基于改進組合賦權 - 動態模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風險評價

田學澤，胡慶國，何忠明

(長沙理工大學 a. 交通基礎設施智慧建造與運維管理湖南省高校重點實驗室；b. 交通運輸工程學院， 湖南 長沙 410114)

近年來隨著“新型建筑工業化”主題的持續升溫與國家對裝配式建筑的大力扶持，國內裝配式建筑得到了快速發展。根據2017年住房和城鄉建設部頒布的GB/T 51129-2017《裝配式建筑評價標準》[1]，其對裝配式建筑的定義為：由預制部品部件在工地裝配而成的建筑。作為一種新型建筑形式，裝配式建筑不僅有利于緩解建筑業所面臨的資源與環境危機，還在建筑業實現轉型與可持續化發展方面發揮著重要作用。但由于其吊裝施工過程具有吊裝構件質量大且形狀不規則、吊裝強度大以及空間作業可視性差等特點，致使其施工安全事故頻發。因此，有必要對裝配式建筑吊裝施工安全風險進行研究，以降低其安全事故發生率與提高安全管理水平。

目前，國內外專家及學者在裝配式建筑吊裝施工安全方面已有部分研究成果。湯彥寧[2]首次運用系統動力學方法對裝配式住宅建筑吊裝作業與PC(Precast Concrete)構件安裝等風險系統進行了研究，并指出采用信息技術系統可有效控制風險；Tamo?aitiené等[3]指出在裝配式住宅建筑施工過程中采用風險監控系統并配合合理的風險管理計劃，可及時發現風險隱患與降低風險事故發生的概率；Francisco等[4]對裝配式住宅建筑吊裝施工過程進行風險評價，得出了PC構件吊裝環節可能出現的事故類型，并給出了預防措施；劉名強等[5]采用基于RVM(Relevance Vector Machine)構建的裝配式建筑吊裝作業安全預警模型，實現了較SVM(Support Vector Machine)與BP(Back Propagation)神經網絡等機器學習法而言更高的判定率，為吊裝作業安全狀態的判定提供了新思路；申玲等[6]采用云貝葉斯網絡模型對裝配式住宅構件吊裝安全風險進行評價，獲得了比傳統貝葉斯模型更精確的評價結果，且平均相對誤差在5%以內；李文龍等[7]圍繞裝配式建筑吊裝施工安全風險評價指標與模型進行研究，提出了結構熵權耦合可信性測度理論的模型，為客觀評價與有效控制吊裝施工安全風險提供了新思路。

總體來看，上述方法多為靜態的評價方法，且在處理評價過程模糊性與隨機性方面存在不足。考慮到動態模糊理論可有效克服評價的模糊性和隨機性，并能直觀反映各評價指標及總體風險的動態變化趨勢[8]。因此，本文將動態模糊理論引入裝配式建筑吊裝施工安全風險研究；此外，為消除主客觀因素對評價指標權重的影響，本文采用改進層次分析法耦合熵權法的改進組合賦權法來計算最優指標權重，以提高評價結果的精度。最終構建基于改進組合賦權-動態模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風險評價模型，該方法不僅可彌補裝配式建筑吊裝施工安全風險評價的空缺，還能為類似工程風險評價提出參考。

1 理論基礎

動態模糊理論是對李凡長教授所提出的動態模糊集理論的一種延伸，其本質是一種采用動態變量、動態模糊集(DFS,Dynamic Fuzzy Sets)與動態模糊邏輯等模糊數學知識，結合動態模糊變換原理與最大隸屬度原則的綜合評價方法[9]，在處理具有動態變化、邊界模糊以及不易量化等特征數據時具有先天優勢。

2 裝配式建筑吊裝施工安全風險評價模型構建

風險評價模型的構建是決定其風險評價結果好壞的關鍵環節，本文裝配式建筑吊裝施工安全風險評價模型主要從識別并建立風險評價指標體系、劃分風險等級并獲得指標量值域、采用改進組合賦權法計算最優指標權重以及詳細闡述基于改進組合賦權-動態模糊理論的裝配式建筑吊裝施工安全風險評價步驟等四個部分構建。

2.1 評價指標體系的建立

為使評價指標體系符合裝配式建筑吊裝施工的特點，且滿足客觀而科學的原則。本文在分析現有研究成果[11～13]與2015―2018年全國建筑安全事故統計資料[14]的基礎上，結合專家意見及自身工程實踐經驗，參考GB/T 51129-2017《裝配式建筑評價標準》、GB/T 51231-2016《裝配式混凝土建筑技術標準》與JGJ 59-2011《建筑施工安全檢查標準》等國家技術標準，建立裝配式建筑吊裝施工安全風險評價指標體系，如表1所示。

表1 裝配式建筑吊裝施工安全風險評價指標體系

2.2 裝配式建筑吊裝施工安全風險等級的劃分

表2 裝配式建筑吊裝施工安全風險等級標準

2.3 改進組合賦權法確定最優指標權重

考慮到評價指標權重會直接影響評價結果的準確度，因此本文在綜合考量各個評價指標的前提下，運用經改進的3標度層次分析法獲取評價指標的主觀權重，采用熵權法獲取評價指標的客觀權重。最后，將主客觀權重進行線性加權耦合后獲取評價指標的最優權重。

2.3.1 熵權法計算客觀權重

熵權法(Entropy Weight Method，EWM)是一種根據待求解問題中各評價指標的原始數據所攜帶的有效信息來確定各指標權重的客觀權重計算方法[16]。通常情況下，信息熵越小，則信息的效用值越大，也即表示評價指標的權重越大。

設第m個一級評價指標共有n個二級評價指標，ei為第i個指標的信息熵，則ei為：

(1)

第i個指標的熵權Fi為：

(2)

式中：gi為指標i的差異系數，gi=1-ei。

2.3.2 基于改進組合賦權法的最優指標權重計算

設Ei為由改進層次分析法求得的指標i的主觀權重(因篇幅有限，其具體計算過程可參考文獻[17])，則指標i的最優權重wi為：

wi=αEi+βFi

(3)

式中：α，β分別為主客觀權重的偏好系數。通常情況下，α與β分別取0.6和0.4[18]。

2.4 基于改進組合賦權-動態模糊理論評價模型構建

2.4.1 建立動態模糊評價矩陣

首先，設X個專家對第i個一級評價指標的第j個二級評價指標的動態模糊評價值向量為：

(4)

其次，將第i個一級評價指標的二級評價指標權重向量wi=(wi1,wi2,…,win)與Hij相乘，即可獲得所有專家關于第m個一級評價指標的評價向量：

(5)

最后根據式(5)可求得所有一級評價指標的評價向量，進而獲得動態模糊評價矩陣：

(6)

2.4.2 計算動態模糊評價結果

將動態模糊評價矩陣與一級評價指標的權重相乘，即可獲得動態模糊評價結果矩陣R：

(7)

從而可得到動態模糊評價結果：

(8)

3 工程實例分析

本文以黃石市某裝配式住宅建筑為樣本進行實例分析，該項目總建筑面積為72.8萬m2，由26棟高層住宅及其配套附屬設施組成，結構類型為預制混凝土裝配式結構，裝配率高達53.09%。采用五點李克特量表制作調查問卷后，向吊裝現場施工作業人員、吊裝施工指揮人員及裝配式建筑方面的專家等人共發放電子問卷與紙質問卷計113份(其中，47人來自施工單位，均參加過一個裝配式建筑的施工；16人來自工程咨詢單位，在建筑咨詢方面有1年以上工作經驗；26人來自預制構件生產單位，從事預制構件生產工作2年及以上；24人來自科研院校，在裝配式建筑科研或教學領域有3年及以上經驗)。剔除具有關鍵信息缺失與答卷不規范等特征的問卷后，共收回有效問卷78份，有效率為69.03%。運用商業軟件SPSS 26.0對其進行信度檢驗，檢驗結果顯示：Cronbach’s α系數為0.895，檢驗合格，數據信度滿足要求。對有效問卷數據進行分析處理后，采用式(1)～(3)計算最優指標權重；然后，依據式(4)～(8)和動態模糊理論，運用MATLAB 2016a軟件計算各級評價指標動態模糊評價值，并判定各風險因素及項目整體的風險等級與其發展的趨勢，結果如表3～5所示。

由表3～5可知：

表3 各級評價指標最優權重及動態模糊評價等級得分

表4 二級評價指標動態模糊評價結果

續表4

表5 一級評價指標動態模糊評價結果

(2)從局部來看，在人員風險中，除現場安全員配備數量風險等級為中等且具有升高的趨勢外，其它二級評價指標風險等級基本為較低且具有下降的趨勢；在設備風險中，所有二級評價指標風險等級皆為較低，但除吊裝設備位置設置的合理性具有風險等級升高的趨勢外，其它二級評價指標風險皆具有風險等級降低的趨勢；在構件風險中，除預制構件間拼接牢固度的風險等級為中等且具有風險等級上升趨勢外，其余二級評價指標風險等級皆為較低或低，且風險等級變化趨勢皆為降低；在管理風險中，除施工安全教育及培訓合格度與吊裝施工現場多方協調度的風險等級為較低，且風險等級具有下降趨勢外，其余二級評價指標風險等級均為中等，且具有風險等級升高的趨勢；在環境風險中，除吊裝現場可視性狀況風險等級為中等且具有升高的趨勢外，其它二級評價指標風險等級皆為較低且具有降低的趨勢。

根據現場實地調研結果可知，該項目吊裝施工技術方案可行、吊裝設備的適用性、運行狀態及設備完好度皆為良好，吊裝設備操作人員與現場構件組裝人員技術熟練，構件質量與吊點強度合格，吊點位置設置合理，施工安全教育及培訓合格，總體風險等級較低，與評價結果一致。但需要對施工現場安全員配備數量、吊裝設備設置位置、吊裝現場可視性情況與預制構件間拼接牢固度等引起重視，必要時集中人力、物力及財力加以預防與改善。

4 結 論

(1)本文將動態模糊理論引入裝配式建筑吊裝施工安全風險評價，在獲得其動態模糊評價等級得分后，運用模糊值來確定風險等級與分析風險等級的變化趨勢，實現了裝配式建筑吊裝施工安全風險的靜態與動態分析相結合，可為風險管理者制定風險預警制度提供指導作用。

(2)本文采用改進的3標度層次分析法耦合熵權法進行評價指標最優權重的計算，得到了比傳統指標權重計算方法更為客觀且符合實際的指標權重。

(3)工程實例分析結果表明，模型評價結果與現場調研結果一致，驗證了本文所建裝配式建筑吊裝施工安全風險評價模型的可行性，對類似工程項目的施工安全風險評價具有參考價值。

(4)雖然在結合裝配式建筑吊裝施工特點的基礎上，結合行業相關法規與技術標準，構建了裝配式建筑吊裝施工安全風險評價指標體系，但與工程實際施工過程中的風險因素相比還不夠完善；因此，在后續研究中將更多地考慮項目具體情況以完善風險評價指標體系。