基于模糊理論的公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險研究

陳露露， 王春梅， 鄭 潔

（1．天津城建大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，天津 300384；2．天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300392）

裝配式混凝土構(gòu)件憑借建造速度快、生產(chǎn)成本低、施工質(zhì)量、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，已成為我國公路施工建設(shè)發(fā)展的重要方向[1]。由于體系結(jié)構(gòu)眾多、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、施工企業(yè)水平層參差不齊，裝配式構(gòu)件從工廠生產(chǎn)到現(xiàn)場裝配全過程充滿各種各樣的安全隱患。

許多學(xué)者針對裝配式的安全風(fēng)險因素識別和安全風(fēng)險評價開展了研究，徐姣姣等[2]、羅杰等[3]通過裝配式建筑和傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑的施工工序?qū)Ρ?，得出了影響裝配式建筑施工安全風(fēng)險的主要因素。申玲等[4]基于云貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險評價模型，動態(tài)評價構(gòu)件吊裝作業(yè)安全風(fēng)險；李文龍等[5]通過結(jié)構(gòu)熵權(quán)-可信性測度理論對裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險進行評估；高欣等[6]分別從微觀的施工現(xiàn)場、項目設(shè)計與施工協(xié)同角度和宏觀產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境角度提出裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具體的風(fēng)險管控措施；王志強等[7]通過綜合FTASPA-灰色聚類多種方法構(gòu)建指標(biāo)體系、確定指標(biāo)權(quán)重并確定裝配式建筑施工安全評價模型；劉嬌等[8]利用層次分析法與信息熵結(jié)合法識別了裝配式的施工風(fēng)險并通過未確知測度模型確定了風(fēng)險水平。綜上，現(xiàn)有研究多是按照裝配式構(gòu)件施工順序進行識別及評估裝配式施工安全風(fēng)險，而現(xiàn)有公路裝配式相關(guān)研究主要集中在裝配式構(gòu)件的抗震性分析[9]、技術(shù)可靠性分析[10]等方面，尚未從管理要素角度考慮公路裝配式施工安全風(fēng)險。

因此，本研究從管理要素角度識別公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險因素，通過模糊理論量化一些界限不明確及不易定量的因素并構(gòu)建基于模糊理論的安全風(fēng)險評價模型，確定公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險狀態(tài)，以期提高公路裝配式構(gòu)件施工安全管理水平。

1 關(guān)鍵安全風(fēng)險因素

1.1 識別

結(jié)合公路裝配式構(gòu)件的施工特點、以往公路裝配式構(gòu)件施工的項目資料以及專家訪談、現(xiàn)場勘察和案例總結(jié)，識別了如下風(fēng)險因素。

1）組織計劃風(fēng)險。公路裝配式構(gòu)件施工的關(guān)鍵因素在于如何實施組織計劃。其中，直接影響項目施工進度及施工過程中各種安全風(fēng)險發(fā)生概率的核心因素有施工方案的科學(xué)性、合理性，施工技術(shù)的規(guī)范性等。公路裝配式構(gòu)件還處于發(fā)展初期，項目管理者在施工管理過程中存在許多未知的知識、經(jīng)驗盲區(qū)；因此，施工過程中很可能出現(xiàn)施工設(shè)計不科學(xué)、人員不專業(yè)、無完整的管理體系等問題。

組織計劃風(fēng)險的評價指標(biāo)：施工方案設(shè)計是否科學(xué)、地質(zhì)條件勘察是否準(zhǔn)確、施工組織計劃是否合理、施工企業(yè)資質(zhì)是否達(dá)到施工要求、施工資料是否規(guī)范完整。

2）管理風(fēng)險。公路裝配式的發(fā)展是思想和技術(shù)的創(chuàng)新，對相關(guān)施工、技術(shù)管理人員的個人素質(zhì)提出了更高要求；同時，施工造價也需要精通公路裝配式構(gòu)件清單以及了解如何定額計價的預(yù)算人員。

管理風(fēng)險的評價指標(biāo)：施工場地布設(shè)是否合理、裝配式構(gòu)件堆放和保存方式是否妥當(dāng)、項目管理人員是否具備施工管理經(jīng)驗和責(zé)任心、施工作業(yè)人員的安全意識是否增強、對施工操作人員的施工安全教育培訓(xùn)是否充分、是否建立了健全的施工管理制度和管理機構(gòu)、設(shè)備是否定期檢查維修。

3）物料風(fēng)險的評價指標(biāo)：構(gòu)件運輸?shù)谋Ｗo措施是否恰當(dāng)、臨時支撐材料是否合格、運輸構(gòu)建車輛是否滿足構(gòu)件的載重和尺寸要求、強度和精度等是否合格、裝配構(gòu)件尺寸、施工機械設(shè)備選擇是否恰當(dāng)、澆筑所用材料性能是否充足。

4）施工作業(yè)風(fēng)險。預(yù)制構(gòu)件施工一般是吊裝作業(yè)居多，需與現(xiàn)澆部件節(jié)點進行連接。因此，在吊裝過程中保持構(gòu)件的穩(wěn)定是關(guān)鍵性問題。

施工作業(yè)風(fēng)險的評價指標(biāo)：臨時支撐固定后是否穩(wěn)定、吊點選擇設(shè)置是否準(zhǔn)確、后澆混凝土養(yǎng)護是否充足、鋼筋接頭錨具的標(biāo)準(zhǔn)化、接頭處理技術(shù)的成熟性、吊裝作業(yè)技術(shù)的成熟性、施工安全保護措施的標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)交底的完整性、施工作業(yè)人員的規(guī)范性。

5）環(huán)境經(jīng)濟風(fēng)險。一方面，許多與公路裝配式構(gòu)件相關(guān)的政策及法律文件還在不斷更新中；另一方面，需要結(jié)合實際施工情況，對設(shè)計方案進行及時變更及替換，各方面的變化很多。

環(huán)境經(jīng)濟風(fēng)險的評價指標(biāo)：施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境是否良好、構(gòu)件運輸環(huán)境是否良好、氣候等自然環(huán)境是否造成影響、工程變更是否導(dǎo)致成本增加、是否安全文明施工、項目資金鏈?zhǔn)欠癯霈F(xiàn)問題、市場經(jīng)濟是否穩(wěn)定。

1.2 確定

根據(jù)前文理論基礎(chǔ)，設(shè)計調(diào)查問卷確定關(guān)鍵安全風(fēng)險因素，采用五分李克特量表法對態(tài)度進行賦值，“非常重要”為5分，“重要”4分，“中等”3 分，“不重要”2分，“很不重要”1分。通過預(yù)調(diào)研對初步設(shè)計的問卷進行修正，正式問卷通過“問卷星”發(fā)放，總共200 份，回收有效問卷146 份，有效問卷填寫對象均有裝配式相關(guān)工作經(jīng)驗。對有效問卷進行數(shù)據(jù)分析顯示，信度系數(shù)α≥0.8，符合要求，收斂效度和區(qū)別效度也均滿足要求。通過主成分分析法，對上述識別的影響因素進行提取公因子并刪除特征值＜1的因素，得出這5個成分的累積貢獻達(dá)到70.23%，保留18個因子。見圖1。

圖1 公路裝配式構(gòu)件施工關(guān)鍵安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系

2 基于模糊數(shù)學(xué)的公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險估計

2.1 建立關(guān)鍵安全風(fēng)險多級遞階結(jié)構(gòu)

由底層安全風(fēng)險因素得出第二層基本風(fēng)險事件的綜合評價向量，分別為組織計劃風(fēng)險B11、管理風(fēng)險B12、物料風(fēng)險B13、施工作業(yè)風(fēng)險B14、環(huán)境經(jīng)濟風(fēng)險B15，其中B11的底層安全風(fēng)險因素包括U111、U112、U113、U114，B12的底層安全風(fēng)險因素包括U121、U122、U123、U124，B12的底層安全風(fēng)險因素包括U131、U132、U133，B14的底層安全風(fēng)險因素包括U141、U142、U143，B15的底層安全風(fēng)險因素包括U151、U152、U153。第三層級由B11、B12、B13、B14和B15五個評價向量得到公路裝配式構(gòu)件施工關(guān)鍵安全風(fēng)險的綜合評價向量B。所有風(fēng)險因素構(gòu)成公路裝配式構(gòu)建施工風(fēng)險總集U，建立評價因素集。

2.2 發(fā)生概率的模糊估計

1）專家權(quán)重明確。需要專家依據(jù)自身知識和認(rèn)知估計底層安全風(fēng)險因素的發(fā)生概率及風(fēng)險發(fā)生所引發(fā)的損失，然后通過加權(quán)平均法處理各專家的估計數(shù)值。

專家可以分為三類：一類包括領(lǐng)域元老專家、施工單位項目經(jīng)理、駐地總監(jiān)、設(shè)計負(fù)責(zé)人；二類包括高級職稱施工技術(shù)人員、高級職稱科研人員、高級職稱監(jiān)理人員、高級職稱設(shè)計人員；三類包括中級職稱施工人員、中級職稱科研人員、中級職稱監(jiān)理人員、中級職稱設(shè)計人員?？梢越Y(jié)合項目實際情況確定每類專家權(quán)重γ，0≤γ≤1，γ值越大，說明該類專家的估計越可靠。

2）風(fēng)險發(fā)生概率定級。見表1。

表1 風(fēng)險發(fā)生概率定級

3）底層風(fēng)險發(fā)生概率模糊估計。確定專家類別及人數(shù)，請第i個專家結(jié)合自身經(jīng)驗對第j個底層安全風(fēng)險因素結(jié)合表1進行發(fā)生概率的模糊估計

4）基本風(fēng)險發(fā)生概率模糊估計?；撅L(fēng)險j發(fā)生的隸屬值為將所有專家n對基本風(fēng)險j的概率隸屬值依照專家權(quán)重求加權(quán)平均值

2.3 風(fēng)險損失的模糊估計

公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險事件發(fā)生帶來的損失可以有工期延長、費用增加、人員傷亡、生態(tài)環(huán)境破壞、社會影響損失等方面。專家對項目損失的估計很難給出精確值，只能用比較模糊的語句，比如“非常嚴(yán)重”、“比較輕”，給出風(fēng)險損失的估計。國際通用原則是將風(fēng)險損失按照風(fēng)險發(fā)生后對結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)或環(huán)境破壞程度，人員傷害程度由輕到重分為五個級別，見圖2。損失模糊估計的其他過程如概率的模糊估計過程。

圖2 風(fēng)險損失分級

3 基于模糊綜合評價的公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險評價

3.1 安全風(fēng)險評估矩陣確定

將風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險發(fā)生后損失的發(fā)生程度相乘可得安全風(fēng)險評估結(jié)果，見表2。

表2 安全風(fēng)險評估矩陣

根據(jù)學(xué)者研究[11]將風(fēng)險評估結(jié)果劃分為4個風(fēng)險等級區(qū)域，見表3。

表3 風(fēng)險等級

3.2 計算風(fēng)險水平評價指標(biāo)

基本安全風(fēng)險因素j的評價指標(biāo)

3.3 確定風(fēng)險水平等級

通過加權(quán)平均法，對各指標(biāo)進行歸一化處理，得出各安全風(fēng)險的等級

式中：等級指標(biāo)值VK對應(yīng)的風(fēng)險等級范圍即為基本風(fēng)險因素j評判的風(fēng)險水平等級。

4 案例分析

某公路隧道項目裝配預(yù)制率為24%，包括橋臺、涵洞、預(yù)應(yīng)力擋土墻等裝配式構(gòu)件。

1）基于風(fēng)險識別方法及項目實際情況，得出由5個基本風(fēng)險和15 個底層風(fēng)險構(gòu)成的安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系。

2）專家選取情況。一類專家3 名，權(quán)重為1.0；二類專家7名，權(quán)重為0.8；三類專家4名，權(quán)重為0.5。

表4 裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險因素的概率估計

續(xù)表4

表5 裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險因素的損失估計

3）經(jīng)過專家的模糊估計得出安全風(fēng)險因素的概率統(tǒng)計結(jié)果和風(fēng)險損失估計結(jié)果，見表4和表5。

4）確定底層風(fēng)險因素的風(fēng)險等級。以U111為例，U111=0×0.1+0×0.3+0.02×0.5+0.38×0.7+0.6×0.9=0.821。

由表3 可知地質(zhì)條件勘察不準(zhǔn)確的風(fēng)險等級為五級。

表6 組織計劃風(fēng)險B11的底層風(fēng)險評價結(jié)果

同理，可得組織計劃風(fēng)險B11全部底層風(fēng)險因素的風(fēng)險等級，見表6。

組織計劃風(fēng)險的綜合評價向量為B11=W11×R11=（0.010，0.060，0.120，0.340，0.47）。

組織計劃風(fēng)險U11風(fēng)險水平等級為U11=0.010×0.1+0.060×0.3+0.120×0.5+0.340×0.7+0.470×0.9=0.740。

表7 各基本風(fēng)險事件評價結(jié)果

由表3可知，組織計劃風(fēng)險等級為四級。

同理可得各個基本安全風(fēng)險事件的評價結(jié)果，見表7。

5）綜合評價

（1）確定評價因素集權(quán)重

裝配式構(gòu)件施工安全總風(fēng)險U1的五個子因素{U11，U12，U13，U14，U15}的權(quán)重為W1={w11，w12，w13，w14，w15}={0.450，0.130，0.080，0.230，0.110}。

（2）建立評價矩陣

以U11，U12，U13，U14，U15為行向量。組成裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險的評價矩陣R1

（3）求解裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險評價向量

B1=W1×R1= (0.02,0.07,0.14,0.40,0.37)

（4）裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險U1 的風(fēng)險水平等級U1=0.02×0.1+0.07×0.3+0.14×0.5+0.40×0.7+0.37× 0.9=0.706。

表由4 可知，項目裝配式構(gòu)件安全風(fēng)險等級為四級。

經(jīng)對比顯示，基于模糊理論評價的項目裝配式構(gòu)件安全風(fēng)險結(jié)果與項目實際風(fēng)險情況幾乎相同。

5 結(jié)語

本研究從管理要素角度分析得出公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，可以系統(tǒng)體現(xiàn)裝配式構(gòu)件的施工安全情況。案例實證分析表明，用模糊理論構(gòu)建的評價模型可以有效評價公路裝配式構(gòu)件施工安全風(fēng)險狀態(tài)。本研究為識別影響裝配式建筑施工安全風(fēng)險的重要因素并把有限的資源投入到安全風(fēng)險管理中提供了依據(jù)。