基于組合賦權的裝配式建筑施工安全風險灰色聚類評價

姜鳳珍，田開飛，闞洪生

(青島理工大學 管理工程學院，青島 266525)

裝配式建筑作為一種新型的工業化建筑形式，與傳統現澆式建筑相比，具有低碳節能、縮短工期和可持續發展等巨大優勢，同時在施工過程中存在機械化程度高、施工人員技術水平要求高和施工技術復雜度高等特點。我國現階段對裝配式建筑大力推廣，但是由于其興起時間短，施工及其他方面技術要求較高，裝配式建筑施工過程中潛在的風險因素也比傳統建筑更加錯綜復雜，因此對裝配式建筑施工安全風險進行合理評價將進一步推動裝配式建筑的發展。

目前國內外學者針對裝配式建筑施工安全風險方面已展開大量研究。李皓燃等[1]從裝配式施工過程角度出發，識別出從預制構件生產到安裝等環節的25個影響施工安全的風險因素，并通過結構方程模型(SEM)進一步確定出18個關鍵風險從而分析了各個施工階段風險之間的聯系；楊斯玲等[2]從“人、事、物、法、環”的角度出發構建指標體系，引入結構熵權和修正證據理論對裝配式建筑施工安全風險進行評估；吳溪等[3]將馬爾科夫鏈與貝葉斯網絡結合在一起估算每種風險的發生概率并分析各風險之間的相關關系，由此構建了損失和控制投入雙目標優化模型；常春光等[4]采用WBS-RBS法識別裝配式建筑施工過程中的安全風險，通過G1法確定總風險度并劃分風險等級；李文龍等[5]將熵權法與未確知測度理論相結合對裝配式建筑施工安全風險進行評價；丁彥等[6]主要通過AHP-ABC分類法，采用檢查打分的形式對風險指標進行分類排序。通過文獻綜述發現，上述學者對于施工安全風險評價方面已展開大量研究，但無論是從施工階段角度[1]還是從“人、事、物、法、環”角度[2]來看，其風險因素涉及范圍廣泛，種類繁多，且由于風險量化時存在著諸多的灰性和不確定性，現有的評估方法有時無法得到滿意的結果；在風險指標的賦權方面，現有研究大多采用的單一賦權方法往往存在弊端，如G1法主觀依賴性太強，熵權法則忽視了專家對不同風險指標的重視程度。通過分析裝配式建筑項目各方面施工安全風險要素，構建了一套適用于裝配式建筑項目的施工安全風險評價指標體系，通過G1法和熵權法進行主、客觀組合賦權，既能充分表達專家的主觀意識，又能充分挖掘數據信息，使得賦權過程更加科學。結合灰色系統理論建立了裝配式建筑施工安全風險灰色聚類評價模型，解決了部分指標不完整對評價結果帶來的失真影響，進而通過分析具體案例對裝配式建筑項目進行施工安全風險評價，使得評價結果更加客觀。

1 裝配式建筑施工安全風險評價指標體系的構建

裝配式建筑施工具有明顯的不同于傳統建筑項目施工的特征，無論是施工工序的復雜程度高、大型機械設備的作業量大、裝配化程度的精度要求高等特點，還是混凝土預制構件(PC)生產、運輸和存放等方面的特點都使得裝配式建筑施工過程中存在或多或少的潛在安全風險，這些風險的發生將直接導致PC構件坍塌、高空墜物、吊裝設備破損、火災、觸電等經濟或人身安全事故。通過對裝配式建筑施工特點和安全事故的成因進行系統分析發現，裝配式建筑施工安全風險因素來源于人、事、物、法、環等多個方面，在國家頒布的建筑安全和裝配式建筑施工方面的相關標準基礎上，綜合相關文獻中對指標的梳理[1-10]，遵循指標體系構建原則，通過對青島市具備裝配式建筑施工資質的相關企業工作人員及高校建筑類教授的走訪調研和問卷調查，將影響裝配式建筑施工安全的風險指標分為人員安全風險、物料安全風險、機械設備安全風險、管理安全風險、環境安全風險和技術安全風險六類，并設置相應的22項二級指標(見表1)。

表1 裝配式建筑施工安全風險評價指標體系

2 指標權重的確定

G1法作為一種主觀賦權方法，目前已應用在各個領域的指標權重計算中，但進行賦權時暴露出主觀性太強的缺點，因此本文在采用G1法進行賦權的同時引入熵權法來確定客觀權重，從而將兩種方法得到的主觀和客觀權重進行科學組合，既有效表達了專家的主觀意見，又保留了客觀數據得到的權重信息，使得指標權重的計算過程更加合理。

2.1 G1法

G1法的核心思想是通過比較相鄰兩個指標間的重要性程度來獲取評價值[11]，其賦權過程對專家主觀經驗的依賴性較強，G1法計算權重的具體步驟如下：

1) 假設集合C={c1，c2，…，cn}表示評價指標集合，cj為其中一個評價指標，cj+1為cj相鄰指標。邀請若干名經驗豐富的專家對兩個指標進行比較打分，兩個相鄰指標的重要度分值主要依據公式rj=cj/cj+1(j=1,2,…,n-1)來確定，rj可以分別取值為{1.0，1.2，1.4，1.6，1.8}，由此判定每組指標之間的重要程度。

2) 由式(1)計算第j個指標的權重：

(1)

2.2 熵權法

1) 由于裝配式建筑施工安全風險指標的量化值均采用專家打分得到，且統一以風險越小越好為評價標準，所以指標屬性都統一為效益型指標，打分得到的原始數據矩陣可以采用極差變化得到標準化矩陣Y=(yij)m×n。

(2)

式中：xij為第i個樣本中第j個指標的初始數據；max{xj}和min{xj}分別為第j個指標的最大值和最小值。

2) 由式(3)確定第j個指標的熵值：

(3)

3) 確定第j個指標的權重：

(4)

2.3 組合權重

通過G1法和熵權法分別得到主觀和客觀權重后，由式(5)得到最終的組合權重。

(5)

3 裝配式建筑施工安全風險灰色聚類評價模型的構建

3.1 裝配式建筑施工安全風險的等級測度及白化權函數

影響裝配式建筑施工安全的潛在風險因素眾多，使得評價信息比較龐大，在這個繁瑣的評價過程中，傳統的方法無法很好地集結龐大的信息量從而出現信息失真的情況，而引入灰色聚類方法進行評價將更好地處理評價信息。在進行施工安全風險評價時，對風險的等級測度是實施后續評估過程的前提，將裝配式建筑施工安全風險的大小作為一個灰概念，需要明確的是風險等級的科學劃分標準，筆者根據現有研究主要以概率論為理論指導，認為各個風險等級為等概率發生事件，且考慮到能夠更加細化風險情況，將風險等級以[0，10]為范圍均等劃分為5個臨界區間(表2)。

表2 裝配式建筑施工安全風險等級測度

通過中心點向量原則，由表2確定的“小、較小、一般、較大、大”5個灰類確定中心點為U=(9，7，5，3，1)，通過中心點三角白化權函數模型來描述灰類所屬情況[12](表3)。

表3 灰類和對應白化權函數

3.2 施工安全風險評價步驟

1) 根據專家打分數據確定原始評價矩陣。首先邀請由p個參與裝配式建筑施工的工作人員和高校相關領域教授組成的專家小組對s個風險指標進行打分，打分結果作為原始評價矩陣Di=[dijk]s×p。

2) 由白化權函數表(表3)進一步得到灰色聚類權矩陣：

(6)

3) 將組合賦權法得到的指標權重與上文得到的灰色聚類權向量矩陣相乘，得到二級指標灰色聚類評價矩陣：

Z=ωi×Ri

(7)

由此構造一級指標綜合評價矩陣Z0=[Z1，Z2，…，Zn]T，由式(8)得到最終的裝配式建筑施工安全風險綜合聚類評價向量：

M=ω0×Z0=[M1，M2，…，Mn]

(8)

4) 確定施工安全風險綜合評價值。即W=M×U，由綜合評價向量M與灰色測度閾值U相乘，由此得到的單值化評價值能夠避免以最大權原則確定灰類時的信息缺失，減小了評價結果的偏差影響。

4 實證分析

以青島市某裝配式建筑項目為例，該項目由8座主體樓棟和相關基礎配套設施組成，主體樓棟的外墻、PCF板、疊合板、空調板、樓梯等結構均采用裝配式建筑工藝完成，現邀請實際參與該項目建設的5名管理人員、施工人員和設計人員組成評估小組對該項目的施工安全風進行評價。

1) 由5名專家以裝配式建筑施工安全風險等級測度表(表2)為打分標準對安全風險指標打分(表4)。

表4 專家打分

2) 通過G1法和熵權法分別對一級指標和二級指標進行賦權，由式(5)得到最終的指標權重(表5)。

表5 組合賦權

3) 根據式(6)和表3所構建的灰類及白化權函數計算得到灰色聚類權矩陣(表6)。

表6 灰色聚類權矩陣

4) 根據式(7)，將組合賦權得到的權重向量與灰色聚類權矩陣相乘，得到綜合評價矩陣Z。

5) 根據式(8)得到綜合評價向量：

M=ω0×Z0=[0.381，0.394，0.225，0.001，0.000]

由于得到的綜合評價向量無法直觀反映該裝配式建筑施工安全風險等級，因此要對該結果進行單值化處理，由公式W=M×U將綜合評價向量M與灰色測度閾值U=(9，7，5，3，1)合成，得到綜合評價值W=7.309，將該結果對照表2的風險等級劃分標準可知該裝配式建筑項目施工安全風險較小。其中人員安全風險值為W1=7.288，物料安全風險值為W2=7.202，機械設備安全風險值為W3=7.350，管理安全風險值為W4=7.297，環境安全風險值為W5=7.376，技術安全風險值為W6=7.351，可見該項目各方面施工安全風險均較小。

5 結論

通過文獻分析和問卷調查法確定了影響裝配式建筑施工安全風險因素，并依此構建了評價指標體系，將G1法和熵權法得到的主、客觀權重進行有效融合確定了組合權重，針對裝配式建筑施工安全風險指標的灰色性，引入灰色聚類法進行風險評價，避免了結果失真。以青島市某裝配式建筑項目為具體案例進行演算，結果表明該項目施工安全風險風險等級較小，其中人員安全風險、物料安全風險、機械設備安全風險、管理安全風險、環境安全風險和技術安全風險六個方面的風險值均較小，說明該項目部已具備良好的施工條件。在未來的研究中，將進一步挖掘影響裝配式建筑的風險因子，通過更加科學的方法針對每一個具體風險進行詳細分析，做到施工安全風險的精細化管理。