基于FAHP法的超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及防范研究

王永祥 張 濤 王靜怡 倪瑞遠(yuǎn) 曾 愉 鐘楚欣 韓子凡

華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 江西 南昌 330033

近年來，我國建設(shè)工程領(lǐng)域相關(guān)研究者對(duì)支模架施工安全現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析和研究，并建立起支模架工程遠(yuǎn)程坍塌監(jiān)測分析和預(yù)防系統(tǒng)[1-2]。同時(shí)吳耀興等[3]利用模糊評(píng)價(jià)法建立支模架施工評(píng)價(jià)體系，對(duì)支模架事故風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)行研究。楊娜等[4]利用Abaqus有限元思想建立支模架系統(tǒng)分析模型，判斷模架體系中各部位構(gòu)件的重要性。同樣許多國外研究者們通過大量工程實(shí)例對(duì)高支模架安全施工展開研究，Yue等[5]對(duì)提升式腳手架進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)并得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)荷載對(duì)支模架整體安全穩(wěn)定性具有顯著的影響。Chandrangsu等[6-7]對(duì)腳手架整體體系進(jìn)行測試研究，分析立桿偏心荷載對(duì)框架整體安全性影響大小。Gu[8]等運(yùn)用BIM技術(shù)軟件對(duì)模架安全事故發(fā)生概率進(jìn)行預(yù)測分析。Yu等[9]利用門式鋼管腳手架建立有限元的非線性模型，以提高支模架結(jié)構(gòu)的安全性能。目前，國內(nèi)外對(duì)一般規(guī)模支模架施工風(fēng)險(xiǎn)有一定研究成果，但針對(duì)超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)的研究甚少。本文基于此前提下，利用FAHP法對(duì)超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及防范展開研究。

1 FAHP法

FAHP（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，模糊層次分析法），是一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。運(yùn)用FAHP方法主要是根據(jù)多目標(biāo)評(píng)價(jià)問題與總目標(biāo)的自身性質(zhì)，構(gòu)成一個(gè)自下而上的遞階層次結(jié)構(gòu)，從而將問題本身進(jìn)行層次分解的一個(gè)分析過程[10]。該方法特別適合于解決多層次多因素復(fù)雜問題的綜合量化決策分析過程，如多目標(biāo)優(yōu)化決策、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。運(yùn)用FAHP法的步驟如圖1所示。

1.1 建立遞階層次分析因素集

運(yùn)用FAHP方法分析解決實(shí)際問題時(shí)，應(yīng)將所需要解決的問題進(jìn)行細(xì)部分化和模糊層次化，建立符合實(shí)際問題的模糊層次結(jié)構(gòu)分析模型。FAHP層次因素通常劃分為三類：

圖1 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算流程

1）目標(biāo)層（A）：只有一個(gè)概念因素，是分析問題的目標(biāo)結(jié)果。

2）準(zhǔn)則層（Bi）：為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層所涉及的所有中間環(huán)節(jié)，其中：i＝1,2,…,m。

3）指標(biāo)層（bij）：為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的各種實(shí)施方案和解決措施，其中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。

1.2 構(gòu)造判斷矩陣

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則對(duì)單層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，確定指標(biāo)層bij對(duì)準(zhǔn)則層Bij影響大小[11]。aij表示bij對(duì)Bij的影響比值，矩陣A=(aij)n×n表示各因素aij值，如表1所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

1.3 單層次一致性檢驗(yàn)計(jì)算

1）建立判斷矩陣A=(aij)n×n，并將A進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后得到相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：

2）利用公式Ic＝（λmax－n）/（n－1）計(jì)算一致性指標(biāo)Ic，λmax為判斷矩陣最大特征值。

3）查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Ir，利用公式Rc＝Ic/Ir計(jì)算出一致性比例Rc。當(dāng)一致性檢驗(yàn)值Rc＜0.1時(shí)，表示該判斷矩陣一致性檢驗(yàn)符合要求。

1.4 指標(biāo)層因素模糊權(quán)重計(jì)算

假設(shè)準(zhǔn)則層Bi指標(biāo)因素個(gè)數(shù)為n，依據(jù)公式（1）計(jì)算出指標(biāo)層bij各因素的模糊權(quán)重。其中Q～i表示指標(biāo)層第i因素相對(duì)準(zhǔn)則層的模糊權(quán)重值。

1.5 利用冪法迭代計(jì)算模糊矩陣排序向量

1.6 指標(biāo)層匯總排序

設(shè)準(zhǔn)則層Bi權(quán)重值分別為b1，b2，…，bm，指標(biāo)層bij權(quán)重在準(zhǔn)則層B中某一因素的模糊層次單排序權(quán)重值為b1j，b2j，…，bnj。則可以計(jì)算出指標(biāo)層bij在目標(biāo)層A中的總權(quán)重為：

2 模糊層次分析法在超高超重支模架實(shí)例的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)測應(yīng)用

2.1 工程概況

江西文化科技館中心項(xiàng)目，總建筑面積247 530.74 m2，地下面積為47 403.71 m2。該工程支模高度超過18 m的施工項(xiàng)目有9個(gè)；施工總荷載超過20 kN/m2的有11個(gè)。所選工程混凝土模板支架支撐高度為29.3 m，梁寬0.4 m、高3.3 m，屬于超高超重支模板支撐搭設(shè)。

2.2 模糊層次分析法評(píng)價(jià)因素集的構(gòu)建

依據(jù)模糊層次分析法并結(jié)合安全和施工設(shè)計(jì)專家指導(dǎo)意見，對(duì)江西文化中心超高超重支模架施工現(xiàn)場的可能風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，并從以下4個(gè)方面構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素遞階模型，如表2所示。

2.3 構(gòu)造單層次判斷矩陣并計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

2.3.1 構(gòu)造判斷矩陣

結(jié)合專家打分法與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則構(gòu)造單層次判斷矩陣，得到目標(biāo)層判斷矩陣A（表3），準(zhǔn)則層判斷矩陣Bi，通過計(jì)算各單層指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，并得出相關(guān)結(jié)論。

表2 超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

表3 判斷矩陣A

根據(jù)判斷矩陣A，求出特征向量λ，表示準(zhǔn)則層Bi的各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)值系數(shù)。即：

2.3.2 一致性檢驗(yàn)

1）計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)Ic。

2）依據(jù)相對(duì)應(yīng)的平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)Ir的取值，如表4所示。

表4 平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)Ir取值

3）由表4可知n＝4，Ir＝0.90，以此依據(jù)公式計(jì)算一次性比例Rc，Rc＝Ic/Ir＝0.006/0.90＝0.006 7。

因?yàn)閨Rc|=0.006 7＜0.1，故認(rèn)為該判斷矩陣的一致性是可以接受的。

2.3.3 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

同理，運(yùn)用上述公式及方法，可以計(jì)算二級(jí)指標(biāo)bij在準(zhǔn)則層Bi中的各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，結(jié)果如表5所示。

2.4 單因素模糊綜合評(píng)價(jià)

超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)所建立的數(shù)學(xué)模型為二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型，因此應(yīng)先對(duì)指標(biāo)層bij與準(zhǔn)則層Bi進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。

表5 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重值匯總

2.4.1 指標(biāo)層bij模糊因素評(píng)價(jià)

在對(duì)本指標(biāo)層16個(gè)影響因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)公式（1）以及江西文化中心現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)計(jì)算可得，如表6所示。

表6 指標(biāo)層bij因素評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4.2 準(zhǔn)則層Bi因素模糊綜合評(píng)價(jià)

準(zhǔn)則層Bi單因素評(píng)價(jià)結(jié)果由其包含的指標(biāo)層bij因素綜合決定，由表6可得到指標(biāo)層中各子元素的綜合評(píng)價(jià)矩陣Di。依據(jù)表5所確定的各指標(biāo)層因素評(píng)價(jià)向量Qi，進(jìn)行模糊變換Ei=Qi?Di，從而得出準(zhǔn)則層各因素模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。

2.5 項(xiàng)目模糊綜合評(píng)價(jià)

由模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量E可知：在準(zhǔn)則層中評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重大小的總排序?yàn)槭┕わL(fēng)險(xiǎn)（B1）＞組織管理風(fēng)險(xiǎn)（B4）＞材料風(fēng)險(xiǎn)（B3）＞設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)（B2）；而依據(jù)表5指標(biāo)層累計(jì)權(quán)重大小比較可知，扣件錨固不當(dāng)（b13）、立桿間距取值不合理（b22）、人員素質(zhì)不足（b43）以及安全教育工作不夠（b44）在整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中所占的權(quán)重比例較高。因此，在后續(xù)的高支模施工過程中，應(yīng)更加關(guān)注上述主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

3 風(fēng)險(xiǎn)防范

運(yùn)用模糊層次分析法得出了在整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中累計(jì)權(quán)重占比較高的4種風(fēng)險(xiǎn)影響因素，即：扣件錨固不當(dāng)、立桿間距取值不合理、人員素質(zhì)不足以及安全教育工作不夠。

本文利用危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表7）去判定該風(fēng)險(xiǎn)影響因素對(duì)超高超重支模架安全管理施工的影響大小。依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)大小，有針對(duì)性地給出相關(guān)的防范措施。

表7 危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和調(diào)研相關(guān)安全工程、高支模施工設(shè)計(jì)專家，綜合考慮分析得出上述4項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)影響因素的誘發(fā)因素以及有可能造成的后果。依據(jù)表7危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有針對(duì)性地提出相對(duì)應(yīng)的防范處理措施。

3.1 扣件錨固不當(dāng)

1）危險(xiǎn)等級(jí)：Ⅳ。

2）誘發(fā)的因素：施工單位不嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行扣件錨固，要求扣件螺栓錨固力值不應(yīng)小于40 N·m，也不應(yīng)大于65 N·m。

3）可能造成的后果：造成大面積支模架垮塌，導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

4）防范措施：嚴(yán)格監(jiān)督和檢測扣件錨固力的大小，確保扣件螺栓錨固力值處于40 N·m與65 N·m之間。

3.2 立桿間距取值不合理

1）危險(xiǎn)等級(jí)：Ⅲ。

2）誘發(fā)因素：在進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)時(shí)沒有嚴(yán)格按有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，導(dǎo)致立桿間距取值過大，不滿足整體框架承載力設(shè)計(jì)值要求。

3）可能造成的后果：導(dǎo)致支模架整體穩(wěn)定性不足，容易造成支架整體垮塌。

4）防范措施：嚴(yán)格按國家規(guī)范要求設(shè)計(jì)計(jì)算模架立桿間距，保證框架整體穩(wěn)定性。

3.3 人員素質(zhì)不足

1）危險(xiǎn)等級(jí)：Ⅲ。

2）誘發(fā)因素：作業(yè)人員缺乏安全及防護(hù)意識(shí)，且對(duì)相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求理解不足。

3）可能造成的結(jié)果：作業(yè)人員沒有足夠的安全防護(hù)準(zhǔn)備，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

4）防范措施：加強(qiáng)現(xiàn)場施工人員安全意識(shí)及對(duì)應(yīng)技術(shù)工作的指導(dǎo)。

3.4 安全教育工作不到位

1）危險(xiǎn)等級(jí)：Ⅳ。

2）誘發(fā)因素：相關(guān)安全管理人員不重視安全教育。施工操作人員不重視安全教育。

3）可能造成的后果：造成施工人員發(fā)生安全事故，導(dǎo)致人身安全存在隱患。

4）防范措施：加強(qiáng)相關(guān)安全管理人員的安全教育觀。加強(qiáng)“三級(jí)”教育安全培訓(xùn)。加強(qiáng)施工人員個(gè)人安全事故意識(shí)。

4 結(jié)語

論文基于超高超重支模架施工特征確定施工風(fēng)險(xiǎn)影響因素，采用模糊層次分析法對(duì)模架施工過程中存在的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)分析，得出以下結(jié)論：

1）利用模糊層次分析法對(duì)超高超重支模架施工現(xiàn)場的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析。對(duì)可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，得出準(zhǔn)則層中的4個(gè)指標(biāo)權(quán)重大小的排序，即施工風(fēng)險(xiǎn)（B1）＞組織管理風(fēng)險(xiǎn)（B4）＞材料風(fēng)險(xiǎn)（B3）＞設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)（B2）。

2）通過對(duì)指標(biāo)層bij的累計(jì)權(quán)重值大小比較，得到4個(gè)累計(jì)權(quán)重中相對(duì)較高的風(fēng)險(xiǎn)因素。即扣件錨固不當(dāng)、立桿間距取值不合理、人員素質(zhì)不足以及安全教育工作不夠。

3）利用風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)界定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指標(biāo)層累計(jì)權(quán)重值較高的4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定，依據(jù)評(píng)定等級(jí)和誘發(fā)因素以及預(yù)估可能造成的風(fēng)險(xiǎn)后果，有針對(duì)性地提出相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)防范處理措施。

論文綜合運(yùn)用模糊層次分析法有針對(duì)性地對(duì)超高超重支模架施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)估和評(píng)判，減少了在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中的人為主觀因素影響，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀。