基于灰色關聯分析對裝配式施工安全風險予以評估

趙沐嘉

(遼寧工程技術大學安全科學與工程學院，遼寧 葫蘆島 125105)

裝配式建筑是通過更可靠的連接方式由工廠提前預制并將其運送至施工地點進行組裝形成建筑的一種建筑方式，其優勢是工程質量更佳，施工周期更短，能在一定程度上達到節能環保的施工效果。但裝配式建筑在我國發展時間較短，施工技術尚不成熟，相關安全管理措施配置不完善，流程管理制度不到位，因此存在一定的施工安全問題。為保障裝配式建筑施工作業安全，可在建筑施工階段進行安全評價。

在多維作業空間并行施工時，裝配式建筑易導致多種信息復雜交錯，具有模糊性，因此可將其作為多級模糊綜合評價問題。目前，國內外學者對裝配式建筑施工安全評價問題進行了大量研究。Joel等[1]利用精益管理工具，對施工人員進行了施工過程影響性分析；Fard等[2]通過調查美國125起配式建筑安全事故，發現最主要的事故原因是建筑結構不穩定；李文龍等[3]以熵權法-未確知測度理論為基礎，構建了裝配式建筑施工安全評價模型；閆帥平等[4]為解決指標不確定性影響，洞察指標信息問題，采用ICUOWGA-RBF神經網絡進行安全評價，為提高裝配式建筑施工安全性提出了有效思路；常春光等[5]將G1-物元分析法引入安全評價體系，通過指標與等級的關聯度進行評價；付杰[6]利用反演分析得出關鍵影響因素，以灰色聚類分析測評安全性。盡管現有研究提供了安全評價依據，但仍存在局限性，如物元分析法不能遍歷數據組合時，易出現評估結果與實際不符的情況，而RBF神經網絡為保證結果穩定，需要大量樣本等。

為探究影響裝配式建筑施工的因素，結合灰色關聯分析[7]，通過變化模型中參數組合確定評估對象安全等級，降低評價方法的主觀臆斷性，保證結果的穩定，為安全管理提供了思路。

1 層次分析法

系統工程中，層次分析法是定量分析非量化問題的一種常用手段，在處理分析目標數量較多、準則數量較多的復雜問題時有非常好的效果。

通過專家咨詢，比較分析確定指標的重要性，得到評價指標之間的相對重要程度，從而構建判斷矩陣；根據指標的相對重要程度的比較，得出判斷矩陣Zij=(aij)n×m。

1.1 權重求解

為保證計算結果的穩健性，通過算數平均數、幾何平均數法和特征值法分別求出3個權重，并取平均值求出權重。

根據算數平均法求得的權重向量為：

1.2 一致性檢驗

為建立優秀的數據判斷矩陣，需采用比較法系統分析矩陣中各項指標數量之間的差值，從而減少片面性帶來的誤差。在一致性檢驗中，n表示數據判斷矩陣的階數，CR表示一致性比率。其中，一致性比率可由判斷矩陣中的最大特征向量λmax和一致性評價指標CI來計算，計算公式如下：

若CR<0.1，說明判斷矩陣的不一致程度在合理范圍內，通過一致性檢驗。

經過一致性檢驗后，可求得各個指標的主觀權重。

1.3 數據預處理

1.3.1 歸一化

由于量綱單位不同的數據無法直接整合計算，需要對量化的數據進行歸一化處理，以此來消除數據量化單位不同帶來的計算誤差。

數據的歸一化有很多方法，本研究采用最大最小法進行歸一化處理，數據歸一化的公式如下所示：

式中，vs是標準化處理后的數值，v是原始數值，vmax、vmin表示數據集中該屬性的最大和最小值。使用 MATLAB 軟件進行歸一化處理。

1.3.2 正向化

指標有4種類別，分別為極小型指標、極大型指標、中間型指標及區間型指標，想要對數據進行分析，需對歸一化后的指標進行正向化，本研究沒有中間型指標及區間型指標，只對極小型指標進行正向化，公式為：max-x。

1.4 灰色關聯分析

灰色關聯分析大致有3個步驟，分別為確定分析數列、計算關聯系數、計算帶有權重的關聯度。

步驟1：

確定分析數列。進行灰色關聯分析，確定參考序列和比較序列。

設參考序列，即母序列X0(k)：

X0=[x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(n)]

確定子序列即比較序列，設子序列Xk(m)：

Xk=[X1(k),…,Xn(k)],k=1,2,…,n

步驟2：

計算關聯系數。一個參考序列會對應多個比較數據序列，其中第i個比較數據序列和相對應的參考序列在第h指標上的相對差使用關聯系數ζ0,i(k)來表示：

其中，ρ為分辨系數，可以看出，分辨系數ρ與分辨力之間呈負相關，ρ的取值范圍為0～1，計算得到ρ<0.546 3時，分辨力最好。本研究中，ρ取0.5。

步驟3：

計算關聯度。關聯度由關聯系數加權平均得到：

其中，ωk為各指標的權重，ωk為采用層次分析法所得到的權重，滿足

結合裝配式評價系統，對上述關聯度進行多級綜合評價分析，對不同等級的關聯度進行比較，通常系統(要素)位于關聯度最大值對應的安全等級中。

2 實例分析

以甘肅省某安置房項目為例，此試點項目中，1#住宅和2#公租房均采用裝配式建造，主要對1#住宅進行裝配式安全評價分析。

2.1 評價指標的建立

以《裝配式建筑系列標準應用實施指南》(2016SSZN-GJG)為標準，結合評價要求進行綜合考慮，對裝配式建筑風險評價的實際情況進行分析，根據高層建筑火災特點，將安全評價指標等級劃分為5級，即V={1 級，2級，3級，4級，5級}={安全，較安全，一般安全，較危險，危險}，分別用Ⅰ～V級表示。以《塔式起重機安全評估規程》(GB/T 33080—2016/12)為基準，結合現場環境進行評定，標準化后如表1所示。

其中，A11-A44的具體含義如表2所示。

表2 各個指標的具體含義Tab.2 Specific meaning of each indicator

2.2 權重的計算

通過AHP法分別對4個一級指標及每個一級指標對應的二級指標進行兩個指標的評價打分，得到的層次分析法權重指標計算結果如表3所示。

表3 層次分析法權重指標計算結果Tab.3 Weight index calculation results of Analytic Hierarchy Process

2.3 灰色關聯度計算

根據表1確定的風險評價指標，共有 15個指標因素，分為 4個群，采用 2 級關聯分析。其中，實測參考序列構成的樣本矩陣為：

X=[8.3，5.7，5.4，8.6，81.2，75.9，86.4，72.3，78.1，5.2，79.5，86.5，78.8，73.1，90]

依據評價等級臨界量數值列出矩陣Y，依次求出各個等級的母序列及子序列。

得到各因素的關聯度和評價等級矩陣如表4所示。

表4 各因素的關聯度和評價等級矩陣Tab.4 Correlation degree and evaluation grade matrix of each factor

可以得出結論，總評價對象處于較安全狀態。