基于AHP-LEC-FCE的老舊小區改造施工中高處墜落安全評價

牛昌林， 韓同澤， 李強年

(1. 蘭州理工大學 土木工程學院， 甘肅 蘭州 730050； 2. 甘肅建投科技研發有限公司， 甘肅 蘭州 730050)

2015年中央城市工作會議首次提出加快老舊小區改造，此后幾年中央一直十分重視此項關系到國計民生的重要工作，并部署、督促各地付諸實施。2020年5月22日，在第十三屆全國人民代表大會第三次全體會議上，國務院總理李克強做《政府工作報告》時再次提出：新開工改造城鎮老舊小區3.9萬個[1]，初步預計投資高達萬億元人民幣。老舊房屋改造項目不同于一般企業建設項目，它不以項目的自身盈利為目的，而是通過為社會提供服務，增加原有項目的安全可靠、能源節約、環境美化等性能，進而轉化為社會效益[2]。在走訪與查閱資料時得知，近年來在老舊小區改造項目中安全事故常有發生。據《住房和城鄉建設部辦公廳關于2019年房屋市政工程生產安全事故情況的通報》[3]稱：2019年，全國共發生房屋市政工程生產安全事故773起，死亡904人，比2018年事故起數增加39起，死亡人數增加64人，分別上升5.31%和7.62%。在此全國大規模開展老舊小區改造項目之際，安全生產事故發生概率勢必顯著增加。

“安全第一、預防為主、綜合治理”，是我國安全生產工作的基本原則。為盡可能地做到科學預防，減少安全事故的發生，國內外許多專家學者都對此展開了研究。Mohandes等[4]運用模糊多準則決策模型，對建筑工人的安全水平進行了評價；周劍嵐等[5]使用作業條件危險性評價法(LEC評價法)與層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)結合，以水電工程中混凝土工程腳手架作業為例，對施工過程中的危險源進行了評價；杜婷等[6]運用模糊綜合評價法，對影響建筑施工安全的因素，根據人、機、料、法、環做出了綜合評分細則；翟瑞等[7]通過AHP法和精變度粗糙集，對影響施工安全的安全生產管理因素、施工現場環境因素、安全技術因素、施工設備因素、施工單位人員因素進行了評價與權重確定；Liu等[8]使用解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)，識別地鐵建設安全管理的關鍵成功因素；黃晶金等[9,10]分別使用網絡層次分析法(Analytic Network Process，ANP)和主成分分析法，對施工現場安全風險進行了評級。上述研究成果為老舊小區施工安全評價提供了理論依據。

綜上所述，針對施工階段的安全評價主要集中在因素識別階段，基于宏觀層面進行施工安全評價。但是，老舊小區改造項目在施工過程中具有高空作業、施工中住戶居民人流穿插等特點，主要有高處墜落導致的安全隱患。本文創新性地提出，應用AHP法、LEC(Likelihood-Exposure-Consequence)評價法與FCE(Fuzzy Comprehensive Evaluation)法，對老舊小區改造施工過程中高處墜落事故的安全隱患識別并建立評價體系，做到更加直觀深入地識別與評價安全隱患，為項目管理者提供決策依據，提高安全管理的效率，降低安全事故的發生率。

1 基本理論及方法

1.1 層次分析法(AHP)

層次分析法(AHP)是美國運籌學家匹茨堡大學教授Saaty于20世紀70年代初，提出的一種層次權重決策分析方法。其主要用于解決評價類問題，通過建立各因素間兩兩比較的判斷矩陣并對矩陣的一致性檢驗后，對定性指標模糊量化算出層次單排序(權數)和總排序，以作為多目標、多方案優化決策的系統方法，本研究將此方法用于確定模糊綜合評價模型中一級因素權重。

1.2 LEC評價法

LEC評價法是由美國安全專家Graham和Kinney提出的一種半定量的對于工人在具有潛在威脅環境下工作的安全評價方法。

通過三個指標，事故發生的可能性L(Likelihood)、人員暴露于危險環境中的頻繁程度E(Exposure)、事故發生后的嚴重程度C(Consequence)的乘積來得到最終風險的危險性指標D(Danger)，D值越大說明此風險的危險性越高。表1

表1 LEC評價法評分標準

為LEC評價法評分標準，表2為安全隱患分級標準。本研究將此方法用于確定模糊綜合評價模型中二級因素權重。

表2 安全隱患分級標準

1.3 模糊綜合評價(FCE)模型

模糊綜合評價法(FCE)是一種基于模糊數學的綜合評價方法。FCE法根據模糊數學的隸屬度理論將定性評價轉化為定量評價。在工程項目中，各安全隱患排查與安全績效評價是一個系統問題，評價過程中由于主觀原因，往往具有不確定性、模糊性與難以量化評價等問題，模糊綜合評價利用隸屬度最大原則，很好地解決了上述問題。

將對施工現場根據上述安全隱患排查過程中的評價，定義V={v1,v2,v3,v4}，其中優v1表示安全，良v2表示比較安全但不是很安全，及格v3表示較不安全，差v4表示很不安全需要立即整改。

對于二級因素hij來說，對各個評語的隸屬度為v上的模糊子集。對于因素hij的評價記為Rij={rij1,rij2,…,rijm}；各因素的模糊綜合判斷矩陣為：Ri=[Ri1Ri2…Rij]T。它是一個從H到V的模糊關系矩陣。

若有一個從H到V的模糊關系矩陣Ri，那么就可以利用Ri得到一個模糊變換TRF(H)→F(V)，由此變換就可以得到二級模糊綜合評價結果Bi=wij·Ri(i=1,2,…,m，j=1,2,…,n，m為一級因素個數，n為二級因素個數，wij為二級因素權重)。后再對一級因素進行評價得R=[B1B2…Bi]T。綜合評價為B=W·R。最后根據隸屬度最大原則，將向量中最大值對應的安全等級作為此項目施工過程中高處墜落安全隱患評價的綜合評價結果。

AHP-LEC-FEC評價流程如圖1(圖中Q1為下四分位數25%，Q3為上四分位數75%)所示。

圖1 AHP-LEC-FEC評價流程

2 構建FCE(模糊綜合評價)模型

2.1 識別安全隱患因素

城鎮老舊小區改造內容可分為基礎類、完善類、提升類3類[11]。基礎類改造中包含了小區的道路、圍墻、供排水、電、氣、暖管線的改造；完善類中主要包含樓棟、屋面、墻面、樓道、外立面風貌改造以及建筑節能改造等；提升類改造主要以一些惠民、便民設施建設為主，如社區衛生所、綠化、健身器材、停車位的規劃建設等。此次研究中，通過現場實地走訪多個老舊小區改造項目，對項目的管理人員進行深度采訪，根據對2015―2019年連續5年的《住房和城鄉建設部辦公廳關于房屋市政工程生產安全事故情況的通報》分析，發現高處墜落事故占所有安全事故的比重最大，所以本研究以高處墜落事故為例進行分析，力圖為解決這一主要矛盾提供依據、思路與方案。受郭紅領[12]等人構建的基于“事故-場景”的不安全行為識別清單的啟發，構建出針對老舊小區改造項目高處墜落事故的“事故-工作-安全隱患”的安全隱患因素識別表，識別出了高處墜落事故中4種作業的51個安全隱患因素，如表3所示。

表3 老舊小區改造項目高處墜落安全隱患因素

其中一級因素為H={h1,h2,h3,h4}；二級因素為H1={h11,h12,h13}；H2={h21,h22,…,h223}；H3={h31,h32,h33,h34}；H4={h41,h42,…,h417}。

在此，利用上述所識別的安全隱患來建立一個二級模糊綜合評價模型，以對具體工程項目的高處墜落安全隱患進行定量的綜合評價。

2.2 確定各因素權重

2.2.1 一級因素權重確定

基于層次分析法(AHP)對現場6位專家進行采訪，采用1～9標度對四個一級因素危險性進行兩兩比較(表4)，得出判斷矩陣，通過MATLAB軟件計算得出其對應的權重值。

表4 1～9標度判斷標準

經過程序運算，得出三種常用權重確定方法所確定的權重值，并取其三者的平均值以增加權重的可信性，具體結果見表5。

表5 一級因素權重值

由表5知一級因素權重為：W={w1,w2,w3,w4}={0.145,0.532,0.048,0.275}。

2.2.2 基于LEC評價法對二級因素權重的確定

此次問卷調查，面對基層項目施工、管理人員，參與問卷調查人員共計75人，包含項目經理、監理、安全員、技術員、工人等。其中回收70份有效問卷。受采訪人員情況見表6。

表6 受采訪人員情況

為盡可能地減少被訪人的主觀影響，對最后的計算結果D采取計算四分位距(Interquartile Range，IQR)的方法來剔除其中的異常數據。通過對每個隱患的D值大小來進行安全評價分級與排序，從而確定其在模糊綜合評價法中的權重值。四分位距又稱四分差，是一種常用于統計學中的方法，計算第三和第一四分位數的差值。與總體范圍不同，第三和第一四分位數之間的樣本數為50%，通常優于總范圍取值。

經過對70份調查問卷的數據進行計算，為盡可能減少受訪者個人對打分的主觀影響，對每一項隱患D值得分的數據，運用Excel軟件中的QUATILE函數計算該組數據的第一(Q1)與第三(Q3)分位數，取其范圍內的數據來剔除異常打分值，最后計算平均值。

半個小時后，小老板被人送出來了，對方問他：“你的車呢？”小老板指了指程曉和他的凱迪拉克：“那不是！他是我的司機。”這時，陽光正好反射在程曉剛剛養護過的凱迪拉克上，炫目的香檳色讓對方由衷地贊嘆：“好霸氣的凱迪拉克！看來你的公司還是有實力的，我們可以簽合同了！”程曉一聽，差點暈倒：怪不得這家伙那么大方，原來是借自己的車去顯擺啊，居然還成功地完成了一筆交易！

例如：對工人作業時未系安全帶h12，70位受訪者對其打分計算后的D值，取Q3與Q1范圍內的數據為210，210，210，252，270，300，420，420，420，420，420；取平均值為323>320，屬于極其危險的危險程度類別。

根據上述方法，對其他安全隱患因素D值依次進行計算，結果如圖2～5所示。

圖2 屋面改造安全隱患D值

圖3 外立面改造安全隱患D值

圖4 管網、樓梯間改造安全隱患D值

根據現場實際情況，將D值小于70的隱患剔除。

圖6 模糊綜合評價各因素權重確定結果

3 案例分析

3.1 工程概況

蘭州市七里河區西園街道2020年城鎮老舊小區改造項目，范圍包括四個小區，占地面積2.9615.6萬m2，總建筑面積11.51萬m2，主要改造住宅棟數為22棟，總共為72個單元，總戶數為1341戶，預計竣工時間為2020年10月25日。

3.2 高處墜落安全隱患評價

此次評價采用模糊綜合評價法對該工程項目可能引發高處墜落的安全隱患進行評價，參與評價的共計20人，其中施工單位管理人員6人，工人8人，建設單位3人，監理單位3人。對每一個二級因素進行評價。

B1=[0.17,0.43,0.40]·R1=[0.577,0.217,0.163,0.043]。

B2=[0.06,0.04,0.14,0.03,0.08,0.04,0.14,0.05,0.03,0.03,0.13,0.04,0.02,0.04,0.04,0.05,0.04]·R2=[0.494,0.265,0.154,0.099]。

B3=[0.19,0.14,0.51,0.16]·R3=[0.112,0.191,0.283,0.414]。

B4=[0.03,0.17,0.09,0.13,0.07,0.06,0.07,0.07,0.07,0.05,0.06,0.09]·R4=[0.447,0.284,0.239,0.003]。

W={w1,w2,w3,w4}={0.145,0.532,0.048,0.257}。則B=W·R=[0.475,0.260,0.185,0.08]。

3.3 結果分析

從以上評價結果來看，雖然項目高處墜落整體安全程度評價為優，但由其中R21=[0,0,0.6,0.4]，R31=[0,0.3,0.6,0.1]，R47=[0.3,0.3,0.4,0]，R414=[0.2,0.3,0.5,0]，R415=[0.3,0.2,0.4,0.1]，R22=[0,0.2,0.4,0.6]，R32=[0,0,0,1]，R33=[0,0.2,0.3,0.5]可知：h21，h31，h47，h414，h415等五項評價為及格(較不安全)；h22，h32，h33三項的評價為差(很不安全需要立即整改)，存在安全隱患，應進一步完善管理措施。

(1)對于安全隱患未按規定設置安全平網h21，建議項目部在2～3層高度設置安全平網，不但可以防止高處墜落的事故發生，也可減少外立面作業時高空墜物對居民和地面作業人員的傷害。對于安全隱患使用座板單人吊具、自制吊具質量不合格h22，建議該項目立即停止正在使用的單人座板與自制吊具，檢查吊具、繩索等安全設備的磨損與質量情況，必要時購買或租賃質量合格的單人座板與吊具，并在每次使用前仔細檢查。

該項目中管網、樓梯間改造是安全管理最為疏忽的一部分，通過評價結果B3=[0.112,0.191,0.283,0.414]可知其總體表現為差(不安全)。對于安全隱患坑道臨邊無警示標志、無硬圍擋h31，室外臨邊無夜間警示燈h32，樓梯口、平臺、梯段邊未安裝防護欄桿h33，建議立即在可能造成高處墜落的臨邊區域設置硬圍擋，設置夜間指示燈，預防住戶居民尤其是兒童、老人、醉酒者因失足墜落而造成意外傷害，造成賠償。

對于安全隱患架體搭設與方案不一致h47，操作層下沒有鋪設安全防護層h414，腳手架離墻面距離超過20 cm，沒有防護措施h415，建議必須切實制訂腳手架施工方案，不可將方案制訂形式化，嚴格按照國家規范GB 51210-2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》設置腳手架安全防護設施與構件，并定期檢查其是否穩固。

(2)施工單位能否在老舊小區改造項目中盈利，取決于整個項目是否和諧，其中最重要的包括施工期間與小區居民相處是否融洽，是否發生安全事故(對工作人員或小區居民造成傷害)。所以，不僅應當抓好施工人員的安全管理，舉辦由小區物業或社區組織的居民住戶配合安全施工的主題教育活動也是十分必要的。

(3)事故的發生不僅與危險源固有特性有關，也取決于安全管理規章制度的制定與落實[5]。所以應定期按照上述方法組織安全隱患排查與安全程度評價，及時發現安全隱患，科學預防安全事故的發生。當前，施工現場工人不安全行為的管理措施主要有安全培訓與教育、安全監督與檢查、視頻監控等方式[18]，是被動地約束人的行為。管理的最高境界是促使部署的自動自發[19]。在安全方面的管理上應該調動從業人員的主觀能動性。切忌將前期對工人的安全教育和定時召開安全例會形式化。同時，應該加大安全方面的獎懲力度，施行“連帶”獎懲制度，讓每位施工人員都要感覺到安全與自己的切身利益掛鉤，塑造項目安全管理集體觀。

4 結 語

本文以老舊小區綜合改造項目中高處墜落為研究對象，建立了基于AHP-LEC-FEC的安全評價模型，案例驗證結果表明：

(1)本模型可有效地在施工前針對具體改造項目，建立基于安全事故類型-工作場景的安全隱患清單，對項目安全管理狀況進行整體的定量評價，通過評價結果系統制訂安全工作措施；

(2)進一步對識別出的具體安全隱患，針對性排查并制訂出管控措施，系統地提高改造項目施工過程中的安全管理水平，對減少或杜絕安全事故的發生具有一定的指導意義。

本研究所采用的數據，是通過對專家、現場工作人員采訪調查獲得的，客觀程度并不是非常理想，一定程度上會影響評價結果。因此，建立一個全國建設工程安全實時大數據平臺是十分必要的。該平臺運行包括數據收集、數據處理及分類等過程。利用信息化技術和手段通過現場識別出生產過程中存在的具體不安全行為與隱患數據形成原始數據。按照文中建立的“事故-工作-安全隱患”表進行分類；充分利用原始數據，為使用AHP法確定一級安全因素權重打分階段提供客觀的數據依據。結合LEC評價法相應算法，計算出各個安全隱患D值，為確定二級安全因素權重提供客觀數據來源。該平臺供全國各相關管理部門從互聯網終端共享、查閱與調用。使用FCE法組織具有針對性的安全隱患排查活動。從而做到對具體工程項目的安全情況更加客觀全面的評價，做到真正的“安全第一、預防為主、綜合治理”。