基于改進AHP-FCE法的裝配式建筑安全風險分析

曹澤，鄧欣然

（安徽建筑大學經濟與管理學院，安徽 合肥 230000）

0 引言

隨著經濟社會的發展，中國房地產業進入“新常態”，傳統建筑施工方式的弊端越來越明顯。相比之下，裝配式建筑是用預制部品部件在工地裝配而成的建筑，具有施工高效、節約資源、場地占用少、噪聲小以及污染小等傳統建筑模式不具有的優勢。2016年以來，在國務院的大力倡導下，裝配式建筑逐步發展起來［1］；2022年，住房和城鄉建設部印發《“十四五”建筑業發展規劃》，提出到2023年，裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%以上，裝配式建筑無疑成為我國未來建筑業發展新趨勢。風險被定義為在工作環境中可能導致事故的因素［2］，在裝配式建筑的施工過程中，能夠造成人員傷害、威脅建筑安全性能的一系列要素即為裝配式建筑的安全風險因素。由于我國裝配式建筑起步較晚，產業鏈不夠成熟且整合度不高，更易發生如高空墜落、坍塌等事故，研究裝配式建筑安全風險因素對于發現風險隱患、控制風險薄弱點、降低事故發生率等具有重要意義。當下，國內外對于裝配式建筑的研究主要集中在人、物、環境、管理等方面［3］，在安全風險方面的研究不多，且研究內容主要集中在探索危險源和項目安全評價上。

在危險源的識別方面，李浩燃等［4］提出在裝配式建筑的各階段管理中，預制構件存放、吊運階段，進場及運輸階段風險最大；常春光等［5］運用二元決策圖得出裝配式建筑的危險源有高空墜物、安全防護、預制構件和相關設備；李文龍等［6］認為裝配式建筑的風險主要在于人和物2個方面，如施工人員素養、預制構件質量方面；王軍武等［7］指出起重機械超負荷運行、現場安全管理不到位、吊索吊具存在缺陷等因素是影響裝配式建筑吊裝施工安全風險的關鍵風險因素；Bavafa等［8］運用DEMATEL及模糊數學模型來識別安全因素，并提出從安全承諾和責任、分包商和人員選擇、安全主管和專業人員、安全計劃、員工參與5個方面進行風險防控；Li等［9］則認為施工前的決策階段對建筑安全影響最大，應重點關注；何正豪等［10］從參建單位的視角看，監理規劃與實施細則的質量，裝配式施工安全專項方案落實情況，危險性較大的分部分項工程論證等因素為裝配式施工安全關鍵風險因素；姜吉坤等［11］從吊裝施工的現場看，運用改進的變權物元可拓模型，得出吊裝人員安全意識、作業人員狀態、安全管理制度是關鍵風險因素。

在裝配式項目的安全評價方面，丁彥等［12］運用ABC分類法結合主觀賦分，對實地裝配式建筑項目進行安全評價，總結該項目的A級風險為安全防護和技術水平；楊元元等［13］使用組合賦權二維云模型對裝配式建筑吊裝施工進行安全評價，確定實地項目的安全風險等級為三級；Liu等［14］運用模糊分析定性的理念分析關鍵影響因素，在熵權法求取客觀權重的基礎上，采用云模型對裝配式建筑安全進行風險評價；Zhao等［15］在IFS的基礎上建立了績效評價指標，運用TOPSIS法對裝配式建筑項目進行風險評價。其他方法如李英攀等［16］根據人-機-料-法-環（4M1E）、陳為公等［17］運用向量夾角余弦方法、付杰［18］運用灰色聚類綜合評價法構建裝配式建筑安全評價模型和安全評價體系，較為全面地概括了影響裝配式建筑的風險因素，直觀表明其研究項目安全水平高低。

綜上可見，國內外學者對裝配式建筑安全風險研究主要集中在風險因素識別和項目安全評價2方面，同時，大多方法計算過程復雜，步驟煩冗，容易造成較大誤差，也不便于工程實踐。本文將改進的層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）和模糊綜合評價（fuzzy comprehensive evaluation，FCE）法結合，用定性與定量相結合的方法對裝配式建筑安全風險進行分析，評價安全等級，對各指標構建計算矩陣，運用數學變換創立一致性矩陣，避開一致性檢驗，提高運算效率，最終得到各指標權重。最后基于模型結果和實證分析，揭示裝配式建筑安全風險控制的重點，為管理控制裝配式建筑安全風險提供參考。

1 改進AHP-FCE方法論

傳統層次分析法（AHP）是按照一定的標度方法，對層次化的指標進行兩兩比對，結合定性與定量分析，對多個目標進行決策分析的方法。將最終目標分解成不同層級的因素指標，分為目標層、準則層和指標層，形成層次結構模型，采用九標度法，即用數字1~9對各指標打分，形成判斷矩陣，待通過一致性檢驗后，計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量，得到各層次的權重值，將指標層各個指標的權重值乘以所屬準則層因素權重值，從而得到各指標的影響因素大小。

在指標數目較少時，傳統層次分析法效果較好；對于指標數較多的情況，采用1~9打分將導致差異性不明確，計算次數多。加之九標度的5個判斷區間難以把握，使得最終判斷易出現模糊性與范圍性，影響結果的準確性。

本文采用改進的層次分析法，即采用0~1打分的三標度法，由0、0.5、1進行打分，0表示因素e重要性不如因素f，0.5表示因素e和因素f同等重要，1是因素e重要性高于因素f。三標度法加大了指標間的區分度，在指標較多的情況下減少了權重選擇的模糊性，最后采用數學方法將權重矩陣轉化為一致性矩陣，避開一致性檢驗，使其滿足一致性要求，直接求出指標權重進行比對和最終決策。

模糊綜合評價（FCE）法是由美國Zadeh教授提出，基于模糊數學理論對不確定性事物的評價方法，運用隸屬函數矩陣和運算變換，將定性與定量相結合，對具有模糊性的指標進行分級評價。由于安全風險評價本身具有不確定性，各專家及施工人員對風險指標認識不一，使得風險評價具有主觀因素、有不確定性，用模糊評價法將主觀評價轉換為客觀分數，從而實現對安全風險指標的客觀評價。

1.1 改進AHP-FCE計算步驟

本文使用改進的AHP和FCE結合的方法進行裝配式建筑施工安全風險因素評估，具體步驟如下。

1.1.1 改進AHP步驟

1）建立指標體系。

首先確定目標層；然后建立準則層，準則層中的因素即為一級指標Ti；最后建立指標層，指標層中的因素即為二級指標Tij。

2）按三標度法（0、0.5、1）構建指標的判斷矩陣A。

3）對判斷矩陣A進行數學變換，創建中間過渡矩陣B。

設bij為過渡矩陣B中的項，則bij由式（1）求得。

式中：xi=ai1+ai2+…+ain，xj=ai1+aj2+…+ajn，xmax=max(x1，x2…，xn)，xmin=min(x1，x2…，xn)，q=xmax/xmin。

4）由過渡矩陣B計算一致性矩陣C。

設cij為一致性矩陣C中的項，則cij由式（2）求得。

由式（2）可知，cij滿足cij=1/cji，cij=cik×ckj且有cii=1，故矩陣C為一次性矩陣，不用再進行一致性轉化。

5）計算各指標權重。

參考Zhao等［19］對權重的計算方法，使用方根法求各指標權重，并進行歸一化處理，得到各指標最終權重。

首先，計算各因素初始權重mi，如式（3）所示：

其次，歸一化處理得到各指標最終權重wi，如式（4）所示：

最后，令各指標最終權重組成向量W=（w1，w2，…，wn）。

1.1.2 FCE法步驟

1）建立評價集。

確定研究對象評語等級，表示為V，本文中將裝配式建筑安全風險分為5級，取V=｛極小風險，較小風險，一般風險，較大風險，極大風險｝，分別對應1~5級，對應分數區間為｛>80~100，>60~80，>40~60，>20~40，0~20｝。

2）隸屬度矩陣構建。

參考于艷芳等［20］的做法，對各風險指標在項目上的體現賦分，構建模糊評價矩陣（隸屬度矩陣）St（t取值范圍為準則層指標數量，在本文中，t=1，2，…，5）。

3）確定風險等級。

結合改進AHP所求權重向量W=（w1，w2，…，wn）和模糊評價矩陣St，計算W×St即得各指標隸屬度向量Dt，組合形成隸屬度矩陣R。

取評價標準集的中位數與各指標隸屬度乘積之和求得最終得分。

2 基于改進AHP-FCE法的裝配式建筑安全評價體系構建

2.1 指標選取

裝配式建筑安全風險指標涉及多個方面，指標選取的過程中，總結領域相關專家（包括高校工程管理和建筑工程領域專家、施工現場負責人及部分施工人員）意見，結合文獻梳理，依據國務院關于促進建筑業持續健康發展的意見，力求指標的相對獨立性，避免重復或有較強相關性的指標出現，選擇較為系統且全面的指標。最終，裝配式建筑安全風險評價體系的準則層涉及人員、環境、管理、設備和技術風險共5個指標，指標層共19個指標，具體指標如下：

1）人員風險T1：指施工過程中，基于人的主動行為或心理活動造成的風險，本文列舉出作業人員安全意識T11，作業人員技術水平T12，作業人員健康狀況T13，作業人員文化素質T14，作業不規范T15共5項子風險因素。

2）環境風險T2：指周圍環境（自然環境、政策環境等）對施工作業本身或作業人員產生影響而造成的風險，根據現場調查，本文共選出現場氣候環境T21，安全標準政策環境T22，吊裝作業環境T23共3項子風險因素。

3）管理風險T3：指在管理運作過程中因信息不對稱、判斷失誤、制度不完備、管理不善等影響了管理水平從而對裝配式施工造成風險。本文共篩選出安全事故應急處理T31、安全教育培訓T32、管理制度完善T33、構件吊裝及堆放管理T34共4項子風險因素。

4）設備風險T4：因作業設備的質量問題、設備故障等基于設備運作的客觀因素而造成的風險，本文共選取預制構件質量T41、設備定期安全檢查T42、吊裝設備臨時支撐強度T43共3項子風險因素。

5）技術風險T5；基于現有技術的成熟程度（包括但不限于施工技術、管理檢測技術等）對工程作業產生的影響，本文選出節點連接準確度T51、安全檢測技術T52、施工組織設計及施工方案T53、構件連接強度T54共4項子風險因素。

2.2 權重計算

由改進的AHP三標度法，邀請相關領域專家根據指標間兩兩比較進行賦值，得到指標間的判斷矩陣如下：

以準則層（一級指標）為例，xmax=4.5，xmin=0.5，q=9，應用式（1）計算其過渡矩陣為

應用式（2）計算其一致性矩陣

對所求一致性矩陣的行求和，由式（3）對其和開五次方根，最后按式（4）進行歸一化處理，得到一級指標權重W：

W1=(0.1160.0350.0670.2440.538)。

同理，求得各二級指標權重：

W11=(0.2830.0740.5910.0380.015)，

W12=(0.1660.0410.793)，

W13=(0.2610.4980.1850.055)，

W14=(0.8300.1360.034)，

W15=(0.2620.1210.562 0.055)。

根據一級指標和二級指標權重，得到總權重，如表1所示。

表1 裝配式建筑安全風險評價各指標權重

3 實證分析

3.1 工程概況

某公司是國家高新技術企業，全國優秀施工企業，公司多次承建“高、大、精、尖”項目，完成了一大批質量要求高、工期要求緊、難度要求大的大型和特大型工程。近年來，公司穩健發展，深耕安徽，在長三角區域、粵港澳大灣區等地均大力開展經營。某產業基地一期項目由該公司承建。該項目地上為裝配式建筑，采用裝配化施工。項目總建筑面積91 668.36m2，總用地面積70 705.63m2，主體結構采用預制疊合板，預制樓梯、預制內隔墻板，總體預制率不低于40%，是標準的裝配式建筑。

3.2 模糊綜合評價計算

評價標準根據現場施工情況設定，選用Likert五點計分法，確定安全風險評價集V=｛極小風險、較小風險、一般風險、較大風險、極大風險｝，分別對應1~5級，對應分數區間為｛>80~100，>60~80，>40~60，>20~40，0~20｝。

邀請該公司現場管理人員（項目負責人、工程部負責人等），施工班組人員組成10人專家組，對所選各項指標根據現場實情進行打分，綜合所有人員的賦分評價，得到各指標在各風險等級的隸屬度，進而得到指標層隸屬度矩陣（S1、S2、S3、S4、S5）如表2所示。

表2 各指標因素隸屬度

3.2.1 二級指標模糊綜合評價

根據改進的AHP所得各指標權重：

得隸屬度矩陣：

3.2.2 一級指標模糊綜合評價

D=W1×R=（0.417，0.209，0.177，0.172，0.025）。

取評價集分數區間每個分數段的中位數計算項目風險評價總分F=0.417×90+0.209×70+0.177×50+0.172×30+0.025×10=66.42。

由模糊綜合評價，最終項目安全風險得分F=66.42。

3.3 評價結果分析

根據上述計算結果，根據最大隸屬度原則，該互聯網產業基地一期項目的最大評價值為0.417，對應評價集中的一般風險，最終項目得分為66.42分，對應評價集中的較小風險，且2個評價指標得分都十分接近較小風險和一般風險的臨界值，可以看出，該項目的最終風險程度介于較小風險和一般風險之間，整體表現上是良好的，但仍有待改進之處。

4 結論與建議

4.1 結論

在我國大力推行裝配式建筑的背景下，本文采用改進的AHP-FCE法進行指標權重確定，并進行了工程實證分析，得出結論如下：

1）采用改進的層次分析法在裝配式建筑安全風險分析的研究中，主要風險因素有：施工組織設計及施工方案、預制構件質量、節點連接準確度、作業人員健康狀況、安全檢測技術，其權重分別為0.302、0.203、0.141、0.069、0.065。并基于工程實例，對實地項目進行安全分析，結果表明：項目總得分66.42分，屬于較小風險，安全狀況較好。

2）改進的AHP-FCE法所建立的安全風險評價模型在運用過程中計算量適中，計算效率較高，且在實證分析中的研究結果和工程實際相符合，該模型有較好的適用性，可以應用于安全風險評價過程中。

4.2 建議

根據實證分析，對于控制裝配式建筑施工過程中的安全風險，改良我國裝配式建筑面臨的安全問題，本文提出以下建議：

在人員因素方面進行風險控制時，首先改善項目衛生安全條件，可以組織定期體檢，關注人員健康狀況，邀請相關專家定期開展技術培訓。對于環境方面，加強安全巡查，嚴格按照政府要求的安全標準進行作業，確保吊裝作業四周視野開闊，無障礙物，及時關注天氣情況，遭遇惡劣天氣時應暫緩施工。出現管理問題時，邀請相關專家明確管理制度細節，詳細規劃構件堆場位置，確保不對施工作業造成風險，同時注意加強對施工人員的安全教育培訓。在設備風險防控中，仔細檢驗設備及材料質量，嚴格把關設備進場檢查，對設備進行定期檢修。在技術風險防控中，建議合理規劃施工組織設計及施工方案，保證施工過程順利，對技術工人定期進行技術考核，考核不達標者進行再培訓才可重新上崗，保證施工隊伍的技術水平。