基于WBS-RBS与组合权重的装配式建筑施工HSE风险评价

李辉山，张碧云，高旭慧

（兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050，E-mail：1115928921@qq.com）

与传统建造模式不同，装配式建筑采用先在工厂加工预制后运输到施工现场进行组装，从而提高了施工质量和施工效率，减少了资源浪费和能源消耗[1]。目前，我国装配式建筑的发展正处于初步阶段，管理方法和管理体系都比较落后、缺乏专业的管理人员[2]，导致管理人员不能及时发现并处理装配式建筑在施工过程中的风险，使得装配式建筑施工现场经常发生事故，从而造成经济损失和人员伤亡。因此，研究如何对装配式建筑工程的施工过程进行系统的风险评价，预防装配式建筑施工过程中事故的发生成为研究热点。

国内外学者对装配式建筑风险研究多集中于从安全、质量、供应链、成本等方面。LEE等[3]对装配式施工安全风险进行了研究，提出了一套风险评估体系。荀志远等[4]通过AHP、CRITIC法和TOPSIS法对指标权重进行组合，并采用了云模型评价方法进行了评价。孙亚琪等[5]通过引入复杂神经网路理论、云物元理论，基于社会网络分析法研究了装配式建筑供应链存在的风险。吴伟东等[6]基于层次分析法，并引入三角模糊数学理论，确定了装配式建筑项目实施阶段质量综合风险程度。丁彦等[7]通过层次分析法和ABC分类法分类排序评价了装配式建筑施工质量与安全存在的风险因素。荀志远等[8]利用DEMATEL法和博弈论计算确定了组合权重，对安全风险进行了评价。综上所述，已有装配式建筑施工风险评价方法缺乏全面考虑和主客观兼备的计算，而装配式建筑施工过程较为复杂，导致了风险存在多样性、耦合性和易变性等，故难以满足装配式建筑施工过程中的风险管理要求。

随着我国建筑行业法律和制度的完善，健康、安全和环境管理模式在大型项目中被广泛应用，其核心是风险评价，最大限度地掌控风险，减少事故的发生[9]。而作业分解结构-风险分解结构（WBS-RBS）作为一种有效的分析方法，可以克服其他方法的不全面性[10]，再结合层次分析法（AHP）-熵权法[11]得到主客观兼备的综合风险评价指标权重。因此，本文将构建基于WBS-RBS与组合权重的装配式建筑施工HSE风险评价模型，并以润景苑装配式示范住宅项目为例进行验证，较好地解决装配式建筑施工风险评价问题。

1 装配式建筑施工HSE风险评价体系

装配式建筑在施工过程中存在许多不确定的风险因素，这些风险因素涉及人员的健康、施工过程安全以及环境保护。在结合《生产过程危险和有害因素分类代码》《企业职工伤亡事故分类标准》《职业病危害因素分类目录》等标准，通过查阅国内外装配式建筑施工风险的已有研究成果和咨询相关的专家学者，从健康、安全、环境三方面识别出19个风险评价指标，构建了装配式建筑施工HSE风险评价指标体系[12~22]，如图1所示。

图1 装配式建筑施工HSE风险评价体系

2 装配式建筑施工HSE风险评价模型

2.1 基于WBS-RBS的风险识别

风险管理的基础是风险识别，装配式建筑施工是一项复杂的工程，施工风险受多个指标影响，而同一类指标在不同的施工阶段也会带来不同的影响。WBS纵向覆盖全过程，科学合理将整个过程分解为各个单元；RBS是根据WBS的建成原理演变而来，横向覆盖施工全过程，对风险因素进行分解和划分。采用WBS-RBS法可以系统、全面地辨识装配式建筑施工风险，是一种既全面又具体的工程风险辨识方法。主要步骤为：

（1）构建WBS，研究装配式建筑施工结构特点、工艺和工作流程，把装配式建筑施工过程从上到下逐层分解为相互独立又相互影响的作业单元。

（2）构建RBS，将装配式建筑在施工过程中存在的风险进行逐层分解和细化，并将其分类。

（3）构建WBS-RBS耦合矩阵，WBS为耦合矩阵的列向量，RBS为耦合矩阵的横向量，耦合矩阵元素aij表示装配式建筑第j个作业单元存在第i种风险因素的情况，具体如表1所示。

表1 WBS-RBS耦合矩阵

2.2 风险衡量

风险度是对风险造成的损失和风险发生的概率进行了量化，根据《建设工程项目管理规范》（GB/T 50326-2017）中，风险度的大小D可以由风险造成损失C和风险发生概率P来确定，即：

利用式（1）可对WBS-RBS耦合矩阵中的作业进行风险衡量。其中P、C取值为1~5，具体赋值含义如表2所示；D可反应风险等级，本文采用5级风险标准界定风险等级[23]，其取值如表3所示。

表2 P和C的取值及含义

表3 风险等级D取值及语言描述

2.3 利用AHP-熵权法确定权重系数

层次分析法（AHP）虽然是一种简单且系统性较强的方法，但实际上是一种主观赋权的方法，根据专家的知识和经验进行赋权，使得给出的指标权重难以克服主观因素的影响。熵权法是一种客观的赋权方法，其准确性主要来源于原始数据的内在规律，使得评价过程能够有较强的数学理论依据支撑，评价结果更具有客观性。但熵权法不能反映专家的实践经验，所得结果可能与实际不相符与，并且熵权法相对主观赋权法而言形成较晚。因此，本文将AHP和熵权法相结合的方式得到主客观兼备的综合权重，在一定程度上避免层次分析法主观性较强的缺点，使得评价结果更加科学准确。

2.4 风险度计算

通过式（1）确定风险值D，再应用AHP-熵权法计算综合权重系数λ，计算公式如下：

式中，i为风险源序号；j为作业单元序号；Dj表示j个作业单元的风险度；λi和Di分别表示第j个作业单元的第i种风险评价指标权重系数和风险值；n表示第j个作业单元施工中存在的风险评价指标的个数。

3 工程实例

3.1 工程概况

兰州市榆中县润景苑项目，是甘肃省装配式建筑示范项目，占地面积19663m2，建筑面积为76437 m2，其中，地上56639 m2，地下19798 m2。建筑结构为全装配式混凝土结构，建筑规模大，施工过程繁琐，技术要求高，具有一定的代表性。

3.2 基于WBS-RBS的风险识别

（1）构建WBS。根据预制构件从制作、运输到安装的过程，可以将装配式施工分解为构件的制作W1、运输W2、存放W3、安装W4和吊装W55个阶段。

（2）构建RBS。利用HSE风险评价体系，分别以健康、安全、质量为准则层共识别出图1所示的19个评价指标。

（3）构建WBS-RBS耦合矩阵。

3.3 风险衡量

采用专家打分法，邀请从事装配式建筑行业且参与并了解此项目的9名管理人员，对风险发生的概率和造成损失的大小进行打分，为了保证数据的准确性，去掉一个最高分和一个最低分，剩余7组数据求平均值，结合根据式（1）计算的风险度，得到装配式建筑施工WBS-RBS耦合矩阵，如表4所示。

表4 装配式建筑施工WBS-RBS耦合矩阵

3.4 AHP-熵权法确定权重系数

3.4.1 AHP法确定权重系数

以构件安装阶段W5作业单元为例进行耦合分析，W5存在风险因素有：R1、R2、R3、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R14、R15、R17、R18、R19。

（1）采用专家打分法，邀请9名经验丰富的从事相关专业的专家，将评价要素按照1~9标度法两两比较进行打分，为了保证数据的准确性，去掉一个最高分和一个最低分，剩余7组数据求平均值，构造安全S的判断矩阵A。

（2）计算判断矩阵A的归一化相对重要度向量T：

（3）计算判断矩阵A对应的最大特征根λmax。

（4）为了验证判断矩阵A的内部合理性，对其进行一致性检验：

其中R.I为平均随机一致性检验指标，如表5所示。

表5 平均随机一致性指标

C.R<0.1，说明判断矩阵A通过一致性检验，内部逻辑合理。

3.4.2 熵权法修正评价指标权重

（1）将判断矩阵A归一化处理。

（2）计算准则层要素构件安装阶段W5对应下级指标的信息熵和熵权

（3）计算准则层要素构件安装阶段W5对应的下级指标的修正权重，求得各指标的修正权重。

同理，按照上述方法，可求得装配式建筑施工HSE风险评价指标体系中各级评价指标的信息熵、熵权、指标权重和修正后的指标权重，其计算结果如表6和表7所示。

表6 标准层评价指标信息熵、熵权、指标权重、修正权重

3.5 风险度计算与分析

根据表4、表6和表7，得到风险值的大小与准则层和指标层的权重。其中，总权重的大小由准则层的权重和指标层的权重乘积可得；综合风险度排序由风险值D和总权重乘积的值的大小进行排序，如表8所示。

表7 指标层评价指标信息熵、熵权、指标权重、修正权重

根据式（2）和表8中各因素总权重和对应的风险，计算得到作业单元W5的风险度DW5=7.514，介于6~10之间，由表3可知，W5处于中等风险，通过对单元作业风险度的计算，得到以下结论：

表8 W5的风险因素权重和风险值

（1）W5虽然处于中等风险，但其中安全意识淡薄R14属于较高风险，对构件的安装影响较大。为了确保该工程项目顺利施工，做到防患于未然，提出以下建议：一是安全宣传，齐抓共管，部门领导首先要树立正确的安全意识，将安全放在首位，把安全工作落得实处，保证不安全不开工，在无形中影响施工人员对安全的认知程度。安全管理人员应对相关的法律法规进行宣传，将安全放在首位的思想灌输给施工人员，使施工人员从思想上进行一个转变，化被动为主动；二是强化安全教育培训，对于安全培训的内容应该做到有针对性，培训的方式应该具有多样性。提高施工人员对安全教育的积极性，对风险有一个更加清晰的认识和了解，做到举一反三，安全意识得到进一步的加深和巩固；三是安全文化营造，要坚持做到安全生产“年年讲、月月讲、天天讲和时时讲”，形成良好的安全文化氛围，施工人员生活和工作在这良好的氛围中，安全意识就会随之提高；四是奖惩机制的推广运行，要制定奖惩机制，对于严格遵守规章制度的人员，应给予相应的肯定和奖励，而对于违反规章制度的人员，应给予相应的警告并采取一定处罚。

（2）同构件安装阶段W5一样，可以确定其他作业阶段风险度和作业阶段存在主要风险，从而掌握不同施工阶段装配式建筑的具体风险状况，提出相应的应对措施，以此提高装配式建筑工程施工HSE风险管理水平，防止事故的发生。当各阶段的风险度确定之后，将其进行排序，重点把控风险度靠前的工作阶段，把握主要矛盾和矛盾的主要方面，加强管理和风险防范。

4 结语

本文基于装配式建筑工程HSE的管理模式，建立了装配式建筑工程施工风险评价体系，既考虑到了人员健康、安全，同时也考虑到对环境的影响，方便工程项目HSE风险管理。采用WBS-RBS耦合矩阵的方法，对装配式建筑施工过程中的风险进行分解，并引入AHP-熵权法得到主客观兼备的评价指标综合权重，使评价过程更加全面、系统和科学。实例显示评价结果与实际相符，该评价方法能准确判别风险等级，对装配式建筑施工具有指导意义，同时为装配式建筑风险管理提供了新思路和依据。