基于层次分析法的高层建筑施工安全风险评估

陈彤瑞

(咸阳职业技术学院,咸阳 712000)

高层建筑形式多样、施工周期长、交叉作业多、施工程序复杂、涉及单位多,在施工过程中存在着一定的安全风险,有必要对其进行安全风险评估,以降低风险发生率。查阅相关文献发现,高层建筑施工的安全风险评估主要从安全投资、动态预警、财务风险及工期成本等角度进行[1],研究方法包括定性评估、数学算法等,对风险规避具有一定的参考价值。高层建筑的施工安全风险呈动态变化趋势,需要不断识别出新的风险并消除。本研究结合高层建筑的发展现状,基于层次分析法,从人、材、环、管、技五方面对高层建筑施工中的安全风险进行评估,并提出安全风险防范重点,以更好地保障高层建筑的施工安全性[2]。

1 高层建筑施工安全风险评估指标体系的构建

层次分析法是一种决策支持技术方法,可以将复杂的决策问题分解为基本的组成元素并分层,将多种决策方案进行对比,并在定量或定性多个标准的基础上选择出最佳方案。由于采用的评估标准间可能相互冲突,最佳替代方案通常不是对每个标准方案都进行优化,而是在所有标准中选择最佳折中的方案[3],且最优解可能随着决策者的变化而变化,如根据不同的要求,标准的相对重要性可能也会不同。如表1所示,通过深入研究高层建筑施工安全风险的影响因素,结合高层建筑的特点建立高层建筑施工安全风险评估指标体系。

表1 高层建筑施工安全风险评估指标体系Tab.1 Construction safety risk assessment index system of high-rise buildings

通过构造成对比较的矩阵来分配相对权重,其中将属于同一层级的所有元素(标准和子标准)相对于上级元素成对进行比较。层次分析法判断矩阵的标度含义分析如表2所示[4],其中单个比较的结果是aij优势系数,它表示元素i相对元素j而言的重要性。

表2 层次分析法判断矩阵的标度含义Tab.2 Scale meaning of AHP judgment matrix

为了确定aij系数的值,可以使用九标度法,将前9个整数与尽可能多的能够表达比较可能结果的判断相关联。考虑到n个元素,对比的一般矩阵W是平方矩阵(n×n),如果矩阵W是一致的(满足互易性及传递性的性质),其已知元素aij等于权重ωi/ωj的比率,则

Wω=λmaxω

(1)

其中λmax是最大特征值,是唯一的非零特征值,等于矩阵的n阶。W是相关的特征向量,对应权重的向量,即搜索变量的向量。通常,aij存在不一致性的定性判断,可以根据式(1)获得权重的近似估计。专家分配给ωi/ωj比率的值的一致性取决于λmax和n之间的偏差,当判断一致时,该偏差趋于零。一致性指数CI由式(2)给出。

CI=[1/(n-1)](λmax-n)

(2)

随着不一致性的增加,CI值也会增加。将CI与随机一致性指数进行比较,5阶判断矩阵为1.12。一致性比例CR可以根据式(3)获得。

CR=CI/RI

(3)

如表3所示,组装决策矩阵的阶数为5×5(具有5个备选方案和5个判断标准),在层次分析法的逻辑下,其元素是通过每个标准C5(j=1,2,…,5)的备选方案A5(i=1,2,…,5)中的比较矩阵获得的。

表3 一级指标判断矩阵Tab.3 First-level index judgment matrix

计算指标综合权重并对其进行一致性检验。可通过分层组合原理计算备选方案的总权重,即每个元素的局部权重乘以相应的上层元素的局部权值,再将乘积相加。二级指标对一级指标的权重向量为:

已知一级指标对目标层的权重W(1)及二级指标对一级指标的权重W(2),则二级指标对目标层的综合权重向量的计算公式为:

W=W(2)W(1)

(4)

由此可得综合权重向量W=[0.01,0.05,0.02,0.02,0.01,0.01,0.02,0.06,0.17,0.10,0.01,0.02,0.04,0.23,0.03,0.12,0.08]T。同样取CR=CI/RI,计算得出CR=0.028<0.1,说明二级指标同样具有满意的一致性。

2 高层建筑施工安全风险评估

通过专家评分法对高层建筑施工安全风险进行评估。为了便于专家判断和评分,制定了合理的评估准则,使用了统一的判断标准。根据调查阶段15位专家的评分结果,最终的权重计算结果如表4所示。

表4 高层建筑施工安全风险因素综合权重Tab.4 Comprehensive weight of construction safety risk factors of high-rise buildings

3 结论

运用层次分析法对高层建筑施工安全风险因素进行分析,评估结果表明,一级指标权重从大到小的排序依次为人为风险因素>环境风险因素>材料及设备风险因素>管理风险因素>技术风险因素。尽管基于层次分析法的高层建筑施工安全风险评估可以提高安全管理的效率,但对危险源进行识别和管理仍存在一定困难,有待进一步研究讨论。