装配式建筑施工安全评价——基于离差最大化及五元联系数

(福建工程学院 管理学院， 福建 福州 350118)

在装配式建筑施工过程中，施工安全问题成为政府部门、建筑企业非常关心的一个问题。由于装配式建筑在我国起步比较晚，技术还不怎么成熟，在构件运输、保管、吊装、临时支撑、高处作业、构件连接等施工环节中都可能发生安全事故，给相关企业和个人带来不可挽回的财产损失和人员伤亡。目前国内外学者有关装配式建筑施工安全评价的研究成果还比较少，国外学者主要从防火性、抗震性、技术可靠性等角度展开研究[1-3]，国内学者主要运用未确知测度、粒子群算法、ICUOWGA-RBF神经网络等方法对装配式建筑施工安全评价进行研究[4-6]。虽然这些方法能够在装配式建筑施工安全评价中起到一定的作用，但是在评价过程中存在确定评价指标权重主观性太强、评价结果难以量化等问题，所以有必要探索能够克服赋权法主观性以及便于量化的评价方法。

离差最大化是我国学者王应明提出的一种客观确定评价指标权重的方法[7]，五元联系数是我国学者赵克勤提出一种分析不确定性系统的方法[8]，这两种方法已经在各个领域得到很好的应用。鉴于此，本文将利用离差最大化来求解装配式建筑施工安全评价指标的权重，利用五元联系数的联系分量分别代表5个安全等级的隶属度，利用五元联系数的乘法和加法计算加权的综合五元联系数，从而根据综合五元联系数各个系数分量的大小关系确定装配式建筑施工安全态势排序，最后根据态势排序确定安全评价的结果。

1 离差最大化和五元联系数理论概述

1.1 离差最大化赋权法理论

(1)

通过构造拉格朗日函数求得最优解为：

(2)

向量归一化得：

(3)

通过以上几个计算步骤就可以完成确定指标权重工作。显然，离差最大法是直接利用专家的评价数据求解权重，这跟传统的层次分析法需要另请专家赋权相比，赋权工作更加简化而且结果更加客观。

1.2 五元联系数简介

五元联系数是一种研究确定性信息和不确定性信息的工具[8]。记为u=a+bi+cj+dk+el，5个系数a,b,c,d,e∈[0,1]称为联系分量。当a>e时称为集对同势，当a=e时称为集对均势，当a

定义1 五元联系数乘法公式和加法公式

若常数t为实数，u=a+bi+cj+dk+el，则有

tu=ta+tbi+tcj+tdk+tel

(4)

若u1=a1+b1i+c1j+d1k+e1l，u2=a2+b2i+c2j+d2k+e2l，则有

u1+u2=(a1+a2)+(b1+b2)i+(c1+c2)j+

(d1+d2)k+(e1+e2)l,

(5)

2 基于离差最大化-五元联系数的装配式建筑施工安全评价模型

2.1 装配式建筑施工安全评价指标体系构建

根据国内外相关的研究成果以及装配式建筑施工安全事故的诱因以及特征，笔者依据福建省装配式建筑施工的现实情况，从管理因素、人为因素、物的因素、技术因素、环境因素五个方面确定了27个二级评价指标，构建了装配式建筑施工安全评价指标体系。

2.2 确定装配式建筑施工安全评价等级

根据装配式建筑施工安全评价要求，将安全等级分为“很安全”“较安全”“安全”“较不安全”“很不安全”5个等级。

2.3 确定装配式建筑施工安全评价隶属度矩阵

2.4 用离差最大化对装配式建筑施工安全评价进行赋权

为了充分利用专家评价的隶属度矩阵数据，本文借鉴离差最大化的思想将5个安全等级看作5个决策方案，那么如果某一个属性权重比较大，那么该属性下5个安全等级离差也会比较大，反之如果某一个属性权重比较小，那么该属性下5个安全等级离差也会比较小。利用隶属度矩阵的数据由式(1)-(3)可计算得一级权重向量w=(w1,w2,…,wm),第s个一级指标支配g个二级指标对应的权重向量记为w′s=(ws1,ws2,…,wsg)。

2.5 计算加权的综合联系数

将计算所得的权重向量与隶属度矩阵相乘作为一级评价指标五元联系数的分量，计算得第s个一级指标的五元联系数如下：

(6)

最后可计算加权的综合联系数如下：

(7)

2.6 根据联系数联系分量的大小确定态势排序级别

五元联系数根据系数的大小关系，可以查阅五元联系数态势表确定态势排序级别，见表1。本文只列出与本文结果有关的几个态势排序，详细的态势表查阅文献[9]。

表1 五元联系数态势

续表1

根据上述计算所得的结果得到加权联系数的联系分量数值，根据联系分量的大小关系确定评价指标的态势排序。态势排序级别越前面越安全，态势排序级别越后面越不安全。当安全评价处于同势区时说明安全态势较高，当安全评价处于均势区时说明安全态势中等需要随时关注事态发展，当安全评价处于反势区时说明安全态势越低，需要排查不安全的指标因素，有针对性的采取整改措施。

3 实证分析

以福建省某装配式建筑试点项目为例展开实证分析，该项目建筑总面积为17 096 m2，预制率达54.5%。

因为装配式建筑受管理水平、技术水平、专业人才缺乏等因素限制，在实际施工过程中存在不少安全问题，所以装配式建筑项目施工安全评价工作是一项非常重要的工作。邀请10位专家对评价指标体系各个指标按照“很安全”“较安全”“安全”“较不安全”“很不安全”5个安全等级进行评价，得到各个指标的对应各个安全等级的隶属度，结果见表2第4列到第8列。

表2 福建省装配式建筑试点项目施工安全评价隶属度

续表2

运用式(1)-(3)可计算得一级权重向量，见表2第1列，二级指标权重见表2第3列。运用式(6)计算出综合五元联系数以及5个一级指标的五元联系数，分别为：该装配式建筑项目施工安全评价综合五元联系数为u综合=0.16+0.29i+0.25j+0.18k+0.11l，施工安全评价结果为同势47级，处于“较安全”级别；其中5个一级指标的五元联系数分别为

u管理因素=0.12+0.35i+0.26j+0.16k+0.11l，施工安全评价结果为同势47级，

u人为因素=0.17+0.32i+0.27j+0.14k+0.10l，施工安全评价结果为同势47级，

u物的因素=0.24+0.20i+0.18j+0.24k+0.14l，施工安全评价结果为同势7级，

u技术因素=0.12+0.23i+0.34j+0.20k+0.11l，施工安全评价结果为同势61级，

u环境因素=0.24+0.34i+0.16j+0.16k+0.10l，施工安全评价结果为同势53级。

根据以上分析结果表明装配式建筑试点项目施工安全评价结果为：该项目综合施工安全评价结果为同势47级，总体安全等级为“较安全”级别。其中管理因素和人为因素这两项评价结果也位于同势47级；物的因素位于同势7级明显优于其他因素；技术因素评价结果位于同势61级，环境因素评价结果位于同势53级，显然技术因素和环境因素评价结果明显落后于其他指标但也还在同势区，安全态势较高。

根据以上计算所得结果并以5个一级指标的联系数以及综合五元联系数的系数分量作为纵轴，以5个安全等级为横轴，建立如下的安全等级曲线，见图1。

图1 一级评价指标以及综合的安全等级曲线Fig.1 Curves of first grade evaluation index and comprehensive safety grade

通过观察安全评价曲线发现：综合五元联系数的安全曲线与管理因素、人为因素、环境因素这3个一级指标的安全曲线较接近，与技术因素、物的因素差异比较大。进一步比较二级指标的五元联系数分量的大小，从而可以判断各个二级指标对应的态势，见表2第9列。通过分析二级指标的安全评价态势发现：管理因素中现场易燃物保管措施、构件堆码支撑措施、构件吊装安全措施3个指标评价结果为反势；人为因素中施工人员技术熟练度评价结果为反势；物的因素中临时支撑承载强度评价结果为反势；技术因素中外墙连接件技术评价结果为反势。针对评价结果中几个安全态势排序处于反势的二级指标，装配式建筑施工安全管理人员应该及时发现，找出所有可能发生安全事故的诱因，及时商讨应对措施，最大限度地降低发生安全事故的概率。

4 结论

通过建立基于离差最大化-五元联系数的装配式建筑施工安全评价模型，对装配式建筑施工安全进行合理评价，结合该模型评价计算所得的综合五元联系数和态势排序结果，对装配式建筑施工企业提出如下建议：

1)增设专职安全管理人员实行施工全过程监控。由于影响装配式建筑施工安全的因素既多又杂，施工安全管理不到位造成的后果又非常严重，因此施工企业有必要安排专职的安全管理人员，负责定期完成装配式建筑施工安全因素的识别、评价、控制等工作。

2)及时根据评价结果制定应对措施。安全管理人员邀请专家对相关施工项目进行评价，最后运用该模型计算评价的结果，及时梳理出态势排序比较低的各级安全指标，从而有的放矢地制定有针对性的安全应付措施。

3)合理优化装配式建筑施工安全管理模式。装配式建筑施工企业应当通过合理优化安全管理模式，规避施工过程中可能出现的安全事故，比如通过购买工程保险等方式尽可能减少安全事故造成的严重损失。