超高层建筑施工事故风险评估II：系统及应用*

姚建石，乔胜利，刘文彬，张建全，唐 超

(1.北京市基础设施投资有限公司，北京 100101； 2.华设设计集团北京民航设计研究院有限公司，北京 101312； 3.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101； 4.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，北京 100101)

0 引言

随着中国经济的快速发展，城市建设用地急速减少，超高层建筑越来越多。超高层建筑具有施工难度大、周期长、工艺复杂、施工风险高、交叉作业多、投资成本高等特点，一旦发生施工事故，将会造成巨大损失。因此，做好施工风险管控，对超高层建筑领域的发展将起到至关重要的作用。

近年来，方东平等[1-2]基于可靠度理论构建了超高层施工事故风险荷载与风险抗力指标体系，建立了施工事故风险定量评估方法。彭鹏等[3]通过实地调研和专家打分，系统地识别超高层建筑施工过程中的重点风险源及引发风险事故的主要因素和应对措施。付蔓等[4]以泵送混凝土施工为对象，基于博弈论对评价体系中的指标进行组合赋权，用联系度和广义最大集对势，对施工安全风险进行登记评价，分析关键因素。李晓聪[5]建立了施工风险定量评价和模糊综合评价模型，采用LEC法或评分法确定风险评价对象的风险等级，从而得到整个项目的综合风险水平。沈阳等[6]按一般状态与极限状态对系统的失效可能性进行研究,以整体钢平台装备的承力构件为关键风险环节,提出一种超高层建筑施工风险预警指标体系与方法。当前针对超高层建筑施工风险的研究已建立了多种重点风险源的识别和评价方法，缺少对超高层建筑项目全过程风险源的识别与标准化评估方法和应用系统。

本文结合“十三五”国家重点研发计划课题“超高层建筑施工事故风险源及其评估方法与技术”的理论成果[2]，拟融合BIM技术开发超高层建筑施工事故风险评估系统，并采用系统对某超高层建筑深基坑施工阶段进行风险评估，验证评估系统的可行性和有效性，以改进特定项目安全风险管理水平，为超高层建筑施工过程中的管理提供有力保障。

1 超高层建筑施工事故风险评估方法

根据课题组的理论成果[2]，将风险源划分为：塔式起重机[7]、施工平台[8]、施工升降机[9]、混凝土泵送[10]、主体结构施工、幕墙[11]、深基坑[12]、临时支撑、临边防护及消防十大类风险源。同时，针对各类风险源，已构建了超高层施工事故风险评估方法。

该方法的基本思路是结合风险荷载与风险抗力的概念(风险荷载是指导致风险发生的最直接事件，风险抗力是指为防止风险荷载发生而采取的措施[13-14])，采用风险抗力来修正风险荷载，降低特定项目风险荷载的发生概率，并结合事故风险后果评价确定特定项目的事故风险水平。具体形成了超高层建筑施工风险荷载与风险抗力清单、测度指标及量化表达方法、风险抗力修正方法,以及经抗力修正特定超高层建筑施工事故风险事故后果评价方法。具体评估方法如图1所示。

2 超高层建筑施工事故风险评估系统设计

2.1 系统架构设计

为实现对超高层建筑施工事故的定量及动态评估，以超高层建筑施工风险指标体系为基础(课题研究成果)，以专家打分、模糊理论及数理统计等为手段，以安全、高效、稳定、易扩展为目标，遵循可靠性、集成性、先进性、开放性、实用性及标准化为原则，研发了超高层建筑施工事故风险评估系统。

该系统设计使用MVC(模式-视图-控制器)设计模式进行开发，由数据层、业务逻辑层、表现层及应用推广层构成，用户不直接读取数据库，而是通过控制器与业务逻辑层交互，业务逻辑层再与数据库进行通信。

数据层采用JDBC引擎技术设计，并使用DAO设计模式实现，DAO负责与数据库进行交互，封装了数据的增、删、改、查等原子操作，负责存放数据库操作接口类以及数据库操作接口类的实现类，实现了用来操作数据库的访问机制，降低了应用程序与数据源的耦合性，为业务逻辑层提供所需要的数据。

系统的业务逻辑层使用Spring框架技术，采用MVC设计模式，该层除了接受表现层的请求，还需要处理具体的业务逻辑，这些逻辑均和能解决具体问题的业务流程模块一一对应。

表现层使用HTML或JSP页面建立，主要负责从客户端接收请求，并把处理后的数据呈现给客户，为用户提供一种交互操作的界面。

应用推广层为为工程参建各方提供的终端APP，通过DWR调用业务逻辑组件，并使用DOM操作将业务逻辑组件的执行结果动态显示在页面中。其架构如图2所示，系统界面如图3所示。

图2 评估系统架构设计

图3 评估系统界面

2.2 系统主要功能分析

本评估系统主要有项目类比、风险分析、风险评估、BIM展示及数据分析功能。

1)项目类比功能 对于新建超高层建筑项目的风险评估，可借助已有工程案例，为新建项目的风险评估提供数据和模型支撑。

2)风险分析功能 可以对特定超高层项目的风险源、风险荷载及风险抗力等风险指标体系进行分析，进而建立特定项目的风险评估模型。

3)风险评估功能 内置十大风险源清单明细、风险荷载及风险抗力指标、故障树等条文，为特定超高层建筑项目各参与方提供基于B/S架构界面的工程施工风险评估辅助系统。依据可靠度理论，实现了风险荷载与风险抗力耦合作用下的定量评估。

4)BIM展示功能 可以在特定超高层建筑模型完成的基础之上，录入相关的风险数据信息，实现BIM模型与风险评估系统的结合。通过模拟超高层建筑的各个施工阶段，即可系统识别和检索风险源构件及各个施工阶段的风险源表现情况，实现了在空间和时间维度上定位风险源。

5)数据分析功能 可将现场感应设备所搜集的信息数据通过网络汇总到系统中，并存入系统的数据库，通过分析超高层建筑各个施工阶段的信息数据，实时更新风险评估模型，进而实现了风险的即时评估。

2.3 系统价值分析

针对超高层建筑施工过程的事故风险源，该评估系统可实现系统分析与系统分类，基于可靠度理论建立超高层建筑施工事故十大风险源的风险荷载与风险抗力体系指标及定量测度方法，结合BIM技术，建立超高层建筑施工事故风险评估系统，实现超高层建筑施工重大风险源的动态仿真。

通过该评估系统，可实现超高层建筑施工事故风险评估的定量化，进而根据风险源的风险等级，划分风险等级，定向采取抗力措施，为超高层建筑施工安全管理决策提供有力支持，提高施工安全管理水平，降低事故发生率、缩短工期、节约成本。

3 案例分析

针对超高层建筑施工过程中的十大风险源，该超高层建筑风险评估系统已初步建立其对应的评估模型，只需输入特定项目风险抗力现场实施情况，便可得出风险评估结果及其对应的风险等级，进而可采取针对性的抗力措施降低风险。本文采用某超高层建筑的塔式起重机进行案例分析。

根据评估系统风险分析得到的塔式起重机风险源、风险源明细及风险荷载之间的逻辑关系(见图4)；针对评估系统内嵌的塔式起重机发生倾斜或倒塌事故的风险抗力措施，现场实际实施情况如表1所示。

表1 某项目风险抗力实施情况(塔式起重机)

图4 塔式起重机故障树

将现场抗力的实施得分情况(表1项目现场得分)录入系统，再根据故障树的逻辑关系及系统内嵌风险评估模型，即可得到塔式起重机发生倾斜或倒塌事故的概率，如表2所示。

表2 风险源发生风险概率(塔式起重机)

根据得到的风险源发生风险的概率，只需再得到事故发生后的后果(即事故严重性)，便可得到风险评估值，最后根据风险评估值确定风险等级，风险事故的评分标准及塔式起重机发生倾斜或坍塌后果的专家打分情况分别如表3和表4所示。

表3 风险事故后果评分标准[7]

表4 风险事故后果(塔式起重机)

根据表2得到的塔式起重机发生倾斜或倒塌的概率以及表4得到的塔式起重机发生风险后的事故后果，便可得到塔式起重机风险源发生事故的风险评估值，如表5所示。

表5 风险评估值(塔式起重机)

通过以上案例分析，验证了该评估系统可实现超高层建筑施工过程风险源的定量化评估。同样的，在项目开展之前，也可采用该系统对项目各阶段的风险源进行预评估，对风险较高的施工阶段提前制定防控措施，以保障项目建设的安全。

评估系统得到的风险评估值包括人员伤亡、财产损失及工期拖延三项，最终根据三者中的最大值来划分风险等级。由表5可知塔式起重机发生倾斜或倒塌的风险评估值为1.3×10-1，根据风险等级划分[1]，该项目塔式起重机发生倾斜或倒塌的风险为重大风险，一旦发生将会产生较大的经济或社会影响，因此，需对现场进行立即整改，整改后，各抗力措施得分不小于4分(详见表1整改后得分)，根据整改情况再次进行评估，其风险事故发生概率见表2(整改后事故发生概率)，风险事故后果仍为表3所列得分，其风险评估值见表5(整改后风险评估值)，取三者中的最大值即为现场整改后基坑发生风险的评估值，其值由原来的1.3×10-1降为6.0×10-2，其风险等级也降为中等风险，一旦发生会造成一定的经济或社会影响，但影响面积和影响程度不大，塔式起重机发生倾斜或倒塌的风险相较之前降低。

4 结语

基于超高层建筑施工风险评估方法，开发了超高层建筑施工事故风险评估系统，实现了超高层建筑施工事故风险的定量化、动态化即时评估。

1)超高层建筑施工事故风险评估系统可实现风险评估的定量化及动态化。针对超高层建筑施工的十大风险源，系统内部已初步建立了风险评估模型，只需将特定项目的现场抗力实施情况录入系统，便可进行风险评估，操作简单，便于参建各方技术管理人员使用。

2)通过对某超高层建筑塔式起重机施工的风险评估，验证了该评估系统的可行性，对超高层建筑施工过程中的风险控制具有一定的实用价值。

3)本文的研究成果，为超高层建筑施工风险的定量、动态评估提供了一种途径，可为超高层建筑施工事故风险管理与控制提供参考和借鉴。