基于DEMATEL-ISM的装配式建筑施工风险因素研究

张敏 郑生钦

(山东建筑大学管理工程学院，山东 济南 250101)

0 引言

在可持续发展战略背景下，装配式建筑得到快速推广和应用。2020年，住房和城乡建设部发布《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》(建标规〔2020〕8号)，提出加快新型建筑工业化发展，促使建筑业转型升级。各地政府也陆续发布了装配式建筑相关政策，例如，山东省发布了《山东省“十四五”建筑节能与绿色发展规划》，提出力争在10年左右实现新增建筑占比达40%以上，其中，济南作为全国首批装配式建筑示范城市，新增建筑占比应达到50%。为了加快装配式建筑发展进程，对装配式建筑施工过程中的各项风险因素进行研究十分重要。

当前，已有国外学者对装配式建筑施工风险进行了研究，例如，Dan dage等[1]通过构建解释结构模型(ISM)和MICMAC模型分析装配式建筑施工风险因素之间的相互作用；Fard等[2]通过研究装配式建筑施工事故，指出预制构件连接的稳定性是施工安全的主要影响因素。国内学者也基于不同视角对装配式建筑施工安全进行了研究，例如，卢锡雷等[3]构建了基于熵权法和层次分析法的建筑施工安全评价模型；段永辉等[4]采用结构方程模型对建筑施工风险因素进行量化比较，分析各因素之间的作用机理，明确施工安全风险控制重点；李皓燃等[5]采用结构方程模型确定装配式建筑施工安全关键风险因素，并分析各因素间的关联性；吴溪等[6]运用马尔科夫链和贝叶斯网络分析装配式建筑施工安全风险发生概率，并提出风险控制策略；陈伟等[7]运用决策实验室法(DEMATEL)分析装配式建筑构件风险因素的相关影响，并结合贝叶斯网络(BN)计算构件风险在多维作业空间中的传导路径。

虽然以上学者从不同角度对装配式建筑施工风险进行了研究，但缺乏对装配式建筑施工风险因素之间相互关系的深层次研究。因此，本文采用决策实验室分析法(Decision Making and Trail and Evaluation Laboratory，DEMATEL)识别装配式建筑施工的关键因素，并构建解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)划分层级，以期为装配式建筑施工安全管理提供参考。

1 装配式建筑施工安全风险因素识别

基于Web of Science和中国知网数据库，对“装配式建筑”“施工风险”等关键词进行检索。同时，参考住房和城乡建设部安全事故统计报告[8]，将装配式建筑施工风险因素划分为人员、技术、机械、环境、管理5个类别，共计24个影响因素[9]。装配式建筑施工风险因素初步指标体系见表1。

表1 装配式建筑施工风险因素初步指标体系

邀请12名来自高校、设计院、预制构件厂和建筑企业的相关专家对初步风险指标进行筛选[10]，经过多轮探讨，得到18个风险影响因素，构建装配式建筑施工风险评价指标体系，见表2。

表2 装配式建筑施工风险评价指标体系

2 基于DEMATEL-ISM的装配式建筑施工风险因素模型构建

2.1 研究方法

决策实验室分析法(DEMATEL)是一种利用图论和矩阵分析各因素之间关系，确定关键因素，简化系统结构的研究方法。解释结构模型(ISM)通过运算可达矩阵，将变量多、关系复杂且结构不清晰风险因素进行层级划分[11]。DAMATEL可以计算出某个因素在风险因素体系中的重要程度，但不能确定各因素之间的内在关系，而ISM可以运用矩阵逐层运算，直观展示各因素之间的逻辑关系[12]。

2.2 模型构建

2.2.1 建立指标集合

将装配式建筑施工风险因素体系划分为18个指标，设指标集合A={Ai|i=1,2,…，n}。

2.2.2 建立直接影响矩阵

对各风险因素打分，将影响程度按0、1、2、3、4 划分为5个等级。邀请20名装配式建筑相关学者和施工单位管理人员对各影响因素打分，比较因素Si对因素Sj的影响，评估装配式建筑施工风险因素之间的关系。采用算数平均值法消除专家打分的个体差异性，得到初始的装配式建筑施工风险因素直接影响矩阵A，见表3。

2.2.3 归一化处理

对直接影响矩阵进行归一化处理，得到规范影响矩阵B，公式如下

(1)

2.2.4 计算综合影响矩阵

计算综合影响矩阵T，公式如下

T=B(I-B)-1

(2)

式中，I为单位矩阵。

建立装配式建筑施工风险因素的综合影响矩阵T，见表4。

表3 装配式建筑施工风险因素直接影响矩阵A

表4 装配式建筑施工风险因素综合影响矩阵T

2.2.5 计算影响度、被影响度、中心度和原因度

计算影响度Di、被影响度Ci、中心度Mi和原因度Ri，公式如下

(3)

(4)

Mi=Di+Ci

(5)

Ri=Di-Ci

(6)

DEMATEL 计算结果见表5。

表5 DEMATEL 计算结果

2.2.6 构建可达矩阵

(1)计算整体影响矩阵，公式如下

E=T+I

(7)

(2)构建标准化可达矩阵。通过引入阈值剔除影响程度较小的因素，突出系统中的主要因素。根据专家建议，考虑系统复杂程度，最终确定阈值λ=0.09。对矩阵H中的因素进行处理，得到装配式建筑施工风险因素可达矩阵F。

2.2.7 划分层次结构

(1)求出可达集R(xi)和先行集A(xi)。

(2)当R(xi)∩A(xi)=R(xi)时，x4、x5、x6、x8、x10、x11、x12、x13为第一层影响因素，在矩阵中划去上述因素对应的行列。同理，得到第二层影响因素x1、x9、x17，第三层影响因素x2、x7，第四层影响因素x3、x16、x18，第五层影响因素x15，第六层影响因素x14。

综上所述，构建装配式建筑施工风险因素层次结构，如图1所示。

3 结果分析

3.1 DEMATEL模型分析

(1)从影响度来看，排名前三的因素依次为安全管理制度S15、施工政策环境S14、安全教育及培训S16，表明这三个因素对其他因素的影响最大。

(2)从被影响度来看，构件连接的可靠度S6、构件安装技术的可靠性S5、吊点设置的合理性S4被影响度最大，说明这三项因素受其他因素的影响最大。

(3)从中心度来看，作业人员安全意识S1、作业人员技术水平S2、现场管理人员风险识别能力S17三个因素的中心度数值较大。因此，在装配式建筑施工中应注重对作业人员的管理。

(4)原因因素从高到低排序为施工政策环境S14、安全管理制度S15、作业人员技术水平S2、安全教育及培训S16、安全措施费投入S18、作业区域天气变化与气候状况S12、安全监测技术的成熟度S7。这些因素是装配式建筑施工安全风险的原因因素，应予以高度重视。其中，S2属于人员风险因素，说明作业人员的技术水平是装配式建筑安全施工的前提条件。

(5)结果因素排名前三的分别为吊点设置的合理性S4、构件安装技术的可靠性S5、构件连接的可靠度S6，说明在装配式建筑施工过程中，这三项因素更容易受其他因素影响。

3.2 ISM模型分析

(1)L6为深层因素，应高度重视施工政策环境S14。

(2)L1为浅层次因素，该层次因素主要涉及作业人员施工和施工现场环境，说明人的行为、设备的状态以及施工现场作业环境会对装配式建筑施工产生直接影响。

图1 装配式建筑施工风险因素层次结构

(3)L2～L4为中层因素，会对浅层次因素产生影响。其中，作业人员安全意识S1和现场管理人员识别风险能力S17具有较强的关联性。因此，施工单位强化作业人员安全意识，提升现场管理人员识别风险能力，以降低施工过程风险。

4 对策与建议

(1)人员风险管理方面。施工企业应重视安全教育及培训工作，通过人才引进、重点培养等方式储备专业人才，为安全施工创造前提条件。

(2)技术风险管理方面。装配式建筑施工较为复杂，现场作业人员需要具备专业知识和操作能力，因此，施工企业应重视操作人员的专业培训。同时，加大在技术方面的投入，引进先进设备和施工技术，提高施工效率。

(3)机械风险管理方面。吊装是装配式建筑施工的重要环节，在施工过程中要定期检查机械设备情况，排除设备故障，及时更换磨损零件，确保机械设备运行良好，减少机械设备导致的安全事故。

(4)环境风险管理方面。现场施工环境是指施工现场文明施工情况和周边环境对装配式建筑施工的影响，包括作业现场设置安全指示牌、围挡，避免噪声污染、废弃物污染等。

(5)管理制度方面。施工政策环境和安全管理制度是装配式建筑施工最根本的影响因素。建筑企业应建立健全安全管理制度，通过运用信息技术加强施工安全管理。政府部门应建立施工管理相关标准和制度，加大对施工企业的监管力度。

5 结语

本文基于Web of Science和中国知网数据库相关文献，建立了装配式建筑施工风险因素指标体系，运用DEMATEL-ISM法划分风险因素层级，并提出具体对策与建议，可为装配式建筑施工安全管理提供参考。