基于WBS-RBS與組合權(quán)重的裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李輝山，張碧云，高旭慧

（蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050，E-mail：1115928921@qq.com）

與傳統(tǒng)建造模式不同，裝配式建筑采用先在工廠加工預(yù)制后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，從而提高了施工質(zhì)量和施工效率，減少了資源浪費(fèi)和能源消耗[1]。目前，我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展正處于初步階段，管理方法和管理體系都比較落后、缺乏專(zhuān)業(yè)的管理人員[2]，導(dǎo)致管理人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理裝配式建筑在施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，使得裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)生事故，從而造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，研究如何對(duì)裝配式建筑工程的施工過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，預(yù)防裝配式建筑施工過(guò)程中事故的發(fā)生成為研究熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)裝配式建筑風(fēng)險(xiǎn)研究多集中于從安全、質(zhì)量、供應(yīng)鏈、成本等方面。LEE等[3]對(duì)裝配式施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，提出了一套風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。荀志遠(yuǎn)等[4]通過(guò)AHP、CRITIC法和TOPSIS法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行組合，并采用了云模型評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。孫亞琪等[5]通過(guò)引入復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)路理論、云物元理論，基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法研究了裝配式建筑供應(yīng)鏈存在的風(fēng)險(xiǎn)。吳偉東等[6]基于層次分析法，并引入三角模糊數(shù)學(xué)理論，確定了裝配式建筑項(xiàng)目實(shí)施階段質(zhì)量綜合風(fēng)險(xiǎn)程度。丁彥等[7]通過(guò)層次分析法和ABC分類(lèi)法分類(lèi)排序評(píng)價(jià)了裝配式建筑施工質(zhì)量與安全存在的風(fēng)險(xiǎn)因素。荀志遠(yuǎn)等[8]利用DEMATEL法和博弈論計(jì)算確定了組合權(quán)重，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。綜上所述，已有裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法缺乏全面考慮和主客觀兼?zhèn)涞挠?jì)算，而裝配式建筑施工過(guò)程較為復(fù)雜，導(dǎo)致了風(fēng)險(xiǎn)存在多樣性、耦合性和易變性等，故難以滿足裝配式建筑施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理要求。

隨著我國(guó)建筑行業(yè)法律和制度的完善，健康、安全和環(huán)境管理模式在大型項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，其核心是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，最大限度地掌控風(fēng)險(xiǎn)，減少事故的發(fā)生[9]。而作業(yè)分解結(jié)構(gòu)-風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)（WBS-RBS）作為一種有效的分析方法，可以克服其他方法的不全面性[10]，再結(jié)合層次分析法（AHP）-熵權(quán)法[11]得到主客觀兼?zhèn)涞木C合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。因此，本文將構(gòu)建基于WBS-RBS與組合權(quán)重的裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并以潤(rùn)景苑裝配式示范住宅項(xiàng)目為例進(jìn)行驗(yàn)證，較好地解決裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問(wèn)題。

1 裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

裝配式建筑在施工過(guò)程中存在許多不確定的風(fēng)險(xiǎn)因素，這些風(fēng)險(xiǎn)因素涉及人員的健康、施工過(guò)程安全以及環(huán)境保護(hù)。在結(jié)合《生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)和有害因素分類(lèi)代碼》《企業(yè)職工傷亡事故分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》《職業(yè)病危害因素分類(lèi)目錄》等標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)的已有研究成果和咨詢(xún)相關(guān)的專(zhuān)家學(xué)者，從健康、安全、環(huán)境三方面識(shí)別出19個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12~22]，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

2 裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

2.1 基于WBS-RBS的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，裝配式建筑施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，施工風(fēng)險(xiǎn)受多個(gè)指標(biāo)影響，而同一類(lèi)指標(biāo)在不同的施工階段也會(huì)帶來(lái)不同的影響。WBS縱向覆蓋全過(guò)程，科學(xué)合理將整個(gè)過(guò)程分解為各個(gè)單元；RBS是根據(jù)WBS的建成原理演變而來(lái)，橫向覆蓋施工全過(guò)程，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分解和劃分。采用WBS-RBS法可以系統(tǒng)、全面地辨識(shí)裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)，是一種既全面又具體的工程風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法。主要步驟為：

（1）構(gòu)建WBS，研究裝配式建筑施工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝和工作流程，把裝配式建筑施工過(guò)程從上到下逐層分解為相互獨(dú)立又相互影響的作業(yè)單元。

（2）構(gòu)建RBS，將裝配式建筑在施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行逐層分解和細(xì)化，并將其分類(lèi)。

（3）構(gòu)建WBS-RBS耦合矩陣，WBS為耦合矩陣的列向量，RBS為耦合矩陣的橫向量，耦合矩陣元素aij表示裝配式建筑第j個(gè)作業(yè)單元存在第i種風(fēng)險(xiǎn)因素的情況，具體如表1所示。

表1 WBS-RBS耦合矩陣

2.2 風(fēng)險(xiǎn)衡量

風(fēng)險(xiǎn)度是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)造成的損失和風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率進(jìn)行了量化，根據(jù)《建設(shè)工程項(xiàng)目管理規(guī)范》（GB/T 50326-2017）中，風(fēng)險(xiǎn)度的大小D可以由風(fēng)險(xiǎn)造成損失C和風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率P來(lái)確定，即：

利用式（1）可對(duì)WBS-RBS耦合矩陣中的作業(yè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)衡量。其中P、C取值為1~5，具體賦值含義如表2所示；D可反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，本文采用5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)界定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[23]，其取值如表3所示。

表2 P和C的取值及含義

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)D取值及語(yǔ)言描述

2.3 利用AHP-熵權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)

層次分析法（AHP）雖然是一種簡(jiǎn)單且系統(tǒng)性較強(qiáng)的方法，但實(shí)際上是一種主觀賦權(quán)的方法，根據(jù)專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行賦權(quán)，使得給出的指標(biāo)權(quán)重難以克服主觀因素的影響。熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)方法，其準(zhǔn)確性主要來(lái)源于原始數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，使得評(píng)價(jià)過(guò)程能夠有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)支撐，評(píng)價(jià)結(jié)果更具有客觀性。但熵權(quán)法不能反映專(zhuān)家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所得結(jié)果可能與實(shí)際不相符與，并且熵權(quán)法相對(duì)主觀賦權(quán)法而言形成較晚。因此，本文將AHP和熵權(quán)法相結(jié)合的方式得到主客觀兼?zhèn)涞木C合權(quán)重，在一定程度上避免層次分析法主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)準(zhǔn)確。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算

通過(guò)式（1）確定風(fēng)險(xiǎn)值D，再應(yīng)用AHP-熵權(quán)法計(jì)算綜合權(quán)重系數(shù)λ，計(jì)算公式如下：

式中，i為風(fēng)險(xiǎn)源序號(hào)；j為作業(yè)單元序號(hào)；Dj表示j個(gè)作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)度；λi和Di分別表示第j個(gè)作業(yè)單元的第i種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)值；n表示第j個(gè)作業(yè)單元施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

蘭州市榆中縣潤(rùn)景苑項(xiàng)目，是甘肅省裝配式建筑示范項(xiàng)目，占地面積19663m2，建筑面積為76437 m2，其中，地上56639 m2，地下19798 m2。建筑結(jié)構(gòu)為全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，建筑規(guī)模大，施工過(guò)程繁瑣，技術(shù)要求高，具有一定的代表性。

3.2 基于WBS-RBS的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

（1）構(gòu)建WBS。根據(jù)預(yù)制構(gòu)件從制作、運(yùn)輸?shù)桨惭b的過(guò)程，可以將裝配式施工分解為構(gòu)件的制作W1、運(yùn)輸W2、存放W3、安裝W4和吊裝W55個(gè)階段。

（2）構(gòu)建RBS。利用HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，分別以健康、安全、質(zhì)量為準(zhǔn)則層共識(shí)別出圖1所示的19個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（3）構(gòu)建WBS-RBS耦合矩陣。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)衡量

采用專(zhuān)家打分法，邀請(qǐng)從事裝配式建筑行業(yè)且參與并了解此項(xiàng)目的9名管理人員，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和造成損失的大小進(jìn)行打分，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分，剩余7組數(shù)據(jù)求平均值，結(jié)合根據(jù)式（1）計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)度，得到裝配式建筑施工WBS-RBS耦合矩陣，如表4所示。

表4 裝配式建筑施工WBS-RBS耦合矩陣

3.4 AHP-熵權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)

3.4.1 AHP法確定權(quán)重系數(shù)

以構(gòu)件安裝階段W5作業(yè)單元為例進(jìn)行耦合分析，W5存在風(fēng)險(xiǎn)因素有：R1、R2、R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R14、R15、R17、R18、R19。

（1）采用專(zhuān)家打分法，邀請(qǐng)9名經(jīng)驗(yàn)豐富的從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)家，將評(píng)價(jià)要素按照1~9標(biāo)度法兩兩比較進(jìn)行打分，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分，剩余7組數(shù)據(jù)求平均值，構(gòu)造安全S的判斷矩陣A。

（2）計(jì)算判斷矩陣A的歸一化相對(duì)重要度向量T：

（3）計(jì)算判斷矩陣A對(duì)應(yīng)的最大特征根λmax。

（4）為了驗(yàn)證判斷矩陣A的內(nèi)部合理性，對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

其中R.I為平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)，如表5所示。

表5 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

C.R<0.1，說(shuō)明判斷矩陣A通過(guò)一致性檢驗(yàn)，內(nèi)部邏輯合理。

3.4.2 熵權(quán)法修正評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

（1）將判斷矩陣A歸一化處理。

（2）計(jì)算準(zhǔn)則層要素構(gòu)件安裝階段W5對(duì)應(yīng)下級(jí)指標(biāo)的信息熵和熵權(quán)

（3）計(jì)算準(zhǔn)則層要素構(gòu)件安裝階段W5對(duì)應(yīng)的下級(jí)指標(biāo)的修正權(quán)重，求得各指標(biāo)的修正權(quán)重。

同理，按照上述方法，可求得裝配式建筑施工HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵、熵權(quán)、指標(biāo)權(quán)重和修正后的指標(biāo)權(quán)重，其計(jì)算結(jié)果如表6和表7所示。

表6 標(biāo)準(zhǔn)層評(píng)價(jià)指標(biāo)信息熵、熵權(quán)、指標(biāo)權(quán)重、修正權(quán)重

3.5 風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算與分析

根據(jù)表4、表6和表7，得到風(fēng)險(xiǎn)值的大小與準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重。其中，總權(quán)重的大小由準(zhǔn)則層的權(quán)重和指標(biāo)層的權(quán)重乘積可得；綜合風(fēng)險(xiǎn)度排序由風(fēng)險(xiǎn)值D和總權(quán)重乘積的值的大小進(jìn)行排序，如表8所示。

表7 指標(biāo)層評(píng)價(jià)指標(biāo)信息熵、熵權(quán)、指標(biāo)權(quán)重、修正權(quán)重

根據(jù)式（2）和表8中各因素總權(quán)重和對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算得到作業(yè)單元W5的風(fēng)險(xiǎn)度DW5=7.514，介于6~10之間，由表3可知，W5處于中等風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)對(duì)單元作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)度的計(jì)算，得到以下結(jié)論：

表8 W5的風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重和風(fēng)險(xiǎn)值

（1）W5雖然處于中等風(fēng)險(xiǎn)，但其中安全意識(shí)淡薄R14屬于較高風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)構(gòu)件的安裝影響較大。為了確保該工程項(xiàng)目順利施工，做到防患于未然，提出以下建議：一是安全宣傳，齊抓共管，部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)首先要樹(shù)立正確的安全意識(shí)，將安全放在首位，把安全工作落得實(shí)處，保證不安全不開(kāi)工，在無(wú)形中影響施工人員對(duì)安全的認(rèn)知程度。安全管理人員應(yīng)對(duì)相關(guān)的法律法規(guī)進(jìn)行宣傳，將安全放在首位的思想灌輸給施工人員，使施工人員從思想上進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)變，化被動(dòng)為主動(dòng)；二是強(qiáng)化安全教育培訓(xùn)，對(duì)于安全培訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)該做到有針對(duì)性，培訓(xùn)的方式應(yīng)該具有多樣性。提高施工人員對(duì)安全教育的積極性，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有一個(gè)更加清晰的認(rèn)識(shí)和了解，做到舉一反三，安全意識(shí)得到進(jìn)一步的加深和鞏固；三是安全文化營(yíng)造，要堅(jiān)持做到安全生產(chǎn)“年年講、月月講、天天講和時(shí)時(shí)講”，形成良好的安全文化氛圍，施工人員生活和工作在這良好的氛圍中，安全意識(shí)就會(huì)隨之提高；四是獎(jiǎng)懲機(jī)制的推廣運(yùn)行，要制定獎(jiǎng)懲機(jī)制，對(duì)于嚴(yán)格遵守規(guī)章制度的人員，應(yīng)給予相應(yīng)的肯定和獎(jiǎng)勵(lì)，而對(duì)于違反規(guī)章制度的人員，應(yīng)給予相應(yīng)的警告并采取一定處罰。

（2）同構(gòu)件安裝階段W5一樣，可以確定其他作業(yè)階段風(fēng)險(xiǎn)度和作業(yè)階段存在主要風(fēng)險(xiǎn)，從而掌握不同施工階段裝配式建筑的具體風(fēng)險(xiǎn)狀況，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，以此提高裝配式建筑工程施工HSE風(fēng)險(xiǎn)管理水平，防止事故的發(fā)生。當(dāng)各階段的風(fēng)險(xiǎn)度確定之后，將其進(jìn)行排序，重點(diǎn)把控風(fēng)險(xiǎn)度靠前的工作階段，把握主要矛盾和矛盾的主要方面，加強(qiáng)管理和風(fēng)險(xiǎn)防范。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于裝配式建筑工程HSE的管理模式，建立了裝配式建筑工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，既考慮到了人員健康、安全，同時(shí)也考慮到對(duì)環(huán)境的影響，方便工程項(xiàng)目HSE風(fēng)險(xiǎn)管理。采用WBS-RBS耦合矩陣的方法，對(duì)裝配式建筑施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分解，并引入AHP-熵權(quán)法得到主客觀兼?zhèn)涞脑u(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重，使評(píng)價(jià)過(guò)程更加全面、系統(tǒng)和科學(xué)。實(shí)例顯示評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符，該評(píng)價(jià)方法能準(zhǔn)確判別風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)裝配式建筑施工具有指導(dǎo)意義，同時(shí)為裝配式建筑風(fēng)險(xiǎn)管理提供了新思路和依據(jù)。