基于AHP-TOPSIS 的裝配式建筑施工安全風(fēng)險評價

郭震，張志喜

（甘肅省科工建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730300）

0 引言

與傳統(tǒng)建筑相比，裝配式建筑在施工過程中具有高效率、高質(zhì)量、低浪費、低能耗等優(yōu)點[1]。在人口紅利消失與碳達(dá)峰、碳中和的時代背景下，黨中央、國務(wù)院十分重視裝配式建筑的建設(shè)。隨著《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》的發(fā)布，我國的裝配式建筑得到了快速發(fā)展。裝配式建筑新開工面積從2016 年的11400 萬m2增長到2020 年的63000 萬m2[2]。裝配式建筑與傳統(tǒng)建筑的建造形式存在較大差異，在目前的工程中，由于安全技術(shù)和管理手段的儲備不足，極易出現(xiàn)起重設(shè)備傾倒、構(gòu)件墜落、預(yù)制吊環(huán)失效、物體打擊等安全事故。面對裝配式建筑未來快速發(fā)展的態(tài)勢，如何在施工過程中制定科學(xué)合理的安全施工方案，成為亟待解決的問題。

近年來，許多學(xué)者對裝配式建筑施工安全進(jìn)行了大量的研究。李強(qiáng)年等[3]基于NB-IoT 技術(shù)對裝配式建筑吊裝安全風(fēng)險進(jìn)行了研究，還采用G1 法和熵值法對裝配式建筑部品運輸安全風(fēng)險進(jìn)行了識別[4]；陳偉等[5]為防止裝配式建筑施工過程中安全事故的發(fā)生，提出了SD-MOP 模型；連清輝[6]對裝配式建筑施工現(xiàn)場的安全影響因素進(jìn)行了分析。綜上所述，目前針對裝配式建筑施工安全風(fēng)險與影響因素的研究比較充分，但對項目施工安全風(fēng)險的評價研究卻很少涉及。因此，本文在結(jié)合已有研究成果的基礎(chǔ)上，基于AHP（層次分析法）與TOPSIS（優(yōu)劣解距離法）建立評價模型，對裝配式建筑施工安全風(fēng)險進(jìn)行評價，從而幫助現(xiàn)場施工人員制定科學(xué)合理的安全施工方案，對減少裝配式建筑施工過程中安全事故的發(fā)生具有一定建設(shè)性作用。

1 構(gòu)建AHP-TOPSIS 評價模型

1.1 識別安全影響因素

根據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部每年發(fā)布的報告來看，影響裝配式建筑施工安全風(fēng)險的主要因素包含人員因素、材料因素、施工方法因素與環(huán)境因素等幾個大的維度。本文在對已有的相關(guān)研究、國家或行業(yè)規(guī)范與施工現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)裝配式建筑施工流程（圖1），得出了裝配式建筑施工中常見的安全風(fēng)險因素表（表1）。

表1 安全風(fēng)險識別

圖1 裝配式建筑施工流程

1.2 因素權(quán)重的確定

運用AHP 層次分析法計算各因素的權(quán)重。此方法是美國匹茨堡大學(xué)運籌學(xué)專家T·L·薩蒂于上世紀(jì)70 年代早期提出的，主要用來求解多個指標(biāo)之間的二元判斷矩陣，并對矩陣進(jìn)行一致性校驗，然后利用定性指標(biāo)的模糊定量分析法計算出多個指標(biāo)的層次單序列（權(quán)重）和總排序，從而實現(xiàn)多指標(biāo)的多方案優(yōu)化決策。具體步驟如下所述。

以一級因素權(quán)重確定為例，首先對58 名裝配式建筑施工人員進(jìn)行采訪，被采訪人員根據(jù)以往施工經(jīng)驗，對表1 中一級因素的人員因素X1、機(jī)械因素X2、材料因素X3、施工方法因素X4、環(huán)境因素X5使用1～5 標(biāo)度法進(jìn)行兩兩比較，得出各因素之間的判斷矩陣D：

然后運用MATLAB 軟件對判斷矩陣D（1）進(jìn)行計算，得出一級因素的權(quán)重向量W={W1,W2,W3,W4,W5}為{0.39,0.13,0.09,0.27,0.12}。

根據(jù)上述方法，再分別對二級因素權(quán)重進(jìn)行計算，得出權(quán)重向量W={W11,W12,W21,……,W53}為{0.12,0.26,0.05,0.08,0.03,0.02,0.03,0.02,0.03,0.02,0.01,0.05,0.03,0.06,0.05,0.05,0.04,0.05}。

1.3 評價模型的構(gòu)建

TOPSIS 模型是一種具有有限解的多目標(biāo)決策分析方法，也被稱作基于相似度排序優(yōu)先技術(shù)。該方法是一種基于目標(biāo)空間的測度，能夠客觀、全面地反映工程動態(tài)變化的測度。利用該方法，可以從測量對象的距離，以及距離的大小，對裝配式建筑建設(shè)項目施工安全風(fēng)險進(jìn)行評估。

首先，根據(jù)專家打分建立初始評價矩陣：

其中A=由m 個方案組成，每個方案的判斷指標(biāo)X1，X2，……，Xn構(gòu)成指標(biāo)集X=（X1，X2，……，Xn），相應(yīng)的判斷指標(biāo)記為Xij（i=l，2，……，m；j=1，2，……，n），Xij表示第i個方案的第j 個判斷指標(biāo)。

然后判斷評價指標(biāo)類型，根據(jù)公式計算得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣B，標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣B=（bij）m×n 的元素計算如下：

通過將矩陣B 的每一列與層次分析法確定的每個指標(biāo)的權(quán)重wn相乘，得到加權(quán)歸一化決策矩陣C，如式（5）所示：

然后根據(jù)公式計算被評價對象接近度的理想方案：

式中，C+和C-分別是正的和負(fù)的理想解，J1和J2分別是基于效益和基于成本的指標(biāo)集。最終被評價對象與理想解決方案的距離為：

貼近度反映了被評價對象接近正理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解的程度。然而，一般情況下，被評價對象的接近度在0～1 之間，所以只考慮被評價對象靠近正理想解的對應(yīng)關(guān)系，可按照接近度值的降序來選擇和評價對象。

根據(jù)前述步驟，建立基于AHP-TOPSIS 法的裝配式建筑施工安全風(fēng)險評價模型，如表2 所示，其打分方法參照《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 59—2011）進(jìn)行。

表2 安全風(fēng)險評價模型

2 實證分析

2.1 項目概況

案例項目為蘭州新區(qū)某保障房工程，包括10 棟住宅樓、臨街商業(yè)及滿鋪地下車庫，總建筑面積101316m2，土地面積84.306畝。1、2、3、6、7#樓地上十層，其中1、2、6、7#樓地下二層平時是車庫，戰(zhàn)時是核6 級二級掩體，地下一層是管道夾層。4、5、8、9、10#樓地上11 層。結(jié)構(gòu)形式：1—5、8、10#樓地下采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地面采用鋼管混凝土柱+鋼梁框架結(jié)構(gòu)；6、7、9#樓采用H型鋼框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車庫采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。住宅樓基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，車庫和商鋪基礎(chǔ)采用承載樁-承臺基礎(chǔ)，抗震設(shè)防烈度均為7 度，設(shè)計年限50 年。該工程主要構(gòu)件為鋼柱、鋼梁、鋼梯、構(gòu)造柱等，安裝整體安排為：鋼柱→鋼梁（先主后次）→支撐構(gòu)造柱等，形成穩(wěn)定單元體系后，向后面軸線推進(jìn)。每節(jié)柱的安裝高度為三層樓層高度為宜，每節(jié)柱安裝三層鋼梁，同一流水段內(nèi)的鋼柱隨機(jī)安裝，主次鋼梁按照從低到高的順序安裝，同節(jié)柱的鋼梁安裝至二層后開始焊接，同號樓在兩個施工段內(nèi)流水作業(yè)。每棟住宅樓在基礎(chǔ)墊層施工安裝QTZ-5013塔吊一臺，并配備兩輛25t 汽車吊配合（圖2）。

圖2 蘭州新區(qū)某項目現(xiàn)場

2.2 施工安全風(fēng)險評價

組織15 名相關(guān)專家對該項目正在施工的3#樓進(jìn)行旁站安全檢查，結(jié)果如表3 所示。

表3 評價結(jié)果

根據(jù)表2 與表3 指標(biāo)數(shù)據(jù)，建立多屬性初始判斷矩陣A，其中每列數(shù)據(jù)表示底層指標(biāo)安全等級量化值，最后一行為實例樣本值。

使用MATLAB 軟件對矩陣A 進(jìn)行計算，可得最終評價結(jié)果，見表4。

表4 1—5#樓安全風(fēng)險評價結(jié)果

2.3 評價結(jié)果分析

從表4 結(jié)果可知，該項目的安全風(fēng)險評價綜合得分貼近度處于表2 中Ⅱ（良好）的范圍，說明其整體安全性較高。但從表3 可知，在檢查過程中，A1未經(jīng)過安全教育人數(shù)有6 人，由表2 可知其安全性處于Ⅲ（及格）的范圍，建議對工人進(jìn)行安全交底教育后再開展工作；在A9疊合板集中荷載檢查過程中，由于發(fā)現(xiàn)施工材料集中堆放現(xiàn)象導(dǎo)致評分較低（62 分），由表2 可知其安全性處于Ⅲ（及格）的范圍，建議對材料進(jìn)行分散儲存以防發(fā)生安全事故；對A10構(gòu)件鋼筋錨固位置檢查時發(fā)現(xiàn)部分構(gòu)件錨固位置被違規(guī)變更，得分為55 分，由表2 可知其安全性處于Ⅳ（不及格）的范圍，建議對變更位置進(jìn)行恢復(fù)，如受現(xiàn)場條件限制必須更改錨固位置的，需進(jìn)行方案論證；在對A11模板支撐結(jié)構(gòu)檢查時發(fā)現(xiàn)部分重要構(gòu)件模板支撐松動，得分為44 分，由表2 可知其安全性處于Ⅳ（不及格）的范圍，建議及時整改，對不合規(guī)模板或固定扣件進(jìn)行替換；對A15預(yù)制件存放方法，A16市政、現(xiàn)場道路條件，A17存放場地平整檢查評分時發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場外道路坑洼較多，現(xiàn)場內(nèi)運輸?shù)缆放c構(gòu)件存放場地未硬化平整，導(dǎo)致存在物體打擊安全隱患，由表2 可知其安全性處于Ⅳ（不及格）的范圍，建議項目部對運輸?shù)缆放c存放場地進(jìn)行修整，使其達(dá)到安全施工要求，減少安全事故發(fā)生隱患，降低施工安全風(fēng)險。

3 結(jié)論

為解決裝配式建筑施工過程中安全風(fēng)險評價問題，建立了基于AHP-TOPSIS 的裝配式建筑施工安全風(fēng)險評價模型，通過建立科學(xué)的安全風(fēng)險評價模型對項目進(jìn)行安全評價可以有效減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，對裝配式建筑施工安全推進(jìn)具有十分重要的意義。結(jié)論如下：

（1）根據(jù)AHP（層次分析法）的結(jié)果可知，人員與施工管理方法的因素是裝配式建筑施工安全風(fēng)險中比較重要的兩個因素，建議結(jié)合BIM 與AR 等信息化技術(shù)，創(chuàng)新安全培訓(xùn)方式，準(zhǔn)確識別安全風(fēng)險，從而減少安全事故的發(fā)生；

（2）通過TOPSIS（優(yōu)劣解距離法）分析，既可以得知該項目的整體安全程度，也可準(zhǔn)確識別出被評價項目中具體安全性不足的地方，從而根據(jù)評價結(jié)果對被評價項目進(jìn)行優(yōu)化和整改，以達(dá)到降低裝配式建筑施工安全風(fēng)險、減少安全事故發(fā)生的目標(biāo)。