基于改進(jìn)組合賦權(quán) - 動(dòng)態(tài)模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

田學(xué)澤，胡慶國(guó)，何忠明

(長(zhǎng)沙理工大學(xué) a. 交通基礎(chǔ)設(shè)施智慧建造與運(yùn)維管理湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

近年來(lái)隨著“新型建筑工業(yè)化”主題的持續(xù)升溫與國(guó)家對(duì)裝配式建筑的大力扶持，國(guó)內(nèi)裝配式建筑得到了快速發(fā)展。根據(jù)2017年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的GB/T 51129-2017《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[1]，其對(duì)裝配式建筑的定義為：由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑。作為一種新型建筑形式，裝配式建筑不僅有利于緩解建筑業(yè)所面臨的資源與環(huán)境危機(jī)，還在建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型與可持續(xù)化發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。但由于其吊裝施工過(guò)程具有吊裝構(gòu)件質(zhì)量大且形狀不規(guī)則、吊裝強(qiáng)度大以及空間作業(yè)可視性差等特點(diǎn)，致使其施工安全事故頻發(fā)。因此，有必要對(duì)裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，以降低其安全事故發(fā)生率與提高安全管理水平。

目前，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家及學(xué)者在裝配式建筑吊裝施工安全方面已有部分研究成果。湯彥寧[2]首次運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)裝配式住宅建筑吊裝作業(yè)與PC(Precast Concrete)構(gòu)件安裝等風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并指出采用信息技術(shù)系統(tǒng)可有效控制風(fēng)險(xiǎn)；Tamo?aitiené等[3]指出在裝配式住宅建筑施工過(guò)程中采用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)并配合合理的風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患與降低風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的概率；Francisco等[4]對(duì)裝配式住宅建筑吊裝施工過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得出了PC構(gòu)件吊裝環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的事故類(lèi)型，并給出了預(yù)防措施；劉名強(qiáng)等[5]采用基于RVM(Relevance Vector Machine)構(gòu)建的裝配式建筑吊裝作業(yè)安全預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了較SVM(Support Vector Machine)與BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等機(jī)器學(xué)習(xí)法而言更高的判定率，為吊裝作業(yè)安全狀態(tài)的判定提供了新思路；申玲等[6]采用云貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)裝配式住宅構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得了比傳統(tǒng)貝葉斯模型更精確的評(píng)價(jià)結(jié)果，且平均相對(duì)誤差在5%以?xún)?nèi)；李文龍等[7]圍繞裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與模型進(jìn)行研究，提出了結(jié)構(gòu)熵權(quán)耦合可信性測(cè)度理論的模型，為客觀評(píng)價(jià)與有效控制吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)提供了新思路。

總體來(lái)看，上述方法多為靜態(tài)的評(píng)價(jià)方法，且在處理評(píng)價(jià)過(guò)程模糊性與隨機(jī)性方面存在不足?？紤]到動(dòng)態(tài)模糊理論可有效克服評(píng)價(jià)的模糊性和隨機(jī)性，并能直觀反映各評(píng)價(jià)指標(biāo)及總體風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)[8]。因此，本文將動(dòng)態(tài)模糊理論引入裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)研究；此外，為消除主客觀因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的影響，本文采用改進(jìn)層次分析法耦合熵權(quán)法的改進(jìn)組合賦權(quán)法來(lái)計(jì)算最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的精度。最終構(gòu)建基于改進(jìn)組合賦權(quán)-動(dòng)態(tài)模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，該方法不僅可彌補(bǔ)裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的空缺，還能為類(lèi)似工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提出參考。

1 理論基礎(chǔ)

動(dòng)態(tài)模糊理論是對(duì)李凡長(zhǎng)教授所提出的動(dòng)態(tài)模糊集理論的一種延伸，其本質(zhì)是一種采用動(dòng)態(tài)變量、動(dòng)態(tài)模糊集(DFS,Dynamic Fuzzy Sets)與動(dòng)態(tài)模糊邏輯等模糊數(shù)學(xué)知識(shí)，結(jié)合動(dòng)態(tài)模糊變換原理與最大隸屬度原則的綜合評(píng)價(jià)方法[9]，在處理具有動(dòng)態(tài)變化、邊界模糊以及不易量化等特征數(shù)據(jù)時(shí)具有先天優(yōu)勢(shì)。

2 裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建是決定其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型主要從識(shí)別并建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并獲得指標(biāo)量值域、采用改進(jìn)組合賦權(quán)法計(jì)算最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重以及詳細(xì)闡述基于改進(jìn)組合賦權(quán)-動(dòng)態(tài)模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)步驟等四個(gè)部分構(gòu)建。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

為使評(píng)價(jià)指標(biāo)體系符合裝配式建筑吊裝施工的特點(diǎn)，且滿(mǎn)足客觀而科學(xué)的原則。本文在分析現(xiàn)有研究成果[11～13]與2015―2018年全國(guó)建筑安全事故統(tǒng)計(jì)資料[14]的基礎(chǔ)上，結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)及自身工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考GB/T 51129-2017《裝配式建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》與JGJ 59-2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》等國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分

表2 裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 改進(jìn)組合賦權(quán)法確定最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重

考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重會(huì)直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此本文在綜合考量各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的前提下，運(yùn)用經(jīng)改進(jìn)的3標(biāo)度層次分析法獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀權(quán)重，采用熵權(quán)法獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重。最后，將主客觀權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)耦合后獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)權(quán)重。

2.3.1 熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重

熵權(quán)法(Entropy Weight Method，EWM)是一種根據(jù)待求解問(wèn)題中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)所攜帶的有效信息來(lái)確定各指標(biāo)權(quán)重的客觀權(quán)重計(jì)算方法[16]。通常情況下，信息熵越小，則信息的效用值越大，也即表示評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重越大。

設(shè)第m個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)共有n個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，ei為第i個(gè)指標(biāo)的信息熵，則ei為：

(1)

第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)Fi為：

(2)

式中：gi為指標(biāo)i的差異系數(shù)，gi=1-ei。

2.3.2 基于改進(jìn)組合賦權(quán)法的最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

設(shè)Ei為由改進(jìn)層次分析法求得的指標(biāo)i的主觀權(quán)重(因篇幅有限，其具體計(jì)算過(guò)程可參考文獻(xiàn)[17])，則指標(biāo)i的最優(yōu)權(quán)重wi為：

wi=αEi+βFi

(3)

式中：α，β分別為主客觀權(quán)重的偏好系數(shù)。通常情況下，α與β分別取0.6和0.4[18]。

2.4 基于改進(jìn)組合賦權(quán)-動(dòng)態(tài)模糊理論評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.4.1 建立動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)矩陣

首先，設(shè)X個(gè)專(zhuān)家對(duì)第i個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的第j個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)值向量為：

(4)

其次，將第i個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量wi=(wi1,wi2,…,win)與Hij相乘，即可獲得所有專(zhuān)家關(guān)于第m個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量：

(5)

最后根據(jù)式(5)可求得所有一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量，進(jìn)而獲得動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)矩陣：

(6)

2.4.2 計(jì)算動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

將動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)矩陣與一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重相乘，即可獲得動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣R：

(7)

從而可得到動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果：

(8)

3 工程實(shí)例分析

本文以黃石市某裝配式住宅建筑為樣本進(jìn)行實(shí)例分析，該項(xiàng)目總建筑面積為72.8萬(wàn)m2，由26棟高層住宅及其配套附屬設(shè)施組成，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為預(yù)制混凝土裝配式結(jié)構(gòu)，裝配率高達(dá)53.09%。采用五點(diǎn)李克特量表制作調(diào)查問(wèn)卷后，向吊裝現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員、吊裝施工指揮人員及裝配式建筑方面的專(zhuān)家等人共發(fā)放電子問(wèn)卷與紙質(zhì)問(wèn)卷計(jì)113份(其中，47人來(lái)自施工單位，均參加過(guò)一個(gè)裝配式建筑的施工；16人來(lái)自工程咨詢(xún)單位，在建筑咨詢(xún)方面有1年以上工作經(jīng)驗(yàn)；26人來(lái)自預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)單位，從事預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)工作2年及以上；24人來(lái)自科研院校，在裝配式建筑科研或教學(xué)領(lǐng)域有3年及以上經(jīng)驗(yàn))。剔除具有關(guān)鍵信息缺失與答卷不規(guī)范等特征的問(wèn)卷后，共收回有效問(wèn)卷78份，有效率為69.03%。運(yùn)用商業(yè)軟件SPSS 26.0對(duì)其進(jìn)行信度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示：Cronbach’s α系數(shù)為0.895，檢驗(yàn)合格，數(shù)據(jù)信度滿(mǎn)足要求。對(duì)有效問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，采用式(1)～(3)計(jì)算最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重；然后，依據(jù)式(4)～(8)和動(dòng)態(tài)模糊理論，運(yùn)用MATLAB 2016a軟件計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)值，并判定各風(fēng)險(xiǎn)因素及項(xiàng)目整體的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與其發(fā)展的趨勢(shì)，結(jié)果如表3～5所示。

由表3～5可知：

表3 各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)權(quán)重及動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)等級(jí)得分

表4 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

續(xù)表4

表5 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

(2)從局部來(lái)看，在人員風(fēng)險(xiǎn)中，除現(xiàn)場(chǎng)安全員配備數(shù)量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等且具有升高的趨勢(shì)外，其它二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)基本為較低且具有下降的趨勢(shì)；在設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)中，所有二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)皆為較低，但除吊裝設(shè)備位置設(shè)置的合理性具有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高的趨勢(shì)外，其它二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)皆具有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低的趨勢(shì)；在構(gòu)件風(fēng)險(xiǎn)中，除預(yù)制構(gòu)件間拼接牢固度的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等且具有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升趨勢(shì)外，其余二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)皆為較低或低，且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化趨勢(shì)皆為降低；在管理風(fēng)險(xiǎn)中，除施工安全教育及培訓(xùn)合格度與吊裝施工現(xiàn)場(chǎng)多方協(xié)調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低，且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)具有下降趨勢(shì)外，其余二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為中等，且具有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)升高的趨勢(shì)；在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中，除吊裝現(xiàn)場(chǎng)可視性狀況風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等且具有升高的趨勢(shì)外，其它二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)皆為較低且具有降低的趨勢(shì)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研結(jié)果可知，該項(xiàng)目吊裝施工技術(shù)方案可行、吊裝設(shè)備的適用性、運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備完好度皆為良好，吊裝設(shè)備操作人員與現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件組裝人員技術(shù)熟練，構(gòu)件質(zhì)量與吊點(diǎn)強(qiáng)度合格，吊點(diǎn)位置設(shè)置合理，施工安全教育及培訓(xùn)合格，總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較低，與評(píng)價(jià)結(jié)果一致。但需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全員配備數(shù)量、吊裝設(shè)備設(shè)置位置、吊裝現(xiàn)場(chǎng)可視性情況與預(yù)制構(gòu)件間拼接牢固度等引起重視，必要時(shí)集中人力、物力及財(cái)力加以預(yù)防與改善。

4 結(jié) 論

(1)本文將動(dòng)態(tài)模糊理論引入裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，在獲得其動(dòng)態(tài)模糊評(píng)價(jià)等級(jí)得分后，運(yùn)用模糊值來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合，可為風(fēng)險(xiǎn)管理者制定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警制度提供指導(dǎo)作用。

(2)本文采用改進(jìn)的3標(biāo)度層次分析法耦合熵權(quán)法進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)權(quán)重的計(jì)算，得到了比傳統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法更為客觀且符合實(shí)際的指標(biāo)權(quán)重。

(3)工程實(shí)例分析結(jié)果表明，模型評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果一致，驗(yàn)證了本文所建裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的可行性，對(duì)類(lèi)似工程項(xiàng)目的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有參考價(jià)值。

(4)雖然在結(jié)合裝配式建筑吊裝施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)相關(guān)法規(guī)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但與工程實(shí)際施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素相比還不夠完善；因此，在后續(xù)研究中將更多地考慮項(xiàng)目具體情況以完善風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。