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基于突变级数的装配式建筑施工安全评估研究

2018-11-23

福建质量管理 2018年21期
关键词:装配式构件建筑施工

(1.长沙理工大学土木工程学院 湖南 长沙 410114;2.国网湖南省电力有限公司 湖南 长沙 410004)

引言

近年来,我国装配式建筑呈现蓬勃发展态势,市场规模逐渐扩大,应用率也在逐步增加。由于装配式建筑具有大构件和施工效率快等特点,装配式建筑施工安全事故的危害性较传统施工模式更为严重[1]。已有研究成果表明:我国装配式建筑发展过程中施工安全事故也在发生,常发生安全事故主要为着高空坠落、物体打击、构件倒塌[2]。在美国125起事故中,有48人死亡(38.4%),63人住院伤(50.4%),14人非住院伤(11.2%),因此,如何遏制装配式建筑施工安全事故已成为当务之急[3]。

目前装配式建筑常用施工安全评估方法主要有事故树法、灰色聚类法、FAHP法、等[4-6]。上述方法主要是静态的安全风险评估方法,且计算过程繁琐又无法有效地处理权重。突变理论是一种新兴的数学评估方法,能合理处理评估指标主观性对权重确定的影响,各层次评估指标的权重是运用归一化公式量化得到。因此本文将突变理论引入装配式建筑施工安全风险评估研究中具有重要的理论与实践意义。

一、装配式建筑施工安全评估体系构建

(一)装配式安全影响因素分析

装配式建筑有自身的特殊性,施工安全风险贯穿整个施工过程,包括构件生成过程、运输过程以及高空吊装过程等,也造就了其相比于传统施工方式施工风险更复杂,因此加强装配式建筑施工阶段安全工作十分重要[1]。目前我国装配式建筑施工过程出现了以下安全风险:①工作人员安全素质差。装配式建筑工作人员安全意识差、专业技术素养较低和心理生理状态不一致,不安全行为较多,及时治理隐患能力较差;②机械设备不达标。一些企业为节省成本,未定时进行机械设备的维修和保养,且机械设备陈旧落后、机械安全防护措施不完善、机械设备安拆不合规范、机械存在超载运用等问题突出;③构件质量不达标。具体体现在装配式工艺复杂、吊装技术不成熟,预制构件运输堆放技术不成熟以及的构件链接点失效等问题;④安全管理不到位。装配式建筑建设单位安全管理体系落实不到位、安全措施费投入与使用不到位等,承包单位吊装方案执行不彻底、未进行安全教育培训、易燃易爆物未采取有效管理措施等;⑤周边环境的影响。装配区域安全文明施工不彻底、未完全执行安全标准环境政策以及存在大风、高温或低温、暴雨等恶劣的自然环境等问题。

(二)突变理论

突变理论是运用数学方程的思想解释不连续的突变过程的一种理论方法,即某些事物从某种特征稳定状态突跳到另一种完全不一致的稳定状态的非连续过程,蕴含着性状突变的瞬时过程[11]。常用突变模型的归一化公式与递归形式(见表1)。

表1 常用突变模型的归一化公式与递归形式

(三)装配式建筑施工安全突变体系

本文深入分析了装配式建筑施工安全系统风险特征,借鉴了国内外装配式建筑施工安全评估综合指标体系确定方面的研究成果,以人员、机械设备、构件、管理和环境五个层次基础结构,构建了一个较为全面的装配式建筑施工安全风险递归指标体系(图 1)。

二、装配式安全评估步骤

根据国家制定的《装配式建筑系列标准实施指南》、《建筑施工安全检查标准》、国际风险可接受标准以及专家学者对传统施工项目安全等级设置的研究成果,以百分制形式,将装配式建筑施工安全等级分为五个等级,按照安全风险由低到高依次设定等级,定量地概述安全等级,采用突变级数法将其5个分级方法映射到本研究中得到该安全等级5个区域,如表2:

表2 基于突变理论的装配式建筑施工安全等级表

基于突变理论的装配式建筑施工安全风险评估的基本步骤如下:

(1)运用系统工程的思想分析装配式建筑施工安全风险因素,根据装配式建筑施工安全的总目标,逐层分解施工安全的评估指标,形成递归指标体系。

(2)将装配式建筑施工安全风险递归指标体系的底层因素的原始数据规范化。这是因为各因素原始数据间存在取值区间和量纲不一致,无法直接对比分析各因素。因此在运用归一化公式递归运算前必须把底层因素的原始数据规范在0~1区间内,转化无量纲数值,归于极大型指标。

(3)按照突变理论中相对应数学模型的归一化公式,遵循“非互补”和“互补”的原则递归运算得每层的突变隶属函数值,最终确定项目的总突变隶属函数值。

(4)重复上述计算过程,递归运算不同时期的装配式建筑施工安全的总突变隶属函数值,并分析不同时期项目施工安全总突变值的趋势,可以评估装配式建筑施工的安全状态。

三、案列分析

LT共有20栋住宅楼、2栋公租房及相关服务配套设施,项目容积率3.31%、绿地率约36.2%。建筑物建筑结构为剪力墙结构+装配式结构,使用年限为50年,抗震设防烈度为6度。该工程基础部分仍旧采用现浇混凝土形式,主体三层及以上采用装配式形式,在工程中将需要的构件事先预制,再运输到工程现场进行装配组装施工,对技术要求较高并且机械化程度高,使用工人数量较少但是要求素质较高,施工速度较快。

对于定性指标,本文邀请5为专家采取德尔菲法,评价区间为[0,100],分值越大代表该评价指标对施工系统的安全贡献越大。对于定量指标,原始数据可通过、气象资料记录、监理日志、机械记录仪等获得(由于篇幅限制原始数据不在此列出)。遵循基于突变理论的装配式建筑施工安全风险评估的基本步骤,计算各层评分见表3。

表3 LT保障性住房施工安全风险评价结果

由表3知道,该工程施工安全总突变隶属函数值为0.9796,依据表2安全等级可知LT保障性住房的施工安全状态等级为Ⅴ级。同时,也能够依据LT保障性住房不同时期历史数据递归计算相应时期的总突变隶属函数值,根据总突变隶属函数值的变化规律判断工程施工安全等级。

四、结论与建议

基于突变级数的装配式建筑施工安全评估综合运用了突变理论与模糊数学理论,逐层分解并构成多结构模型的装配式建筑施工安全指标,以归一化公式递归运算量化系统安全状态,确定装配式建筑施工安全总突变隶属函数值,有效地评估了工程安全管理水平。应用突变理论评估装配式建筑施工安全风险的研究成果还较少,论文探索了装配式建筑施工安全风险评估的新方法,该方法遵循归一化公式的内在机理递归运算各层指标权重,有效地克服了主观因素对权重计算的影响,运算过程简洁且评估结果更趋于工程实践,具有明显的实用价值。

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