基于FAHP法的超高超重支模架施工风险识别及防范研究

王永祥 张 涛 王静怡 倪瑞远 曾 愉 钟楚欣 韩子凡

华东交通大学土木建筑学院 江西 南昌 330033

近年来，我国建设工程领域相关研究者对支模架施工安全现状进行了深入分析和研究，并建立起支模架工程远程坍塌监测分析和预防系统[1-2]。同时吴耀兴等[3]利用模糊评价法建立支模架施工评价体系，对支模架事故风险控制进行研究。杨娜等[4]利用Abaqus有限元思想建立支模架系统分析模型，判断模架体系中各部位构件的重要性。同样许多国外研究者们通过大量工程实例对高支模架安全施工展开研究，Yue等[5]对提升式脚手架进行风洞试验并得到相应的实验数据，发现风荷载对支模架整体安全稳定性具有显著的影响。Chandrangsu等[6-7]对脚手架整体体系进行测试研究，分析立杆偏心荷载对框架整体安全性影响大小。Gu[8]等运用BIM技术软件对模架安全事故发生概率进行预测分析。Yu等[9]利用门式钢管脚手架建立有限元的非线性模型，以提高支模架结构的安全性能。目前，国内外对一般规模支模架施工风险有一定研究成果，但针对超高超重支模架施工风险的研究甚少。本文基于此前提下，利用FAHP法对超高超重支模架施工风险识别及防范展开研究。

1 FAHP法

FAHP（Fuzzy Analytic Hierarchy Process，模糊层次分析法），是一种定性与定量相结合的系统分析方法。运用FAHP方法主要是根据多目标评价问题与总目标的自身性质，构成一个自下而上的递阶层次结构，从而将问题本身进行层次分解的一个分析过程[10]。该方法特别适合于解决多层次多因素复杂问题的综合量化决策分析过程，如多目标优化决策、风险评价等。运用FAHP法的步骤如图1所示。

1.1 建立递阶层次分析因素集

运用FAHP方法分析解决实际问题时，应将所需要解决的问题进行细部分化和模糊层次化，建立符合实际问题的模糊层次结构分析模型。FAHP层次因素通常划分为三类：

图1 风险指标权重值计算流程

1）目标层（A）：只有一个概念因素，是分析问题的目标结果。

2）准则层（Bi）：为实现目标层所涉及的所有中间环节，其中：i＝1,2,…,m。

3）指标层（bij）：为实现目标的各种实施方案和解决措施，其中：i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n。

1.2 构造判断矩阵

依据风险评价准则对单层次指标进行两两比较，确定指标层bij对准则层Bij影响大小[11]。aij表示bij对Bij的影响比值，矩阵A=(aij)n×n表示各因素aij值，如表1所示。

表1 风险评价准则

1.3 单层次一致性检验计算

1）建立判断矩阵A=(aij)n×n，并将A进行标准化后得到相对应的标准化矩阵：

2）利用公式Ic＝（λmax－n）/（n－1）计算一致性指标Ic，λmax为判断矩阵最大特征值。

3）查找相应的平均随机一致性指标Ir，利用公式Rc＝Ic/Ir计算出一致性比例Rc。当一致性检验值Rc＜0.1时，表示该判断矩阵一致性检验符合要求。

1.4 指标层因素模糊权重计算

假设准则层Bi指标因素个数为n，依据公式（1）计算出指标层bij各因素的模糊权重。其中Q～i表示指标层第i因素相对准则层的模糊权重值。

1.5 利用幂法迭代计算模糊矩阵排序向量

1.6 指标层汇总排序

设准则层Bi权重值分别为b1，b2，…，bm，指标层bij权重在准则层B中某一因素的模糊层次单排序权重值为b1j，b2j，…，bnj。则可以计算出指标层bij在目标层A中的总权重为：

2 模糊层次分析法在超高超重支模架实例的风险评测应用

2.1 工程概况

江西文化科技馆中心项目，总建筑面积247 530.74 m2，地下面积为47 403.71 m2。该工程支模高度超过18 m的施工项目有9个；施工总荷载超过20 kN/m2的有11个。所选工程混凝土模板支架支撑高度为29.3 m，梁宽0.4 m、高3.3 m，属于超高超重支模板支撑搭设。

2.2 模糊层次分析法评价因素集的构建

依据模糊层次分析法并结合安全和施工设计专家指导意见，对江西文化中心超高超重支模架施工现场的可能风险因素进行识别，并从以下4个方面构建风险因素递阶模型，如表2所示。

2.3 构造单层次判断矩阵并计算指标权重

2.3.1 构造判断矩阵

结合专家打分法与风险评价准则构造单层次判断矩阵，得到目标层判断矩阵A（表3），准则层判断矩阵Bi，通过计算各单层指标权重，并进行一致性检验，并得出相关结论。

表2 超高超重支模架施工风险性评价

表3 判断矩阵A

根据判断矩阵A，求出特征向量λ，表示准则层Bi的各风险因素的权值系数。即：

2.3.2 一致性检验

1）计算一致性检验指标Ic。

2）依据相对应的平均随机一致性检验指标Ir的取值，如表4所示。

表4 平均随机一致性检验指标Ir取值

3）由表4可知n＝4，Ir＝0.90，以此依据公式计算一次性比例Rc，Rc＝Ic/Ir＝0.006/0.90＝0.006 7。

因为|Rc|=0.006 7＜0.1，故认为该判断矩阵的一致性是可以接受的。

2.3.3 二级指标权重计算

同理，运用上述公式及方法，可以计算二级指标bij在准则层Bi中的各风险因素的权重，结果如表5所示。

2.4 单因素模糊综合评价

超高超重支模架施工风险性评价所建立的数学模型为二级模糊综合评价模型，因此应先对指标层bij与准则层Bi进行模糊综合评价。

表5 各级指标权重值汇总

2.4.1 指标层bij模糊因素评价

在对本指标层16个影响因素进行综合评价时，根据公式（1）以及江西文化中心现场调研数据计算可得，如表6所示。

表6 指标层bij因素评价结果

2.4.2 准则层Bi因素模糊综合评价

准则层Bi单因素评价结果由其包含的指标层bij因素综合决定，由表6可得到指标层中各子元素的综合评价矩阵Di。依据表5所确定的各指标层因素评价向量Qi，进行模糊变换Ei=Qi⊗Di，从而得出准则层各因素模糊综合评价的结果。

2.5 项目模糊综合评价

由模糊综合评价结果向量E可知：在准则层中评价指标权重大小的总排序为施工风险（B1）＞组织管理风险（B4）＞材料风险（B3）＞设计风险（B2）；而依据表5指标层累计权重大小比较可知，扣件锚固不当（b13）、立杆间距取值不合理（b22）、人员素质不足（b43）以及安全教育工作不够（b44）在整个评价指标体系中所占的权重比例较高。因此，在后续的高支模施工过程中，应更加关注上述主要风险点。

3 风险防范

运用模糊层次分析法得出了在整个风险评价体系中累计权重占比较高的4种风险影响因素，即：扣件锚固不当、立杆间距取值不合理、人员素质不足以及安全教育工作不够。

本文利用危险性等级评价标准（表7）去判定该风险影响因素对超高超重支模架安全管理施工的影响大小。依据风险因素的危险性评价大小，有针对性地给出相关的防范措施。

表7 危险等级评价标准

通过查阅相关文献和调研相关安全工程、高支模施工设计专家，综合考虑分析得出上述4项风险影响因素的诱发因素以及有可能造成的后果。依据表7危险等级评价标准有针对性地提出相对应的防范处理措施。

3.1 扣件锚固不当

1）危险等级：Ⅳ。

2）诱发的因素：施工单位不严格按照设计要求进行扣件锚固，要求扣件螺栓锚固力值不应小于40 N·m，也不应大于65 N·m。

3）可能造成的后果：造成大面积支模架垮塌，导致人员伤亡和财产损失。

4）防范措施：严格监督和检测扣件锚固力的大小，确保扣件螺栓锚固力值处于40 N·m与65 N·m之间。

3.2 立杆间距取值不合理

1）危险等级：Ⅲ。

2）诱发因素：在进行施工组织设计时没有严格按有关技术规范要求，导致立杆间距取值过大，不满足整体框架承载力设计值要求。

3）可能造成的后果：导致支模架整体稳定性不足，容易造成支架整体垮塌。

4）防范措施：严格按国家规范要求设计计算模架立杆间距，保证框架整体稳定性。

3.3 人员素质不足

1）危险等级：Ⅲ。

2）诱发因素：作业人员缺乏安全及防护意识，且对相关规范和技术要求理解不足。

3）可能造成的结果：作业人员没有足够的安全防护准备，导致安全事故的发生。

4）防范措施：加强现场施工人员安全意识及对应技术工作的指导。

3.4 安全教育工作不到位

1）危险等级：Ⅳ。

2）诱发因素：相关安全管理人员不重视安全教育。施工操作人员不重视安全教育。

3）可能造成的后果：造成施工人员发生安全事故，导致人身安全存在隐患。

4）防范措施：加强相关安全管理人员的安全教育观。加强“三级”教育安全培训。加强施工人员个人安全事故意识。

4 结语

论文基于超高超重支模架施工特征确定施工风险影响因素，采用模糊层次分析法对模架施工过程中存在的各种潜在风险因素进行模糊评价分析，得出以下结论：

1）利用模糊层次分析法对超高超重支模架施工现场的风险因素进行分析。对可能发生的风险因素进行模糊综合评价，得出准则层中的4个指标权重大小的排序，即施工风险（B1）＞组织管理风险（B4）＞材料风险（B3）＞设计风险（B2）。

2）通过对指标层bij的累计权重值大小比较，得到4个累计权重中相对较高的风险因素。即扣件锚固不当、立杆间距取值不合理、人员素质不足以及安全教育工作不够。

3）利用风险性等级界定标准对指标层累计权重值较高的4个风险影响因素进行风险等级评定，依据评定等级和诱发因素以及预估可能造成的风险后果，有针对性地提出相关风险因素的风险防范处理措施。

论文综合运用模糊层次分析法有针对性地对超高超重支模架施工风险因素进行预估和评判，减少了在风险评价过程中的人为主观因素影响，使得评价结果更加客观。