基于模糊理论的公路装配式构件施工安全风险研究

2020-11-12陈露露王春梅

天津建设科技 2020年5期

陈露露，王春梅，郑洁

（1．天津城建大学经济与管理学院，天津 300384；2．天津市市政工程设计研究院，天津 300392）

装配式混凝土构件凭借建造速度快、生产成本低、施工质量、绿色环保等优势，已成为我国公路施工建设发展的重要方向[1]。由于体系结构众多、施工技术标准不统一、施工企业水平层参差不齐，装配式构件从工厂生产到现场装配全过程充满各种各样的安全隐患。

许多学者针对装配式的安全风险因素识别和安全风险评价开展了研究，徐姣姣等[2]、罗杰等[3]通过装配式建筑和传统现浇建筑的施工工序对比，得出了影响装配式建筑施工安全风险的主要因素。申玲等[4]基于云贝叶斯网络的安全风险评价模型，动态评价构件吊装作业安全风险；李文龙等[5]通过结构熵权-可信性测度理论对装配式建筑吊装施工安全风险进行评估；高欣等[6]分别从微观的施工现场、项目设计与施工协同角度和宏观产业发展环境角度提出装配式混凝土结构具体的风险管控措施；王志强等[7]通过综合FTASPA-灰色聚类多种方法构建指标体系、确定指标权重并确定装配式建筑施工安全评价模型；刘娇等[8]利用层次分析法与信息熵结合法识别了装配式的施工风险并通过未确知测度模型确定了风险水平。综上，现有研究多是按照装配式构件施工顺序进行识别及评估装配式施工安全风险，而现有公路装配式相关研究主要集中在装配式构件的抗震性分析[9]、技术可靠性分析[10]等方面，尚未从管理要素角度考虑公路装配式施工安全风险。

因此，本研究从管理要素角度识别公路装配式构件施工安全风险因素，通过模糊理论量化一些界限不明确及不易定量的因素并构建基于模糊理论的安全风险评价模型，确定公路装配式构件施工安全风险状态，以期提高公路装配式构件施工安全管理水平。

1 关键安全风险因素

1.1 识别

结合公路装配式构件的施工特点、以往公路装配式构件施工的项目资料以及专家访谈、现场勘察和案例总结，识别了如下风险因素。

1）组织计划风险。公路装配式构件施工的关键因素在于如何实施组织计划。其中，直接影响项目施工进度及施工过程中各种安全风险发生概率的核心因素有施工方案的科学性、合理性，施工技术的规范性等。公路装配式构件还处于发展初期，项目管理者在施工管理过程中存在许多未知的知识、经验盲区；因此，施工过程中很可能出现施工设计不科学、人员不专业、无完整的管理体系等问题。

组织计划风险的评价指标：施工方案设计是否科学、地质条件勘察是否准确、施工组织计划是否合理、施工企业资质是否达到施工要求、施工资料是否规范完整。

2）管理风险。公路装配式的发展是思想和技术的创新，对相关施工、技术管理人员的个人素质提出了更高要求；同时，施工造价也需要精通公路装配式构件清单以及了解如何定额计价的预算人员。

管理风险的评价指标：施工场地布设是否合理、装配式构件堆放和保存方式是否妥当、项目管理人员是否具备施工管理经验和责任心、施工作业人员的安全意识是否增强、对施工操作人员的施工安全教育培训是否充分、是否建立了健全的施工管理制度和管理机构、设备是否定期检查维修。

3）物料风险的评价指标：构件运输的保护措施是否恰当、临时支撑材料是否合格、运输构建车辆是否满足构件的载重和尺寸要求、强度和精度等是否合格、装配构件尺寸、施工机械设备选择是否恰当、浇筑所用材料性能是否充足。

4）施工作业风险。预制构件施工一般是吊装作业居多，需与现浇部件节点进行连接。因此，在吊装过程中保持构件的稳定是关键性问题。

施工作业风险的评价指标：临时支撑固定后是否稳定、吊点选择设置是否准确、后浇混凝土养护是否充足、钢筋接头锚具的标准化、接头处理技术的成熟性、吊装作业技术的成熟性、施工安全保护措施的标准化、技术交底的完整性、施工作业人员的规范性。

5）环境经济风险。一方面，许多与公路装配式构件相关的政策及法律文件还在不断更新中；另一方面，需要结合实际施工情况，对设计方案进行及时变更及替换，各方面的变化很多。

环境经济风险的评价指标：施工现场及周边环境是否良好、构件运输环境是否良好、气候等自然环境是否造成影响、工程变更是否导致成本增加、是否安全文明施工、项目资金链是否出现问题、市场经济是否稳定。

1.2 确定

根据前文理论基础，设计调查问卷确定关键安全风险因素，采用五分李克特量表法对态度进行赋值，“非常重要”为5分，“重要”4分，“中等”3 分，“不重要”2分，“很不重要”1分。通过预调研对初步设计的问卷进行修正，正式问卷通过“问卷星”发放，总共200 份，回收有效问卷146 份，有效问卷填写对象均有装配式相关工作经验。对有效问卷进行数据分析显示，信度系数α≥0.8，符合要求，收敛效度和区别效度也均满足要求。通过主成分分析法，对上述识别的影响因素进行提取公因子并删除特征值＜1的因素，得出这5个成分的累积贡献达到70.23%，保留18个因子。见图1。

图1 公路装配式构件施工关键安全风险评价指标体系

2 基于模糊数学的公路装配式构件施工安全风险估计

2.1 建立关键安全风险多级递阶结构

由底层安全风险因素得出第二层基本风险事件的综合评价向量，分别为组织计划风险B11、管理风险B12、物料风险B13、施工作业风险B14、环境经济风险B15，其中B11的底层安全风险因素包括U111、U112、U113、U114，B12的底层安全风险因素包括U121、U122、U123、U124，B12的底层安全风险因素包括U131、U132、U133，B14的底层安全风险因素包括U141、U142、U143，B15的底层安全风险因素包括U151、U152、U153。第三层级由B11、B12、B13、B14和B15五个评价向量得到公路装配式构件施工关键安全风险的综合评价向量B。所有风险因素构成公路装配式构建施工风险总集U，建立评价因素集。

2.2 发生概率的模糊估计

1）专家权重明确。需要专家依据自身知识和认知估计底层安全风险因素的发生概率及风险发生所引发的损失，然后通过加权平均法处理各专家的估计数值。

专家可以分为三类：一类包括领域元老专家、施工单位项目经理、驻地总监、设计负责人；二类包括高级职称施工技术人员、高级职称科研人员、高级职称监理人员、高级职称设计人员；三类包括中级职称施工人员、中级职称科研人员、中级职称监理人员、中级职称设计人员。可以结合项目实际情况确定每类专家权重γ，0≤γ≤1，γ值越大，说明该类专家的估计越可靠。

2）风险发生概率定级。见表1。

表1 风险发生概率定级

3）底层风险发生概率模糊估计。确定专家类别及人数，请第i个专家结合自身经验对第j个底层安全风险因素结合表1进行发生概率的模糊估计

4）基本风险发生概率模糊估计。基本风险j发生的隶属值为将所有专家n对基本风险j的概率隶属值依照专家权重求加权平均值

2.3 风险损失的模糊估计

公路装配式构件施工安全风险事件发生带来的损失可以有工期延长、费用增加、人员伤亡、生态环境破坏、社会影响损失等方面。专家对项目损失的估计很难给出精确值，只能用比较模糊的语句，比如“非常严重”、“比较轻”，给出风险损失的估计。国际通用原则是将风险损失按照风险发生后对结构、系统或环境破坏程度，人员伤害程度由轻到重分为五个级别，见图2。损失模糊估计的其他过程如概率的模糊估计过程。