基于组合赋权的装配式建筑施工安全风险灰色聚类评价

姜凤珍，田开飞，阚洪生

(青岛理工大学 管理工程学院，青岛 266525)

装配式建筑作为一种新型的工业化建筑形式，与传统现浇式建筑相比，具有低碳节能、缩短工期和可持续发展等巨大优势，同时在施工过程中存在机械化程度高、施工人员技术水平要求高和施工技术复杂度高等特点。我国现阶段对装配式建筑大力推广，但是由于其兴起时间短，施工及其他方面技术要求较高，装配式建筑施工过程中潜在的风险因素也比传统建筑更加错综复杂，因此对装配式建筑施工安全风险进行合理评价将进一步推动装配式建筑的发展。

目前国内外学者针对装配式建筑施工安全风险方面已展开大量研究。李皓燃等[1]从装配式施工过程角度出发，识别出从预制构件生产到安装等环节的25个影响施工安全的风险因素，并通过结构方程模型(SEM)进一步确定出18个关键风险从而分析了各个施工阶段风险之间的联系；杨斯玲等[2]从“人、事、物、法、环”的角度出发构建指标体系，引入结构熵权和修正证据理论对装配式建筑施工安全风险进行评估；吴溪等[3]将马尔科夫链与贝叶斯网络结合在一起估算每种风险的发生概率并分析各风险之间的相关关系，由此构建了损失和控制投入双目标优化模型；常春光等[4]采用WBS-RBS法识别装配式建筑施工过程中的安全风险，通过G1法确定总风险度并划分风险等级；李文龙等[5]将熵权法与未确知测度理论相结合对装配式建筑施工安全风险进行评价；丁彦等[6]主要通过AHP-ABC分类法，采用检查打分的形式对风险指标进行分类排序。通过文献综述发现，上述学者对于施工安全风险评价方面已展开大量研究，但无论是从施工阶段角度[1]还是从“人、事、物、法、环”角度[2]来看，其风险因素涉及范围广泛，种类繁多，且由于风险量化时存在着诸多的灰性和不确定性，现有的评估方法有时无法得到满意的结果；在风险指标的赋权方面，现有研究大多采用的单一赋权方法往往存在弊端，如G1法主观依赖性太强，熵权法则忽视了专家对不同风险指标的重视程度。通过分析装配式建筑项目各方面施工安全风险要素，构建了一套适用于装配式建筑项目的施工安全风险评价指标体系，通过G1法和熵权法进行主、客观组合赋权，既能充分表达专家的主观意识，又能充分挖掘数据信息，使得赋权过程更加科学。结合灰色系统理论建立了装配式建筑施工安全风险灰色聚类评价模型，解决了部分指标不完整对评价结果带来的失真影响，进而通过分析具体案例对装配式建筑项目进行施工安全风险评价，使得评价结果更加客观。

1 装配式建筑施工安全风险评价指标体系的构建

装配式建筑施工具有明显的不同于传统建筑项目施工的特征，无论是施工工序的复杂程度高、大型机械设备的作业量大、装配化程度的精度要求高等特点，还是混凝土预制构件(PC)生产、运输和存放等方面的特点都使得装配式建筑施工过程中存在或多或少的潜在安全风险，这些风险的发生将直接导致PC构件坍塌、高空坠物、吊装设备破损、火灾、触电等经济或人身安全事故。通过对装配式建筑施工特点和安全事故的成因进行系统分析发现，装配式建筑施工安全风险因素来源于人、事、物、法、环等多个方面，在国家颁布的建筑安全和装配式建筑施工方面的相关标准基础上，综合相关文献中对指标的梳理[1-10]，遵循指标体系构建原则，通过对青岛市具备装配式建筑施工资质的相关企业工作人员及高校建筑类教授的走访调研和问卷调查，将影响装配式建筑施工安全的风险指标分为人员安全风险、物料安全风险、机械设备安全风险、管理安全风险、环境安全风险和技术安全风险六类，并设置相应的22项二级指标(见表1)。

表1 装配式建筑施工安全风险评价指标体系

2 指标权重的确定

G1法作为一种主观赋权方法，目前已应用在各个领域的指标权重计算中，但进行赋权时暴露出主观性太强的缺点，因此本文在采用G1法进行赋权的同时引入熵权法来确定客观权重，从而将两种方法得到的主观和客观权重进行科学组合，既有效表达了专家的主观意见，又保留了客观数据得到的权重信息，使得指标权重的计算过程更加合理。

2.1 G1法

G1法的核心思想是通过比较相邻两个指标间的重要性程度来获取评价值[11]，其赋权过程对专家主观经验的依赖性较强，G1法计算权重的具体步骤如下：

1) 假设集合C={c1，c2，…，cn}表示评价指标集合，cj为其中一个评价指标，cj+1为cj相邻指标。邀请若干名经验丰富的专家对两个指标进行比较打分，两个相邻指标的重要度分值主要依据公式rj=cj/cj+1(j=1,2,…,n-1)来确定，rj可以分别取值为{1.0，1.2，1.4，1.6，1.8}，由此判定每组指标之间的重要程度。

2) 由式(1)计算第j个指标的权重：

(1)

2.2 熵权法

1) 由于装配式建筑施工安全风险指标的量化值均采用专家打分得到，且统一以风险越小越好为评价标准，所以指标属性都统一为效益型指标，打分得到的原始数据矩阵可以采用极差变化得到标准化矩阵Y=(yij)m×n。

(2)

式中：xij为第i个样本中第j个指标的初始数据；max{xj}和min{xj}分别为第j个指标的最大值和最小值。

2) 由式(3)确定第j个指标的熵值：

(3)

3) 确定第j个指标的权重：

(4)

2.3 组合权重

通过G1法和熵权法分别得到主观和客观权重后，由式(5)得到最终的组合权重。

(5)

3 装配式建筑施工安全风险灰色聚类评价模型的构建

3.1 装配式建筑施工安全风险的等级测度及白化权函数

影响装配式建筑施工安全的潜在风险因素众多，使得评价信息比较庞大，在这个繁琐的评价过程中，传统的方法无法很好地集结庞大的信息量从而出现信息失真的情况，而引入灰色聚类方法进行评价将更好地处理评价信息。在进行施工安全风险评价时，对风险的等级测度是实施后续评估过程的前提，将装配式建筑施工安全风险的大小作为一个灰概念，需要明确的是风险等级的科学划分标准，笔者根据现有研究主要以概率论为理论指导，认为各个风险等级为等概率发生事件，且考虑到能够更加细化风险情况，将风险等级以[0，10]为范围均等划分为5个临界区间(表2)。

表2 装配式建筑施工安全风险等级测度

通过中心点向量原则，由表2确定的“小、较小、一般、较大、大”5个灰类确定中心点为U=(9，7，5，3，1)，通过中心点三角白化权函数模型来描述灰类所属情况[12](表3)。

表3 灰类和对应白化权函数

3.2 施工安全风险评价步骤

1) 根据专家打分数据确定原始评价矩阵。首先邀请由p个参与装配式建筑施工的工作人员和高校相关领域教授组成的专家小组对s个风险指标进行打分，打分结果作为原始评价矩阵Di=[dijk]s×p。

2) 由白化权函数表(表3)进一步得到灰色聚类权矩阵：

(6)

3) 将组合赋权法得到的指标权重与上文得到的灰色聚类权向量矩阵相乘，得到二级指标灰色聚类评价矩阵：

Z=ωi×Ri

(7)

由此构造一级指标综合评价矩阵Z0=[Z1，Z2，…，Zn]T，由式(8)得到最终的装配式建筑施工安全风险综合聚类评价向量：

M=ω0×Z0=[M1，M2，…，Mn]

(8)

4) 确定施工安全风险综合评价值。即W=M×U，由综合评价向量M与灰色测度阈值U相乘，由此得到的单值化评价值能够避免以最大权原则确定灰类时的信息缺失，减小了评价结果的偏差影响。

4 实证分析

以青岛市某装配式建筑项目为例，该项目由8座主体楼栋和相关基础配套设施组成，主体楼栋的外墙、PCF板、叠合板、空调板、楼梯等结构均采用装配式建筑工艺完成，现邀请实际参与该项目建设的5名管理人员、施工人员和设计人员组成评估小组对该项目的施工安全风进行评价。

1) 由5名专家以装配式建筑施工安全风险等级测度表(表2)为打分标准对安全风险指标打分(表4)。

表4 专家打分

2) 通过G1法和熵权法分别对一级指标和二级指标进行赋权，由式(5)得到最终的指标权重(表5)。

表5 组合赋权

3) 根据式(6)和表3所构建的灰类及白化权函数计算得到灰色聚类权矩阵(表6)。

表6 灰色聚类权矩阵

4) 根据式(7)，将组合赋权得到的权重向量与灰色聚类权矩阵相乘，得到综合评价矩阵Z。

5) 根据式(8)得到综合评价向量：

M=ω0×Z0=[0.381，0.394，0.225，0.001，0.000]

由于得到的综合评价向量无法直观反映该装配式建筑施工安全风险等级，因此要对该结果进行单值化处理，由公式W=M×U将综合评价向量M与灰色测度阈值U=(9，7，5，3，1)合成，得到综合评价值W=7.309，将该结果对照表2的风险等级划分标准可知该装配式建筑项目施工安全风险较小。其中人员安全风险值为W1=7.288，物料安全风险值为W2=7.202，机械设备安全风险值为W3=7.350，管理安全风险值为W4=7.297，环境安全风险值为W5=7.376，技术安全风险值为W6=7.351，可见该项目各方面施工安全风险均较小。

5 结论

通过文献分析和问卷调查法确定了影响装配式建筑施工安全风险因素，并依此构建了评价指标体系，将G1法和熵权法得到的主、客观权重进行有效融合确定了组合权重，针对装配式建筑施工安全风险指标的灰色性，引入灰色聚类法进行风险评价，避免了结果失真。以青岛市某装配式建筑项目为具体案例进行演算，结果表明该项目施工安全风险风险等级较小，其中人员安全风险、物料安全风险、机械设备安全风险、管理安全风险、环境安全风险和技术安全风险六个方面的风险值均较小，说明该项目部已具备良好的施工条件。在未来的研究中，将进一步挖掘影响装配式建筑的风险因子，通过更加科学的方法针对每一个具体风险进行详细分析，做到施工安全风险的精细化管理。