基于FDEMATEL-TOPSIS的裝配式建筑施工安全風險評價

摘要：裝配式建筑具有資源節約、生產效率高等優勢，在促進城鄉建設綠色發展方面具有重要作用。目前，已有研究缺乏對裝配式建筑施工安全風險因素之間相互聯系的考慮，較少關注評價過程中存在的隨機性和模糊性，造成權重計算結果不盡合理。因此，構建基于模糊決策實驗室分析法（FDEMATEL）和優劣解距離法（TOPSIS）的綜合風險評價模型。首先，建立裝配式建筑施工安全風險評價指標體系；其次，使用DEMATEL量化因素間的關聯關系，結合模糊集理論解決評價過程中的模糊性，并確定其權重；再次，引入TOPSIS法明確各指標優先級和項目整體風險等級；最后，以工程實例驗證該模型的可行性和合理性，并提出針對性建議及措施，對裝配式建筑施工安全風險評價有一定的指導意義和參考價值。

關鍵詞：裝配式建筑施工；模糊集理論；DEMATEL法；TOPSIS法；安全風險評價

0 引言

當前，我國建筑業正面臨轉型升級，逐步從建造大國發展為建造強國。隨著我國建筑業的轉變，政府相繼出臺了一系列相關政策：2016年，國務院印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，強調要從多方面推動裝配式建筑發展^[1]。2020年，住房和城鄉建設部等聯合發布了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，加速了我國建筑業的智能化、工業化、數字化進程，進一步堅定了大力發展裝配式建筑的決心^[2]。近年來，裝配式建筑因其生產效率高、安全環保、降低人力成本等優勢而備受關注。然而，由于裝配式建筑在我國發展時間較短，施工技術和管理手段并不成熟，出現了眾多安全隱患。因此，對我國裝配式建筑施工安全風險問題進行研究具有重要意義。

國內外學者就裝配式建筑施工安全風險問題進行了大量研究。國外方面，2016年，Forteza等^[3]利用CONSRAT進行施工現場的風險評估；2017年，Amiri等^[4]利用模糊數學理論建立風險評價模型，大幅降低了施工過程中的安全隱患。國內方面，2018年，常春光等^[5]使用綜合風險度評價裝配式建筑施工安全風險并提出對策；2019年，楊斯玲等^[6]將結構熵權與修正證據理論相結合，實現了定性分析向定量分析的轉換；2020年，陳為公等^[7]構建了考慮脆弱性的裝配式建筑施工安全評價指標體系，有效辨識了裝配式建筑施工安全的主要影響因素；2021年，常春光等^[8]利用G1-熵權法獲得指標權重，并建立未知測度模型進行裝配式建筑施工安全風險評價。綜上所述，不同風險因素的相對重要程度可以通過賦予不同的權重來明確。但是，風險因素間通常是相互影響關聯的，而現有研究中缺乏對其關聯關系的探究，較少關注評價過程中存在的隨機性與模糊性，導致風險因素權重計算結果不盡合理。

鑒于此，本文引入三角模糊數，提出一種基于模糊DEMATEL理論和TOPSIS法的FDEMATEL-TOPSIS裝配式建筑施工安全風險綜合評價模型。首先，從人員、機械、材料、管理、技術、環境6個方面構建裝配式建筑施工安全風險評價指標體系；其次，引入模糊集理論中的三角模糊數改進DEMATEL法，量化因素間的關聯關系，處理評價過程中的隨機性和模糊性，并確定其權重；最后，應用TOPSIS法明確各風險因素的優先級，確定項目的整體風險等級，較為準確地找出裝配式建筑施工安全風險等級的主要影響因素并制定針對性措施，借助工程實例驗證該模型的可行性和合理性，以期為裝配式建筑施工安全風險評價提供一條切實可行的新思路，同時幫助施工企業提高安全管理水平，為預防裝配式建筑施工安全事故發生提供決策依據。

1 基本理論

1.1 模糊DEMATEL理論

模糊集理論最早由Zadeh提出^[9]。這一理論能很好地描述客觀事物自身及人類思維的模糊性，解決決策者在評價某個方案時難以給出精確評估值的情況。決策實驗室分析法（DEMATEL）由美國學者Gabus和Fontela共同提出。該方法采用矩陣把相互依賴的關系調整為因果關系組，同時借助影響關系圖找出復雜結構系統中的關鍵因素^[10]。模糊DEMATEL理論（Fuzzy Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory，FDEMATEL）是由傳統的DEMATEL和模糊集理論結合而來的。2007年，Wu和Lee首次提出并完成了DEMATEL和模糊集理論的集成^[11]。與傳統DEMATEL相比，模糊DEMATEL理論不僅保留了傳統DEMATEL進行因素分析識別時的優勢，而且用模糊數代替原始值，更加符合工程實際情況。

1.2 TOPSIS理論

逼近理想解排序法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS）由Hwang和Yoon于1981年最先提出^[12]。該方法通過分析復雜的原始數據，實現對多目標決策的綜合評價。通過計算有限的評估對象與最優目標之間的相對貼近度，確定各評估對象的優先級。當相對貼近度越靠近1時，評估對象越接近最佳水平；當相對貼近度越靠近0時，評估對象越接近最差水平。

2 裝配式建筑施工安全風險評價指標體系的建立

考慮裝配式建筑獨有的施工特點，運用文獻研究法，結合有關法律規范，依據“5M1E”理論，從人員、機械、材料、管理、技術、環境6個方面初篩出41個影響因素。為了更好地判斷各因素的相對重要程度，采用灰色關聯度分析法刪減掉關聯度小于0.5的指標，最終確定了6個一級指標、29個二級指標。裝配式建筑施工安全風險評價指標體系見表1。

3 裝配式建筑施工安全風險FDEMATEL-TOPSIS模型構建

基于FDEMATEL-TOPSIS的裝配式建筑施工安全風險綜合評價模型流程圖如圖1所示。

3.1 模糊DEMATEL理論確定指標權重

在應用DEMATEL法的過程中，由于語義歧義或理解偏差，評價結果準確度偏低。因此，引入模糊集理論中的三角模糊數改進DEMATEL法，避免專家的主觀差異性，量化因素間的關聯關系，處理評價過程的模糊性，保證權重結果準確且真實。利用模糊DEMATEL理論進行風險指標權重確定的步驟如下：

（1）構造直接影響矩陣A。邀請領域內的學者和專家對各指標間的直接影響關系進行打分。三角模糊數語義轉換表見表2。矩陣內A_ij表示影響因素i對影響因素j的直接影響程度，即

（2）構建模糊直接影響矩陣B。依據表2，將矩陣A轉化為模糊直接影響矩陣B。三角模糊數B_ij=（n_ij，m_ij，r_ij）表示因素i對因素j的直接影響程度，n_ij，r_ij，m_ij分別為三角模糊數的上限、下限和中值。矩陣B如下

（3）去模糊化。采用重心法^[15]去模糊化得到清晰直接影響矩陣C。計算所得具體清晰值見表2。公式如下

（4）規范化清晰直接影響矩陣。利用式（5）對矩陣C進行規范化，得到矩陣D，即

（5）確定綜合影響矩陣。利用式（7）得到綜合影響矩陣E，即

E=D（1-D）^-1 """（7）

（6）計算影響因素“四度”。通過式（8）～式（11）得到綜合影響矩陣E的影響度f_i、被影響度e_i、中心度z_i及原因度y_i，公式如下

（7）計算得出影響度與被影響度后，由式（12）得到關系矩陣K，定義其對角線元素為影響度向量k，再通過式（13）求得權重W_i，公式如下

3.2 基于TOPSIS法確定各風險指標優先級

利用TOPSIS法計算各風險因素與最優目標間的相對貼近度，以此區分各風險因素的優先級。具體步驟如下：

（1）構造初始評價矩陣A。矩陣A由m個專家對n個評價指標從P與C兩個方面的打分乘積組成，即

式中，a_ij為第i名專家對第j個指標的分值，i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。

（2）構造規范化評價矩陣B。

（3）構造加權規范化評判矩陣C。矩陣C將由模糊DEMATEL理論得到的權重W_i與規范化矩陣B相乘得到，即

C=（C_ij）_m×n=BW_i

（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n） """（16）

（4）確定正負理想解。公式如下

C⁺=（maxc_i1，maxc_i2，…，maxc_in） """（17）

C^-=（minc_i1，minc_i2，…，minc_in） """（18）

（5）計算各個指標與正理想解、負理想解的距離。公式如下

（6）計算相對貼近度d_i。公式如下

3.3 綜合評價

按照式（22）得到項目綜合風險值R和項目整體風險等級。根據項目的具體情況，參考行業相關標準，裝配式建筑施工安全風險水平可以劃分為4個等級，分別是低風險（Ⅰ）、較低風險（Ⅱ）、中風險（Ⅲ）及高風險（Ⅳ）。風險等級與接收準則見表3。

式中，W_i為第i個風險指標的權重，E_i為第i個風險指標的貼近度。

4 案例研究

4.1 工程概況

深圳市某裝配式建筑項目位于深圳市坪山區比亞迪路與江嶺路交叉口西側，建筑面積24.35萬m²，由4棟超高層、4棟高層和1棟9班制幼兒園組成，最大建筑高度119m。該項目是集住宅、商業、物業用房、地下車庫等功能為一體的裝配式建筑。其中，8棟塔樓標準層為裝配式結構樓層，構件種類為預制外墻、預制疊合板、預制凸窗、預制輕質隔墻板四大類。

4.2 模糊DEMATEL分析

為保證權重結果的科學性和準確性，邀請具有豐富理論知識與現場經驗的專家共50名作為調研對象，按照表2的規則對各風險因素間相互影響程度進行打分。考慮到受訪者的知識水平和理解程度存在較大差異性，采用算術平均法對所采集的數據進行處理^[17]。按照3.1節中的步驟進行矩陣轉換，得到相關數據。模糊DEMATEL分析結果見表4。

基于表4進行如下分析：中心度代表此風險因素的綜合影響程度，原因度代表此風險因素對其他因素的影響程度。原因度大于0，則為原因因素；原因度小于0，則為結果因素。由表4可知，中心度排在前9位的分別是：U₁₂、U₁₁、U₄₆、U₂₂、U₄₂、U₅₁、U₄₅、U₃₂、U₆₁，說明這9個因素在裝配式建筑施工安全風險管理中的重要性尤為突出。29個指標中，有14個原因因素、15個結果因素。14個原因因素中，U₆₃、U₆₄、U₆₂的原因度排在前三位，說明這三個因素容易影響其他因素，在管理時應加強對它們的考慮。15個結果因素中，U₅₅、U₄₅、U₅₄的原因度絕對值排在前三，說明這三個因素極易受原因因素的影響，關注此類因素有利于提高裝配式建筑施工安全程度。

根據式（13）確定每個因素的權重值，權重結果見表5。

4.3 基于TOPSIS法確定各風險指標優先級

根據風險評價指標體系，分別從風險發生的概率P及風險發生造成的損失C兩方面對各因素進行打分，P和C的取值及含義見表6。按照3.2節中的步驟進行計算，TOPSIS計算結果見表7。

4.4 綜合評價

對29個風險因素排序后，由式（22）求得該項目的整體風險值為0.493，依據表3判斷屬于二級風險，說明該項目的風險在可以被接受的范圍內，評價結果與項目實際狀況一致。由表7可知：作業人員技術水平欠缺、施工人員安全意識淡薄、設備定期維護不及時、缺少安全防護措施、吊裝定點的準確程度不足、缺乏安全教育培訓、現場各方協調管理不到位、臨時支撐系統強度不夠和現場施工環境不良的相對貼近度分別排在第1～9位，且均大于0.5，說明它們是影響裝配式建筑施工安全風險的主要因素。

4.5 建議及措施

為了進一步提高項目施工安全等級，降低項目施工安全風險，針對模糊DEMATEL分析結果及主要影響因素，提出6點措施：

（1）搭建技能學習平臺，舉辦各類技能比賽，設立獎勵機制激發作業人員積極性。為了提高作業人員的綜合技術水平，需要做好員工技能培訓工作，創新技能培訓方法，同時大力推廣BIM、GIS等技術在施工中的應用，實現作業人員技術與信息化相融合，從而進一步提高作業人員的技術水平。

（2）落實安全生產責任制度和安全教育培訓制度。為加強施工人員安全意識程度，須明確安全生產責任人及相關管理人員；按規定執行新員工上崗前的三級安全教育工作；采取靈活多樣的教育形式；確保作業人員在具備了一定的安全知識后方可進入施工現場，達到增強施工人員安全意識水平的目的。

（3）建立設備定期維護保養制度，加強設備日常維護保養工作。為確保設備定期維護保養，制定檢修計劃并按時進行檢修工作，落實設備保養制度；實行設備使用責任制，認真執行設備運行前、運行中、運行后的“三檢”制度，配備相關技術人員對各類設備定期檢查，做到發現異常即刻報告，保持設備良好的運行狀態。

（4）針對裝配式建筑吊裝、運輸等階段編制專項施工方案，邀請專業技術人員指導監督。裝配式建筑施工技術操作極易受現場環境及自然氣候等因素影響，因此，在施工準備階段應核實現場環境、天氣、道路狀況等是否滿足要求；作業前完成技術交底工作；起吊前論證吊點位置數據，選擇合理的起重設備；臨時支撐體系桿件采用質量達標的材料，保證其穩定性，從而避免相關安全事故發生。

（5）指定專人處理施工過程中的各類溝通協調問題，同時制定解決辦法。為提高施工現場各方協調管理水平，建議各方建立主動溝通機制；現場管理人員每天召開一次協調會，解決當天施工中發生的問題和存在的困難；建立獎罰制度，強化各級人員的責任心，由此提高協調效率和質量。

（6）施工現場堅持安全文明施工，全力推進標準化工地建設。施工現場環境、文明施工狀況等因素對其他因素影響較大，因此需要加強施工現場環境的綜合治理。通過宣傳教育提升現場人員的環境保護意識；施工現場必須建立環境衛生管理和檢查制度，并做好檢查記錄；委派專人負責項目的環境保護工作，防止施工現場的水污染、大氣污染、噪聲污染等；積極響應國家政策，削弱此類因素的影響程度。

5 結語

為有效降低裝配式建筑施工過程中的安全隱患，本文建立了基于FDEMATEL-TOPSIS的綜合風險評價模型。實例表明，此模型可快速判定施工安全的主要影響因素，幫助管理者及時采取相應措施，增強裝配式建筑施工安全風險管控能力。主要結論如下：

（1）本文從人員、機械、材料、管理、技術、環境6個方面識別出29個影響因素，建立了裝配式建筑施工安全風險評價指標體系。利用FDEMATEL-TOPSIS綜合風險評價模型分析29個風險因素對裝配式建筑施工安全的重要程度，并準確判斷出項目整體安全風險等級。通過實例驗證了該模型的可行性和合理性。有利于管理者在面對風險時做出正確的決策，提高施工企業應對風險的能力。

（2）結果表明：作業人員技術水平欠缺、施工人員安全意識淡薄、設備定期維護不及時、缺少安全防護措施、吊裝定點的準確程度不足、缺乏安全教育培訓、現場各方協調管理不到位、臨時支撐系統強度不夠和現場施工環境不良為影響裝配式建筑安全的主要因素。為協助管理者消除安全隱患，制定針對性的建議及措施，有助于降低安全管理成本，提升安全管理效率，提高綜合安全管理水平，為施工單位預防安全事故的發生提供決策依據，幫助施工企業實現可持續發展。

（3）此模型可以預判施工過程中存在的安全風險，快速得到項目整體施工安全風險等級，并準確找到影響安全風險等級的主要因素，能夠有效降低或杜絕安全事故發生，為裝配式建筑的施工安全風險評價開拓了一條新思路，具有一定的理論指導和參考價值。

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收稿日期：2023-06-27

作者簡介：

馬岷成（1970—），男，高級工程師，碩士研究生導師，研究方向：工程項目管理。

張燕（1997—），女，研究方向：工程項目管理。

李強年（通信作者）（1970—），男，教授級高級工程師，碩士研究生導師，研究方向：工程項目管理。