基于SEM的裝配式建筑施工安全風險及策略

段永輝， 周詩雨， 郭一斌， 王 翔

(1. 河南工業(yè)大學 土木建筑學院， 河南 鄭州 450001； 2. 鄭州航空工業(yè)管理學院 土木建筑學院， 河南 鄭州 450015)

在綠色經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的理念下，為滿足供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化要求，我國政府開始大力推進具有節(jié)能環(huán)保、化解過剩產(chǎn)能等功能的裝配式建筑。于2016年發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中明確指出：“力爭用10年左右時間,使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”[1]。該政策的實施使裝配式建筑工程建設(shè)規(guī)模急劇增長，但由于我國裝配式建筑起步較晚，在風險管理和風險控制方面的研究還不完善，安全施工形勢將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

近年來，國內(nèi)外學者對于裝配式建筑的結(jié)構(gòu)體系、抗震性能等方面的研究較多，而對裝配式建筑施工安全風險方面的研究涉及較少，一部分學者從風險識別角度進行初步的安全管控[2，3]；還有一部分學者從風險評價角度運用流程圖[4]、層次分析法[5]、灰色聚類評價[6]等方法建立其安全風險管理體系。但這些研究大部分停留在定性研究階段，各風險評價指標缺乏數(shù)據(jù)支撐，主觀性較強，難以對裝配式建筑工程施工安全提供綜合評價結(jié)論。

本文采用文獻統(tǒng)計分析、問卷調(diào)查和結(jié)構(gòu)方程模型，站在公眾角度，運用數(shù)學方法對人員、技術(shù)、機械、環(huán)境、管理這5種因素在裝配式建筑施工安全風險上的影響程度進行比較和量化?；诶碚摲治雠c模型結(jié)果，探討各風險因素之間的作用機理，揭示施工安全風險控制的重點，為全方位的管理控制施工安全風險提供決策參考。

1 風險因素識別與指標體系的構(gòu)建

1.1 裝配式建筑施工安全風險因素識別

通過中國知網(wǎng)對2010～2019年中含有“裝配式建筑”“施工安全風險”“施工安全問題”等關(guān)鍵詞的期刊文獻進行檢索，同時利用Citespace軟件對文獻相關(guān)度進行篩選，總計108篇相關(guān)文獻和35個風險因素。將文獻中提及的風險因素進行歸納劃分，對其表意相似的風險因素進行整合處理，最終得到25個風險因素，可歸集于人員、技術(shù)、機械、環(huán)境、管理五類施工安全風險因素(表1)。

表1 裝配式建筑施工安全風險因素識別

1.2 基于灰色關(guān)聯(lián)度原則的指標體系篩選

表1所示的指標體系中指標量過大，不利于觀察各個指標的重要程度，對于施工安全風險因素判別難度較大。而灰色系統(tǒng)理論提出了對各子系統(tǒng)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，關(guān)聯(lián)度則是系統(tǒng)之間的因素隨時間或不同對象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度。通過一定方法求得系統(tǒng)中各子因素之間的數(shù)值關(guān)系并根據(jù)其大小進行指標篩選。其篩選的原則是關(guān)聯(lián)度越大則說明參考序列與比較序列之間關(guān)系越密切, 指標應(yīng)予以保留, 關(guān)聯(lián)度越小則說明參考序列與比較序列之間關(guān)系不密切, 指標應(yīng)予以剔除[19]。本文將關(guān)聯(lián)度低于0.5的指標予以剔除。

采用專家打分法進行數(shù)據(jù)采集，由20位專家組成評價主體。并向其發(fā)放“施工安全風險評價指標體系構(gòu)建咨詢問卷”，其中包括具有10年以上裝配式建筑的施工管理人員5名，高校中從事建筑行業(yè)施工管理方面研究的教授5名，具有20年以上建筑施工經(jīng)驗的技術(shù)人員10名。針對20項調(diào)查數(shù)據(jù)和25個評價項使用SPSSAU軟件(分辨系數(shù)取0.5)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。計算出關(guān)聯(lián)度值以用于指標篩選判斷(見表2)。

通過表2可以看出，A4，B4，B5，C4，D4，D5，E5，E6，E7這9個評價項的關(guān)聯(lián)度低于0.5，予以剔除，剩余的16個指標作為裝配式建筑施工安全風險的評價指標(見圖1)。

表2 關(guān)聯(lián)度結(jié)果統(tǒng)計

圖1 裝配式建筑施工安全風險評價體系

2 基于SEM裝配式建筑施工安全風險評價

2.1 結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)的構(gòu)建

結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)作為一種多元統(tǒng)計技術(shù)，基于變量的協(xié)方差矩陣來分析變量之間的關(guān)系，容許變量存在誤差且能測量出整體模型的擬合程度[20]。結(jié)構(gòu)模型和測量模型組成完整的結(jié)構(gòu)方程模型。

2.1.1 測量模型

測量模型是指潛變量與觀測指標之間的關(guān)系，其方程表達式為：

y=φyβ+ε

(1)

x=φxα+δ

(2)

式中：β為內(nèi)生潛變量；α為外生變量；y為內(nèi)生觀測變量組成的向量；x為外生觀測變量組成的向量；φy，φx分別為指標變量y和x的因素負荷載矩陣；ε，δ為潛在變量的誤差項。

2.1.2 結(jié)構(gòu)模型

結(jié)構(gòu)模型指的是潛在變量之間的因果關(guān)系，其方程表達式為:

β=Aβ+Bα+γ

(3)

式中：A為內(nèi)生潛變量之間的相互影響效應(yīng)系數(shù)；B為外生潛變量對內(nèi)生潛變量影響的路徑系數(shù)；γ為變量及變量間關(guān)系不可解釋的部分。

2.1.3 研究假設(shè)

Chin[21]指出，SEM分析時需要對模型的每一條路徑提出假設(shè)，因此根據(jù)文獻分析和實際情況，提出人員、技術(shù)、機械、環(huán)境、管理五大因素都對施工安全風險有正向作用的路徑假設(shè)。并擬定這五大因素為潛在變量，16個指標項為觀測變量，運用SEM和采集的調(diào)查數(shù)據(jù)進行驗證性分析。

2.2 數(shù)據(jù)來源與SPSS信效度分析

2.2.1 問卷信息與調(diào)查對象基本情況

本次調(diào)查根據(jù)指標體系另行建立問卷，共設(shè)23個問題，采用李克勤5級量表法建立1～5分的評價維度，面向全國各地的建筑行業(yè)專家、學者以及從業(yè)人員進行調(diào)查工作。線上線下共發(fā)放調(diào)查問卷300份，收回261份，有效問卷233份，有效問卷率89.3%。樣本具體調(diào)查對象情況見表3。

表3 調(diào)查對象個人背景情況分布表

2.2.2 信效度分析

本文利用SPSS 25.0軟件進行信效度分析，評價樣本信度指標以克朗巴哈系數(shù)(Cronbach’s α)為主，同時采用CITC值作為補充。該問卷信度系數(shù)Cronbach’s α為0.942，數(shù)據(jù)信度良好，CITC值全部高于0.5，通過信度檢驗。且分析項之間具有良好的相關(guān)關(guān)系。KMO為0.891，Bartlett球形度檢驗為0.000，可做因子分析研究，五個潛變量的克朗巴哈系數(shù)均大于0.6，在可接受范圍，如表4所示。

表4 信度系數(shù)

2.3 基于AMOS 23.0軟件的SEM構(gòu)建與修正

2.3.1 一階結(jié)構(gòu)模型與測量模型構(gòu)建

將問卷收集的數(shù)據(jù)導入AMOS 23.0軟件中，建立裝配式建筑施工安全風險評價初步結(jié)構(gòu)方程模型(圖2)，根據(jù)模型的擬合情況發(fā)現(xiàn)，一階模型不存在負誤差項，標準化系數(shù)和誤差項都在可接受范圍內(nèi)，通過違規(guī)估計檢查[22]。擬合結(jié)果中，卡方自由度比為1.7<3，GFI = 0.926>0. 9，RMSEA= 0.055<0.08，CFI=0.963>0.9，IFI=0.964>0.9，TLI=0.953>0.9，表明該模型指標配適度良好，模型合理。同時發(fā)現(xiàn)五個一級指標之間的相關(guān)性在0.42～0.68之間，且均達到了0.05的顯著水平，說明這五個指標之間存在較高的相關(guān)度，而且可能會有另一個更高階的共同因素對其產(chǎn)生影響，后期考慮使用二階模型對其進行進一步分析。

圖2 裝配式建筑施工安全風險一階結(jié)構(gòu)方程模型

2.3.2 二階模型驗證性因素分析

通過2.3.1的分析發(fā)現(xiàn)一階因子可能受到一個較高潛在因素的影響，結(jié)合問卷設(shè)計和因子分析結(jié)果，將這一更高階的潛在因素歸集為施工安全風險，并將問卷調(diào)查數(shù)據(jù)代入模型中，繪制出二階驗證性因素分析模型。運行結(jié)果如圖3所示，數(shù)據(jù)顯示，調(diào)整擬合優(yōu)度指數(shù)AGFI為0.889，不符合標準，需進行進一步的修正，利用極大似然估計法MI進行模型修正，通過放松對變量間關(guān)系的約束，選擇MI值大于4的路徑系數(shù)進行釋放，得到修正模型3(如圖4所示)。擬合分析發(fā)現(xiàn)模型3的擬合指標中卡方自由度比為1.727<3，TLI=0.968，CFI=0.974，NFI=0.925，IFI=0.974，RFI=0.907，GFI=0.929，AGF=0.901，均大于0.9, RMSEA=0.045<0.08,各項擬合指標值表明模型3與樣本數(shù)據(jù)的擬合程度很好, 根據(jù)這些指數(shù)以及相關(guān)施工安全風險理論, 可以認為模型3能夠最好的擬合樣本數(shù)據(jù)，是眾模型中最優(yōu)的。

圖3 裝配式建筑施工安全風險二階結(jié)構(gòu)方程模型

圖4 修正后裝配式建筑施工安全風險二階結(jié)構(gòu)方程模型

2.3.3 施工安全風險指標權(quán)重的計算

為進一步分析人員、技術(shù)、機械、環(huán)境、管理這五類因素對裝配式建筑施工安全風險的影響機理和16個風險指標對施工安全風險的影響程度及其原因，根據(jù)圖4的路徑分析，分別計算各潛變量權(quán)重(見表5)。

表5 裝配式建筑施工安全風險評價指標權(quán)重

2.4 模型解析

裝配式建筑施工安全風險因素的SEM模型由5個潛變量和16個觀測變量以及它們之間相互關(guān)系組成，通過模型分析裝配式建筑施工安全風險影響因素之間的關(guān)系，總結(jié)施工安全風險管理有實用價值的信息。

2.4.1 結(jié)構(gòu)模型解析

從圖4來看，五個一級指標的路徑系數(shù)都達到了0.6以上，說明這五類因素的不可忽視性；從權(quán)重分析表來看，五個一級指標中機械因素所占權(quán)重較大，為0.219，由于現(xiàn)場機械化裝配對機械設(shè)備和施工材料有較高要求，會直接影響到施工的安全性。因此機械風險控制是裝配式施工安全風險控制中重要的一環(huán)。

2.4.2 測量模型解析

(1)人員因素

作業(yè)人員的安全意識及態(tài)度所占一級指標權(quán)重0.342。作業(yè)人員不重視安全教育、不遵守安全規(guī)范以及錯誤的安全態(tài)度是導致施工安全事故發(fā)生的重要原因。

(2)技術(shù)因素

施工工藝的可操作性占一級指標的權(quán)重0.359。裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑相比在綠色建筑方面有明顯優(yōu)勢，但在前期方案的設(shè)計過程中要結(jié)合裝配式建筑現(xiàn)場組裝的特點，從源頭控制風險。

(3)機械因素

預制構(gòu)件現(xiàn)場運輸、卸載、堆放問題占一級指標權(quán)重0.340，綜合權(quán)重0.074，在裝配式建筑施工安全風險中占主導作用。由于預制構(gòu)件的現(xiàn)場調(diào)運是裝配式建筑施工的重要環(huán)節(jié)，而且在構(gòu)建運輸、卸載以及堆放的過程中存在眾多安全風險，其影響因素較多且難以控制，如:構(gòu)件長時間空中停滯引起設(shè)備倒塌、吊運過程中發(fā)生墜物事故、構(gòu)件堆放位置不合理和設(shè)備超載運行。

(4)環(huán)境因素

現(xiàn)場危險源的控制占一級指標權(quán)重0.362，在實際情況中，觸電事故、爆炸事故在裝配式施工安全事故中并不少見，大多是因為建設(shè)單位和建筑人員忽略了危險源所引起的致命危害。

(5)管理因素

制定相關(guān)的安全管理制度、現(xiàn)場管理人員風險識別能力占一級指標的權(quán)重分別為0.273，0.266?？梢娛┕ぐ踩珕栴}想要得到保障，就必須全方位、各階段地保持警惕性，始終把安全問題放到管理工作的首要位置。

3 策略與建議

根據(jù)上述分析，本文為全面高效地管控裝配式建筑施工安全風險，提出以下幾點策略建議：

(1)從人員因素控制風險時，需對管理、技術(shù)人員進行針對性培訓，培養(yǎng)操作人員的技術(shù)水平、各參與方默契度以及施工人員的安全意識，為安全施工創(chuàng)建堅實的基礎(chǔ)；

(2)從技術(shù)因素控制風險時，需積極順應(yīng)裝配式建筑節(jié)能環(huán)保的特點，把握施工方案和施工技術(shù)的風險管理重點，加強事前、事中、事后技術(shù)方案的評估與審核；

(3)從機械因素控制風險時，需確保施工場地安全防護規(guī)范、施工機械狀態(tài)良好、施工材料質(zhì)量合格，從而減少因機械因素而引發(fā)的安全風險；

(4)從環(huán)境因素控制風險時，需認真研究和科學選擇裝配式建筑的施工區(qū)域，因地制宜，循序推進裝配式建筑，并及時解決所暴露的問題；

(5)從管理因素控制風險時，需在規(guī)范、制度健全的情況下運行管理機制，完善獎罰機制，廣泛發(fā)動和依靠公眾監(jiān)督，從而提高裝配式建筑整體施工安全風險管控能力。

4 結(jié) 論

在我國大力推行裝配式建筑的背景下，本文運用SEM模型對施工安全風險的影響因素進行分析，得出如下結(jié)論：

(1)裝配式建筑施工安全風險的一級指標權(quán)重由大到小依次為機械因素、管理因素、人員因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素；

(2)基于SEM建立裝配式建筑施工安全風險評價模型，解決了風險指標體系的主觀性和不可觀測性等問題，根據(jù)指標間的相互影響，提出針對性的管控對策，為風險控制提供依據(jù)；

(3)上述研究所用的調(diào)查問卷樣本數(shù)量和局限性較強，數(shù)據(jù)分布有不均勻現(xiàn)象且具有時效性，可能結(jié)果與實際情況存在偏差。待后期裝配式建筑發(fā)展成熟后，需再次進行多樣本收集，以便增加模型的準確度。