基于熵權(quán)-未確知測(cè)度理論的裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李文龍，李慧民，孟 海 ,2 ，裴興旺

(1.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055; 2.中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑工業(yè)化進(jìn)程在不斷推進(jìn)，各個(gè)地區(qū)的裝配式建筑得到了長(zhǎng)足的發(fā)展.對(duì)于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式結(jié)構(gòu)，具有良好的整體性能，但存在著施工工期長(zhǎng)、費(fèi)工費(fèi)料、生產(chǎn)較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、管理復(fù)雜等缺點(diǎn).裝配式建筑的出現(xiàn)大力改善了這一狀況，裝配式建筑結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱乃至樓梯、陽臺(tái)等構(gòu)件均能在工廠進(jìn)行加工，實(shí)現(xiàn)完全的工業(yè)化生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝即可.

裝配式建筑實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、制造工業(yè)化、安裝機(jī)械化，具有建設(shè)速度快、施工時(shí)間短、節(jié)約勞動(dòng)力、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，能最大限度地滿足環(huán)保節(jié)能、綠色施工的要求.但裝配式建筑施工過程的安全風(fēng)險(xiǎn)問題一直是建筑工業(yè)化進(jìn)程中的亟待解決的重點(diǎn)問題.目前，國內(nèi)專家學(xué)者對(duì)裝配式建筑安全管理等方面進(jìn)行了深入的研究，并取得了一系列的成果.吳鳳平[1]等深入分析混凝土裝配式住宅施工危險(xiǎn)源及存在的安全問題，并提出一系列安全預(yù)防措施；黃桂林等[2]將可拓學(xué)理論運(yùn)用于裝配式住宅施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，以評(píng)價(jià)裝配式住宅施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)狀況；湯彥寧[3]通過運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)住宅施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；李高鋒等[4]對(duì)裝配式住宅施工安全影響因素及相應(yīng)管理應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行研究，并在工程實(shí)例中得以運(yùn)用；李穎等[5]在施工危險(xiǎn)源分析的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)制裝配式建筑施工的安全和質(zhì)量問題進(jìn)行分析和評(píng)估；劉迪等[6]深入研究了裝配式建筑施工各階段存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，并提出了影響裝配式建筑安全管理的因素和“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)方面的控制措施；陳偉等[7]聯(lián)合應(yīng)用層次分析法及灰色聚類評(píng)價(jià)方法，對(duì)裝配式建筑工程實(shí)際施工安全狀態(tài)進(jìn)行測(cè)評(píng)；羅杰等[8]通過從多個(gè)方面剖析裝配式建筑施工安全管理的關(guān)鍵問題，以指導(dǎo)安全生產(chǎn)管理工作；楊爽[9]在事故致因理論、危險(xiǎn)源辨識(shí)理論分析的基礎(chǔ)上，研究了屬性數(shù)學(xué)在裝配式建筑施工安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用；田黎[10]運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣的評(píng)估方法和管理策略，在各種風(fēng)險(xiǎn)分析、識(shí)別、量測(cè)、評(píng)估的基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系；張文佳等[11]通過構(gòu)建基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-可信性測(cè)度理論的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估模型，以掌握當(dāng)前的不安全因素，從而展開安全預(yù)防及控制.上述學(xué)者雖然采用了不同方法對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行了大量研究，但由于影響裝配式建筑的施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)的因素眾多，并且存在著諸多的復(fù)雜性和不確定性，裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與管理還存在著不足，傳統(tǒng)的評(píng)估體系難以得到滿意的結(jié)果.

未確知信息及其數(shù)學(xué)處理理論是由我國學(xué)者王光遠(yuǎn)于1990年提出的一種新的不確定性信息理論[12].未確知測(cè)度理論能夠處理多因素的不確定信息，已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并取得良好效果[13-16].基于此，本文構(gòu)建熵權(quán)-未確知測(cè)度理論的裝配式建筑施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，以期為今后裝配式建筑施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理提供了新的方法和思路.

1 基于熵權(quán)-未確知測(cè)度理論

設(shè)評(píng)估對(duì)象X={X1,X2,…,Xn}，評(píng)估指標(biāo)集I={I1,I2,…,Im}；若xij表示第i個(gè)評(píng)估對(duì)象Xi關(guān)于第j個(gè)評(píng)估指標(biāo)Ij的測(cè)量值，則有m維向量Xi={Xi1,Xi2,…,Xim}.設(shè)評(píng)估等級(jí)空間C={C1,C2,…,Cp}，第k個(gè)評(píng)估等級(jí)Ck為xij的等級(jí)值；設(shè)第k級(jí)比第k+1級(jí)安全風(fēng)險(xiǎn)高，記為Ck>Ck+1若C1>C2>…>Cp，或C1

1.1 確定單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣

若μijk=μ(xij∈Ck)表示測(cè)量值xij屬于第k個(gè)評(píng)估等級(jí)Ck的程度，且μ滿足：

0≤μ(xij∈Ck)≤1
(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;k=1,2,…,p)

(1)

μ(xij∈U)=1
(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(2)

(3)

稱式(1)為“非負(fù)有界性”，式(2)為“歸一性”，式(3)為“可加性”.滿足式(1)～式(3)的μ稱為未確知測(cè)度，簡(jiǎn)稱測(cè)度.

構(gòu)造單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)μ(xij∈Ck)(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;k=1,2,…,p)求出評(píng)估對(duì)象Xi的各個(gè)指標(biāo)測(cè)度值μijk，則稱(μijk)m×p為單指標(biāo)測(cè)度評(píng)估矩陣，即

(4)

1.2 熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

若在n個(gè)評(píng)估對(duì)象m個(gè)評(píng)估指標(biāo)評(píng)估中，有p個(gè)評(píng)估等級(jí)，則第j個(gè)評(píng)估指標(biāo)的熵Hj為

(5)

第j個(gè)評(píng)估指標(biāo)的偏差度dj=1-Hj，第j個(gè)評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)wj為

(6)

1.3 確定多指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣

(7)

1.4 置信度識(shí)別準(zhǔn)則

為了得出最終評(píng)估結(jié)果，引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則.設(shè)λ為置信度(λ≥0.5，通常取λ=0.6或0. 7)，若C1>C2>L>Cp，且令

(8)

則認(rèn)為評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)為Cp0.

2 裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立

根據(jù)常見的施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素，并結(jié)合裝配式建筑施工的特點(diǎn)，在廣泛調(diào)研和文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，將影響施工安全風(fēng)險(xiǎn)的因素分為五大類：人為風(fēng)險(xiǎn)因素，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素，物料、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)因素，管理風(fēng)險(xiǎn)因素，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素，將上述五大類因素進(jìn)行深入分析、篩選得到次級(jí)因素.

人為風(fēng)險(xiǎn)因素：人是施工過程的直接參與者，作業(yè)人員的身體與心理狀況、專業(yè)技術(shù)水平以及安全意識(shí)會(huì)對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)起著決定性的作用，因此發(fā)揮人的主導(dǎo)作用，提高人的活動(dòng)能力，才能保證裝配式建筑的施工安全.

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素：在裝配式建筑施工中，施工技術(shù)與工藝與一般施工技術(shù)有很大差別，包括PC構(gòu)件安裝、吊裝作業(yè)等都會(huì)存在極大地安全隱患，必須嚴(yán)把安全關(guān).

物料、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)因素：物料設(shè)備對(duì)施工安全的影響主要體現(xiàn)在作業(yè)區(qū)域內(nèi)PC構(gòu)件的運(yùn)輸及堆放是否合理，機(jī)械設(shè)備是否定期檢驗(yàn)及臨時(shí)支撐的防護(hù)情況等.

管理風(fēng)險(xiǎn)因素：安全管理涉及的因素很多，包括建立健全安全生產(chǎn)責(zé)任制、監(jiān)督使用安全防護(hù)措施、定期進(jìn)行安全檢查和安全隱患排查等，科學(xué)的安全管理也是保證裝配式建筑施工安全的重要環(huán)節(jié).

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素：施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境也會(huì)對(duì)裝配式建筑施工安全產(chǎn)生一定程度的影響，包括氣候條件文明施工情況及安全防護(hù)狀況等.

基于影響裝配式建筑施工安全的因素，建立裝配式建筑施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，一級(jí)指標(biāo)即人為風(fēng)險(xiǎn)因素(I1)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素(I2)、物料、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)因素(I3)、管理風(fēng)險(xiǎn)因素(I4)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素(I5)，由一級(jí)指標(biāo)經(jīng)過細(xì)化、分析、整合，選取作業(yè)人員技術(shù)水平(I11)、作業(yè)人員安全意識(shí)(I12)、作業(yè)人員健康狀況(I13)、作業(yè)人員安全防護(hù)佩戴情況(I14)、PC構(gòu)件連接可靠程度(I21)、PC構(gòu)件拼裝定位準(zhǔn)確程度(I22)、吊點(diǎn)設(shè)置合理程度(I23)、塔吊交叉作業(yè)干擾程度(I24)、其他技術(shù)復(fù)雜程度(I25)、時(shí)變結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)(I26)、作業(yè)區(qū)域PC構(gòu)件堆放情況(I31)、機(jī)械設(shè)備定期檢驗(yàn)情況(I32)、臨時(shí)支撐及防護(hù)情況(I33)、安全防護(hù)措施使用情況(I41)、安全生產(chǎn)責(zé)任制落實(shí)情況(I42)、安全定期檢查到位情況(I43)、安全風(fēng)險(xiǎn)管理及控制情況(I44)、作業(yè)區(qū)域氣候條件(I51)、作業(yè)區(qū)域文明施工狀況(I52)、四口、五臨邊防護(hù)狀況(I53)作為二級(jí)評(píng)估指標(biāo)，如圖1所示.

圖1 裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Construction safety risk assessment index system of prefabricated building

裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，通過分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)量化法將每個(gè)指標(biāo)分為4個(gè)等級(jí)，將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為半定量指標(biāo)，每個(gè)等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Safety risk grading standards

根據(jù)上述有關(guān)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義和評(píng)估指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，可構(gòu)建裝配式建施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的測(cè)度函數(shù).本文所研究的未確知測(cè)度函數(shù)采用直線型，構(gòu)造出的各單因素評(píng)估指標(biāo)的未確知測(cè)度函數(shù)如下：

(9)

(10)

(11)

(12)

本文單因素指標(biāo)測(cè)度函數(shù)，用圖形來表示，即如圖2所示.

圖2 單因素指標(biāo)測(cè)度函數(shù)Fig.2 Single factor index measurement function

3 工程實(shí)例分析

為驗(yàn)證模型的有效性和可行性，本文選用本人實(shí)際參與的某ZT裝配式住宅為案例，進(jìn)行未確知測(cè)度理論模型的運(yùn)用和分析.通過邀請(qǐng)9位相關(guān)專家進(jìn)行打分，并采取去頭、去尾再均分的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)原則，最后得出各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的取值，見表2.

表2 某裝配式住宅施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)取值Tab.2 Construction safety risk assessment index value of prefabricated house

3.1 計(jì)算單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣

根據(jù)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義和表1的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用表2中的各個(gè)指標(biāo)值帶入圖2構(gòu)造的未確知測(cè)度函數(shù)，得到該裝配式住宅樓的單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣.

(13)

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)熵權(quán)法的思路，由單指標(biāo)測(cè)度矩陣中的數(shù)據(jù)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重為：w=(0.051，0.051，0.045，0.046，0.044，0.056，0.071，0.048，0.062，0.046，0.061，0.051，0.044，0.048，0.044，0.046，0.044，0.048，0.044，0.051).

3.3 計(jì)算多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)估向量

根據(jù)單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣和各指標(biāo)權(quán)重，可得到該裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)估向量為

μ1×4={0.075，0.564，0.361，0.000}

(14)

3.4 置信度識(shí)別

取置信度λ= 0. 6，根據(jù)式(8)，結(jié)合已得到的多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)估向量，當(dāng)p0=2時(shí)，從小到大，0.075+0.564=0.639>0.6，即施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)；從大到小0.036 1+0.564=0.925>0.6，即施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí).綜合兩次結(jié)果，判定該裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為II級(jí).

3.5 結(jié)果分析

由結(jié)果可知，該ZT裝配式住宅施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為II級(jí)，即安全風(fēng)險(xiǎn)一般，處于可接受的狀態(tài).本文采用置信度識(shí)別準(zhǔn)則，評(píng)估結(jié)果與實(shí)際情況吻合度較高，結(jié)果合理可信.

說明基于熵權(quán)-未確知測(cè)度理論可用于裝配式建筑施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.

4 結(jié)論

(1)不同于一般現(xiàn)澆式建筑施工，裝配式建筑施工安全的影響因素眾多且具有復(fù)雜性和不確定性.本文選用涉及人，技術(shù)，物料、設(shè)備，管理，環(huán)境等方面的諸多因素作為評(píng)估指標(biāo)，進(jìn)行裝配式建筑的施工過程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.

(2)采用熵權(quán)法來確定各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，充分利用了單指標(biāo)未確知測(cè)度矩陣的數(shù)值，減少了很多主觀因素對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，克服了傳統(tǒng)方法確定權(quán)重的主觀性、局限性問題，使評(píng)估結(jié)果更加客觀科學(xué).

(3)考慮到裝配式建筑施工中的諸多不確定性，將未確知測(cè)度理論應(yīng)用于裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，建立了基于熵權(quán)-未確知測(cè)度理論的裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并將其應(yīng)用于工程項(xiàng)目，結(jié)果合理可信，能為有效進(jìn)行裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了新的思路，并能為安全管理工作提供可靠依據(jù).