基于G1-CRITIC-FCE的裝配式建筑吊裝作業施工安全風險評價*

張杰輝 魏 煒 陳 珂 張 新 李坤倫

(1．福建工程學院管理學院，福建 福州 350118；2.華中科技大學土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074；3.福建省茂宏建設工程有限公司，福建 福州 350028；4.福建閩清一建建設發展有限公司，福建 福州 350001)

1 概述

裝配式構件基本上是在裝配式構件工廠中生產制作完成，然后通過不同的運輸方式運到施工現場，根據需求進行吊裝作業，這不僅改善了傳統施工現場的雜亂，同時也增加了吊裝作業的次數。此外，由于裝配式建筑吊裝構件質體都較大，且形狀不規則，裝配式建筑吊裝安全風險管理已成為現場施工管理的研究熱點。

目前，國外對裝配式建筑的研究主要涉及建筑的防火性[1]和抗震[2]，我國則主要集中在成本、進度、質量三個方面，對施工安全方面的研究較少，現有的安全研究重心是施工過程安全指標體系的建立和評價。常春光等基于BDD結構計算安全風險事故率和基本事件重要性，實現了裝配式建筑施工過程安全風險的定性和定量分析。陳偉等應用層次分析法(AHP)和灰色聚類評價法，構建了裝配施工安全評價指標體系，對指標進行排序，并根據不同的安全風險采取對應的措施來降低安全事故發生概率。黃桂林等結合裝配式建筑施工過程安全風險因素，構建了裝配式建筑施工過程的安全風險指標體系并結合實際案例，客觀評價安全風險狀況，診斷安全隱患。劉明強等采用人—機—料—法—環境5個要素確定裝配式建筑安全預警指標體系，并通過相關數據驗證模型的有效性，提高了裝配式建筑吊裝作業水平。Miao Zhen等利用BIM和RFID方法對裝配式建筑的施工、人身安全、基礎施工安全、臨時支撐布置和吊裝安全進行管理。潘丹等根據施工情況，綜合運用根理論、熵權法和結構方程模型構建了安全性能評價指標體系，在實際工程的安全性能評價中運用此模型，驗證了模型的可靠性。

在我國現有的裝配式建筑施工安全指標體系研究中，吊裝安全只是評價指標體系的一部分，對其本身沒有進一步研究。然而，吊裝事故是裝配式施工現場較為嚴重、難以控制的危險源之一。造成事故的原因有很多，有必要深入研究。

綜上所述，學者從影響裝配式建筑的安全事故、安全預警等方面對裝配式建筑安全進行了研究，而有關裝配式建筑施工吊裝作業階段的安全風險的評價研究較少。因此，本文應用G1-CRITIC-FCE法，對裝配式建筑吊裝作業階段的安全風險進行綜合評價，并針對吊裝作業主要的安全風險提出應對策略，為吊裝作業施工人員及施工企業提供參考，有效降低吊裝安全事故的發生率。

2 評價指標體系的構建

影響裝配式建筑吊裝作業安全的風險因素包括很多方面，本文根據裝配式建筑吊裝作業的特殊性，采用文獻研究法初步構建指標體系，在相關研究成果[3-13]與2018—2021年全國建筑施工安全事故統計資料的基礎上，結合專家意見及自身的裝配式建筑工程實踐經驗，以及JGJ 59—2011、GB/T13861—2022等國家技術標準，評估指標體系的建立流程過程如圖1所示，根據流程圖建立裝配式建筑吊裝作業施工階段的安全風險評價指標體系，將影響因素概括為人員因素(P)、機械技術因素(T)、環境因素(E)、管理因素(M)四大因素,并細分為若干安全風險因素作為二級指標，如表1所示。

圖1 評估指標體系建立流程

表1 裝配式建筑吊裝作業安全影響因素

續表

3 基本理論及方法

確定指標權重是風險評價過程中一項重要的工作，確定指標權重的方法主要有主觀、客觀及組合賦權法。本文充分考慮主客觀因素，采用G1法與CRITIC法進行組合賦權。與其他方法相比，計算過程既能考慮到專家根據工程經驗及結合工程實際情況賦予的權重，又能不失客觀性，結果直觀易理解，適用范圍廣。

3.1 G1法

G1法由我國學者郭亞軍最早提出，是一種對層次分析法(AHP)的缺陷進行改良的一種新的主觀權重賦值法，G1法能很好地避免AHP法中一致性檢驗難以通過的問題，也避免了其中大量的計算。

3.1.1 序關系

3.1.2 計算指標的相關重要程度

(1)

Wn代表序關系排序中第n個指標的權重。

表2 指標重要性評分量表

3.1.3 確定單個指標權重

根據以上步驟，按專家給出的序關系分別計算出第一層的指標及第二層的指標，并確定各個指標層下的各個指標的權重。根據相關重要程度，計算得出單個指標權重系數：

ωn-1=Rnωn

(2)

3.1.4 確定群決策權重

(3)

3.2 CRITIC法

CRITIC客觀賦權法是依據指標層間相關性的重要性準則來計算權重的一種客觀賦權法。CRITIC 法適用于有一定的關聯關系的數據，相較于熵權法、變異系數法等傳統的客觀賦權法，其不僅能夠表征指標變量自身的離散程度，且可以衡量指標間的沖突性，使計算結果更加合理，具體步驟為：

①數據歸一化處理，為了便于數據處理分析，將負向風險指標，如超負荷吊裝等進行正向化處理：

(4)

②計算對比強度：

(5)

③計算沖突性指標。第j個指標和第i個指標之間的相關系數：

(6)

(7)

④計算指標信息量，各個指標的客觀權重是以對比強度和沖突性來綜合衡量的。設Di表示第i個評價指標所包含的信息量，則Di表示為：

(8)

⑤計算指標權重，即：

(9)

式(9)中，ωbi是指標i的客觀權重。

主觀權重法能夠考慮決策者的工程經驗，從而靈活多變地調節指標主觀權重；客觀權重法充分挖掘指標數據的信息量，具備較強的理論依據。為了避免過強的主觀性評價或脫離工程實際的情況出現，采用了兼顧兩者優勢的平均權重法確定主客觀占比，體現了評價的科學性和合理性，因此各項指標的組合權重為：

(10)

3.3 模糊綜合評價(FCE)模型

模糊綜合評價法(FCE)是一種根據模糊數學的綜合評價方法。FCE法根據模糊數學中所提出的隸屬度理論，將各個指標的定性評價轉變為能由數據直觀展現的定量評價。在裝配式建筑吊裝作業施工過程中，各安全隱患的排查和安全風險評價是一個系統問題，評價過程中會出現許多由主觀意識主導的問題，這些問題往往具有不確定性與難以量化進而難以評價等特征，模糊綜合評價采用了模糊數學中的隸屬度最大原則能直觀且方便地解決問題。

3.3.1 建立評價指標集

根據裝配式建筑吊裝作業安全風險建立評價指標集，確定評價因素集。每個第一層評價指標下有多個不同的次級評價指標，假設第一層評價指標的集合為B={B1,…,Bn},Bi表示第一層評價指標中的第i個(1≤i≤n)指標，設某個第一層評價指標下的次級評價指標的集合為Ci={Ci1,Ci2…,Cij…，Cin}，j=1，2，…，n，Cij表示指標Bi下的第j個二級指標，n為相應的二級指標個數。

3.3.2 構建評價集

根據裝配式建筑吊裝作業安全風險評價指標體系，確定評價因素集Y=(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5),結合裝配式建筑施工吊裝作業階段的綜合安全風險情況，將風險程度劃為五個等級，依次為“低風險級”“較低風險級”“一般風險級”“較高風險級”“高風險級”。通過FCE隸屬度量化，如表3所示。

表3 吊裝作業風險評語集

3.3.3 隸屬度

由于裝配式建筑吊裝作業安全風險的指標難以量化，所以需要采用模糊法來確定隸屬度：采取裝配式建筑安全領域專家事先給定的評語集對各評價指標進行精準分級，依次統計各個評價指標在各個評級中的頻數，如指標μij在評價等級Y1的頻率數為Zij1，則該評價指標μij對該評價等級Y1的模糊隸屬度為Zij1與邀請評價的專家總數N的比值：

rij1=Zij1/N

(11)

經過計算可得到該指標層的模糊評價矩陣：

對該模糊評價矩陣進行向量歸一化處理。計算公式如下：

(12)

將計算得出數據根據公式進行處理，能得到矩陣R。

根據G1-CRITIC法計算出的綜合權重，分別構建各評價指標的權重集。

一級權重指標指定為ωB,所以

ωB=(ω1,ω2,…，ωi，…，ωn)

公式中，ωi是第i個第一層的評價指標的權重。

第二層的評價指標權重集為ωci,其中，ωij為第一層評價指標Bi下的第j個第二層的評價指標的權重。

ωci=(ωi1，ωi2，…，ωij，…，ωin)

3.3.4 模糊綜合性評價

對所有的Bi進行單個因素的模糊綜合評價，對應的計算公式為：

Ri=ωBi·C

(13)

組合Ri構建隸屬度矩陣R,表示為：

進行整體的模糊綜合評價，其計算公式為：

U=ωB·R

(14)

基于G1-CRITIC-FCE法的裝配式建筑吊裝作業安全風險綜合評價流程圖如圖2所示。

圖2 裝配式建筑吊裝作業安全風險評價流程圖

4 案例分析

4.1 工程概況

項目名稱為“中國鐵建·海語印象”，上部結構類型為鋼筋混凝土結構，預制率為20%。本項目1～12#樓、P-3#樓、P-4#樓及Y-1#樓采用裝配式建造，總裝配面積為133481.8m2，預制混凝土總用量為10395.26m3。

4.2 裝配式建筑吊裝作業安全風險評價

①運用G1法和CRITIC分別計算，最后用式(10)運算，可得每個指標層中的評價指標的權重，如表4所示。

表4 各級指標權重列表

②構建評價指標集

B=(P,T,E,M)

P=(P11,P12,P13,P14,P15,P16,P17)

T=(T11,T12,T13,T14,T15,T16,T17)

E=(E11,E12,E13,E14,E15,E16)

M=(M11,M12,M13,M14,M15,M16,M17)

③構建風險程度評價集

本文將風險等級劃分為5級，分別為“低風險級、較低風險級、一般風險級、較高風險級、高風險級”，并使用模糊綜合評價中的隸屬度公式進行量化，得Y={1,3,5,7,9}，如表3所示。

④構建判斷矩陣，根據8位行業內安全領域的專家的打分表(表5)，整理結果如下。

表5 裝配式建筑安全專家打分表

⑤構建模糊關系評價矩陣，計算結果如下所示：

⑥根據式(13)計算評價結果。一級指標風險如下所示：

RP=ωP·CP=[0.5338 0.2865 0.1567 0.0230 0.0000]

RT=ωT·CT=[0.2687 0.3892 0.2509 0.0912 0.0000]

RE=ωE·CE=[0.1070 0.2772 0.5227 0.0774 0.0157]

RM=ωM·CM=[0.1053 0.5928 0.1544 0.1475 0.0000]

根據式(14)綜合評價結果如下：

U=ωB·R=[0.3165 0.3793 0.2277 0.0741 0.0024]

根據模糊綜合評價(FCE)中的最大隸屬度原則并結合計算結果可得，該裝配式項目吊裝作業施工階段的整體安全風險評價結果為0.3793，安全風險為“較高風險級”，該項目的人員因素風險最大值為0.5338，為“高風險級”。機械技術因素風險最大值為0.3892，安全風險等級為“較高風險級”。環境因素風險最大值為0.5227，為“一般風險級”。管理因素風險最大值為0.5928，為“較高風險級”。從各因素分析該裝配式項目吊裝作業的安全風險，風險由高到低排序順序為：人員因素>管理因素>機械技術因素>環境因素，其中人員因素中的最高風險項為塔吊操作人員的精神狀態和塔吊操作人員的專業操作水平。

5 結果分析

可見，此項目裝配式建筑吊裝作業安全綜合評價值為0.3793，為“較高風險級”，雖然安全風險評價為較高，但是人員因素中的P16=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、P17=[ 0,0.125,0.625,0.25,0 ]和機械技術因素中的T11=[ 0,0.25,0.625,0.125 ]、T14=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、T15=[ 0,0.125,0.375,0.5,0 ]、T16=[ 0,0.25,0.625,0.125,0 ]的安全風險評價為“一般風險級”，意味著該項目存在安全隱患，應該進一步完善管理措施。

可見，吊裝作業人員技術水平及安全意識、吊裝的荷載等對第一層的安全風險影響最大，因此要根據工程實際情況做好以下四個方面的安全防范工作。

5.1 人員因素

根據計算出的權重來看，影響最大的是塔吊司機的精神狀態。人的身體及精神素質是影響人類工作、生活的重要因素。工地上的起重機每天需要爬到數百米的高度,攀爬過程中風險重重,塔吊司機基本上要在高空作業至少8個小時甚至更長時間,在對外部環境的感知上更為敏感。長時間且高度緊張的工作狀態會給他們的生理和心理帶來雙重壓力，這將極大地影響他們的工作精度和工作效率。因此，現場管理人員需要為塔吊司機制定合理的時間表，以避免安全事故的發生。同時，還需要提高塔吊作業人員技術操作水平及個人安全認知，加快進行并落實企業內部工人的專業技術技能及安全教育培訓。

5.2 機械技術因素

從計算出的權重看，超負荷吊裝為影響安全的重要因素。影響起重機械過載作業的因素包括指揮判斷錯誤、駕駛員專業技能欠缺、重進度輕成本輕安全、技術方案不當、吊車選型不合理等。由于施工任務多，吊裝工作量大，吊裝環境比較惡劣，所以，為了降低施工成本，施工公司往往以較低的機械成本來完成較大的現場工作量。在一定程度上，機械設備被動超載，導致機械設備長期損耗，進而造成機械操作功能受損，安全性大大降低。如機器未得到及時維修，很可能造成安全隱患。機械超載是施工現場安全管理的重要組成部分，避免安全事故的發生，管理層應當給予足夠重視。除此之外，還應加大新型吊具的研發力度，創新吊裝工藝，如根據不同工程類型研發的專用吊架及夾具都能顯著提高吊裝作業施工現場的安全系數，降低安全風險。所以，創新吊具和吊裝作業的工藝是降低裝配式吊裝作業施工安全風險的重要舉措。

5.3 環境因素

對于影響施工空間作業范圍的情況，需要與其他施工工區協商并采取臨時措施。提前設置作業范圍，在解除操作之前,可以利用現代監測技術對范圍內的不安全隱患發出警報,以便現場安全管理人員進行安全管理，消除安全隱患。同時還應注意夜間施工的可視性及施工現場布置的合理性，以提高安全系數。

5.4 管理因素

裝配式構件是施工過程中的一個重要環節，裝配過程也是安全事故頻發的一個環節。因此，有必要加強對施工現場吊裝的安全管理，以滿足施工現場對吊裝機械的實際要求。現場相關人員必須正確佩戴相應的安全防護工具。除此之外，還要加強裝配式建筑吊裝作業時的安全監督，管理人員應嚴格執行塔吊司機持證上崗和繼續教育制度，并且啟用考核獎懲機制，加強對吊裝作業人員的專業操作技術培訓，通過模擬施工、VR、安全教育宣傳片等多種措施提高吊裝作業人員的安全意識和專業技術水平。

6 結束語

本文對裝配式建筑吊裝作業安全風險進行了研究，采用文獻研究法、專家咨詢法對吊裝作業施工的安全風險因素進行識別，分別確定了人員因素、機械技術因素、環境因素和管理因素下的27個主要安全風險因素，并應用 G1-CRITIC-FCE法對具體項目的吊裝作業階段進行安全風險評價。本模型對具體裝配式項目吊裝作業階段的安全管理狀況進行定量評價，并通過評價結果提出相應的整改措施。研究結果表明，該項目綜合風險屬于較高風險級別，針對該項目高風險系數的指標提出了相應管控措施，對同類型項目的安全風險管控具有借鑒意義。