基于结构熵权-ABC的装配式建筑施工安全评价

邵怡铭 李 坤 毛国阳

（山东理工大学建筑工程学院，山东 淄博 255049）

随着国家住房和城乡建设部《建筑业发展“十三五”规划》文件的出台，智能化建设理念被提出，与此同时，建筑业开始朝着智能化、产业化、集成化、信息化等方向的发展。近年来，我国装配式建筑工程的数量不断增多，尽管这一趋势在一定程度上增加了建筑行业发展的收益，但在深入研究中发现，装配式建筑施工仍存在大量的安全隐患，这些隐患不仅会导致工程施工出现风险，还会降低工程施工质量[1]。因此，在工程建设中，如何降低和消除各种安全隐患，防止工程建设中出现安全事故，成为施工方的研究重点[2]，因此，本文将通过结构熵权-ABC，设计针对装配式结构建筑的施工安全评价方法。

1 装配式建筑工程概况

所选的实验对象为某民居住宅建筑，建筑概况见表1。

表1 装配式建筑概况

为避免此项目在施工中出现安全事故，打造地区一流工程项目，下文将设计基于结构熵权-ABC的评价方法，对此建筑在施工中的风险进行全面、综合的评估（以8栋建筑中的其中一栋建筑为例）[3]。

2 基于结构熵权-ABC的装配式建筑施工安全评价

2.1 建立装配式建筑施工安全评价体系

由于装配式建筑施工本身具备装配精度高、堆场需求大、工序复杂等特点，因此会造成施工现场存在诸多的安全隐患，例如预制构件倒塌、吊装机械伤害等[4]。针对这些问题，通过对装配式建筑施工全寿命周期进行分析，确定装配式建筑施工安全评价中的各项指标。装配式建筑施工全寿命周期即通过设计单位对装配式建筑进行设计，PC 构件通过工厂批量化生产后运送到项目施工现场进行堆放、吊装、搭接、灌浆连接等关键步骤，但由于影响工程质量和安全的因素诸多，现有构建的安全评价体系结构相对复杂[5]。针对这一问题，通过结合德尔斐专家调查法和结构熵权法，确定装配式建筑施工安全评价体系，如表2所示。

表2 装配式建筑施工安全评价体系

2.2 基于结构熵权的指标权重分配

结构熵权法是将专家调查与模糊分析相结合，将得到的结构由专家进行盲度分析[6]。图1为结构熵权运行原理图。

图1 结构熵权运行原理图

经过模糊分析，减少权重计算时的不确定性，对专家排序结果进行“盲度”分析，再进行模糊处理，以降低权重计算中的不确定度。根据德尔斐法的程序和要求，对n个评价对象生成相应的专家问卷[7]，由政府、大学研究院和建筑企业分别派出q名工作经验丰富、专业理论水平突出的专家参加调查评价，按次要指标的重要性排序，按各小组的权重进行评分，形成一套指标数集，并将其记为A={α1,α2,…,αn}。每一组专家指标数集都对应一个典型的排列数C，C 的表达式为C(C=cij)k*n，其中i 的取值为1,2,3，……，j 的取值为1,2,3，……，cij表示与专家i 对某一指标j 给出的评价结果。由于专家评价矩阵存在潜在的偏差和溯源数据的不确定性。对上文得出的专家评价集进行定性定量转化，计算各专家评价指标的因素隶属度：

上述公式中，x表示为专家对各安全因素评估得出的权重定性排序数，x的取值为x=1,2,3，……。假设存在m=n+2 的关系，在此基础上，将x=cij代入到上述公式（3）中能够进一步得出cij定量转化后的数值dij。dij可通过dij=Π(cij)等式计算得出，dij可用于描述重要排序数的隶属度。根据上述论述，结合矩阵C 计算得出相应的隶属度矩阵D，D的表达式为D(D=dij)k×n，其中i的取值为i=1,2,3，……，j的取值为j=1,2,3，……。假设每位专家都具有相同的话语权，即在评价过程中，认为专家看法一致，则可以进一步计算得出平均认识度dj，其表达式为：

假设某一专家组i 对于某一指标bj的认知当中存在的不确定性为“盲度”，并将其记为Ψj，则Ψj的表达式为：

对于每一项指标αj，定义q 名专家对其的“总体认识度”为σj(σj＞0)，计算公式为：

在上述公式基础上，对其进行归一化处理，其公式为：

通过公式（8）归一化处理得到的结果即为每一项指标通过结构熵权计算得到的权重结果，以此实现对装配施工安全评价指标权重的划分。

2.3 基于ABC法的安全风险类型划分

ABC 分类法又称帕累托分类法，其主要通过对决定一件事物属性所占权重的不同，将各因素分为A、B、C 三级，分别将其以重要、次要、一般命名[8]。并将由式(8)得出二级指标αj的权重ξj按降序排列，经累加得出安全风险评价指标的累加权重γ，根据表3进行分类。

表3 基于ABC法的安全风险类型划分

根据安全风险评价指标类别对建筑总过程进行分类管理。A级风险属于重要风险，应当在施工前后期都做好重点监管；B 级风险属于次要风险，对于管理者和施工人员都应当有所注意；C 级风险属于一般风险，在项目施工过程中应当注意，对项目的整体施工管理起到参考作用。

3 实证分析

搭建基于结构熵权-ABC 分类法的智能建造装配式建筑施工安全评价体系将通过BIM 技术、物联网技术和5G技术相结合搭建数据云平台，将装配式建筑工程施工过程评价体系全过程上传到云平台中进行专家打分和数据处理，后根据风险等级对装配式建筑施工现场提供安全管理意见。

3.1 确定指标权重

在专家的建议下，建立了一个典型的排序矩阵。邀请15 名具有丰富经验、理论水平突出的装配式建筑安全风险管理专家，将15名专家随机分成5个小组（每个小组3 名专家），由不同的专家对5 项一级指标进行独立的排序。采用熵方法进行指标盲度分析，并在此基础上，对其进行综合识别。通过上述方式得到指标权重值，如表4所示。

表4 评价指标权重

3.2 评价结果

此次活动邀请了10名对装配式建筑安全风险有一定了解的专业人士参加，并以问卷形式对其进行评估。在已知此工程在施工中的安全风险为“C”级的前提下，按照上文提出的步骤，对该项目施工进行评价，评价结果如表5所示。

表5 建筑施工质量评价结果

3.3 智能建造与安全评价应用场景创新

广义上智能建造是指建筑生产全寿命周期中，运用BIM 技术为代表的信息化技术开展的工程建设活动。

狭义上智能建造是指在设计阶段和施工建造阶段，以工程建设项目主体为中心，运用BIM、物联网、大数据等信息技术，如图2所示。

图2 智能建造应用场景创新

在此基础上，明确基于结构熵权-ABC分类法的智能建造装配式建筑施工安全评价体系，从施工现场实际出发，依托物联网、互联网、云计算、大数据、传感技术等新型信息手段，以BIM技术为核心，借助智能监测设备、传感器、移动通信终端等产生的实时数据流，为建设项目工地提供数据支持，保证发挥各施工节点信息的共享和协同功效，实现施工现场安全精细化管理。

4 结语

在安全评价体系中，各种业务系统的应用呈现碎片化，各个模块的组合和相互关系并不紧密，导致各项安全评价指标缺少交互性和联动性，无法实时地了解相关评价数据的变动情况与变动影响程度，不能充分发挥大数据的共享和协同功效，数据价值无法得到充分应用，不利于智慧工地的长期发展。为解决此方面问题，开展了此次研究，得到以下结论：

根据表5建筑施工质量评价结果中的各个施工阶段累加权重可知，各个阶段的累加权重值均在85%～95%之间，证明该项目的施工风险等级为“C”级，与已知的该项目施工风险等级完全一致，证明此评价方法在应用中得到的评价结果具有可靠性。