高聳構筑物工程項目施工安全風險評價研究

王傳寶

(安徽省經工建設集團有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引言

高聳構筑物具有施工高度高、難度大，施工工藝復雜等特點，在其施工過程中存在著許多復雜且相互關聯的風險。為了讓高聳構筑物的施工更安全，減少甚至杜絕安全事故的發生，將安全管理和風險管理的相關理論和方法運用于高聳構筑物的施工安全風險管理中是現代工程項目管理的重要研究課題。

隨著社會經濟和高聳構筑物及超高層建筑施工技術的迅猛發展，國內外學者對其施工安全管理的研究成果也越來越多，尤其是施工安全風險評價方法上更是提出了一系列科學有效的評價體系。賈俊峰[1]基于WBS-RBS與AHP方法提出了基于施工安全風險管理特征的安全風險評估模型。蔡久順[2]等在傳統風險度模型兩大指標的基礎上增加了“不可預見性”，從而改進了高層建筑施工安全風險評價方法。王根霞[3]等在包含目標層、準則層和指標層三個層次的建筑施工現場安全評價指標體系中引入悲觀度指數，改進了層次分析模型并提高了指標權重設置的科學性。溫國鋒[4]等從行為主體、組織行為、項目管理目標等三維度入手，綜合考慮了主體行為不確定性和專家評價模糊性，構建了IFAHP主體行為風險評價模型。文獻[5-7]基于灰色系統理論、貝葉斯網絡和風險耦合機理等分別提出了項目施工安全風險評價模型。馮超[8]在對超高層建筑施工的安全風險因素進行識別與分析的基礎上建立了其評價體系。

國外超高層建筑和高聳構筑物的發展遠早于我國，在其施工安全風險及評價等方面的研究仍值得國內同行學習和借鑒。Kim[9]提出應從項目的設計階段對施工安全進行考慮，據此提出了施工安全設計評估方法。Kikwasi[10]通過對40家公司的業主進行調查，指出業主對工程設計階段和招投標階段安全管理的重視程度會直接影響后續施工階段的安全風險控制。Zhou[11]從項目的全壽命周期角度出發，提出對項目的各個階段進行全面的安全風險管理。Cheng Min[12]等將模糊推理與失效模式和影響分析(FMEA)相結合建立了一種新型安全風險評價模型，克服了傳統FMEA方法的固有弱點，提供了可靠且可區分的風險排序系統。

本工程為安慶市石化熱電廠煙氣脫硫工程，建設地點位于安慶石化熱電廠內，土建工程含有168 m高煙囪1座，三層綜合樓1幢及煙道基礎、吸收塔基礎等。煙囪樁基為灌注樁，承臺基礎深度-5 m，基礎鋼筋混凝土量約1300 m3；鋼筋混凝土煙囪高168 m，其出口內直徑為7.5 m，底部進煙口直徑為25 m；煙囪外圍為鋼筋混凝土筒式結構，筒身為一截面圓錐形連續變截面結構，內襯鈦金板，鋼結構襯底，如圖1所示。

圖1 高聳煙囪現場

為保證本項目的安全施工，采用模糊層次綜合評價法建立了該項目施工安全風險評價模型，杜絕了安全事故的發生。本文研究成果可為高聳構筑物及超高層建筑物安全施工管理提供參考。

1 模糊層次綜合評價基本理論

1.1 層次分析法

本方法是把決策問題有相關關系的元素按照“目標”、“準則”、“方案”等層次分層，并對其進行定性和定量兩方面的分析。其具體步驟依次為進行指標分層、構造判斷矩陣、處理數據并檢驗一致性，至此，即可得各指標權重數。

(1)建立層次結構模型

對安全評價影響因素進行系統分析并建立遞階層次結構表，如圖2所示。

圖2 遞階層次結構

(2)構造判斷矩陣

假設某層存在n個元素，X={ }x1,x2,…,xn，要分析該層n個元素對于上層某目標的影響情況，即在這一目標下所占的權重情況。本文針對兩個元素之間的比較，取1-9尺度，見表1所示。

表1 1-9比較尺度含義

將aij定義為元素i和元素j進行比較后的結果，其特性有 aij＞0，aij=1/aji以及 aji=1。構造判斷矩陣如下：

(3)評價因素的重要性排序

求解矩陣A得到其最大特征根λmax和特征向量W，向量W中各元素即為影響安全評價各因素的重要性排序，決定了影響因素權重的分配。

(4)一致性檢驗

矩陣A的一致性檢驗由隨機一致性比率CR(CR=CI/RI)確定，當此比率值不超過0.10時可判斷各影響因素權重分配具有良好的合理性。否則，要調整矩陣A的元素取值，重新判斷一致性，直至CR＜0.10。

1.2 模糊綜合評價

高聳煙囪構筑物的施工安全風險評價系統具有許多不確定因素，其本身的結構也較繁瑣復雜，將模糊綜合評價方法納入到該體系中，具有良好的適用性和可行性。

(1)定義輸入評價因素論域

P個評價指標，u={u1,u2,…,up}。

(2)定義輸出模糊等級論域

m個模糊子集，v={v1,v2,…,vm} 。

(3)定義輸入、輸出變量隸屬度函數

隸屬度函數是模糊集合的特征函數，工程項目安全評價因素論域和權重模糊集確定后，對模糊等級應從每個因素ui=(i=1,2,…,p)上進行量化，進而得到模糊關系矩陣R：

(4)確定評價因素的權向量

本文使用層次分析法來確定評價指標間的相對重要性次序，由W=(w1,w2,…,wp)確定權重值，且在合成之前需進行歸一化，即各權重wi=1，wi≥ 0，i=1,2,……,p 。

(5)合成模糊綜合評價結果向量

利用合適的算子將W與模糊關系矩陣R進行合成，得到評價體系的模糊綜合評價結果向量S，即：W°R=(w1,w2,…,wp)=(s1,s2,…,sm)=S

其中sm表示被評安全因素在整體上對模糊子集vm等級的隸屬程度。

(6)模糊綜合評價結果向量分析

本文采用加權平均求隸屬等級，對于多個被評價因素可以依據其等級位置進行重要性排序。

2 高聳構筑物施工風險識別

在高聳構筑物施工過程中可能會發生的不確定因素，均屬于施工安全風險。依據多年的建筑行業從業經歷，以及對相關文獻的整理與思考，可歸納出高聳煙囪構筑物施工最容易發生的危險大致有：高空墜物導致人員傷亡、變截面滑膜施工、豎向位移控制、風力影響、占地及施工工作面小、施工人員意外觸電、設備故障或操作不當帶給施工人員的傷害、因建筑坍塌帶來的傷害等等。經過對以上安全事故的調查分析，將誘發安全風險事故的因素分為五種，主要為人員因素、材料因素、設備因素、管理因素、環境因素，作為五個一級指標，并據此擴展成了下面的19項二級指標。具體指標見表2。

表2 評價指標

3 高聳構筑物施工安全風險評價模型

3.1 確定指標權重

采用主觀賦權法中的層次分析法(AHP法)，結合該專業領域各項規范，同時邀請33位富有豐富經驗的專家以及參與過該項工程建設的相關技術人員(甲方管理人員9位，施工單位工程技術人員9位，監理單位8位，管理部門7人)進行了綜合的賦權和評價。限于篇幅，本文僅給出一級指標間、人員和管理因素兩個二級指標間相對重要性關系及權重表，列于表3-表5。

表3 一級指標間相對重要性關系及權重表

表4 人員因素指標間相對重要性關系及權重表

表5 管理因素指標間相對重要性關系及權重表

由表 3 可知，λmax=5.086，CI=0.022，n=5，RI=1.12，一致性比率 R=CI/RI=0.019＜0.1。

由表 4 可知，λmax=3.004，CI=0.019，n=3，RI=0.58，一致性比率 R=CI/RI=0.033＜0.1。

由表 5 可知，λmax=7.512，CI=0.085，n=7，RI=1.32，一致性比率 R=CI/RI=0.065＜0.1。

故本文矩陣符合一致性檢驗，即各指標權重合理，無需調整。

3.2 隸屬度指標及層級分析

限于篇幅，本文僅以管理因素為例，說明其模糊指標隸屬度和層級分析結果，隸屬度指標列于表6。

表6 管理因素隸屬度

本文把評價指標劃分為“安全、較安全、臨界、危險、很危險”五個等級，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ表示，它們對應的是現場施工安全風險的等級。

由表6可得：

由表5知權重W4=[0.140 0.388 0.209 0.096 0.056 0.075 0.036]，進行計算可得：S4=W4RA管理=[0.243 0.566 0.191 0 0]。

3.3 綜合模糊層次評價

由前述理論可知，本項目S=[0.419 0.100 0.250 0.163 0.068]，又有，故可得

SRS總=[0.312 0.591 0.097 0 0]，至此，本項目施工安全風險評價結果全部計算完成，列于表7。

表7 高聳煙囪施工安全風險評價結果

由表7中對該高聳煙囪構筑物工程項目施工安全風險評價的結果可知，該項目“安全”的比重為31.2%，“較安全”的比重為59.1%，而臨界的比重為9.7%。根據最大隸屬度原則，可以得出該項目施工安全風險評價的最終結果是“較安全”，施工安全基本滿足要求。

4 結論

本文綜合運用工程項目施工風險管理理論對高聳構筑物施工安全進行了系統研究，構建了高聳構筑物施工安全風險評價指標體系，并運用模糊層次分析法建立了相應的評價模型。

以安慶石化熱電廠煙氣脫硫工程項目為研究實例，應用基于模糊層次分析法所建立的評價模型對此項目的施工安全風險程度作出了分析和評價，得到了“較安全”的評價結果，這與項目現場的實情是一致的，說明了此評價模型的可行性與實用性，這對于施工單位的安全風險管理具有一定的參考借鑒價值。