高耸构筑物工程项目施工安全风险评价研究

2019-07-26王传宝

安徽建筑大学学报 2019年3期

王传宝

(安徽省经工建设集团有限公司，安徽合肥 230051)

0 引言

高耸构筑物具有施工高度高、难度大，施工工艺复杂等特点，在其施工过程中存在着许多复杂且相互关联的风险。为了让高耸构筑物的施工更安全，减少甚至杜绝安全事故的发生，将安全管理和风险管理的相关理论和方法运用于高耸构筑物的施工安全风险管理中是现代工程项目管理的重要研究课题。

随着社会经济和高耸构筑物及超高层建筑施工技术的迅猛发展，国内外学者对其施工安全管理的研究成果也越来越多，尤其是施工安全风险评价方法上更是提出了一系列科学有效的评价体系。贾俊峰[1]基于WBS-RBS与AHP方法提出了基于施工安全风险管理特征的安全风险评估模型。蔡久顺[2]等在传统风险度模型两大指标的基础上增加了“不可预见性”，从而改进了高层建筑施工安全风险评价方法。王根霞[3]等在包含目标层、准则层和指标层三个层次的建筑施工现场安全评价指标体系中引入悲观度指数，改进了层次分析模型并提高了指标权重设置的科学性。温国锋[4]等从行为主体、组织行为、项目管理目标等三维度入手，综合考虑了主体行为不确定性和专家评价模糊性，构建了IFAHP主体行为风险评价模型。文献[5-7]基于灰色系统理论、贝叶斯网络和风险耦合机理等分别提出了项目施工安全风险评价模型。冯超[8]在对超高层建筑施工的安全风险因素进行识别与分析的基础上建立了其评价体系。

国外超高层建筑和高耸构筑物的发展远早于我国，在其施工安全风险及评价等方面的研究仍值得国内同行学习和借鉴。Kim[9]提出应从项目的设计阶段对施工安全进行考虑，据此提出了施工安全设计评估方法。Kikwasi[10]通过对40家公司的业主进行调查，指出业主对工程设计阶段和招投标阶段安全管理的重视程度会直接影响后续施工阶段的安全风险控制。Zhou[11]从项目的全寿命周期角度出发，提出对项目的各个阶段进行全面的安全风险管理。Cheng Min[12]等将模糊推理与失效模式和影响分析(FMEA)相结合建立了一种新型安全风险评价模型，克服了传统FMEA方法的固有弱点，提供了可靠且可区分的风险排序系统。

本工程为安庆市石化热电厂烟气脱硫工程，建设地点位于安庆石化热电厂内，土建工程含有168 m高烟囱1座，三层综合楼1幢及烟道基础、吸收塔基础等。烟囱桩基为灌注桩，承台基础深度-5 m，基础钢筋混凝土量约1300 m3；钢筋混凝土烟囱高168 m，其出口内直径为7.5 m，底部进烟口直径为25 m；烟囱外围为钢筋混凝土筒式结构，筒身为一截面圆锥形连续变截面结构，内衬钛金板，钢结构衬底，如图1所示。

图1 高耸烟囱现场

为保证本项目的安全施工，采用模糊层次综合评价法建立了该项目施工安全风险评价模型，杜绝了安全事故的发生。本文研究成果可为高耸构筑物及超高层建筑物安全施工管理提供参考。

1 模糊层次综合评价基本理论

1.1 层次分析法

本方法是把决策问题有相关关系的元素按照“目标”、“准则”、“方案”等层次分层，并对其进行定性和定量两方面的分析。其具体步骤依次为进行指标分层、构造判断矩阵、处理数据并检验一致性，至此，即可得各指标权重数。

(1)建立层次结构模型

对安全评价影响因素进行系统分析并建立递阶层次结构表，如图2所示。

图2 递阶层次结构

(2)构造判断矩阵

假设某层存在n个元素，X={ }x1,x2,…,xn，要分析该层n个元素对于上层某目标的影响情况，即在这一目标下所占的权重情况。本文针对两个元素之间的比较，取1-9尺度，见表1所示。

表1 1-9比较尺度含义

将aij定义为元素i和元素j进行比较后的结果，其特性有 aij＞0，aij=1/aji以及 aji=1。构造判断矩阵如下：

(3)评价因素的重要性排序

求解矩阵A得到其最大特征根λmax和特征向量W，向量W中各元素即为影响安全评价各因素的重要性排序，决定了影响因素权重的分配。

(4)一致性检验

矩阵A的一致性检验由随机一致性比率CR(CR=CI/RI)确定，当此比率值不超过0.10时可判断各影响因素权重分配具有良好的合理性。否则，要调整矩阵A的元素取值，重新判断一致性，直至CR＜0.10。

1.2 模糊综合评价

高耸烟囱构筑物的施工安全风险评价系统具有许多不确定因素，其本身的结构也较繁琐复杂，将模糊综合评价方法纳入到该体系中，具有良好的适用性和可行性。

(1)定义输入评价因素论域

P个评价指标，u={u1,u2,…,up}。

(2)定义输出模糊等级论域

m个模糊子集，v={v1,v2,…,vm} 。

(3)定义输入、输出变量隶属度函数

隶属度函数是模糊集合的特征函数，工程项目安全评价因素论域和权重模糊集确定后，对模糊等级应从每个因素ui=(i=1,2,…,p)上进行量化，进而得到模糊关系矩阵R：

(4)确定评价因素的权向量

本文使用层次分析法来确定评价指标间的相对重要性次序，由W=(w1,w2,…,wp)确定权重值，且在合成之前需进行归一化，即各权重wi=1，wi≥ 0，i=1,2,……,p 。

(5)合成模糊综合评价结果向量

利用合适的算子将W与模糊关系矩阵R进行合成，得到评价体系的模糊综合评价结果向量S，即：W∘R=(w1,w2,…,wp)=(s1,s2,…,sm)=S

其中sm表示被评安全因素在整体上对模糊子集vm等级的隶属程度。

(6)模糊综合评价结果向量分析

本文采用加权平均求隶属等级，对于多个被评价因素可以依据其等级位置进行重要性排序。

2 高耸构筑物施工风险识别

在高耸构筑物施工过程中可能会发生的不确定因素，均属于施工安全风险。依据多年的建筑行业从业经历，以及对相关文献的整理与思考，可归纳出高耸烟囱构筑物施工最容易发生的危险大致有：高空坠物导致人员伤亡、变截面滑膜施工、竖向位移控制、风力影响、占地及施工工作面小、施工人员意外触电、设备故障或操作不当带给施工人员的伤害、因建筑坍塌带来的伤害等等。经过对以上安全事故的调查分析，将诱发安全风险事故的因素分为五种，主要为人员因素、材料因素、设备因素、管理因素、环境因素，作为五个一级指标，并据此扩展成了下面的19项二级指标。具体指标见表2。

表2 评价指标

3 高耸构筑物施工安全风险评价模型

3.1 确定指标权重

采用主观赋权法中的层次分析法(AHP法)，结合该专业领域各项规范，同时邀请33位富有丰富经验的专家以及参与过该项工程建设的相关技术人员(甲方管理人员9位，施工单位工程技术人员9位，监理单位8位，管理部门7人)进行了综合的赋权和评价。限于篇幅，本文仅给出一级指标间、人员和管理因素两个二级指标间相对重要性关系及权重表，列于表3-表5。