基于組合賦權和云模型的裝配式建筑施工安全評價

劉喻可馨

（江西理工大學，江西 贛州 341000）

隨著我國建筑業向產業化、集成化轉型，裝配式建筑近年來成為行業轉型發展新趨勢，但同樣伴隨著配套政策的不完善、安全管理運作能力的不足等因素使得近年來裝配式建筑的施工安全面臨挑戰。因此，建立合理的施工安全評價體系和評價模型具有重大意義。

1 安全評價指標體系的構建

本文在對裝配式建筑的施工特點以及安全事故發生機理的研究的基礎上，分析出裝配式建筑施工安全風險致因，并通過調查問卷法收集相關領域專家及從業人員的建議，擯棄意見分歧較大的指標最終建立了裝配式建筑施工安全評價指標體系，將其劃分成目標層、準則層、指標層三層。其中包括了人員因素、機械因素、環境因素、技術因素以及現場管理因素5 個一級評價指標和18 個二級評價指標，見圖1。

圖1 裝配式建筑施工安全評價指標體系

2 指標權重的計算

層次分析法主要是將風險決策系統層次化，需要通過依靠專家打分法確定各個層次中關聯兩因素的相對重要程度，進而確定各因素的主觀權重，有一定的偏好依賴性。熵權法能夠體現指標變異程度及所蘊含的信息量的大小，以確定各指標的客觀權重。對比于層次分析法，它的計算結果精度更高且更加具有客觀性。本文將兩種賦權法相結合，確定相應的主觀權重以及客觀權重，并進行綜合賦權得出組合權重，兩種方法的結合能在一定程度上提高結果的精確性。

2.1 層次分析法確定主觀權重

2.1.1 構造判斷矩陣

將安全決策目標因素進行分層次綜合分析，采用1-9 標度法結合專家打分法，需要對同一層次中的各因素的進行兩兩比較，以此確定各因素的重要標度分值，進而構造安全評價指標判斷矩陣。判斷矩陣標度見表1。

表1 判斷標度矩陣

2.1.2 指標權重的計算及一致性檢驗

計算安全評價判斷矩陣的特征向量并對其進行歸一化處理，計算得到各安全風險指標的主觀權重。計算公式如下：

一般，如果CR＜0.1,則判斷該矩陣通過一致性檢驗，否則就不具有滿足一致性。

2.2 熵權法確定客觀權重

2.2.1 數據標準化

假設具有n 個指標X1,X2,...,Xn，存在Xi={x1,x2,...xm}。需要將各評價指標數據進行標準化，進而得到標準化值Y1，Y2,...Yn，公式如下：

2.2.2 計算各指標信息熵

信息熵Ej的計算公式如下：

2.2.3 確定各指標權重

根據公式（9）計算出各項評價指標的信息熵值為E1,E2,...,En，根據信息熵值可計算出各項評價指標的客觀權重，計算公式如下：

2.3 層次分析法- 熵權法組合權重的確定

根據公式(3)的主觀權重Wi及公式(10)計算得到的客觀權重Ci，可計算出各指標的組合權重βi，計算公式如下：

3 安全評價云模型的建立

3.1 模型原理

設U 是一個用精準數值所表示的定量論域，C 是U 這個論域上的定性概念，x 是位于論域U 中的任意一個元素，且x 是定性概念C 的一次隨機實現，x 對c 的確定度μ (x)∈[0,1]是由具有穩定傾向的隨機數，μ :U→[0,1]，x∈X，使得x→μ (x)，則元素x 在定量論域U 上的分布稱為云模型，每一個元素x 稱為云滴。云的三個數字特征包括期望Ex、熵En、超熵He。其中，期望Ex反映云滴群的重心位置；熵En反映了云滴的凝聚程度；超熵He反映了云的厚度。云發生器即為產生云的算法，主要分為正向云發生器和逆向云發生器，都可以利用等編程軟件通過編程運行，運算機制如圖2 所示。

圖2 云發生器運算機制

3.2 確立指標標準云

標準云的建立是基于指標的評語集，建立評價標準的標度，并將該評價標準的分值劃分為若干個子區間，其中第s 個子區間的閾值為[Ismin,Ismax]，則該子區間所對應的的三個標準云數字特征為：

上式中k 為常數，可根據不同項目的實際模糊程度進行調整，本文k 取0.5.

3.3 確立指標評價云

運用專家打分法，邀請m 個專家對n 個指標進行打分，第i個指標所對應的云模型數字特征為（Exj，Enj，Hej）。

上式中，Pij為第i 位專家對第j 個指標的評分,S2為樣本方差。

3.4 確立評價綜合云

將評價指標綜合權重βi及指標評價云代入下式進行綜合計算可得到評價綜合云。

經計算得到指標綜合評價云后，將綜合評價云與評價標準云進行比較，確定綜合評價云所處的評價標準閾值范圍，從而判斷該項目的安全等級，

4 工程實例

4.1 工程概況

項目位于浙江某鋼構基地內，建筑主要使用功能為集體職工宿舍，共兩層，總建筑面積為1060 平方米，該職工宿舍單層建筑面積為530 平方米。一層層高為3.6m，二層層高為3.4m，建筑總高度為7.6m,建筑結構類型為裝配整體式混凝土框架結構。為此，本工程設計采用了新型預制框架結構，用斜鋼支撐取代了傳統現澆混凝土墻，以增強建筑結構抗震性能和提高裝配預制率。實現了梁、柱、外墻、樓板等主要結構構件的整體預制化和其他結構構件的全部預制化，單體預制率為83%。

4.2 組合權重的確定

本文邀請了6 名相關學者專家及4 名參建項目的相關管理人員對各指標進行判斷打分，打分范圍為0～100 分。分別利用層次分析法計算公式(1)計算出主觀權重，熵權法計算公式(8)計算出客觀權重，并將主、客觀權重代入公式(9)進行計算得到各安全評價指標相應的組合權重，見表3。

4.3 評價標準及評價云

根據國家相關規范及項目的實際情況并結合10 個專家的建議對本工程施工安全狀態劃分為危險、較危險、安全、很安全、非常安全五個區間，并根據公式(12)確定五個評價標準云數字特征參數，見表2。

表2 評價標準等級劃分及標準云特征參數

根據各安全評價等級的的標準云數字特征參數，利用Matlab 編程軟件可繪制出各評價等級的標準云圖，見圖3。

4.4 指標評價云及評價綜合云的確定

根據專家和管理人員對各指標打出的評分，計算出各指標的評價云數字特征（Exj，Enj，Hej）。以B32指標為例，B32的得分為(77,80,83,75,84,80,76,81,82,79),據此計算出該指標的三個數字特征為（79.7,2.96,1.82）。同理，可計算出所有指標的評價云參數，見表3。

表3 評價指標權重及評價云數字特征參數

將計算出的各指標的評價云參數和組合權重代入公式(12)中，可計算出該裝配式工程項目的安全績效評價綜合云特征參數(82.79,3.19,1.72)。運用Matlab 軟件，利用云正向發生器繪制出綜合云圖，見圖3。

圖3 評價標準云及綜合云模型

4.5 安全績效等級的確定

由圖3 可看出綜合云與安全等級“很安全”的標準云相靠近，但為了嚴謹性的科學性，還需要運用Matlab 軟件分別計算出綜合云與五個安全等級標準云之間的相似度。比較相似度后發現綜合云(82.79,3.19,1.72)與安全等級為“很安全”的所對應的Cloud4(82.5,6.37,0.5)相似度最高，因此可以得出該裝配式工程項目最終安全等級綜合評定為很安全。

5 結論

本文建立了較為合理的裝配式建筑施工安全評價指標體系，指標的選取更加貼合實際工程。本文綜合采用綜合賦權法，層次分析法確定主觀權重，熵權法確定客觀權重并對各項安全評價指標進行組合賦權，主客觀相結合提高了權重的準確性。結合云模型進行實證分析，能夠真實地反映裝配式建筑施工的安全風險等級，使評價結果更加清晰合理。本文分析結果與工程事實相一致，從而證實該評價模型具有相當程度的實用價值，為裝配式建筑施工安全評價研究提供科學方法。