超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估II：系統(tǒng)及應(yīng)用*

姚建石，喬勝利，劉文彬，張建全，唐 超

(1.北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京 100101； 2.華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)北京民航設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 101312； 3.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京 100101； 4.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)用地急速減少，超高層建筑越來(lái)越多。超高層建筑具有施工難度大、周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、施工風(fēng)險(xiǎn)高、交叉作業(yè)多、投資成本高等特點(diǎn)，一旦發(fā)生施工事故，將會(huì)造成巨大損失。因此，做好施工風(fēng)險(xiǎn)管控，對(duì)超高層建筑領(lǐng)域的發(fā)展將起到至關(guān)重要的作用。

近年來(lái)，方東平等[1-2]基于可靠度理論構(gòu)建了超高層施工事故風(fēng)險(xiǎn)荷載與風(fēng)險(xiǎn)抗力指標(biāo)體系，建立了施工事故風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法。彭鵬等[3]通過(guò)實(shí)地調(diào)研和專(zhuān)家打分，系統(tǒng)地識(shí)別超高層建筑施工過(guò)程中的重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源及引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故的主要因素和應(yīng)對(duì)措施。付蔓等[4]以泵送混凝土施工為對(duì)象，基于博弈論對(duì)評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)，用聯(lián)系度和廣義最大集對(duì)勢(shì)，對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行登記評(píng)價(jià)，分析關(guān)鍵因素。李曉聰[5]建立了施工風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)和模糊綜合評(píng)價(jià)模型，采用LEC法或評(píng)分法確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而得到整個(gè)項(xiàng)目的綜合風(fēng)險(xiǎn)水平。沈陽(yáng)等[6]按一般狀態(tài)與極限狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)的失效可能性進(jìn)行研究,以整體鋼平臺(tái)裝備的承力構(gòu)件為關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié),提出一種超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系與方法。當(dāng)前針對(duì)超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)的研究已建立了多種重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別和評(píng)價(jià)方法，缺少對(duì)超高層建筑項(xiàng)目全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別與標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估方法和應(yīng)用系統(tǒng)。

本文結(jié)合“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)源及其評(píng)估方法與技術(shù)”的理論成果[2]，擬融合BIM技術(shù)開(kāi)發(fā)超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，并采用系統(tǒng)對(duì)某超高層建筑深基坑施工階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，驗(yàn)證評(píng)估系統(tǒng)的可行性和有效性，以改進(jìn)特定項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平，為超高層建筑施工過(guò)程中的管理提供有力保障。

1 超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

根據(jù)課題組的理論成果[2]，將風(fēng)險(xiǎn)源劃分為：塔式起重機(jī)[7]、施工平臺(tái)[8]、施工升降機(jī)[9]、混凝土泵送[10]、主體結(jié)構(gòu)施工、幕墻[11]、深基坑[12]、臨時(shí)支撐、臨邊防護(hù)及消防十大類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源。同時(shí)，針對(duì)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)源，已構(gòu)建了超高層施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

該方法的基本思路是結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)荷載與風(fēng)險(xiǎn)抗力的概念(風(fēng)險(xiǎn)荷載是指導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的最直接事件，風(fēng)險(xiǎn)抗力是指為防止風(fēng)險(xiǎn)荷載發(fā)生而采取的措施[13-14])，采用風(fēng)險(xiǎn)抗力來(lái)修正風(fēng)險(xiǎn)荷載，降低特定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)荷載的發(fā)生概率，并結(jié)合事故風(fēng)險(xiǎn)后果評(píng)價(jià)確定特定項(xiàng)目的事故風(fēng)險(xiǎn)水平。具體形成了超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)荷載與風(fēng)險(xiǎn)抗力清單、測(cè)度指標(biāo)及量化表達(dá)方法、風(fēng)險(xiǎn)抗力修正方法,以及經(jīng)抗力修正特定超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)事故后果評(píng)價(jià)方法。具體評(píng)估方法如圖1所示。

2 超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)超高層建筑施工事故的定量及動(dòng)態(tài)評(píng)估，以超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系為基礎(chǔ)(課題研究成果)，以專(zhuān)家打分、模糊理論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等為手段，以安全、高效、穩(wěn)定、易擴(kuò)展為目標(biāo)，遵循可靠性、集成性、先進(jìn)性、開(kāi)放性、實(shí)用性及標(biāo)準(zhǔn)化為原則，研發(fā)了超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用MVC(模式-視圖-控制器)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表現(xiàn)層及應(yīng)用推廣層構(gòu)成，用戶(hù)不直接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)，而是通過(guò)控制器與業(yè)務(wù)邏輯層交互，業(yè)務(wù)邏輯層再與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。

數(shù)據(jù)層采用JDBC引擎技術(shù)設(shè)計(jì)，并使用DAO設(shè)計(jì)模式實(shí)現(xiàn)，DAO負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，封裝了數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等原子操作，負(fù)責(zé)存放數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口類(lèi)以及數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口類(lèi)的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，實(shí)現(xiàn)了用來(lái)操作數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制，降低了應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)源的耦合性，為業(yè)務(wù)邏輯層提供所需要的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層使用Spring框架技術(shù)，采用MVC設(shè)計(jì)模式，該層除了接受表現(xiàn)層的請(qǐng)求，還需要處理具體的業(yè)務(wù)邏輯，這些邏輯均和能解決具體問(wèn)題的業(yè)務(wù)流程模塊一一對(duì)應(yīng)。

表現(xiàn)層使用HTML或JSP頁(yè)面建立，主要負(fù)責(zé)從客戶(hù)端接收請(qǐng)求，并把處理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給客戶(hù)，為用戶(hù)提供一種交互操作的界面。

應(yīng)用推廣層為為工程參建各方提供的終端APP，通過(guò)DWR調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯組件，并使用DOM操作將業(yè)務(wù)邏輯組件的執(zhí)行結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示在頁(yè)面中。其架構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖2 評(píng)估系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 評(píng)估系統(tǒng)界面

2.2 系統(tǒng)主要功能分析

本評(píng)估系統(tǒng)主要有項(xiàng)目類(lèi)比、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、BIM展示及數(shù)據(jù)分析功能。

1)項(xiàng)目類(lèi)比功能 對(duì)于新建超高層建筑項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可借助已有工程案例，為新建項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)和模型支撐。

2)風(fēng)險(xiǎn)分析功能 可以對(duì)特定超高層項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)荷載及風(fēng)險(xiǎn)抗力等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系進(jìn)行分析，進(jìn)而建立特定項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能 內(nèi)置十大風(fēng)險(xiǎn)源清單明細(xì)、風(fēng)險(xiǎn)荷載及風(fēng)險(xiǎn)抗力指標(biāo)、故障樹(shù)等條文，為特定超高層建筑項(xiàng)目各參與方提供基于B/S架構(gòu)界面的工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估輔助系統(tǒng)。依據(jù)可靠度理論，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)荷載與風(fēng)險(xiǎn)抗力耦合作用下的定量評(píng)估。

4)BIM展示功能 可以在特定超高層建筑模型完成的基礎(chǔ)之上，錄入相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)BIM模型與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的結(jié)合。通過(guò)模擬超高層建筑的各個(gè)施工階段，即可系統(tǒng)識(shí)別和檢索風(fēng)險(xiǎn)源構(gòu)件及各個(gè)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)源表現(xiàn)情況，實(shí)現(xiàn)了在空間和時(shí)間維度上定位風(fēng)險(xiǎn)源。

5)數(shù)據(jù)分析功能 可將現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)設(shè)備所搜集的信息數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)匯總到系統(tǒng)中，并存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)分析超高層建筑各個(gè)施工階段的信息數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)的即時(shí)評(píng)估。

2.3 系統(tǒng)價(jià)值分析

針對(duì)超高層建筑施工過(guò)程的事故風(fēng)險(xiǎn)源，該評(píng)估系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分析與系統(tǒng)分類(lèi)，基于可靠度理論建立超高層建筑施工事故十大風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)荷載與風(fēng)險(xiǎn)抗力體系指標(biāo)及定量測(cè)度方法，結(jié)合BIM技術(shù)，建立超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高層建筑施工重大風(fēng)險(xiǎn)源的動(dòng)態(tài)仿真。

通過(guò)該評(píng)估系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定量化，進(jìn)而根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，定向采取抗力措施，為超高層建筑施工安全管理決策提供有力支持，提高施工安全管理水平，降低事故發(fā)生率、縮短工期、節(jié)約成本。

3 案例分析

針對(duì)超高層建筑施工過(guò)程中的十大風(fēng)險(xiǎn)源，該超高層建筑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)已初步建立其對(duì)應(yīng)的評(píng)估模型，只需輸入特定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)抗力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，便可得出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而可采取針對(duì)性的抗力措施降低風(fēng)險(xiǎn)。本文采用某超高層建筑的塔式起重機(jī)進(jìn)行案例分析。

根據(jù)評(píng)估系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析得到的塔式起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)源明細(xì)及風(fēng)險(xiǎn)荷載之間的邏輯關(guān)系(見(jiàn)圖4)；針對(duì)評(píng)估系統(tǒng)內(nèi)嵌的塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌事故的風(fēng)險(xiǎn)抗力措施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況如表1所示。

表1 某項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)抗力實(shí)施情況(塔式起重機(jī))

圖4 塔式起重機(jī)故障樹(shù)

將現(xiàn)場(chǎng)抗力的實(shí)施得分情況(表1項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)得分)錄入系統(tǒng)，再根據(jù)故障樹(shù)的邏輯關(guān)系及系統(tǒng)內(nèi)嵌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，即可得到塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌事故的概率，如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)概率(塔式起重機(jī))

根據(jù)得到的風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率，只需再得到事故發(fā)生后的后果(即事故嚴(yán)重性)，便可得到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，最后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)事故的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或坍塌后果的專(zhuān)家打分情況分別如表3和表4所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)事故后果評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7]

表4 風(fēng)險(xiǎn)事故后果(塔式起重機(jī))

根據(jù)表2得到的塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌的概率以及表4得到的塔式起重機(jī)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)后的事故后果，便可得到塔式起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值，如表5所示。

表5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值(塔式起重機(jī))

通過(guò)以上案例分析，驗(yàn)證了該評(píng)估系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超高層建筑施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)源的定量化評(píng)估。同樣的，在項(xiàng)目開(kāi)展之前，也可采用該系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目各階段的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行預(yù)評(píng)估，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較高的施工階段提前制定防控措施，以保障項(xiàng)目建設(shè)的安全。

評(píng)估系統(tǒng)得到的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值包括人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失及工期拖延三項(xiàng)，最終根據(jù)三者中的最大值來(lái)劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。由表5可知塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為1.3×10-1，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分[1]，該項(xiàng)目塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險(xiǎn)為重大風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生將會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)或社會(huì)影響，因此，需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行立即整改，整改后，各抗力措施得分不小于4分(詳見(jiàn)表1整改后得分)，根據(jù)整改情況再次進(jìn)行評(píng)估，其風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生概率見(jiàn)表2(整改后事故發(fā)生概率)，風(fēng)險(xiǎn)事故后果仍為表3所列得分，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值見(jiàn)表5(整改后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值)，取三者中的最大值即為現(xiàn)場(chǎng)整改后基坑發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估值，其值由原來(lái)的1.3×10-1降為6.0×10-2，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也降為中等風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)或社會(huì)影響，但影響面積和影響程度不大，塔式起重機(jī)發(fā)生傾斜或倒塌的風(fēng)險(xiǎn)相較之前降低。

4 結(jié)語(yǔ)

基于超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，開(kāi)發(fā)了超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)的定量化、動(dòng)態(tài)化即時(shí)評(píng)估。

1)超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的定量化及動(dòng)態(tài)化。針對(duì)超高層建筑施工的十大風(fēng)險(xiǎn)源，系統(tǒng)內(nèi)部已初步建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，只需將特定項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)抗力實(shí)施情況錄入系統(tǒng)，便可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，操作簡(jiǎn)單，便于參建各方技術(shù)管理人員使用。

2)通過(guò)對(duì)某超高層建筑塔式起重機(jī)施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，驗(yàn)證了該評(píng)估系統(tǒng)的可行性，對(duì)超高層建筑施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制具有一定的實(shí)用價(jià)值。

3)本文的研究成果，為超高層建筑施工風(fēng)險(xiǎn)的定量、動(dòng)態(tài)評(píng)估提供了一種途徑，可為超高層建筑施工事故風(fēng)險(xiǎn)管理與控制提供參考和借鑒。