基于DEMATEL-ISM的裝配式建筑施工安全影響因素分析

劉冠權，王志遠，張琳琳

(1.青島理工大學 管理工程學院，青島 266525；2.山東省高校智慧城市建設管理研究中心，青島 266525)

近年來我國積極推行裝配式建筑的發展，因其具備綠色施工、節能環保等特點，受到國家政策的大力支持。2016年9月30日國務院辦公廳印發了《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》，提出了要健全標準規范體系、創新裝配式建筑設計、確保工程質量安全等重點任務[1]。裝配式建筑作為建筑行業一種新興的建造方式，使房屋住宅的建設方式有了更多的選擇，推動了供給側結構性改革的同時也不斷推動著新型城鎮化的發展。但我國裝配式建筑的建造方式處于發展的初級階段，在施工過程中會因經驗不足等原因而出現一些安全方面的問題。目前對于裝配式建筑施工安全方面缺乏規范和標準化管理，以過去對傳統施工方法的管理方式來應對裝配式建筑施工，無論是對施工人員的安全還是對建筑主體結構的性能都存在一定的威脅。綜合各方面的原因，科學合理化管理裝配式建筑施工過程，對降低建筑施工風險和提高建筑質量有重要意義。

裝配式建筑的施工過程中存在許多影響施工安全的風險因素，國內有許多學者對這些存在的風險因素進行了分析研究。例如，張程城等從技術、管理、設備三個方面識別了裝配式建筑在施工階段的風險因素，建立了裝配式建筑施工階段的風險評價指標體系[2]。楊潔對裝配式住宅施工出現的風險進行了系統的分析并提出了與之對應的處理措施，使施工的風險得到控制，以此來保障施工人員及住宅購買者的生命財產安全[3]。李國偉等通過對人工、材料、機械設備、制度規范、環境這五個不安全因素進行剖析，找出了裝配式建筑安全隱患發生的新形式，來確保安全管理，促進裝配式建筑的可持續發展[4]。常春光等采用了WBS-RBS方法對裝配式建筑施工安全進行了風險識別，并結合G1法對總風險度進行計算，通過識別和計算來分析、處理裝配式建筑施工安全風險評估以及在管理過程中出現的問題[5]。李朝智等在分析裝配式混凝土結構建筑工程施工安全特點的基礎上，對其施工風險因素進行了研究，為裝配式混凝土結構建筑工程施工安全管理提供了依據[6-7]。但以上研究并未對影響施工安全的各個因素間的復雜關系進行研究，因此有必要從影響裝配式建筑施工安全因素角度出發，構建施工風險影響因素體系，針對這些因素間復雜的作用關系，運用DEMATEL-ISM方法計算各影響因素的相互影響程度和邏輯結構，并對這些因素提出針對性的建議，為更好地發展裝配式建筑提供指導。

1 裝配式建筑施工安全影響因素識別

識別裝配式建筑施工安全影響因素是分析裝配式建筑施工風險的重要基礎，根據裝配式建筑的施工過程并結合上述文獻綜述研究，在層次分明的原則下，從人、物、管理、環境四個方面選取了13個影響裝配式建筑施工安全的因素[8-10]，建立裝配式建筑施工安全因素指標體系，見表1。

表1 裝配式建筑施工安全影響因素

2 基于DEMATEL方法與ISM方法的因素分析

2.1 DEMATEL-ISM混合模型介紹

DEMATEL(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory)全稱為決策試驗與評估實驗室法，該方法求解的最終目的是通過目標因果圖及矩陣運算相結合的方式明確系統中各因素相互之間的作用影響程度。ISM(Interpretative Structural Modeling)全稱為解釋結構模型，是一種用來探究因素間關聯作用結構的方法。它通過厘清各個復雜因素之間的復雜關系，最終揭示并建立系統遞階層次結構。兩種方法相結合的混合模型互補劣勢，各取其優勢。既能夠明確復雜系統的多種因素之間的相互影響程度，又能根據層級分析得出層次結構中的關鍵因素，為針對裝配式建筑施工過程中出現的風險因素提出建議奠定基礎。

2.2 混合模型建模步驟

2) 建立影響因素之間的初始直接影響矩陣。采用調查問卷的方式，問卷中每個題目的選項設定四個等級為0，1，2，3分，分別代表無影響、影響較小、影響一般、影響較大。根據該分數選取一定數量的相關專家對每個影響因素進行打分，初始直接影響矩陣的最終確立是通過對各個評分專家的評分求和再求平均分，得到初始直接影響矩陣B(B=[bij]n×n)。其中bij表示因素ai對因素aj的直接影響程度，一般情況下bij≠bji，在本文中，當i=j時取bij=0。

3) 規范化處理初始直接影響矩陣。利用式(1)規范化處理初始直接影響矩陣B，計算得到規范化直接影響矩陣C(C=[cij]n×n)。

(1)

通過規范化計算使得cij∈[0,1]。

4) 計算綜合影響矩陣T(T=[tij]n×n)。按照式(2)計算綜合影響矩陣T：

式中：E為單位矩陣。

因為0≤cij≤1，所以有limn→∞Cn-1=0，故有

(2)

5) 計算各個因素的影響度Fi和被影響度Hi。每個因素的影響度為綜合影響矩陣中相應行的和Fi，被影響度為綜合影響矩陣中相應列的和Hi。

(3)

(4)

6) 計算各個因素的中心度Mi和原因度Ni。Mi為各因素的影響度之和，Ni為各因素的影響度之差。

4）燃氣方面，上世紀90年代末，上海實現了城市煤氣全覆蓋。1999年東海平湖油氣田開發首期工程建成投產，上海浦東部分地區率先用上了天然氣，燃氣供應開始出現結構性調整。2004年西氣東輸供應上海后，全市天然氣利用得到了快速發展。2015年上海全面實現城市管道燃氣天然氣化，老百姓徹底告別了人工煤氣。在近20年的時間，上海成功實現城市管道燃氣從人工煤氣向天然氣的轉型，并形成東海平湖、西氣東輸、進口LNG、川氣等多氣源，1.6MPa及以上超高壓主干管道一張網，五號溝、洋山等LNG應急儲備和儲用結合接收站互為支撐的供應保障格局。

Mi=Fi+Hi，i=1,2，…，n；

(5)

Ni=Fi-Hi，i=1,2，…，n。

(6)

7) 集成DEMATEL-ISM方法計算整體影響矩陣H(H=[hij]n×n)。

H=E+T

(7)

8) 計算閾值λ。閾值一般根據專家經驗確定，但通過計算得到的閾值能夠較好地減少主觀影響。

λ=α+β

(8)

式中：α為綜合影響矩陣T的均值；β為綜合影響矩陣T的標準差。

9) 確定可達矩陣K。可達矩陣K根據閾值λ確定。

(9)

10) 根據可達矩陣進行層級分解。可達集合R(ai)即可達矩陣K對應的行所在的元素為1的列的集合，先行集合Q(ai)即可達矩陣K中對應的列所在的元素為1的行的結合，其交集R(ai)∩Q(ai)，當式(10)成立時，則將符合式(10)的因素劃為一個層級，并將這些因素在可達矩陣K中對應的行和列劃除得到新的矩陣Kn。重復該步驟，直到所有因素完成分層。

R(ai)=R(ai)∩Q(ai)

(10)

11) 繪制影響因素多級遞階圖。根據上一步驟得到的層級劃分，按照第一層級在上，第n層級依次在下的方式繪制結構模型。

3 實例分析

3.1 確定初始直接影響矩陣B

以日照市某中學教學樓項目為例，該項目為教學樓改造工程，為五層框架結構，總建筑面積約7620 m2。根據施工現場情況，編制確定初始直接影響矩陣的調查問卷，問卷中每個題目按照無影響、影響較小、影響一般、影響較大四個標準進行打分，分值為0～3分。將調查問卷通過郵件、微信、紙質問卷等方式發放給工程建筑領域的專業人士、具有裝配式研究經驗的高校教授以及研究該方向的碩博士研究生等。共計發放70份調查問卷，實際收回63份調查問卷，回收率為90%，其中有效問卷55份，有效問卷率為87.3%。參與問卷調查的人員中，有14位建筑領域的專業人士，10位高校教授，31位碩博士研究生。收集所有調查問卷的數據，應用EXCEL軟件并根據評分人員對每個因素的打分求出算數平均值，得到初始直接影響矩陣B如下：

3.2 計算綜合影響矩陣T

對初始直接影響矩陣B按照步驟3)和4)進行計算得到綜合影響矩陣T。步驟3)中求得矩陣B中最大行和為17.810，進一步計算得到規范化矩陣C。接著根據步驟4)計算得到綜合影響矩陣T如下：

3.3 計算“四度”

根據建模步驟5)和6)計算各個因素的影響度、被影響度、中心度、原因度(“四度”)，結果見表2。

表2 DEMATEL分析結果

3.4 計算可達矩陣 繪制遞階模型

通過計算綜合影響矩陣的算數平均值α和標準差β得到閾值λ，計算得到α=0.058，β=0.059，λ=α+β=0.117，然后根據步驟9)求出可達矩陣K如下：

根據可達矩陣K按照步驟10)進行層級劃分得到第一層級因素為L1={a4,a5,a6,a7}，同理可得L2={a2,a3,a12,a13}，L3={a8,a9,a10}，L4={a1,a11}，然后根據層級劃分繪制遞階模型圖，如圖1所示。

圖1 裝配式建筑施工安全影響因素遞階模型

3.5 裝配式建筑施工安全影響因素DEMATEL-ISM模型結果分析

表2中的中心度表示各個因素在系統中的綜合影響程度。由表2可以看出，排在前三位的為a12(現場吊裝工作環境)，a1(從業人員文化素質水平)，a5(吊裝機械設備選擇)，說明這三個因素在裝配式建筑施工過程中有極大的重要性，對裝配式建筑施工安全事故發生的影響最為突出，為避免發生施工事故，需要對這三個因素進行重點把控。中心度排在后三位的為a4(預制構件出廠生產質量)，a8(安全管理制度)，a11(現場自然天氣條件)，雖然這三個因素的中心度排在末尾，但仍不能忽視這些因素對裝配式建筑施工安全產生的影響。如a4(預制構件出廠生產質量)，在預制構件出廠時，要嚴格把控構件質量，不符合質量要求的構件不能運入施工現場；a11(現場自然天氣條件)雖然屬于不可抗力因素，但在施工過程中應該做好預防準備。

由圖1可知，將13個影響因素再劃分為三個層面，L1為直接影響層面，L2，L3為間接影響層面，L4為根本影響層面。直接影響層面涉及到因素a4(預制構件出廠生產質量)、a5(吊裝機械設備選擇)、a6(臨時支撐系統承載強度)、a7(高空墜物)。這四個因素屬于物的因素也是導致發生安全事故的直接原因，要想解決這四個因素需要先解決間接影響層因素和根本影響層因素，如施工方在選擇材料供應商時，要秉持公平公正的原則，對進場預制構件進行嚴格控制，避免出現因構件問題而導致的坍塌事故；選擇吊裝設備時，需考慮裝配式建筑施工圖紙、預制構件質量及施工現場吊裝環境等因素；在搭建臨時支撐系統時，要由專業人士操作完成并進行穩固性檢查，避免支撐系統傾覆隱患。間接影響層面包含因素a2(從業人員專業技術水平)、a3(施工人員安全意識水平)、a12(現場吊裝工作環境)、a13(構建運輸及存放環境)、a8(安全管理制度)、a9(現場安全監理檢查)、a10(安全教育培訓)。在間接影響層面，a8(安全管理制度)、a9(現場安全監理檢查)、a10(安全教育培訓)屬于管理的因素，這些管理因素對L2的因素具有直接影響，不能忽視其重要性，如開展安全教育培訓會提高施工人員的安全意識；現場安全檢查能夠規范吊裝工作環境。處于根本影響層面的因素有a1(從業人員文化素質水平)、a11(現場自然天氣條件)。這兩個因素的影響度是所有因素影響度中最大的，具有極強的影響力，對其他因素有很強的驅動力，是導致裝配式建筑施工安全事故發生的根本原因。

4 結論

本文從四個角度選取了13個影響裝配式建筑施工安全的因素，結合DEMATEL與ISM法對13個因素進行分析得出如下結論：根據原因度的正負得到6個原因因素，7個結果因素；將中心度最大的三個因素確定為關鍵因素，即現場吊裝工作環境、從業人員文化素質水平、吊裝機械設備選擇；在重點控制中心度較高因素的同時不能忽視中心度較低因素對裝配式建筑施工安全的影響。并采用ISM法對影響因素進行了層級劃分，繪制了遞階模型圖，將層級劃分得到的4個層級再分為直接影響層、間接影響層和根本影響層。最后根據不同層面的因素提出相對應的措施，為裝配式建筑安全施工提供參考。