基于熵权—层次分析法的装配式水闸施工安全风险评价研究

黄远洪

(中科信德建设有限公司，四川 成都 610057)

1 概 述

在国家相关政策的支持下，装配式建筑得到迅速推广，在建筑领域得到了广泛应用，在水利工程领域，装配式建筑也处于高速发展期，在农业灌区工程中装配式水闸的设计及施工有效推动了工程施工进度[1]。与传统水利工程施工技术相比，装配式水闸对施工技术、施工环节设计提出了新的要求，因此对其施工环节中可能出现的问题或事故风险因素进行识别，建立行之有效的安全风险评价体系，对装配式水闸施工过程中参建方的行为进行约束和指导，有效降低施工事故，变得尤为重要。

装配式水闸在施工过程中与传统水闸工程相比，在施工工艺设计、施工技术要求、施工过程风险等诸多环节存在差异。主要是传统水闸施工现场管理粗放，而装配式水闸施工过程中要严格把控构件的质量、构件的节点连接型式，保证构件的结构安全及稳定性。

装配式建筑在水利工程中的应用极大促进了水利工程尤其是灌区水利工程的的转型升级。陈龙等[2]基于层析分析法分析了装配式建筑施工过程中的风险因素和评价体系，指出了该方法可通过定性与定量相结合的方式对施工风险进行分析。程灏等[3]通过G1—熵权—独立性权的分析评价方法对装配式建筑中施工质量的五个方面及对应的20种风险因素进行确定，对风险等级进行了定义，方法合理可靠，数据准确性高。

装配式水闸是未来水利工程领域的重要应用工程，目前尚未建立装配式水闸施工的评价体系，对该类工程安全风险评价研究较少。本文通过构建熵权—层次分析法评价体系，确定评价指标，对指标进行赋值，对主客观权重进行整合分析，从而对装配式水闸施工安全风险进行综合评价。

2 研究方法

2.1 TOPSIS综合评价方法

利用A=(A1，A2，…，Am)集合进行测试，B=(B1，B2，…，Bn)集合展开训练，以W=(wij)m×n为权重矩阵[4]。

(1)

通过建立安全风险评价标准矩阵[式(2)]，对矩阵W=(wij)m×n作无量纲处理，消除各指标的不同从属性，从而对各评价指标比对。

(2)

对处理后的矩阵vij乘以各安全风险评价标准指标对应的权重值ωj，最终矩阵r即为可进行判断的评价决策矩阵。

rij=wjvij

(3)

(4)

(5)

将定义的贴近度ξi作为装配式水闸施工安全风险评价标准，公式如下：

(6)

2.2 权重确定方法

2.2.1 客观权重确定

熵是从热力学中引出的概念，其结合信息理念，在评价体系中广泛应用。作为客观的赋值方式，其对装配式水闸施工安全风险评价指标权重进行确定，并对理论值进行修正，评价相对客观准确[5-6]。

将装配式水闸施工安全风险评价指标矩阵X=(xij)m×n进行归一化处置，形成修正后的矩阵B=(Bij)m×n。

(7)

式中xmax——j指标最大值；

xmin——j指标最小值。

水闸施工安全风险评价指标j熵值

(8)

其中

客观权重对应向量β=(β1，β2，…，βn)，即

(9)

2.2.2 主观权重确定

本文评价装配式水闸施工安全风险评价指标权重利用层次分析法，具体流程见图1。研究过程中，邀请装配式建筑施工领域及水利工程领域专家，通过调研及因素筛选确定评价指标体系，通过问卷调查的方式，由相关领域专家对风险评价指标权重优先顺序进行确定。调查采用信件或邮件进行，调查过程中专家评价结果及意见均采用匿名方式，并且专家之间互不沟通交流，保证调查数据的独立性。领域内专家根据工程经历经验及学术背景，对评价指标体系中各对应指标的重要性进行对比，确定其优先次序，并赋分，作为确定矩阵及指标权重值的重要依据。计算采用matlab2019b进行。

图1 层次分析法的流程分析

2.2.3 综合权重计算

本研究装配式水闸施工安全风险评价指标综合权重由下式确定：

(10)

式中ωj——装配式水闸施工安全风险评价指标综合权重；

ωbj——风险评价指标客观权重；

ωaj——风险评价指标主观权重。

2.3 装配式水闸施工安全风险评价体系构建

装配式水闸施工安全风险评价体系构建，主要通过专家咨询、文献查阅、施工资料调研等方法，进行对比、验证，找出指标体系中包含的影响装配式水闸施工安全的关键指标，结果见表1。

表1 非明挖施工质量评价指标体系构建

3 数据分析与结果

3.1 主成分分析法

该方法主要是通过对已有指标体系进行筛选，得到具有代表性的指标。在经过分析得到的指标中进行检验，主要包含Bartlett’s球状检验及Kaiser-Meyer-Olkin检验，检验得到的数据变量及矩阵方程式是否符合，如果Bartlett’s球状检验值小于0.06，Kaiser-Meyer-Olkin检验值大于0.6，则筛选出来的数据是合理的。具体分析数据见表2。

表2 主成分分析方差

经计算Kaiser-Meyer-Olkin检验数据为0.636，Bartlett’s球状检验数据为3.65×10-26，均满足假设要求，符合主成分分析法筛选条件。由表2可知，成分1～4累积总值为96.365%，经过对比分析本研究选择材料质量选择、施工培训次数、预制构件关键节点强度验收合格率、当地装配式工程技术发展水平、河道水流条件作为评价指标。

表3 主成分分析成分得分系数矩阵

3.2 权重及综合评价

本文主要研究对象为灌区工程装配式水闸施工项目，对该系列项目进行分析，表2各评价指标数据确定的指标选择项，作为权重分析对象，结合熵权法、层次分析法确定各项指标对应的综合权重及施工安全评价等级，计算结果见表4、表5。

表4 各项指标权重确定

表5 施工安全风险评价分级

根据TOPSIS综合评价方法，利用式2～6对灌区工程装配式水闸施工项目各项指标权重值矩阵进行处理，可得该系列项目2010—2020年施工安全风险评价指标相对贴近度值，计算结果见表6。2010—2014年灌区装配式水闸施工安全风险评价等级为中等，2015—2019年施工安全风险评价等级为良好，2020年施工安全风险评价等级为优，表明公司的灌区装配式水闸施工安全等级呈现逐渐升高的趋势。

表6 施工安全风险评价等级

4 结 语

本文基于熵权—层次分析法对装配式水闸施工安全风险评价进行研究，并以公司灌区实际工程为例，对工程2010—2020年的施工安全风险进行评价，2010—2014年灌区装配式水闸施工安全风险评价等级为中等，2015—2019年施工安全风险评价等级为良好，2020年施工安全风险评价等级为优，在灌区装配式水闸施工过程中安全等级逐渐提高，技术逐渐成熟，该技术具有较好的推广价值。