基于G1-CRITIC-FCE的装配式建筑吊装作业施工安全风险评价*

张杰辉 魏 炜 陈 珂 张 新 李坤伦

(1．福建工程学院管理学院，福建 福州 350118；2.华中科技大学土木与水利工程学院，湖北 武汉 430074；3.福建省茂宏建设工程有限公司，福建 福州 350028；4.福建闽清一建建设发展有限公司，福建 福州 350001)

1 概述

装配式构件基本上是在装配式构件工厂中生产制作完成，然后通过不同的运输方式运到施工现场，根据需求进行吊装作业，这不仅改善了传统施工现场的杂乱，同时也增加了吊装作业的次数。此外，由于装配式建筑吊装构件质体都较大，且形状不规则，装配式建筑吊装安全风险管理已成为现场施工管理的研究热点。

目前，国外对装配式建筑的研究主要涉及建筑的防火性[1]和抗震[2]，我国则主要集中在成本、进度、质量三个方面，对施工安全方面的研究较少，现有的安全研究重心是施工过程安全指标体系的建立和评价。常春光等基于BDD结构计算安全风险事故率和基本事件重要性，实现了装配式建筑施工过程安全风险的定性和定量分析。陈伟等应用层次分析法(AHP)和灰色聚类评价法，构建了装配施工安全评价指标体系，对指标进行排序，并根据不同的安全风险采取对应的措施来降低安全事故发生概率。黄桂林等结合装配式建筑施工过程安全风险因素，构建了装配式建筑施工过程的安全风险指标体系并结合实际案例，客观评价安全风险状况，诊断安全隐患。刘明强等采用人—机—料—法—环境5个要素确定装配式建筑安全预警指标体系，并通过相关数据验证模型的有效性，提高了装配式建筑吊装作业水平。Miao Zhen等利用BIM和RFID方法对装配式建筑的施工、人身安全、基础施工安全、临时支撑布置和吊装安全进行管理。潘丹等根据施工情况，综合运用根理论、熵权法和结构方程模型构建了安全性能评价指标体系，在实际工程的安全性能评价中运用此模型，验证了模型的可靠性。

在我国现有的装配式建筑施工安全指标体系研究中，吊装安全只是评价指标体系的一部分，对其本身没有进一步研究。然而，吊装事故是装配式施工现场较为严重、难以控制的危险源之一。造成事故的原因有很多，有必要深入研究。

综上所述，学者从影响装配式建筑的安全事故、安全预警等方面对装配式建筑安全进行了研究，而有关装配式建筑施工吊装作业阶段的安全风险的评价研究较少。因此，本文应用G1-CRITIC-FCE法，对装配式建筑吊装作业阶段的安全风险进行综合评价，并针对吊装作业主要的安全风险提出应对策略，为吊装作业施工人员及施工企业提供参考，有效降低吊装安全事故的发生率。

2 评价指标体系的构建

影响装配式建筑吊装作业安全的风险因素包括很多方面，本文根据装配式建筑吊装作业的特殊性，采用文献研究法初步构建指标体系，在相关研究成果[3-13]与2018—2021年全国建筑施工安全事故统计资料的基础上，结合专家意见及自身的装配式建筑工程实践经验，以及JGJ 59—2011、GB/T13861—2022等国家技术标准，评估指标体系的建立流程过程如图1所示，根据流程图建立装配式建筑吊装作业施工阶段的安全风险评价指标体系，将影响因素概括为人员因素(P)、机械技术因素(T)、环境因素(E)、管理因素(M)四大因素,并细分为若干安全风险因素作为二级指标，如表1所示。

图1 评估指标体系建立流程

表1 装配式建筑吊装作业安全影响因素

续表

3 基本理论及方法

确定指标权重是风险评价过程中一项重要的工作，确定指标权重的方法主要有主观、客观及组合赋权法。本文充分考虑主客观因素，采用G1法与CRITIC法进行组合赋权。与其他方法相比，计算过程既能考虑到专家根据工程经验及结合工程实际情况赋予的权重，又能不失客观性，结果直观易理解，适用范围广。

3.1 G1法

G1法由我国学者郭亚军最早提出，是一种对层次分析法(AHP)的缺陷进行改良的一种新的主观权重赋值法，G1法能很好地避免AHP法中一致性检验难以通过的问题，也避免了其中大量的计算。

3.1.1 序关系

3.1.2 计算指标的相关重要程度

(1)

Wn代表序关系排序中第n个指标的权重。

表2 指标重要性评分量表

3.1.3 确定单个指标权重

根据以上步骤，按专家给出的序关系分别计算出第一层的指标及第二层的指标，并确定各个指标层下的各个指标的权重。根据相关重要程度，计算得出单个指标权重系数：

ωn-1=Rnωn

(2)

3.1.4 确定群决策权重

(3)

3.2 CRITIC法

CRITIC客观赋权法是依据指标层间相关性的重要性准则来计算权重的一种客观赋权法。CRITIC 法适用于有一定的关联关系的数据，相较于熵权法、变异系数法等传统的客观赋权法，其不仅能够表征指标变量自身的离散程度，且可以衡量指标间的冲突性，使计算结果更加合理，具体步骤为：

①数据归一化处理，为了便于数据处理分析，将负向风险指标，如超负荷吊装等进行正向化处理：

(4)

②计算对比强度：

(5)

③计算冲突性指标。第j个指标和第i个指标之间的相关系数：

(6)

(7)

④计算指标信息量，各个指标的客观权重是以对比强度和冲突性来综合衡量的。设Di表示第i个评价指标所包含的信息量，则Di表示为：

(8)

⑤计算指标权重，即：

(9)

式(9)中，ωbi是指标i的客观权重。

主观权重法能够考虑决策者的工程经验，从而灵活多变地调节指标主观权重；客观权重法充分挖掘指标数据的信息量，具备较强的理论依据。为了避免过强的主观性评价或脱离工程实际的情况出现，采用了兼顾两者优势的平均权重法确定主客观占比，体现了评价的科学性和合理性，因此各项指标的组合权重为：

(10)

3.3 模糊综合评价(FCE)模型

模糊综合评价法(FCE)是一种根据模糊数学的综合评价方法。FCE法根据模糊数学中所提出的隶属度理论，将各个指标的定性评价转变为能由数据直观展现的定量评价。在装配式建筑吊装作业施工过程中，各安全隐患的排查和安全风险评价是一个系统问题，评价过程中会出现许多由主观意识主导的问题，这些问题往往具有不确定性与难以量化进而难以评价等特征，模糊综合评价采用了模糊数学中的隶属度最大原则能直观且方便地解决问题。

3.3.1 建立评价指标集

根据装配式建筑吊装作业安全风险建立评价指标集，确定评价因素集。每个第一层评价指标下有多个不同的次级评价指标，假设第一层评价指标的集合为B={B1,…,Bn},Bi表示第一层评价指标中的第i个(1≤i≤n)指标，设某个第一层评价指标下的次级评价指标的集合为Ci={Ci1,Ci2…,Cij…，Cin}，j=1，2，…，n，Cij表示指标Bi下的第j个二级指标，n为相应的二级指标个数。

3.3.2 构建评价集

根据装配式建筑吊装作业安全风险评价指标体系，确定评价因素集Y=(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5),结合装配式建筑施工吊装作业阶段的综合安全风险情况，将风险程度划为五个等级，依次为“低风险级”“较低风险级”“一般风险级”“较高风险级”“高风险级”。通过FCE隶属度量化，如表3所示。

表3 吊装作业风险评语集

3.3.3 隶属度

由于装配式建筑吊装作业安全风险的指标难以量化，所以需要采用模糊法来确定隶属度：采取装配式建筑安全领域专家事先给定的评语集对各评价指标进行精准分级，依次统计各个评价指标在各个评级中的频数，如指标μij在评价等级Y1的频率数为Zij1，则该评价指标μij对该评价等级Y1的模糊隶属度为Zij1与邀请评价的专家总数N的比值：

rij1=Zij1/N

(11)

经过计算可得到该指标层的模糊评价矩阵：

对该模糊评价矩阵进行向量归一化处理。计算公式如下：

(12)

将计算得出数据根据公式进行处理，能得到矩阵R。

根据G1-CRITIC法计算出的综合权重，分别构建各评价指标的权重集。

一级权重指标指定为ωB,所以

ωB=(ω1,ω2,…，ωi，…，ωn)

公式中，ωi是第i个第一层的评价指标的权重。

第二层的评价指标权重集为ωci,其中，ωij为第一层评价指标Bi下的第j个第二层的评价指标的权重。

ωci=(ωi1，ωi2，…，ωij，…，ωin)

3.3.4 模糊综合性评价

对所有的Bi进行单个因素的模糊综合评价，对应的计算公式为：

Ri=ωBi·C

(13)

组合Ri构建隶属度矩阵R,表示为：

进行整体的模糊综合评价，其计算公式为：

U=ωB·R

(14)

基于G1-CRITIC-FCE法的装配式建筑吊装作业安全风险综合评价流程图如图2所示。

图2 装配式建筑吊装作业安全风险评价流程图

4 案例分析

4.1 工程概况

项目名称为“中国铁建·海语印象”，上部结构类型为钢筋混凝土结构，预制率为20%。本项目1～12#楼、P-3#楼、P-4#楼及Y-1#楼采用装配式建造，总装配面积为133481.8m2，预制混凝土总用量为10395.26m3。

4.2 装配式建筑吊装作业安全风险评价

①运用G1法和CRITIC分别计算，最后用式(10)运算，可得每个指标层中的评价指标的权重，如表4所示。

表4 各级指标权重列表

②构建评价指标集

B=(P,T,E,M)

P=(P11,P12,P13,P14,P15,P16,P17)

T=(T11,T12,T13,T14,T15,T16,T17)

E=(E11,E12,E13,E14,E15,E16)

M=(M11,M12,M13,M14,M15,M16,M17)

③构建风险程度评价集

本文将风险等级划分为5级，分别为“低风险级、较低风险级、一般风险级、较高风险级、高风险级”，并使用模糊综合评价中的隶属度公式进行量化，得Y={1,3,5,7,9}，如表3所示。

④构建判断矩阵，根据8位行业内安全领域的专家的打分表(表5)，整理结果如下。

表5 装配式建筑安全专家打分表

⑤构建模糊关系评价矩阵，计算结果如下所示：

⑥根据式(13)计算评价结果。一级指标风险如下所示：

RP=ωP·CP=[0.5338 0.2865 0.1567 0.0230 0.0000]

RT=ωT·CT=[0.2687 0.3892 0.2509 0.0912 0.0000]

RE=ωE·CE=[0.1070 0.2772 0.5227 0.0774 0.0157]

RM=ωM·CM=[0.1053 0.5928 0.1544 0.1475 0.0000]

根据式(14)综合评价结果如下：

U=ωB·R=[0.3165 0.3793 0.2277 0.0741 0.0024]

根据模糊综合评价(FCE)中的最大隶属度原则并结合计算结果可得，该装配式项目吊装作业施工阶段的整体安全风险评价结果为0.3793，安全风险为“较高风险级”，该项目的人员因素风险最大值为0.5338，为“高风险级”。机械技术因素风险最大值为0.3892，安全风险等级为“较高风险级”。环境因素风险最大值为0.5227，为“一般风险级”。管理因素风险最大值为0.5928，为“较高风险级”。从各因素分析该装配式项目吊装作业的安全风险，风险由高到低排序顺序为：人员因素>管理因素>机械技术因素>环境因素，其中人员因素中的最高风险项为塔吊操作人员的精神状态和塔吊操作人员的专业操作水平。

5 结果分析

可见，此项目装配式建筑吊装作业安全综合评价值为0.3793，为“较高风险级”，虽然安全风险评价为较高，但是人员因素中的P16=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、P17=[ 0,0.125,0.625,0.25,0 ]和机械技术因素中的T11=[ 0,0.25,0.625,0.125 ]、T14=[ 0,0,0.75,0.25,0 ]、T15=[ 0,0.125,0.375,0.5,0 ]、T16=[ 0,0.25,0.625,0.125,0 ]的安全风险评价为“一般风险级”，意味着该项目存在安全隐患，应该进一步完善管理措施。

可见，吊装作业人员技术水平及安全意识、吊装的荷载等对第一层的安全风险影响最大，因此要根据工程实际情况做好以下四个方面的安全防范工作。

5.1 人员因素

根据计算出的权重来看，影响最大的是塔吊司机的精神状态。人的身体及精神素质是影响人类工作、生活的重要因素。工地上的起重机每天需要爬到数百米的高度,攀爬过程中风险重重,塔吊司机基本上要在高空作业至少8个小时甚至更长时间,在对外部环境的感知上更为敏感。长时间且高度紧张的工作状态会给他们的生理和心理带来双重压力，这将极大地影响他们的工作精度和工作效率。因此，现场管理人员需要为塔吊司机制定合理的时间表，以避免安全事故的发生。同时，还需要提高塔吊作业人员技术操作水平及个人安全认知，加快进行并落实企业内部工人的专业技术技能及安全教育培训。

5.2 机械技术因素

从计算出的权重看，超负荷吊装为影响安全的重要因素。影响起重机械过载作业的因素包括指挥判断错误、驾驶员专业技能欠缺、重进度轻成本轻安全、技术方案不当、吊车选型不合理等。由于施工任务多，吊装工作量大，吊装环境比较恶劣，所以，为了降低施工成本，施工公司往往以较低的机械成本来完成较大的现场工作量。在一定程度上，机械设备被动超载，导致机械设备长期损耗，进而造成机械操作功能受损，安全性大大降低。如机器未得到及时维修，很可能造成安全隐患。机械超载是施工现场安全管理的重要组成部分，避免安全事故的发生，管理层应当给予足够重视。除此之外，还应加大新型吊具的研发力度，创新吊装工艺，如根据不同工程类型研发的专用吊架及夹具都能显著提高吊装作业施工现场的安全系数，降低安全风险。所以，创新吊具和吊装作业的工艺是降低装配式吊装作业施工安全风险的重要举措。

5.3 环境因素

对于影响施工空间作业范围的情况，需要与其他施工工区协商并采取临时措施。提前设置作业范围，在解除操作之前,可以利用现代监测技术对范围内的不安全隐患发出警报,以便现场安全管理人员进行安全管理，消除安全隐患。同时还应注意夜间施工的可视性及施工现场布置的合理性，以提高安全系数。

5.4 管理因素

装配式构件是施工过程中的一个重要环节，装配过程也是安全事故频发的一个环节。因此，有必要加强对施工现场吊装的安全管理，以满足施工现场对吊装机械的实际要求。现场相关人员必须正确佩戴相应的安全防护工具。除此之外，还要加强装配式建筑吊装作业时的安全监督，管理人员应严格执行塔吊司机持证上岗和继续教育制度，并且启用考核奖惩机制，加强对吊装作业人员的专业操作技术培训，通过模拟施工、VR、安全教育宣传片等多种措施提高吊装作业人员的安全意识和专业技术水平。

6 结束语

本文对装配式建筑吊装作业安全风险进行了研究，采用文献研究法、专家咨询法对吊装作业施工的安全风险因素进行识别，分别确定了人员因素、机械技术因素、环境因素和管理因素下的27个主要安全风险因素，并应用 G1-CRITIC-FCE法对具体项目的吊装作业阶段进行安全风险评价。本模型对具体装配式项目吊装作业阶段的安全管理状况进行定量评价，并通过评价结果提出相应的整改措施。研究结果表明，该项目综合风险属于较高风险级别，针对该项目高风险系数的指标提出了相应管控措施，对同类型项目的安全风险管控具有借鉴意义。