基于FAHP法的超高超重支模架施工風險識別及防范研究

王永祥 張 濤 王靜怡 倪瑞遠 曾 愉 鐘楚欣 韓子凡

華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 江西 南昌 330033

近年來，我國建設(shè)工程領(lǐng)域相關(guān)研究者對支模架施工安全現(xiàn)狀進行了深入分析和研究，并建立起支模架工程遠程坍塌監(jiān)測分析和預(yù)防系統(tǒng)[1-2]。同時吳耀興等[3]利用模糊評價法建立支模架施工評價體系，對支模架事故風險控制進行研究。楊娜等[4]利用Abaqus有限元思想建立支模架系統(tǒng)分析模型，判斷模架體系中各部位構(gòu)件的重要性。同樣許多國外研究者們通過大量工程實例對高支模架安全施工展開研究，Yue等[5]對提升式腳手架進行風洞試驗并得到相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)風荷載對支模架整體安全穩(wěn)定性具有顯著的影響。Chandrangsu等[6-7]對腳手架整體體系進行測試研究，分析立桿偏心荷載對框架整體安全性影響大小。Gu[8]等運用BIM技術(shù)軟件對模架安全事故發(fā)生概率進行預(yù)測分析。Yu等[9]利用門式鋼管腳手架建立有限元的非線性模型，以提高支模架結(jié)構(gòu)的安全性能。目前，國內(nèi)外對一般規(guī)模支模架施工風險有一定研究成果，但針對超高超重支模架施工風險的研究甚少。本文基于此前提下，利用FAHP法對超高超重支模架施工風險識別及防范展開研究。

1 FAHP法

FAHP（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，模糊層次分析法），是一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。運用FAHP方法主要是根據(jù)多目標評價問題與總目標的自身性質(zhì)，構(gòu)成一個自下而上的遞階層次結(jié)構(gòu)，從而將問題本身進行層次分解的一個分析過程[10]。該方法特別適合于解決多層次多因素復(fù)雜問題的綜合量化決策分析過程，如多目標優(yōu)化決策、風險評價等。運用FAHP法的步驟如圖1所示。

1.1 建立遞階層次分析因素集

運用FAHP方法分析解決實際問題時，應(yīng)將所需要解決的問題進行細部分化和模糊層次化，建立符合實際問題的模糊層次結(jié)構(gòu)分析模型。FAHP層次因素通常劃分為三類：

圖1 風險指標權(quán)重值計算流程

1）目標層（A）：只有一個概念因素，是分析問題的目標結(jié)果。

2）準則層（Bi）：為實現(xiàn)目標層所涉及的所有中間環(huán)節(jié)，其中：i＝1,2,…,m。

3）指標層（bij）：為實現(xiàn)目標的各種實施方案和解決措施，其中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。

1.2 構(gòu)造判斷矩陣

依據(jù)風險評價準則對單層次指標進行兩兩比較，確定指標層bij對準則層Bij影響大小[11]。aij表示bij對Bij的影響比值，矩陣A=(aij)n×n表示各因素aij值，如表1所示。

表1 風險評價準則

1.3 單層次一致性檢驗計算

1）建立判斷矩陣A=(aij)n×n，并將A進行標準化后得到相對應(yīng)的標準化矩陣：

2）利用公式Ic＝（λmax－n）/（n－1）計算一致性指標Ic，λmax為判斷矩陣最大特征值。

3）查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標Ir，利用公式Rc＝Ic/Ir計算出一致性比例Rc。當一致性檢驗值Rc＜0.1時，表示該判斷矩陣一致性檢驗符合要求。

1.4 指標層因素模糊權(quán)重計算

假設(shè)準則層Bi指標因素個數(shù)為n，依據(jù)公式（1）計算出指標層bij各因素的模糊權(quán)重。其中Q～i表示指標層第i因素相對準則層的模糊權(quán)重值。

1.5 利用冪法迭代計算模糊矩陣排序向量

1.6 指標層匯總排序

設(shè)準則層Bi權(quán)重值分別為b1，b2，…，bm，指標層bij權(quán)重在準則層B中某一因素的模糊層次單排序權(quán)重值為b1j，b2j，…，bnj。則可以計算出指標層bij在目標層A中的總權(quán)重為：

2 模糊層次分析法在超高超重支模架實例的風險評測應(yīng)用

2.1 工程概況

江西文化科技館中心項目，總建筑面積247 530.74 m2，地下面積為47 403.71 m2。該工程支模高度超過18 m的施工項目有9個；施工總荷載超過20 kN/m2的有11個。所選工程混凝土模板支架支撐高度為29.3 m，梁寬0.4 m、高3.3 m，屬于超高超重支模板支撐搭設(shè)。

2.2 模糊層次分析法評價因素集的構(gòu)建

依據(jù)模糊層次分析法并結(jié)合安全和施工設(shè)計專家指導(dǎo)意見，對江西文化中心超高超重支模架施工現(xiàn)場的可能風險因素進行識別，并從以下4個方面構(gòu)建風險因素遞階模型，如表2所示。

2.3 構(gòu)造單層次判斷矩陣并計算指標權(quán)重

2.3.1 構(gòu)造判斷矩陣

結(jié)合專家打分法與風險評價準則構(gòu)造單層次判斷矩陣，得到目標層判斷矩陣A（表3），準則層判斷矩陣Bi，通過計算各單層指標權(quán)重，并進行一致性檢驗，并得出相關(guān)結(jié)論。

表2 超高超重支模架施工風險性評價

表3 判斷矩陣A

根據(jù)判斷矩陣A，求出特征向量λ，表示準則層Bi的各風險因素的權(quán)值系數(shù)。即：

2.3.2 一致性檢驗

1）計算一致性檢驗指標Ic。

2）依據(jù)相對應(yīng)的平均隨機一致性檢驗指標Ir的取值，如表4所示。

表4 平均隨機一致性檢驗指標Ir取值

3）由表4可知n＝4，Ir＝0.90，以此依據(jù)公式計算一次性比例Rc，Rc＝Ic/Ir＝0.006/0.90＝0.006 7。

因為|Rc|=0.006 7＜0.1，故認為該判斷矩陣的一致性是可以接受的。

2.3.3 二級指標權(quán)重計算

同理，運用上述公式及方法，可以計算二級指標bij在準則層Bi中的各風險因素的權(quán)重，結(jié)果如表5所示。

2.4 單因素模糊綜合評價

超高超重支模架施工風險性評價所建立的數(shù)學(xué)模型為二級模糊綜合評價模型，因此應(yīng)先對指標層bij與準則層Bi進行模糊綜合評價。

表5 各級指標權(quán)重值匯總

2.4.1 指標層bij模糊因素評價

在對本指標層16個影響因素進行綜合評價時，根據(jù)公式（1）以及江西文化中心現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)計算可得，如表6所示。

表6 指標層bij因素評價結(jié)果

2.4.2 準則層Bi因素模糊綜合評價

準則層Bi單因素評價結(jié)果由其包含的指標層bij因素綜合決定，由表6可得到指標層中各子元素的綜合評價矩陣Di。依據(jù)表5所確定的各指標層因素評價向量Qi，進行模糊變換Ei=Qi?Di，從而得出準則層各因素模糊綜合評價的結(jié)果。

2.5 項目模糊綜合評價

由模糊綜合評價結(jié)果向量E可知：在準則層中評價指標權(quán)重大小的總排序為施工風險（B1）＞組織管理風險（B4）＞材料風險（B3）＞設(shè)計風險（B2）；而依據(jù)表5指標層累計權(quán)重大小比較可知，扣件錨固不當（b13）、立桿間距取值不合理（b22）、人員素質(zhì)不足（b43）以及安全教育工作不夠（b44）在整個評價指標體系中所占的權(quán)重比例較高。因此，在后續(xù)的高支模施工過程中，應(yīng)更加關(guān)注上述主要風險點。

3 風險防范

運用模糊層次分析法得出了在整個風險評價體系中累計權(quán)重占比較高的4種風險影響因素，即：扣件錨固不當、立桿間距取值不合理、人員素質(zhì)不足以及安全教育工作不夠。

本文利用危險性等級評價標準（表7）去判定該風險影響因素對超高超重支模架安全管理施工的影響大小。依據(jù)風險因素的危險性評價大小，有針對性地給出相關(guān)的防范措施。

表7 危險等級評價標準

通過查閱相關(guān)文獻和調(diào)研相關(guān)安全工程、高支模施工設(shè)計專家，綜合考慮分析得出上述4項風險影響因素的誘發(fā)因素以及有可能造成的后果。依據(jù)表7危險等級評價標準有針對性地提出相對應(yīng)的防范處理措施。

3.1 扣件錨固不當

1）危險等級：Ⅳ。

2）誘發(fā)的因素：施工單位不嚴格按照設(shè)計要求進行扣件錨固，要求扣件螺栓錨固力值不應(yīng)小于40 N·m，也不應(yīng)大于65 N·m。

3）可能造成的后果：造成大面積支模架垮塌，導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失。

4）防范措施：嚴格監(jiān)督和檢測扣件錨固力的大小，確?？奂菟ㄥ^固力值處于40 N·m與65 N·m之間。

3.2 立桿間距取值不合理

1）危險等級：Ⅲ。

2）誘發(fā)因素：在進行施工組織設(shè)計時沒有嚴格按有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，導(dǎo)致立桿間距取值過大，不滿足整體框架承載力設(shè)計值要求。

3）可能造成的后果：導(dǎo)致支模架整體穩(wěn)定性不足，容易造成支架整體垮塌。

4）防范措施：嚴格按國家規(guī)范要求設(shè)計計算模架立桿間距，保證框架整體穩(wěn)定性。

3.3 人員素質(zhì)不足

1）危險等級：Ⅲ。

2）誘發(fā)因素：作業(yè)人員缺乏安全及防護意識，且對相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求理解不足。

3）可能造成的結(jié)果：作業(yè)人員沒有足夠的安全防護準備，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

4）防范措施：加強現(xiàn)場施工人員安全意識及對應(yīng)技術(shù)工作的指導(dǎo)。

3.4 安全教育工作不到位

1）危險等級：Ⅳ。

2）誘發(fā)因素：相關(guān)安全管理人員不重視安全教育。施工操作人員不重視安全教育。

3）可能造成的后果：造成施工人員發(fā)生安全事故，導(dǎo)致人身安全存在隱患。

4）防范措施：加強相關(guān)安全管理人員的安全教育觀。加強“三級”教育安全培訓(xùn)。加強施工人員個人安全事故意識。

4 結(jié)語

論文基于超高超重支模架施工特征確定施工風險影響因素，采用模糊層次分析法對模架施工過程中存在的各種潛在風險因素進行模糊評價分析，得出以下結(jié)論：

1）利用模糊層次分析法對超高超重支模架施工現(xiàn)場的風險因素進行分析。對可能發(fā)生的風險因素進行模糊綜合評價，得出準則層中的4個指標權(quán)重大小的排序，即施工風險（B1）＞組織管理風險（B4）＞材料風險（B3）＞設(shè)計風險（B2）。

2）通過對指標層bij的累計權(quán)重值大小比較，得到4個累計權(quán)重中相對較高的風險因素。即扣件錨固不當、立桿間距取值不合理、人員素質(zhì)不足以及安全教育工作不夠。

3）利用風險性等級界定標準對指標層累計權(quán)重值較高的4個風險影響因素進行風險等級評定，依據(jù)評定等級和誘發(fā)因素以及預(yù)估可能造成的風險后果，有針對性地提出相關(guān)風險因素的風險防范處理措施。

論文綜合運用模糊層次分析法有針對性地對超高超重支模架施工風險因素進行預(yù)估和評判，減少了在風險評價過程中的人為主觀因素影響，使得評價結(jié)果更加客觀。