基于層次分析法的預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系

李崇智

（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司 山西太原 030024）

1 引言

2019年，國(guó)家提出“人民滿意、保證有力、世界前列”的交通強(qiáng)國(guó)的總目標(biāo)，橋梁工程作為綜合交通的紐帶，意義重大。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)制橋梁修建速度大幅增快，資金和人員投入逐年增長(zhǎng)，然而在預(yù)制橋梁施工過(guò)程中，由于缺乏成熟的評(píng)價(jià)管理體系，使得施工安全存在隱患。如何建立行之有效的施工安全評(píng)價(jià)體系，成為諸多相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。Dongjin Kim[1]通過(guò)細(xì)化分析，確定了14類影響橋梁施工安全的因素，并建立橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。陳孝國(guó)[2]通過(guò)直覺(jué)模糊層次分析法確定邊坡穩(wěn)定預(yù)警評(píng)價(jià)各指標(biāo)因素權(quán)重，并進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。徐沖等[3]通過(guò)采用模糊層次分析法對(duì)黃河岸灘深大風(fēng)井進(jìn)行安全度評(píng)價(jià)。馬國(guó)強(qiáng)[4]采用層次分析法對(duì)深大異形基坑施工方案進(jìn)行比選，取得較好的效果。李祖榮[5]基于層次分析和態(tài)勢(shì)分析法，構(gòu)建了小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程質(zhì)量控制AHP-SWOT分析模型，對(duì)除險(xiǎn)加固施工后的工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。上官厚東[6]基于層次分析法基本原理，構(gòu)建施工管理控制干預(yù)方案優(yōu)化決策模型，取得了較好的效果。上述相關(guān)研究主要通過(guò)層次分析法研究工程中不同類型的安全性評(píng)價(jià)，但對(duì)于預(yù)制橋梁工程施工安全性評(píng)價(jià)成果相對(duì)較少，因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，擬開展基于層次分析法的預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系研究，以期為預(yù)制橋梁工程施工安全管理與評(píng)價(jià)提供參考。

2 基于層次分析法的預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系

2．1 預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系建立

預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系的建立，通過(guò)對(duì)常規(guī)橋梁施工工序影響因素進(jìn)行分析，確定其主要敏感參數(shù)，通過(guò)相關(guān)方法獲取各級(jí)敏感參數(shù)的權(quán)重，進(jìn)行預(yù)制橋梁施工安全評(píng)價(jià)研究。本文通過(guò)對(duì)常規(guī)預(yù)制橋梁施工工序進(jìn)行分析，獲取影響預(yù)制橋梁工程安全評(píng)價(jià)體系的各級(jí)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行細(xì)化分析，確定二級(jí)指標(biāo)，最后獲取與施工工序相符的安全評(píng)價(jià)模型。

2．2 層次分析法基本原理

層次分析法[7]（AHP）是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過(guò)定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。

2．3 層次分析法的基本步驟

（1）首先根據(jù)預(yù)制橋梁工程施工情況進(jìn)行細(xì)化分析，確定5類A級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）對(duì)相關(guān)A級(jí)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化分析，確定對(duì)應(yīng)的B級(jí)指標(biāo)。

（3）建立各級(jí)因素判斷矩陣。

（4）對(duì)各級(jí)指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

（5）獲取各級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的綜合權(quán)重。

（6）對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類分析，確定安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分[8]。

2．3．1 層次結(jié)構(gòu)模型建立

在應(yīng)用層次分析法進(jìn)行預(yù)制橋梁工程施工評(píng)價(jià)決策時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)其條理化和層次化遞階進(jìn)行。

通常遞階層次由低到高具有三個(gè)層次，即措施層、準(zhǔn)則層和目標(biāo)層[9]。

（1）措施層：為實(shí)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)而采取的相關(guān)措施。

（2）準(zhǔn)則層：實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的相關(guān)準(zhǔn)則。

（3）目標(biāo)層：預(yù)制橋梁工程施工評(píng)價(jià)項(xiàng)目預(yù)定相關(guān)目標(biāo)。

在進(jìn)行預(yù)制橋梁工程施工項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)時(shí)，通過(guò)明確安全評(píng)價(jià)的決策目標(biāo)，將其設(shè)為最高目標(biāo)層，且只有一個(gè)元素。

為滿足各目標(biāo)層的相關(guān)準(zhǔn)則，建立各因素間的相互關(guān)系及其不同層次間的隸屬關(guān)系。在確定隸屬關(guān)系時(shí)，根據(jù)其相關(guān)關(guān)系將準(zhǔn)則元素分在不同組中，并確定不同層次間的支配關(guān)系。

當(dāng)遞階層次結(jié)構(gòu)關(guān)系較為復(fù)雜且主要相關(guān)因素關(guān)系不太明顯時(shí)，隸屬關(guān)系應(yīng)較為明顯。

2．3．2 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)遞階層次相關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖可構(gòu)造其判斷矩陣。具體方法：在進(jìn)行各元素的相關(guān)隸屬特性分析時(shí)，在判斷矩陣的最左上角放置準(zhǔn)則元素，以此類推，其他判斷矩陣的元素可相應(yīng)放置。在進(jìn)行判斷矩陣分析時(shí)，通常采用德爾福法，根據(jù)其相關(guān)要求，進(jìn)行多元素間重要性比較，并定量賦值，如表1所示[10]。

表1 相對(duì)比較標(biāo)度

在構(gòu)建判定矩陣時(shí)，假設(shè)其矩陣為 A＝（aij）n×n，具有如下特性：

其中：aij＞0；aji＝1／aij；aii＝1。

由式（1）可知：判斷矩陣具有對(duì)稱性，主對(duì)角元素aii＝1，且在特殊情況下，判斷矩陣具有傳遞性，即aik＝aij×ajk，如判斷矩陣所有元素均成立，則矩陣滿足一致性矩陣要求。

2．3．3 層次分析法檢驗(yàn)

通過(guò)層次分析法判斷矩陣，進(jìn)行層次排序。

層次排序：為確定權(quán)向量的一種方法，通過(guò)判斷矩陣確定各因素對(duì)其準(zhǔn)則的權(quán)向量。在計(jì)算權(quán)向量時(shí)，可根據(jù)特征根法、根法進(jìn)行計(jì)算[11]。目前，通常采用和法進(jìn)行計(jì)算，一致性矩陣通過(guò)各列歸一化處理得出：

式中：Wi為權(quán)重；aij為準(zhǔn)則元素；aik為傳遞矩陣元素。

判斷矩陣正確與否，要滿足一定的邏輯規(guī)律，即若甲比乙重要，乙比丙重要，即甲比丙重要；若出現(xiàn)丙比甲重要，則次判斷矩陣違反一致性準(zhǔn)則，在邏輯上不合理。

在分析判斷矩陣一致性檢驗(yàn)時(shí)，需通過(guò)幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行確定：

（1）判斷矩陣一致性指標(biāo)CI

式中：λmax為最大特征根的平均值；n為樣本矩陣階數(shù)。

通過(guò)計(jì)算一致性指標(biāo)CI，可知一致性指標(biāo)值CI越大，表明判斷矩陣偏離性越大；CI值越小，表明判斷矩陣一致性越大。

（2）平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

平均隨機(jī)一致性指標(biāo)是通過(guò)多次重復(fù)性隨機(jī)判斷矩陣特征根計(jì)算得出的算術(shù)平均值。本文引用龔木森等人的1 000次計(jì)算數(shù)據(jù)，如表2所示[12]。

表2 RI計(jì)算結(jié)果

（3）一致性比例CR計(jì)算

通過(guò)將CI和RI聯(lián)合求解，獲取CR計(jì)算值。

當(dāng)CR＜0．1時(shí)，對(duì)應(yīng)矩陣一致性可接受；當(dāng)CR＞0．1，其一致性較差，需對(duì)相應(yīng)矩陣進(jìn)行修正處理。

3 預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)

（1）指標(biāo)體系的建立

預(yù)制橋梁工程施工安全一般由人員水平、機(jī)械情況、施工工法和安全配套設(shè)施等決定。因此，本文綜合分析預(yù)制橋梁工程施工工序，并采用多位專家的相關(guān)建議，確定了5類一級(jí)指標(biāo)，分別為人員管理水平、機(jī)械設(shè)備、作業(yè)環(huán)境、安全技術(shù)管理和應(yīng)急管理。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，細(xì)化各類一級(jí)指標(biāo)，分別建立16類二級(jí)指標(biāo)，并獲取對(duì)應(yīng)評(píng)分情況[7]，如圖1所示。根據(jù)指標(biāo)相互關(guān)系，進(jìn)行一致性分析[8]。

圖1 預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)模型

（2）指標(biāo)權(quán)重的確定

邀請(qǐng)預(yù)制橋梁工程項(xiàng)目法人、施工方、監(jiān)理方和各個(gè)工序的主要項(xiàng)目負(fù)責(zé)人共計(jì)50人對(duì)預(yù)制橋梁工程施工安全各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分（根據(jù)非常滿意、滿意、不滿意進(jìn)行打分，分值確定為1～9分，得到各級(jí)指標(biāo)權(quán)重）。具體情況為：一級(jí)指標(biāo)[人員管理水平機(jī)械設(shè)備作業(yè)環(huán)境安全技術(shù)管理應(yīng)急救援]＝[0.05 0.09 0.09 0.47 0.29]；二級(jí)指標(biāo) [安全施工教育安全施工培訓(xùn)工人施工實(shí)操施工人員素質(zhì)]＝[0.07 0.11 0.44 0.38]；[工程機(jī)械 安全防護(hù)設(shè)備調(diào)配與運(yùn)輸]＝[0.65 0.12 0.23]；[地質(zhì)巖性不良 雷雨天氣]＝[0.67 0.33]；[樁基安全施工 墩臺(tái)安全施工主梁安全施工橋面安全施工]＝[0.15 0.25 0.50 0.10]；[施工安全應(yīng)急措施 施工安全應(yīng)急預(yù)案 施工安全應(yīng)急物品]＝[0.56 0.14 0.30]。

通過(guò)對(duì)預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，在滿足一致性檢驗(yàn)前提下，計(jì)算各級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)權(quán)值，其判定矩陣：

通過(guò)對(duì)各一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)值進(jìn)行計(jì)算，確定其綜合權(quán)值，如表3所示。

表3 預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)值分配

由表3可知，指標(biāo)CI和RI均小于0.10，滿足一致性檢驗(yàn)要求。

在滿足一致性條件下，預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)定可根據(jù)式（5）確定，如表4所示。

表4 預(yù)制橋梁工程施工安全評(píng)定等級(jí)劃分

式中：Y為預(yù)制橋梁工程施工安全計(jì)算總分；Bij為評(píng)定指標(biāo)權(quán)值；Wij為二級(jí)指標(biāo)施工安全計(jì)算分值，取值按[0，100]進(jìn)行打分。

4 結(jié)論

為定量分析橋梁施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)，基于常規(guī)預(yù)制橋梁施工工序及層次分析法原理，建立橋梁工程施工安全評(píng)價(jià)體系，細(xì)化影響預(yù)制橋梁工程安全的5類一級(jí)指標(biāo)和16類二級(jí)指標(biāo)，并通過(guò)計(jì)算確定相關(guān)權(quán)重，其相關(guān)研究成果可為此類橋梁工程安全施工提供指導(dǎo)。