基于模糊因子分析法的裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)

□□ 王春霞，王君儀 (沈陽建筑大學(xué)，遼寧 沈陽 110168)

引言

在國家綠色制造的背景下，裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生，逐漸表現(xiàn)出工廠化、智能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，成為建筑工業(yè)未來發(fā)展的重要方向[1]。裝配式建筑的施工安全系數(shù)高低對(duì)其發(fā)展與推廣有著直接地影響。所以，全面客觀地評(píng)價(jià)裝配式建筑的施工安全狀況和有針對(duì)性地采取相應(yīng)的預(yù)防措施，保證裝配式建筑施工的可靠性和安全性，已成為裝配式建筑發(fā)展進(jìn)程中亟待解決的問題。

目前學(xué)術(shù)界對(duì)裝配式建筑施工安全方面的研究相對(duì)較少。李萬慶等[2]通過集對(duì)分析(SPA)計(jì)算各安全風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，并識(shí)別案例項(xiàng)目施工的安全等級(jí)；劉名強(qiáng)等[3]完成了裝配式建筑吊裝作業(yè)安全預(yù)警模型的構(gòu)建，并針對(duì)裝配式簡裝吊裝作業(yè)安全預(yù)警模型進(jìn)行了仿真和學(xué)習(xí)訓(xùn)練。相比于現(xiàn)澆式建筑，裝配式建筑有其特定的施工工藝與特點(diǎn)。因此，以往的建筑施工安全評(píng)估方法并不能直接應(yīng)用于裝配式建筑，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。鑒于此，需要借助新的方法對(duì)裝配式建筑施工安全狀況進(jìn)行評(píng)判。

1 模糊因子評(píng)價(jià)路徑

模糊因子分析法是通過信息沉淀和訪談的方式篩選初始影響因素，利用因子分析法對(duì)其進(jìn)行提煉明確裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，通過AHP法確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重，最后基于模糊數(shù)學(xué)理論獲得評(píng)價(jià)結(jié)果[4]。具體思路如圖1所示。

圖1 裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)思路

2 裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 影響因素的確定

根據(jù)信息沉淀法[5]的相關(guān)原理：通過CQVIP維普期刊、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)、CNKI中國知網(wǎng)等平臺(tái)，綜合考慮裝配式建筑施工安全管理的具體狀況，確定可能影響裝配式建筑施工安全的若干要素。通過專家訪談而確定保留的15個(gè)因素為：構(gòu)件是否堆放于專用場地、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)鋼筋是否滿足防護(hù)要求、構(gòu)件是否按正確方式堆放、構(gòu)件進(jìn)場檢驗(yàn)接收狀況、構(gòu)件是否正確運(yùn)輸、吊裝設(shè)備運(yùn)行情況、附屬吊是否匹配、機(jī)械是否正確操作、鄰邊支撐體是否穩(wěn)固、吊點(diǎn)節(jié)點(diǎn)連接是否牢固、施工環(huán)境是否安全、吊裝方案是否合理、構(gòu)件生產(chǎn)是否精確、構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)精度是否合理[6]。

2.2 數(shù)據(jù)采集與描述

采取走訪調(diào)查的方法獲取所需數(shù)據(jù)。問卷發(fā)放對(duì)象為監(jiān)理機(jī)構(gòu)、施工單位及開發(fā)單位的安全責(zé)任負(fù)責(zé)人和部分存在直接關(guān)系的學(xué)者。調(diào)查對(duì)象就問卷中的15個(gè)要素進(jìn)行打分，分值越高，代表該要素的影響程度越大，最低分是1分，最高分是5分。

調(diào)查過程累計(jì)回收有效問卷160份。對(duì)有效問卷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，男性受訪者占比92.5%，30～50歲年齡段的男性占據(jù)總調(diào)查人群的絕大多數(shù)，原因如下：從事安全管理工作的人群主要是30～50歲的男性。從人員分布來看，參與項(xiàng)目的施工單位人員占據(jù)總調(diào)查人群的絕大多數(shù)，占總調(diào)查人群的41.9%，其次是開發(fā)單位人員和政府有關(guān)部門的負(fù)責(zé)人，分別為25%和18.1%。從教育背景來看，占據(jù)總調(diào)查人群18.1%比例的是博士及以上學(xué)歷，大多是有關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者和專家；占據(jù)總調(diào)查人群26.9%比例的是碩士學(xué)歷，本科學(xué)歷占比為29.4%，?？茖W(xué)歷占比為6.9%，高中以下學(xué)歷占比為18.7%(多為現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)操作的一線員工)。

2.3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

2.3.1 因子分析條件檢驗(yàn)

在統(tǒng)計(jì)軟件SPSS17.0的輔助下，系統(tǒng)分析調(diào)查問卷獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。其中KMO為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，p為Bartlett球形檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量對(duì)應(yīng)的伴隨概率。若各個(gè)因素滿足KMO>0.7且p<0.05的條件時(shí)，則表明具有相關(guān)關(guān)系，能進(jìn)行因子分析。此處KMO=0.908>0.7且p=sig=0.000<0.05，故適用于因子分析[7]。

計(jì)算各因素的特征值和解釋方差貢獻(xiàn)率等指標(biāo)，采用主成分分析法將公因子提取出來，計(jì)算結(jié)果見表1。衡量某因子重要程度的指標(biāo)是特征值，需保留的重要因子特征值>1；衡量某因子信息量在信息量總體中所占比例的指標(biāo)是方差貢獻(xiàn)率，衡量含某因子的前m個(gè)因子信息量在信息量總體中所占比例的指標(biāo)是累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。由表1可知，從第4個(gè)因子開始特征值均<1，基于此提取前3個(gè)主成分因子，其中累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為60.206%，信息量表達(dá)滿足要求，這三個(gè)主成分因子分別為F1、F2、F3。

表1 解釋總方差

2.3.2 因子提取與命名

因子荷載矩陣見表2。表2中代表各因素與公共因子相關(guān)系數(shù)的是載荷值，相關(guān)性與該數(shù)值呈正比關(guān)系。

表1 解釋總方差

由分析可知，因子F1在因素吊裝方案正確性、構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)精度、構(gòu)件制作精確度上占有較高荷載，取名設(shè)計(jì)生產(chǎn)；從因子F2看，構(gòu)件進(jìn)場檢驗(yàn)接收狀況、構(gòu)件是否按照正確方式堆放、構(gòu)件是否存放于專用場地等3個(gè)因素占有的載荷較高，取名運(yùn)輸存儲(chǔ)；因子F3在因素吊裝節(jié)點(diǎn)連接牢固性、施工環(huán)境安全性、員工安全生產(chǎn)意識(shí)、鄰邊支撐體是否穩(wěn)固、附屬吊是否匹配、機(jī)械是否正確操作、吊裝設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等7個(gè)因素占有的載荷較高，將其命名為現(xiàn)場操作。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立

建立裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將一級(jí)指標(biāo)A設(shè)置為裝配式建筑施工安全情況，將二級(jí)指標(biāo)B設(shè)置為已經(jīng)選擇的三個(gè)因子，將三級(jí)指標(biāo)C設(shè)置為能對(duì)各個(gè)因子產(chǎn)生一定影響的因素，確立如圖2所示的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。

圖2 裝配式建筑施工的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 模糊層次分析評(píng)價(jià)模型

基于以上基礎(chǔ)通過AHP法確定各指標(biāo)權(quán)重，再借助模糊評(píng)價(jià)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行度量。

3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

3.1.1 構(gòu)造判斷矩陣

將每個(gè)指標(biāo)影響評(píng)價(jià)目標(biāo)的程度進(jìn)行比較，利用1-9標(biāo)度法對(duì)其在同一比較層中的比重進(jìn)行賦值，以n表示影響因素的個(gè)數(shù)，第i個(gè)指標(biāo)bi相對(duì)第j個(gè)指標(biāo)bj的重要程度用bij表示，判斷矩陣基本形式如下：

3.1.2 層次單排序

(1)

(2)

(3)

式中，W=(W1，W2，…，Wn)T，即代表特征向量，分量Wi則代表對(duì)應(yīng)權(quán)重。

(3)確定判陣斷矩B的最大特征根，計(jì)算見式(4)：

(4)

式中，向量BW的第i個(gè)元素表示為(BW)i。

(4)一致性檢驗(yàn)

一致性指標(biāo)CI的計(jì)算見式(5)：

(5)

式中，用λmax表示矩陣的最大特征根，矩陣階數(shù)表示為n。當(dāng)矩陣完全一致時(shí)，CI=0。

平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI按取值表確定。

隨機(jī)一致性指標(biāo)CR的計(jì)算見式(6)：

(6)

若滿足CR≤0.1，則矩陣一致性滿足要求；反之則不符合要求。

3.2 綜合評(píng)判

3.2.1 確定評(píng)級(jí)指標(biāo)集

完成裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)集的構(gòu)建，表達(dá)式分別為：A={B1，B2，B3}，B1={C1，C2，C3}，B2={C4，C5，C6，C7，C8}，B3={C9，C10，C11，C12，C13，C14，C15}。

3.2.2 確定安全評(píng)價(jià)評(píng)語集

裝配式建筑施工安全狀況劃分為安全性低、安全性較低、安全性一般、安全性較高、安全性高5個(gè)等級(jí)。以各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的評(píng)定要求為依據(jù)，賦分后對(duì)象的評(píng)語集是：VT=(V1，V2，V3，V4，V5)=(100，80，60，40，20)。

3.2.3 模糊評(píng)判矩陣的確定

對(duì)評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)則層進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)的形式是專家打分，rij表示第i個(gè)因素相對(duì)于評(píng)語集中第j個(gè)評(píng)語的隸屬度，用來表示獲得的單因素評(píng)價(jià)集。分別評(píng)估各個(gè)指標(biāo)集因素，隸屬度矩陣Ri為：Ri=(ri1，ri2，…，ri5)。

3.2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

將各二級(jí)標(biāo)權(quán)重Wi與對(duì)應(yīng)的單因素矩陣Ri相乘，得到單因素模糊評(píng)價(jià)向量di，進(jìn)而得到模糊綜合評(píng)價(jià)向量E，具體計(jì)算見式(7)、(8)、(9)：

di=Wi·Ri=(di1,di2,…,di5),(i=1,2,…,n)

(7)

R=(d1,d2,…,dn)T

(8)

(9)

在上述公式中，模糊綜合評(píng)估指標(biāo)用ei表示，歸一化標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估結(jié)果用E表示，每個(gè)評(píng)價(jià)模型準(zhǔn)則層因素所占綜合權(quán)重用Wi表示，每個(gè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)指標(biāo)所占權(quán)重全用W1表示，W2為運(yùn)輸存儲(chǔ)各指標(biāo)的權(quán)重，各現(xiàn)場操作指標(biāo)所占權(quán)重用W3表示[8]。

綜上所述，裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)值是F=E·VT。

3.2.5 評(píng)價(jià)結(jié)果隸屬度劃分

根據(jù)上述得到的裝配式建筑施工安全綜合評(píng)價(jià)值，總結(jié)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)水平，可知二者的隸屬關(guān)系見表4。

表4 隸屬度關(guān)系表

4 案例分析

以政府某公租房項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目總占地面積為99 621 m2，總建筑面積為118 026 m2，項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是預(yù)制體式剪力墻，建設(shè)工期為兩年。邀請(qǐng)5位專家(施工、開發(fā)、監(jiān)理單位各1人，高校學(xué)者2人)就該項(xiàng)目的各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，具體步驟如下。

4.1 確定各指標(biāo)權(quán)重

比較準(zhǔn)則層和指標(biāo)層中各因素的重要性，所得判斷矩陣見表5～表8。

表5 A-B的判斷矩陣與相對(duì)權(quán)重向量WA

表6 B1-C的判斷矩陣與相對(duì)權(quán)重向量W1

表7 B2-C的判斷矩陣與相對(duì)權(quán)重向量W2

表8 B2-C的判斷矩陣與相對(duì)權(quán)重向量W3

由上表可知，該裝配式建筑項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)各判斷矩陣一致性比例CR<0.1，即符合一致性檢驗(yàn)要求。

4.2 確定模糊評(píng)判矩陣

根據(jù)專家小組成員對(duì)各因素隸屬度的評(píng)價(jià)情況，得到準(zhǔn)則層模糊評(píng)判矩陣為：

4.3 綜合評(píng)價(jià)

利用單因素評(píng)價(jià)法對(duì)每個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)進(jìn)行處理，得到的結(jié)果是：

通過綜合評(píng)價(jià)裝配式建筑的風(fēng)險(xiǎn)防控，得到的模糊判斷矩陣是：

通過綜合評(píng)價(jià)目標(biāo)層：

E=WA·R=(0.309 0.353 0.315 0.014 0.008)。

通過綜合評(píng)價(jià)裝配式建筑的風(fēng)險(xiǎn)防控，得到的綜合評(píng)價(jià)值是：

根據(jù)上述結(jié)果發(fā)現(xiàn)，綜合評(píng)價(jià)該裝配式建筑的風(fēng)險(xiǎn)防控最終結(jié)果為78.8，項(xiàng)目具有較高的安全系數(shù)，比較安全。按照相同的方法，分別評(píng)估各環(huán)節(jié)的施工安全情況，結(jié)果依次為74.47、77.30和78.90，每個(gè)環(huán)節(jié)均具有較高的安全系數(shù)，滿足裝配式建筑施工安全管理的相關(guān)要求。

5 結(jié)語

利用因子分析法確定影響裝配式建筑施工安全性的因素，從而建立安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，既可以避免原始指標(biāo)間的相關(guān)性對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果所造成影響，又可以確保指標(biāo)體系內(nèi)容涵蓋施工階段的不同環(huán)節(jié)。然而因子分析中的數(shù)據(jù)來源主要以走訪調(diào)查為主，具有一定的主觀性，有待于進(jìn)一步完善。