裝配式建筑施工安全評價(jià)
——基于離差最大化及五元聯(lián)系數(shù)

(福建工程學(xué)院 管理學(xué)院， 福建 福州 350118)

在裝配式建筑施工過程中，施工安全問題成為政府部門、建筑企業(yè)非常關(guān)心的一個(gè)問題。由于裝配式建筑在我國起步比較晚，技術(shù)還不怎么成熟，在構(gòu)件運(yùn)輸、保管、吊裝、臨時(shí)支撐、高處作業(yè)、構(gòu)件連接等施工環(huán)節(jié)中都可能發(fā)生安全事故，給相關(guān)企業(yè)和個(gè)人帶來不可挽回的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。目前國內(nèi)外學(xué)者有關(guān)裝配式建筑施工安全評價(jià)的研究成果還比較少，國外學(xué)者主要從防火性、抗震性、技術(shù)可靠性等角度展開研究[1-3]，國內(nèi)學(xué)者主要運(yùn)用未確知測度、粒子群算法、ICUOWGA-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對裝配式建筑施工安全評價(jià)進(jìn)行研究[4-6]。雖然這些方法能夠在裝配式建筑施工安全評價(jià)中起到一定的作用，但是在評價(jià)過程中存在確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重主觀性太強(qiáng)、評價(jià)結(jié)果難以量化等問題，所以有必要探索能夠克服賦權(quán)法主觀性以及便于量化的評價(jià)方法。

離差最大化是我國學(xué)者王應(yīng)明提出的一種客觀確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法[7]，五元聯(lián)系數(shù)是我國學(xué)者趙克勤提出一種分析不確定性系統(tǒng)的方法[8]，這兩種方法已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。鑒于此，本文將利用離差最大化來求解裝配式建筑施工安全評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，利用五元聯(lián)系數(shù)的聯(lián)系分量分別代表5個(gè)安全等級的隸屬度，利用五元聯(lián)系數(shù)的乘法和加法計(jì)算加權(quán)的綜合五元聯(lián)系數(shù)，從而根據(jù)綜合五元聯(lián)系數(shù)各個(gè)系數(shù)分量的大小關(guān)系確定裝配式建筑施工安全態(tài)勢排序，最后根據(jù)態(tài)勢排序確定安全評價(jià)的結(jié)果。

1 離差最大化和五元聯(lián)系數(shù)理論概述

1.1 離差最大化賦權(quán)法理論

(1)

通過構(gòu)造拉格朗日函數(shù)求得最優(yōu)解為：

(2)

向量歸一化得：

(3)

通過以上幾個(gè)計(jì)算步驟就可以完成確定指標(biāo)權(quán)重工作。顯然，離差最大法是直接利用專家的評價(jià)數(shù)據(jù)求解權(quán)重，這跟傳統(tǒng)的層次分析法需要另請專家賦權(quán)相比，賦權(quán)工作更加簡化而且結(jié)果更加客觀。

1.2 五元聯(lián)系數(shù)簡介

五元聯(lián)系數(shù)是一種研究確定性信息和不確定性信息的工具[8]。記為u=a+bi+cj+dk+el，5個(gè)系數(shù)a,b,c,d,e∈[0,1]稱為聯(lián)系分量。當(dāng)a>e時(shí)稱為集對同勢，當(dāng)a=e時(shí)稱為集對均勢，當(dāng)a

定義1 五元聯(lián)系數(shù)乘法公式和加法公式

若常數(shù)t為實(shí)數(shù)，u=a+bi+cj+dk+el，則有

tu=ta+tbi+tcj+tdk+tel

(4)

若u1=a1+b1i+c1j+d1k+e1l，u2=a2+b2i+c2j+d2k+e2l，則有

u1+u2=(a1+a2)+(b1+b2)i+(c1+c2)j+

(d1+d2)k+(e1+e2)l,

(5)

2 基于離差最大化-五元聯(lián)系數(shù)的裝配式建筑施工安全評價(jià)模型

2.1 裝配式建筑施工安全評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)的研究成果以及裝配式建筑施工安全事故的誘因以及特征，筆者依據(jù)福建省裝配式建筑施工的現(xiàn)實(shí)情況，從管理因素、人為因素、物的因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素五個(gè)方面確定了27個(gè)二級評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了裝配式建筑施工安全評價(jià)指標(biāo)體系。

2.2 確定裝配式建筑施工安全評價(jià)等級

根據(jù)裝配式建筑施工安全評價(jià)要求，將安全等級分為“很安全”“較安全”“安全”“較不安全”“很不安全”5個(gè)等級。

2.3 確定裝配式建筑施工安全評價(jià)隸屬度矩陣

2.4 用離差最大化對裝配式建筑施工安全評價(jià)進(jìn)行賦權(quán)

為了充分利用專家評價(jià)的隸屬度矩陣數(shù)據(jù)，本文借鑒離差最大化的思想將5個(gè)安全等級看作5個(gè)決策方案，那么如果某一個(gè)屬性權(quán)重比較大，那么該屬性下5個(gè)安全等級離差也會比較大，反之如果某一個(gè)屬性權(quán)重比較小，那么該屬性下5個(gè)安全等級離差也會比較小。利用隸屬度矩陣的數(shù)據(jù)由式(1)-(3)可計(jì)算得一級權(quán)重向量w=(w1,w2,…,wm),第s個(gè)一級指標(biāo)支配g個(gè)二級指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重向量記為w′s=(ws1,ws2,…,wsg)。

2.5 計(jì)算加權(quán)的綜合聯(lián)系數(shù)

將計(jì)算所得的權(quán)重向量與隸屬度矩陣相乘作為一級評價(jià)指標(biāo)五元聯(lián)系數(shù)的分量，計(jì)算得第s個(gè)一級指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)如下：

(6)

最后可計(jì)算加權(quán)的綜合聯(lián)系數(shù)如下：

(7)

2.6 根據(jù)聯(lián)系數(shù)聯(lián)系分量的大小確定態(tài)勢排序級別

五元聯(lián)系數(shù)根據(jù)系數(shù)的大小關(guān)系，可以查閱五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢表確定態(tài)勢排序級別，見表1。本文只列出與本文結(jié)果有關(guān)的幾個(gè)態(tài)勢排序，詳細(xì)的態(tài)勢表查閱文獻(xiàn)[9]。

表1 五元聯(lián)系數(shù)態(tài)勢

續(xù)表1

根據(jù)上述計(jì)算所得的結(jié)果得到加權(quán)聯(lián)系數(shù)的聯(lián)系分量數(shù)值，根據(jù)聯(lián)系分量的大小關(guān)系確定評價(jià)指標(biāo)的態(tài)勢排序。態(tài)勢排序級別越前面越安全，態(tài)勢排序級別越后面越不安全。當(dāng)安全評價(jià)處于同勢區(qū)時(shí)說明安全態(tài)勢較高，當(dāng)安全評價(jià)處于均勢區(qū)時(shí)說明安全態(tài)勢中等需要隨時(shí)關(guān)注事態(tài)發(fā)展，當(dāng)安全評價(jià)處于反勢區(qū)時(shí)說明安全態(tài)勢越低，需要排查不安全的指標(biāo)因素，有針對性的采取整改措施。

3 實(shí)證分析

以福建省某裝配式建筑試點(diǎn)項(xiàng)目為例展開實(shí)證分析，該項(xiàng)目建筑總面積為17 096 m2，預(yù)制率達(dá)54.5%。

因?yàn)檠b配式建筑受管理水平、技術(shù)水平、專業(yè)人才缺乏等因素限制，在實(shí)際施工過程中存在不少安全問題，所以裝配式建筑項(xiàng)目施工安全評價(jià)工作是一項(xiàng)非常重要的工作。邀請10位專家對評價(jià)指標(biāo)體系各個(gè)指標(biāo)按照“很安全”“較安全”“安全”“較不安全”“很不安全”5個(gè)安全等級進(jìn)行評價(jià)，得到各個(gè)指標(biāo)的對應(yīng)各個(gè)安全等級的隸屬度，結(jié)果見表2第4列到第8列。

表2 福建省裝配式建筑試點(diǎn)項(xiàng)目施工安全評價(jià)隸屬度

續(xù)表2

運(yùn)用式(1)-(3)可計(jì)算得一級權(quán)重向量，見表2第1列，二級指標(biāo)權(quán)重見表2第3列。運(yùn)用式(6)計(jì)算出綜合五元聯(lián)系數(shù)以及5個(gè)一級指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)，分別為：該裝配式建筑項(xiàng)目施工安全評價(jià)綜合五元聯(lián)系數(shù)為u綜合=0.16+0.29i+0.25j+0.18k+0.11l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢47級，處于“較安全”級別；其中5個(gè)一級指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)分別為

u管理因素=0.12+0.35i+0.26j+0.16k+0.11l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢47級，

u人為因素=0.17+0.32i+0.27j+0.14k+0.10l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢47級，

u物的因素=0.24+0.20i+0.18j+0.24k+0.14l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢7級，

u技術(shù)因素=0.12+0.23i+0.34j+0.20k+0.11l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢61級，

u環(huán)境因素=0.24+0.34i+0.16j+0.16k+0.10l，施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢53級。

根據(jù)以上分析結(jié)果表明裝配式建筑試點(diǎn)項(xiàng)目施工安全評價(jià)結(jié)果為：該項(xiàng)目綜合施工安全評價(jià)結(jié)果為同勢47級，總體安全等級為“較安全”級別。其中管理因素和人為因素這兩項(xiàng)評價(jià)結(jié)果也位于同勢47級；物的因素位于同勢7級明顯優(yōu)于其他因素；技術(shù)因素評價(jià)結(jié)果位于同勢61級，環(huán)境因素評價(jià)結(jié)果位于同勢53級，顯然技術(shù)因素和環(huán)境因素評價(jià)結(jié)果明顯落后于其他指標(biāo)但也還在同勢區(qū)，安全態(tài)勢較高。

根據(jù)以上計(jì)算所得結(jié)果并以5個(gè)一級指標(biāo)的聯(lián)系數(shù)以及綜合五元聯(lián)系數(shù)的系數(shù)分量作為縱軸，以5個(gè)安全等級為橫軸，建立如下的安全等級曲線，見圖1。

圖1 一級評價(jià)指標(biāo)以及綜合的安全等級曲線Fig.1 Curves of first grade evaluation index and comprehensive safety grade

通過觀察安全評價(jià)曲線發(fā)現(xiàn)：綜合五元聯(lián)系數(shù)的安全曲線與管理因素、人為因素、環(huán)境因素這3個(gè)一級指標(biāo)的安全曲線較接近，與技術(shù)因素、物的因素差異比較大。進(jìn)一步比較二級指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)分量的大小，從而可以判斷各個(gè)二級指標(biāo)對應(yīng)的態(tài)勢，見表2第9列。通過分析二級指標(biāo)的安全評價(jià)態(tài)勢發(fā)現(xiàn)：管理因素中現(xiàn)場易燃物保管措施、構(gòu)件堆碼支撐措施、構(gòu)件吊裝安全措施3個(gè)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果為反勢；人為因素中施工人員技術(shù)熟練度評價(jià)結(jié)果為反勢；物的因素中臨時(shí)支撐承載強(qiáng)度評價(jià)結(jié)果為反勢；技術(shù)因素中外墻連接件技術(shù)評價(jià)結(jié)果為反勢。針對評價(jià)結(jié)果中幾個(gè)安全態(tài)勢排序處于反勢的二級指標(biāo)，裝配式建筑施工安全管理人員應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)，找出所有可能發(fā)生安全事故的誘因，及時(shí)商討應(yīng)對措施，最大限度地降低發(fā)生安全事故的概率。

4 結(jié)論

通過建立基于離差最大化-五元聯(lián)系數(shù)的裝配式建筑施工安全評價(jià)模型，對裝配式建筑施工安全進(jìn)行合理評價(jià)，結(jié)合該模型評價(jià)計(jì)算所得的綜合五元聯(lián)系數(shù)和態(tài)勢排序結(jié)果，對裝配式建筑施工企業(yè)提出如下建議：

1)增設(shè)專職安全管理人員實(shí)行施工全過程監(jiān)控。由于影響裝配式建筑施工安全的因素既多又雜，施工安全管理不到位造成的后果又非常嚴(yán)重，因此施工企業(yè)有必要安排專職的安全管理人員，負(fù)責(zé)定期完成裝配式建筑施工安全因素的識別、評價(jià)、控制等工作。

2)及時(shí)根據(jù)評價(jià)結(jié)果制定應(yīng)對措施。安全管理人員邀請專家對相關(guān)施工項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，最后運(yùn)用該模型計(jì)算評價(jià)的結(jié)果，及時(shí)梳理出態(tài)勢排序比較低的各級安全指標(biāo)，從而有的放矢地制定有針對性的安全應(yīng)付措施。

3)合理優(yōu)化裝配式建筑施工安全管理模式。裝配式建筑施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過合理優(yōu)化安全管理模式，規(guī)避施工過程中可能出現(xiàn)的安全事故，比如通過購買工程保險(xiǎn)等方式盡可能減少安全事故造成的嚴(yán)重?fù)p失。