超高層建筑施工事故風險評估II：系統及應用*

姚建石，喬勝利，劉文彬，張建全，唐 超

(1.北京市基礎設施投資有限公司，北京 100101； 2.華設設計集團北京民航設計研究院有限公司，北京 101312； 3.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101； 4.城市軌道交通深基坑巖土工程北京市重點實驗室，北京 100101)

0 引言

隨著中國經濟的快速發展，城市建設用地急速減少，超高層建筑越來越多。超高層建筑具有施工難度大、周期長、工藝復雜、施工風險高、交叉作業多、投資成本高等特點，一旦發生施工事故，將會造成巨大損失。因此，做好施工風險管控，對超高層建筑領域的發展將起到至關重要的作用。

近年來，方東平等[1-2]基于可靠度理論構建了超高層施工事故風險荷載與風險抗力指標體系，建立了施工事故風險定量評估方法。彭鵬等[3]通過實地調研和專家打分，系統地識別超高層建筑施工過程中的重點風險源及引發風險事故的主要因素和應對措施。付蔓等[4]以泵送混凝土施工為對象，基于博弈論對評價體系中的指標進行組合賦權，用聯系度和廣義最大集對勢，對施工安全風險進行登記評價，分析關鍵因素。李曉聰[5]建立了施工風險定量評價和模糊綜合評價模型，采用LEC法或評分法確定風險評價對象的風險等級，從而得到整個項目的綜合風險水平。沈陽等[6]按一般狀態與極限狀態對系統的失效可能性進行研究,以整體鋼平臺裝備的承力構件為關鍵風險環節,提出一種超高層建筑施工風險預警指標體系與方法。當前針對超高層建筑施工風險的研究已建立了多種重點風險源的識別和評價方法，缺少對超高層建筑項目全過程風險源的識別與標準化評估方法和應用系統。

本文結合“十三五”國家重點研發計劃課題“超高層建筑施工事故風險源及其評估方法與技術”的理論成果[2]，擬融合BIM技術開發超高層建筑施工事故風險評估系統，并采用系統對某超高層建筑深基坑施工階段進行風險評估，驗證評估系統的可行性和有效性，以改進特定項目安全風險管理水平，為超高層建筑施工過程中的管理提供有力保障。

1 超高層建筑施工事故風險評估方法

根據課題組的理論成果[2]，將風險源劃分為：塔式起重機[7]、施工平臺[8]、施工升降機[9]、混凝土泵送[10]、主體結構施工、幕墻[11]、深基坑[12]、臨時支撐、臨邊防護及消防十大類風險源。同時，針對各類風險源，已構建了超高層施工事故風險評估方法。

該方法的基本思路是結合風險荷載與風險抗力的概念(風險荷載是指導致風險發生的最直接事件，風險抗力是指為防止風險荷載發生而采取的措施[13-14])，采用風險抗力來修正風險荷載，降低特定項目風險荷載的發生概率，并結合事故風險后果評價確定特定項目的事故風險水平。具體形成了超高層建筑施工風險荷載與風險抗力清單、測度指標及量化表達方法、風險抗力修正方法,以及經抗力修正特定超高層建筑施工事故風險事故后果評價方法。具體評估方法如圖1所示。

2 超高層建筑施工事故風險評估系統設計

2.1 系統架構設計

為實現對超高層建筑施工事故的定量及動態評估，以超高層建筑施工風險指標體系為基礎(課題研究成果)，以專家打分、模糊理論及數理統計等為手段，以安全、高效、穩定、易擴展為目標，遵循可靠性、集成性、先進性、開放性、實用性及標準化為原則，研發了超高層建筑施工事故風險評估系統。

該系統設計使用MVC(模式-視圖-控制器)設計模式進行開發，由數據層、業務邏輯層、表現層及應用推廣層構成，用戶不直接讀取數據庫，而是通過控制器與業務邏輯層交互，業務邏輯層再與數據庫進行通信。

數據層采用JDBC引擎技術設計，并使用DAO設計模式實現，DAO負責與數據庫進行交互，封裝了數據的增、刪、改、查等原子操作，負責存放數據庫操作接口類以及數據庫操作接口類的實現類，實現了用來操作數據庫的訪問機制，降低了應用程序與數據源的耦合性，為業務邏輯層提供所需要的數據。

系統的業務邏輯層使用Spring框架技術，采用MVC設計模式，該層除了接受表現層的請求，還需要處理具體的業務邏輯，這些邏輯均和能解決具體問題的業務流程模塊一一對應。

表現層使用HTML或JSP頁面建立，主要負責從客戶端接收請求，并把處理后的數據呈現給客戶，為用戶提供一種交互操作的界面。

應用推廣層為為工程參建各方提供的終端APP，通過DWR調用業務邏輯組件，并使用DOM操作將業務邏輯組件的執行結果動態顯示在頁面中。其架構如圖2所示，系統界面如圖3所示。

圖2 評估系統架構設計

圖3 評估系統界面

2.2 系統主要功能分析

本評估系統主要有項目類比、風險分析、風險評估、BIM展示及數據分析功能。

1)項目類比功能 對于新建超高層建筑項目的風險評估，可借助已有工程案例，為新建項目的風險評估提供數據和模型支撐。

2)風險分析功能 可以對特定超高層項目的風險源、風險荷載及風險抗力等風險指標體系進行分析，進而建立特定項目的風險評估模型。

3)風險評估功能 內置十大風險源清單明細、風險荷載及風險抗力指標、故障樹等條文，為特定超高層建筑項目各參與方提供基于B/S架構界面的工程施工風險評估輔助系統。依據可靠度理論，實現了風險荷載與風險抗力耦合作用下的定量評估。

4)BIM展示功能 可以在特定超高層建筑模型完成的基礎之上，錄入相關的風險數據信息，實現BIM模型與風險評估系統的結合。通過模擬超高層建筑的各個施工階段，即可系統識別和檢索風險源構件及各個施工階段的風險源表現情況，實現了在空間和時間維度上定位風險源。

5)數據分析功能 可將現場感應設備所搜集的信息數據通過網絡匯總到系統中，并存入系統的數據庫，通過分析超高層建筑各個施工階段的信息數據，實時更新風險評估模型，進而實現了風險的即時評估。

2.3 系統價值分析

針對超高層建筑施工過程的事故風險源，該評估系統可實現系統分析與系統分類，基于可靠度理論建立超高層建筑施工事故十大風險源的風險荷載與風險抗力體系指標及定量測度方法，結合BIM技術，建立超高層建筑施工事故風險評估系統，實現超高層建筑施工重大風險源的動態仿真。

通過該評估系統，可實現超高層建筑施工事故風險評估的定量化，進而根據風險源的風險等級，劃分風險等級，定向采取抗力措施，為超高層建筑施工安全管理決策提供有力支持，提高施工安全管理水平，降低事故發生率、縮短工期、節約成本。

3 案例分析

針對超高層建筑施工過程中的十大風險源，該超高層建筑風險評估系統已初步建立其對應的評估模型，只需輸入特定項目風險抗力現場實施情況，便可得出風險評估結果及其對應的風險等級，進而可采取針對性的抗力措施降低風險。本文采用某超高層建筑的塔式起重機進行案例分析。

根據評估系統風險分析得到的塔式起重機風險源、風險源明細及風險荷載之間的邏輯關系(見圖4)；針對評估系統內嵌的塔式起重機發生傾斜或倒塌事故的風險抗力措施，現場實際實施情況如表1所示。

表1 某項目風險抗力實施情況(塔式起重機)

圖4 塔式起重機故障樹

將現場抗力的實施得分情況(表1項目現場得分)錄入系統，再根據故障樹的邏輯關系及系統內嵌風險評估模型，即可得到塔式起重機發生傾斜或倒塌事故的概率，如表2所示。

表2 風險源發生風險概率(塔式起重機)

根據得到的風險源發生風險的概率，只需再得到事故發生后的后果(即事故嚴重性)，便可得到風險評估值，最后根據風險評估值確定風險等級，風險事故的評分標準及塔式起重機發生傾斜或坍塌后果的專家打分情況分別如表3和表4所示。

表3 風險事故后果評分標準[7]

表4 風險事故后果(塔式起重機)

根據表2得到的塔式起重機發生傾斜或倒塌的概率以及表4得到的塔式起重機發生風險后的事故后果，便可得到塔式起重機風險源發生事故的風險評估值，如表5所示。

表5 風險評估值(塔式起重機)

通過以上案例分析，驗證了該評估系統可實現超高層建筑施工過程風險源的定量化評估。同樣的，在項目開展之前，也可采用該系統對項目各階段的風險源進行預評估，對風險較高的施工階段提前制定防控措施，以保障項目建設的安全。

評估系統得到的風險評估值包括人員傷亡、財產損失及工期拖延三項，最終根據三者中的最大值來劃分風險等級。由表5可知塔式起重機發生傾斜或倒塌的風險評估值為1.3×10-1，根據風險等級劃分[1]，該項目塔式起重機發生傾斜或倒塌的風險為重大風險，一旦發生將會產生較大的經濟或社會影響，因此，需對現場進行立即整改，整改后，各抗力措施得分不小于4分(詳見表1整改后得分)，根據整改情況再次進行評估，其風險事故發生概率見表2(整改后事故發生概率)，風險事故后果仍為表3所列得分，其風險評估值見表5(整改后風險評估值)，取三者中的最大值即為現場整改后基坑發生風險的評估值，其值由原來的1.3×10-1降為6.0×10-2，其風險等級也降為中等風險，一旦發生會造成一定的經濟或社會影響，但影響面積和影響程度不大，塔式起重機發生傾斜或倒塌的風險相較之前降低。

4 結語

基于超高層建筑施工風險評估方法，開發了超高層建筑施工事故風險評估系統，實現了超高層建筑施工事故風險的定量化、動態化即時評估。

1)超高層建筑施工事故風險評估系統可實現風險評估的定量化及動態化。針對超高層建筑施工的十大風險源，系統內部已初步建立了風險評估模型，只需將特定項目的現場抗力實施情況錄入系統，便可進行風險評估，操作簡單，便于參建各方技術管理人員使用。

2)通過對某超高層建筑塔式起重機施工的風險評估，驗證了該評估系統的可行性，對超高層建筑施工過程中的風險控制具有一定的實用價值。

3)本文的研究成果，為超高層建筑施工風險的定量、動態評估提供了一種途徑，可為超高層建筑施工事故風險管理與控制提供參考和借鑒。