高支模坍塌事故致因分析與對(duì)策研究

董石磊

（石嘴山市星凱建筑安裝有限責(zé)任公司，寧夏 石嘴山）

引言

隨著高支模技術(shù)的迅速發(fā)展及其在建筑工程領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)該技術(shù)的研究也在不斷深化。與此相關(guān)聯(lián)的有關(guān)安全生產(chǎn)的規(guī)定也越來(lái)越嚴(yán)格、細(xì)化，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，高支模施工前，應(yīng)由技術(shù)部門組織各單位負(fù)責(zé)人，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審查，并經(jīng)施工技術(shù)負(fù)責(zé)人簽字確認(rèn)后，邀請(qǐng)有關(guān)人員組織會(huì)議，另外，在完成支模的安裝后，還需要邀請(qǐng)參與論證的專家對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收[1]。由此也可以證明，建筑施工方對(duì)于高支模施工技術(shù)應(yīng)用的重視程度。

根據(jù)市場(chǎng)有關(guān)部門的綜合分析可知，高支模結(jié)構(gòu)的工程項(xiàng)目是指將具有大跨度、集中施工負(fù)荷較高的模板結(jié)構(gòu)與支撐框架建設(shè)在混凝土工程上的施工過(guò)程，由于此類工程大多具有多元化、復(fù)雜化的特點(diǎn)，因此，在施工中一旦出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督不到位或施工行為不規(guī)范的問(wèn)題，便會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的現(xiàn)場(chǎng)安全事故發(fā)生[2]。近年來(lái)，由于高支模施工所造成的現(xiàn)場(chǎng)坍塌事故數(shù)量正呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢(shì)，并對(duì)工程項(xiàng)目施工方帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。為解決此方面問(wèn)題，規(guī)范高支模工程項(xiàng)目的施工，下文將對(duì)此展開(kāi)研究。

1 高支模坍塌事故致因分析

1.1 高支模事故案例統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研與不完全統(tǒng)計(jì)可知，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高支模施工現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的坍塌事故數(shù)量較多，大部分高支模技術(shù)被應(yīng)用在市政工程項(xiàng)目的建設(shè)中，對(duì)近七年（2016 年-2020 年）高支模坍塌事故發(fā)生次數(shù)在建筑工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)總事故發(fā)生次數(shù)中的占比、由于高支模坍塌造成的現(xiàn)場(chǎng)死亡人數(shù)在建筑工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)總事故現(xiàn)場(chǎng)死亡人數(shù)中的占比進(jìn)行分析，相關(guān)內(nèi)容見(jiàn)圖1。

圖1 高支模坍塌事故案例占比與死亡人數(shù)占比

從圖1 中可以看出，高支模施工中的現(xiàn)場(chǎng)坍塌事故數(shù)量正呈現(xiàn)逐年顯著的提升趨勢(shì)，盡管對(duì)應(yīng)的高支?，F(xiàn)場(chǎng)死亡人數(shù)占比存在一定的下降，但仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)此類事故的完全規(guī)避，說(shuō)明在施工現(xiàn)場(chǎng)中，盡管施工方應(yīng)用了大量的安全保障技術(shù)與隱患排查手段，但一直未能在高支模坍塌事故的預(yù)防中發(fā)揮預(yù)期效果[3]。

1.2 坍塌事故的致因分析

高支模坍塌致因分析要以工程項(xiàng)目資料、事故報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等為基礎(chǔ)，只有對(duì)建筑施工項(xiàng)目各個(gè)方面進(jìn)行全面的了解，才能更客觀地對(duì)高支模工程的致因進(jìn)行分析。然而，對(duì)于任何一起高支模坍塌事故，通常都會(huì)與一系列的危險(xiǎn)因素相關(guān)聯(lián)[4]。為了能夠?qū)⒏咧Ｌ某Ｒ?jiàn)原因盡可能地羅列出來(lái)，在事故統(tǒng)計(jì)階段，將事故報(bào)告中所提到的全部原因都盡量地列舉出來(lái)，然后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)卷調(diào)查和專家訪談法，增加遺漏的高支模坍塌致因，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)常見(jiàn)因素的篩選、修正、刪除，統(tǒng)計(jì)并分析造成高支模坍塌的共同因素[5]。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，選擇近10 年，經(jīng)過(guò)地方政府紕漏或?qū)I(yè)部門報(bào)道后的事故作為案例，不同類型的事故發(fā)生背景不同、誘因也不相同，因此，事故發(fā)生的特征也存在差異，下述將根據(jù)高支模施工的四個(gè)主要階段，選擇其中較為典型的25 個(gè)高支模坍塌事故為例，對(duì)常見(jiàn)的坍塌事故致因頻次進(jìn)行分析，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)的高支模坍塌事故致因頻次統(tǒng)計(jì)分析

提取表1 中出現(xiàn)頻次較高的致因，對(duì)其進(jìn)行編碼，引進(jìn)扎根理論，進(jìn)行致因的分析，此過(guò)程如圖2 所示。

圖2 基于扎根理論的事故致因分析

綜合分析后，明確了造成此類坍塌事故發(fā)生的主要原因包括：①現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工作不到位（出現(xiàn)頻次為18）；②設(shè)計(jì)方案與工程項(xiàng)目實(shí)際需求不匹配（出現(xiàn)頻次為15）；③現(xiàn)場(chǎng)高支模搭設(shè)質(zhì)量未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（出現(xiàn)頻次為15）；④三方監(jiān)測(cè)工作不及時(shí)、預(yù)報(bào)與檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確（出現(xiàn)頻次為15）。

2 基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和MATLAB 模型的高支模體系安全性評(píng)價(jià)

在分析高支模坍塌事故致因后，結(jié)合BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和MATLAB 模型對(duì)高支模體系安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將含有一個(gè)隱藏層的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為評(píng)價(jià)體系的基本結(jié)構(gòu)，將各項(xiàng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)作為該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入神經(jīng)元。由于計(jì)算機(jī)只能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)1、0 的分辨，因此利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行描述。共劃分為四個(gè)安全性評(píng)價(jià)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的4 個(gè)節(jié)點(diǎn)[6]。表2 為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的安全性評(píng)價(jià)級(jí)別描述。

表2 計(jì)算機(jī)可識(shí)別的安全性評(píng)價(jià)級(jí)別描述

在BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸入向量設(shè)置為n+1 維，將x0作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱藏層的激活函數(shù)閾值。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，輸入量xi既可以是連續(xù)的實(shí)數(shù)，也可以是離散的數(shù)值。在隱藏層中含有n2個(gè)神經(jīng)元[7]。根據(jù)上述論述，構(gòu)建如圖3 所示的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。

圖3 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

圖3 中，g 代表隱藏層的輸出向量，y 代表輸出層的輸出向量。在完成對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建后，對(duì)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代訓(xùn)練[8]。在迭代過(guò)程中，第k次迭代時(shí)各層之間的閾值以及連接權(quán)向量、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差對(duì)于各個(gè)權(quán)值和閾值的梯度向量可表示為：

式中：x（k+1）代表第k+1 個(gè)迭代點(diǎn)的加權(quán)誤差與輸出偏差的梯度矢量；x（k）代表第k 次迭代時(shí)加權(quán)誤差與輸出誤差之間的梯度關(guān)系；a 代表學(xué)習(xí)速率，a 的默認(rèn)取值為0.01；g（k）代表迭代時(shí)輸出誤差對(duì)閾值的梯度向量。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練流程如圖4 所示。

圖4 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練流程

圖4 中E 表示預(yù)先設(shè)置的閾值。在按照?qǐng)D4 所示的流程，完成對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)高支模體系安全性體系中各項(xiàng)指標(biāo)的自動(dòng)辨識(shí)，將該模型導(dǎo)入到MATLAB 中，在評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并得到專家給出的評(píng)測(cè)結(jié)果。在評(píng)分中，設(shè)置四個(gè)分值區(qū)間，其中0～0.6 代表非常差；0.69～0.79 代表較差；0.8～0.89 代表較好；0.9～1.0 代表非常好。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)槠? 層正交結(jié)構(gòu)非常適合于模擬輸入和輸出之間的關(guān)系而得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)隱藏神經(jīng)元數(shù)目足夠多時(shí)，它可以無(wú)限近似任意連續(xù)函數(shù)，但如果其數(shù)目太少，它不能高效地保存輸入數(shù)據(jù)中的全部規(guī)則，如果隱藏層節(jié)點(diǎn)數(shù)目太多，它將增大網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)間和不規(guī)則的內(nèi)容。采用試湊法確定隱藏層中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，公式為：

式中：m 代表隱藏層中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；l 代表輸出層中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；n 代表輸出層中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。在實(shí)際應(yīng)用中選擇多個(gè)高支模工程對(duì)其進(jìn)行全程追蹤，并詳細(xì)記錄各個(gè)指標(biāo)的參數(shù)，再對(duì)搭設(shè)結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行還原。在獲得相應(yīng)的參數(shù)后，利用上述訓(xùn)練完的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)高支模體系安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 基于評(píng)價(jià)結(jié)果的高支模坍塌事故預(yù)防對(duì)策

對(duì)于高支模體系來(lái)說(shuō)，原材料品質(zhì)是體系安全性的首要保障，直接關(guān)系到體系的穩(wěn)定性和承載能力。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)原料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，政府部門應(yīng)當(dāng)制定和健全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建嚴(yán)格的質(zhì)量管控與監(jiān)督體系。為了避免坍塌事故的發(fā)展，從原材料方面提出以下幾點(diǎn)預(yù)防對(duì)策：第一，各類材料的質(zhì)量都要達(dá)到施工的要求，特別是以扣件和鋼管為首的材料，是高支模體系的核心，如果有任何的質(zhì)量問(wèn)題，都會(huì)對(duì)項(xiàng)目的安全造成很大的威脅，因此，一定要按照現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和檢驗(yàn)。第二，管材的規(guī)格尺寸和壁厚不符合標(biāo)準(zhǔn)是管道工程建設(shè)中的必然要求。當(dāng)管材厚度較小時(shí)，其橫截面將減小，對(duì)整體支撐系統(tǒng)的承載力有不利的影響。因此，在材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。如果需要的話，還可以取樣并送往化驗(yàn)室檢測(cè)，確認(rèn)符合要求后，方可投入使用。第三，在工地上使用的材料，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，對(duì)變形嚴(yán)重或損壞嚴(yán)重的材料，不得進(jìn)入工地使用。要測(cè)試的物料，應(yīng)在相關(guān)人員的監(jiān)督下，取樣送往有資格的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行測(cè)試，若不合格，應(yīng)立即退場(chǎng)，而符合相關(guān)要求的物料，應(yīng)將樣品封存，以備查證。

再?gòu)脑O(shè)計(jì)方案編制方面，提出預(yù)防高支模坍塌事故發(fā)生的對(duì)策。首先，當(dāng)支架位于橫梁上時(shí)，若采用直角扣件，將小支架固定在大支架上，則支架的橫向構(gòu)造也更貼近于排架模型。對(duì)于采用直角扣件將小橫桿與豎桿固定在一起的情形，采用接近接合的方法對(duì)小橫桿進(jìn)行處理也更為安全。其次，對(duì)鉸接架模型而言，可將鉸接架的節(jié)點(diǎn)看作鉸接的節(jié)點(diǎn)。以鉸接的方式全面考慮小橫桿與立桿的連接問(wèn)題。在設(shè)計(jì)階段，必須將脫模前后和預(yù)應(yīng)力張拉前后的荷載變化等布羅利影響因素納入到考慮范疇當(dāng)中。在正式擬定方案前，必須對(duì)整個(gè)工程有全面的了解。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)情和混凝土結(jié)構(gòu)形式，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本、安全性等因素，科學(xué)地選擇與這一工程相匹配的支撐結(jié)構(gòu)形式?？偠灾陂_(kāi)展高支模施工時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)坍塌事故進(jìn)行更加嚴(yán)格的防范，并明確防范這一事故的目標(biāo)。相關(guān)負(fù)責(zé)人以及所有參與該工程的人員都應(yīng)當(dāng)將自身職責(zé)落實(shí)到位。

結(jié)束語(yǔ)

在深入此方面內(nèi)容的研究中發(fā)現(xiàn)，高支模施工技術(shù)是我國(guó)建筑市場(chǎng)內(nèi)應(yīng)用范圍最廣、系統(tǒng)性最強(qiáng)的施工工藝之一，此項(xiàng)施工工藝在應(yīng)用中涉及工程學(xué)、力學(xué)等多個(gè)方面的內(nèi)容，近年來(lái)，隨著大跨度和高大空間建筑的持續(xù)衍生，建筑結(jié)構(gòu)的整體受力呈現(xiàn)出越發(fā)復(fù)雜的趨勢(shì)，為保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，需要設(shè)計(jì)更高的承載能力進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的支撐。盡管相關(guān)工作在實(shí)施中已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高支模結(jié)構(gòu)坍塌事故仍屢見(jiàn)不鮮，針對(duì)以上問(wèn)題，本文開(kāi)展了此次研究，對(duì)造成高支模坍塌事故的原因進(jìn)行了全面、綜合地分析，并提出了對(duì)應(yīng)的措施，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高支?，F(xiàn)場(chǎng)施工中安全事故發(fā)生頻次的控制。