筑特點，逆向分析得到裝配式建筑施工安全影響因素，如表1所示。

表1 裝配式建筑安全事故的影響因素匯總表

2 基于可拓理論的裝配式建筑施工安全預(yù)警模型

2.1 可拓綜合評價法

可拓綜合評價法可用來評價一個對象的事物、策略和方法等優(yōu)劣程度。運用物元理論和可拓集合理論，量化評價指標(biāo)，用物元描述，通過關(guān)聯(lián)函數(shù)建立事物間、因素間的關(guān)聯(lián)程度及數(shù)量關(guān)系進(jìn)行整體綜合評價[11]。

根據(jù)前文指標(biāo)源的分析以及預(yù)警指標(biāo)確定的原則及方法，將建筑施工安全預(yù)警現(xiàn)狀確定為指標(biāo)體系的目標(biāo)層，從人員、設(shè)備機械、材料、安全管理、安全技術(shù)和環(huán)境6個方面建立裝配式建筑施工安全預(yù)警指標(biāo)體系，該體系分為3層，共22個評價指標(biāo)。其預(yù)警等級根據(jù)《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ59-2011）和施工現(xiàn)場安全管理數(shù)據(jù)資料等分為無警、輕警、中警和重警4個等級[12]，查閱相關(guān)安全評價標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定各指標(biāo)在4個等級下的取值范圍。據(jù)可拓學(xué)理論及其評價方法，可建立基于可拓理論的裝配式建筑施工安全預(yù)警模型。

2.2 可拓綜合評價法步驟

2.2.1 確定預(yù)警等級域U和評價因素集C

設(shè)R表示物元，C為評判因素集，U為預(yù)警等級域，則：

C= {c1 ，c2 ， … ,cn}，n為評判因素個數(shù)；U={u1，u2， …，um}，m為預(yù)警等級個數(shù)。

2.2.2 節(jié)域、經(jīng)典域和待評物元的確定

確定裝配式建筑施工安全預(yù)警的經(jīng)典域R0k、節(jié)域Ru和待評物元R：

（1）節(jié)域。式中，U為評價等級全體；Vui表示U于特征Ci的取值范圍。

（2）經(jīng)典域。式中，U0k為第k個等級；Ci為第k個等級的特征；V0ki為第k個等級關(guān)于特征Ci的取值范圍。

（3）待評物元。將待評單元所收集到的評價信息用物元R0表示：

式中，N為待評對象；Vi為評價對象N關(guān)于Ci的取值。

2.2.3 確定各評價因素的權(quán)重系數(shù)

層次結(jié)構(gòu)的建立，構(gòu)造判斷矩陣，其方法為：多次詢問專家，基于判斷矩陣準(zhǔn)則，對評價因素兩兩比較，其程度按1～9賦值。一般對n個元素來說，兩兩比較各元素，可得到兩兩判斷矩陣A=(Aij)n×n。

根據(jù)判斷矩陣用最大特征根法計算權(quán)向量T和最大特征根λmax，步驟：

判斷矩陣每行元素相乘：

求M1的n次方根：

歸一化處理：

求判斷矩陣A1的最大特征根：

一致性檢驗：

（1）求一致性指標(biāo)CI：

式中：λmax為判斷矩陣A1的最大特征根；n為A1的階數(shù)。

（2）判斷矩陣A1的“隨機一致性指標(biāo)RI”，1～9階矩陣RI取值如表2所示。

表2 平均隨機一致性指標(biāo)RI

（3）若隨機一致性比值CR=CI/RI＜0.1，則該矩陣具有滿意的一致性。

2.2.4 評價對象關(guān)于各評價等級關(guān)聯(lián)度的確定

各指標(biāo)與類別等級關(guān)聯(lián)度公式：

2.2.5 一級評價和二級評價

各次級指標(biāo)的權(quán)重行向量Wi與對應(yīng)的各預(yù)警等級的關(guān)聯(lián)度矩陣Ki相乘，得出各一級指標(biāo)對應(yīng)各預(yù)警等級的關(guān)聯(lián)度矩陣：

依次算出準(zhǔn)則層各指標(biāo)一級評價向量，得二級評價變換矩陣K(C)：

2.2.6 預(yù)警等級的確定

求出待評單元N關(guān)于評價類別的關(guān)聯(lián)度kj(N)后，?。?/p>

可判定待評單元N屬于j類，kj(N)數(shù)值大小及相互關(guān)系可定量反映評價單元等級；關(guān)聯(lián)函數(shù)k(x)數(shù)值表示待評物元隸屬于某等級的程度[12]。

3 實例應(yīng)用

3.1 實例概況

位于西南地區(qū)的某X裝配式建筑，建筑總面積2萬m2，有4棟建筑樓，每棟20層。項目人員配備齊全，各崗位職責(zé)分工明確；技術(shù)勞動人員滿足各作業(yè)的需要，施工工具和機械設(shè)備滿足計劃和施工要求。據(jù)國家規(guī)范要求制定安全管理制度，考慮實際施工條件，確保人員安全等制度順利執(zhí)行。

3.2 專家問卷調(diào)查

本文設(shè)計專家問卷，發(fā)送 15份給與該項目有關(guān)的房地產(chǎn)公司工程部、施工企業(yè)項目部和監(jiān)理公司監(jiān)理部的管理人員，5份給裝配式建筑預(yù)警方面學(xué)者，共計20份，對各影響因素打分，收回19份，無效2份，有效問卷17份，每一項得分取打分平均值。并將各數(shù)值用于物元中。

3.3 節(jié)域和經(jīng)典域的確認(rèn)

以人員因素為例，列出二級指標(biāo)節(jié)域：

經(jīng)典域區(qū)間為：（90,100），（80,90），（70,80），（0,70）

3.4 待評物元的確定

據(jù)已建立的裝配式施工安全預(yù)警指標(biāo)體系結(jié)合專家的打分，安全預(yù)警的待評物元為：

3.5 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

3.5.1 一層指標(biāo)權(quán)值計算

施工安全預(yù)警指標(biāo)體系包括：人員因素C1、設(shè)備機械因素C2、材料因素C3、安全管理因素C4、安全技術(shù)因素C5和環(huán)境因素C6。通過現(xiàn)場的調(diào)查和專家咨詢，根據(jù)1～9級標(biāo)度規(guī)則，兩兩比較各因素的重要性，確定其權(quán)重，得到層次分析法構(gòu)造因素重要性判斷矩陣如表3所示。

表3 一級指標(biāo)特征向量和權(quán)重表

用 Matlab軟件算出各項因素特征向量和最大特征值λmax=6.220，并求得一致性指標(biāo)CI=0.044，比例系數(shù)RI=1.26，隨機一致性比值C.R=0.035＜0.1。按一致性判定的標(biāo)準(zhǔn)，該矩陣具有滿意的一致性，各因素的權(quán)重是合理的。3.5.2 二層指標(biāo)權(quán)值計算

以人員因素C1為例，計算指標(biāo)權(quán)值。其指標(biāo)權(quán)值計算如表4所示。同理，計算其他各指標(biāo)權(quán)值，統(tǒng)計匯總得到各級指標(biāo)權(quán)重如表5所示。

表4 人員因素指標(biāo)權(quán)值

3.6 計算關(guān)聯(lián)度

由式（9）～式（11）計算其指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，計算二級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，如表5所示。

3.7 多級可拓評價

根據(jù)式（12）和表5，計算各因素關(guān)聯(lián)度矩陣，一級評價的結(jié)果如下：

表5 裝配式建筑施工安全預(yù)警體系各指標(biāo)權(quán)重及其關(guān)聯(lián)度值

根據(jù)式（14）進(jìn)行二次評價的運算，即：

3.8 預(yù)警結(jié)果

由上述計算結(jié)果可知，該裝配式建筑工程關(guān)于4個預(yù)警等級的關(guān)聯(lián)度分別為-0.2976、-0.0173、-0.0819、-0.2991，根據(jù)式（15）maxkj(N)=k2(N)，該裝配式建筑項目的安全預(yù)警等級為2級，即輕警。據(jù)一級評價可知，人員、設(shè)備機械、材料、環(huán)境因素安全預(yù)警等級均為“輕警”，從關(guān)聯(lián)度大小來看材料因素的關(guān)聯(lián)度最高，在4個指標(biāo)中相對安全。安全管理因素、安全技術(shù)因素為“中警”。以上結(jié)果說明該項目施工現(xiàn)場在人員、物料、設(shè)備設(shè)施及環(huán)境方面有所欠缺，安全技術(shù)和安全管理方面急需整改。據(jù)工程實際可知，該工程直到竣工，都未發(fā)生安全事故，但有隱患存在，如施工人員違規(guī)隨意操作、設(shè)備養(yǎng)護(hù)不到位等現(xiàn)象，對此要警惕，稍有差池，就會造成嚴(yán)重后果。該項目的實際情況與預(yù)警結(jié)果相符，說明本文構(gòu)建的基于可拓理論的裝配式施工安全預(yù)警模型在實際工程中得到的預(yù)警結(jié)果是可靠的，使用的方法合理科學(xué)可用。

4 結(jié)語

本文結(jié)合裝配式建筑施工中發(fā)生安全事故的原因，逆向分析得到影響其施工安全的主因；分別為人員因素、材料因素、設(shè)備機械因素、安全技術(shù)因素、安全管理因素和環(huán)境因素。裝配式建筑安全預(yù)警，影響因素最大的是人員因素，其次是安全管理因素，之后是安全技術(shù)因素、設(shè)備機械因素、材料因素和環(huán)境因素。建立裝配式建筑施工安全預(yù)警指標(biāo)體系，通過層次分析法求得各影響因素的權(quán)重，構(gòu)建了基于可拓理論的裝配式建筑施工安全預(yù)警模型。將模型運用到實證分析中，預(yù)警結(jié)果與實際情況一致，證明所建立的預(yù)警模型是科學(xué)合理的，具有可操作。方便決策者進(jìn)行考察和進(jìn)一步分析，為后續(xù)裝配式建筑安全預(yù)警的研究提供參考。