基于AHP-TOPSIS 的装配式建筑施工安全风险评价

郭震，张志喜

（甘肃省科工建设集团有限公司，甘肃兰州 730300）

0 引言

与传统建筑相比，装配式建筑在施工过程中具有高效率、高质量、低浪费、低能耗等优点[1]。在人口红利消失与碳达峰、碳中和的时代背景下，党中央、国务院十分重视装配式建筑的建设。随着《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》的发布，我国的装配式建筑得到了快速发展。装配式建筑新开工面积从2016 年的11400 万m2增长到2020 年的63000 万m2[2]。装配式建筑与传统建筑的建造形式存在较大差异，在目前的工程中，由于安全技术和管理手段的储备不足，极易出现起重设备倾倒、构件坠落、预制吊环失效、物体打击等安全事故。面对装配式建筑未来快速发展的态势，如何在施工过程中制定科学合理的安全施工方案，成为亟待解决的问题。

近年来，许多学者对装配式建筑施工安全进行了大量的研究。李强年等[3]基于NB-IoT 技术对装配式建筑吊装安全风险进行了研究，还采用G1 法和熵值法对装配式建筑部品运输安全风险进行了识别[4]；陈伟等[5]为防止装配式建筑施工过程中安全事故的发生，提出了SD-MOP 模型；连清辉[6]对装配式建筑施工现场的安全影响因素进行了分析。综上所述，目前针对装配式建筑施工安全风险与影响因素的研究比较充分，但对项目施工安全风险的评价研究却很少涉及。因此，本文在结合已有研究成果的基础上，基于AHP（层次分析法）与TOPSIS（优劣解距离法）建立评价模型，对装配式建筑施工安全风险进行评价，从而帮助现场施工人员制定科学合理的安全施工方案，对减少装配式建筑施工过程中安全事故的发生具有一定建设性作用。

1 构建AHP-TOPSIS 评价模型

1.1 识别安全影响因素

根据住房与城乡建设部每年发布的报告来看，影响装配式建筑施工安全风险的主要因素包含人员因素、材料因素、施工方法因素与环境因素等几个大的维度。本文在对已有的相关研究、国家或行业规范与施工现场进行调研的基础上，根据装配式建筑施工流程（图1），得出了装配式建筑施工中常见的安全风险因素表（表1）。

表1 安全风险识别

图1 装配式建筑施工流程

1.2 因素权重的确定

运用AHP 层次分析法计算各因素的权重。此方法是美国匹茨堡大学运筹学专家T·L·萨蒂于上世纪70 年代早期提出的，主要用来求解多个指标之间的二元判断矩阵，并对矩阵进行一致性校验，然后利用定性指标的模糊定量分析法计算出多个指标的层次单序列（权重）和总排序，从而实现多指标的多方案优化决策。具体步骤如下所述。

以一级因素权重确定为例，首先对58 名装配式建筑施工人员进行采访，被采访人员根据以往施工经验，对表1 中一级因素的人员因素X1、机械因素X2、材料因素X3、施工方法因素X4、环境因素X5使用1～5 标度法进行两两比较，得出各因素之间的判断矩阵D：

然后运用MATLAB 软件对判断矩阵D（1）进行计算，得出一级因素的权重向量W={W1,W2,W3,W4,W5}为{0.39,0.13,0.09,0.27,0.12}。

根据上述方法，再分别对二级因素权重进行计算，得出权重向量W={W11,W12,W21,……,W53}为{0.12,0.26,0.05,0.08,0.03,0.02,0.03,0.02,0.03,0.02,0.01,0.05,0.03,0.06,0.05,0.05,0.04,0.05}。

1.3 评价模型的构建

TOPSIS 模型是一种具有有限解的多目标决策分析方法，也被称作基于相似度排序优先技术。该方法是一种基于目标空间的测度，能够客观、全面地反映工程动态变化的测度。利用该方法，可以从测量对象的距离，以及距离的大小，对装配式建筑建设项目施工安全风险进行评估。

首先，根据专家打分建立初始评价矩阵：

其中A=由m 个方案组成，每个方案的判断指标X1，X2，……，Xn构成指标集X=（X1，X2，……，Xn），相应的判断指标记为Xij（i=l，2，……，m；j=1，2，……，n），Xij表示第i个方案的第j 个判断指标。

然后判断评价指标类型，根据公式计算得到标准化矩阵B，标准化决策矩阵B=（bij）m×n 的元素计算如下：

通过将矩阵B 的每一列与层次分析法确定的每个指标的权重wn相乘，得到加权归一化决策矩阵C，如式（5）所示：

然后根据公式计算被评价对象接近度的理想方案：

式中，C+和C-分别是正的和负的理想解，J1和J2分别是基于效益和基于成本的指标集。最终被评价对象与理想解决方案的距离为：

贴近度反映了被评价对象接近正理想解和远离负理想解的程度。然而，一般情况下，被评价对象的接近度在0～1 之间，所以只考虑被评价对象靠近正理想解的对应关系，可按照接近度值的降序来选择和评价对象。

根据前述步骤，建立基于AHP-TOPSIS 法的装配式建筑施工安全风险评价模型，如表2 所示，其打分方法参照《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59—2011）进行。

表2 安全风险评价模型

2 实证分析

2.1 项目概况

案例项目为兰州新区某保障房工程，包括10 栋住宅楼、临街商业及满铺地下车库，总建筑面积101316m2，土地面积84.306亩。1、2、3、6、7#楼地上十层，其中1、2、6、7#楼地下二层平时是车库，战时是核6 级二级掩体，地下一层是管道夹层。4、5、8、9、10#楼地上11 层。结构形式：1—5、8、10#楼地下采用钢筋混凝土框架结构，地面采用钢管混凝土柱+钢梁框架结构；6、7、9#楼采用H型钢框架-钢板剪力墙结构，地下车库采用现浇钢筋混凝土框架结构。住宅楼基础采用桩筏基础，车库和商铺基础采用承载桩-承台基础，抗震设防烈度均为7 度，设计年限50 年。该工程主要构件为钢柱、钢梁、钢梯、构造柱等，安装整体安排为：钢柱→钢梁（先主后次）→支撑构造柱等，形成稳定单元体系后，向后面轴线推进。每节柱的安装高度为三层楼层高度为宜，每节柱安装三层钢梁，同一流水段内的钢柱随机安装，主次钢梁按照从低到高的顺序安装，同节柱的钢梁安装至二层后开始焊接，同号楼在两个施工段内流水作业。每栋住宅楼在基础垫层施工安装QTZ-5013塔吊一台，并配备两辆25t 汽车吊配合（图2）。

图2 兰州新区某项目现场

2.2 施工安全风险评价

组织15 名相关专家对该项目正在施工的3#楼进行旁站安全检查，结果如表3 所示。

表3 评价结果

根据表2 与表3 指标数据，建立多属性初始判断矩阵A，其中每列数据表示底层指标安全等级量化值，最后一行为实例样本值。

使用MATLAB 软件对矩阵A 进行计算，可得最终评价结果，见表4。

表4 1—5#楼安全风险评价结果

2.3 评价结果分析

从表4 结果可知，该项目的安全风险评价综合得分贴近度处于表2 中Ⅱ（良好）的范围，说明其整体安全性较高。但从表3 可知，在检查过程中，A1未经过安全教育人数有6 人，由表2 可知其安全性处于Ⅲ（及格）的范围，建议对工人进行安全交底教育后再开展工作；在A9叠合板集中荷载检查过程中，由于发现施工材料集中堆放现象导致评分较低（62 分），由表2 可知其安全性处于Ⅲ（及格）的范围，建议对材料进行分散储存以防发生安全事故；对A10构件钢筋锚固位置检查时发现部分构件锚固位置被违规变更，得分为55 分，由表2 可知其安全性处于Ⅳ（不及格）的范围，建议对变更位置进行恢复，如受现场条件限制必须更改锚固位置的，需进行方案论证；在对A11模板支撑结构检查时发现部分重要构件模板支撑松动，得分为44 分，由表2 可知其安全性处于Ⅳ（不及格）的范围，建议及时整改，对不合规模板或固定扣件进行替换；对A15预制件存放方法，A16市政、现场道路条件，A17存放场地平整检查评分时发现施工现场外道路坑洼较多，现场内运输道路与构件存放场地未硬化平整，导致存在物体打击安全隐患，由表2 可知其安全性处于Ⅳ（不及格）的范围，建议项目部对运输道路与存放场地进行修整，使其达到安全施工要求，减少安全事故发生隐患，降低施工安全风险。

3 结论

为解决装配式建筑施工过程中安全风险评价问题，建立了基于AHP-TOPSIS 的装配式建筑施工安全风险评价模型，通过建立科学的安全风险评价模型对项目进行安全评价可以有效减少安全生产事故的发生，对装配式建筑施工安全推进具有十分重要的意义。结论如下：

（1）根据AHP（层次分析法）的结果可知，人员与施工管理方法的因素是装配式建筑施工安全风险中比较重要的两个因素，建议结合BIM 与AR 等信息化技术，创新安全培训方式，准确识别安全风险，从而减少安全事故的发生；

（2）通过TOPSIS（优劣解距离法）分析，既可以得知该项目的整体安全程度，也可准确识别出被评价项目中具体安全性不足的地方，从而根据评价结果对被评价项目进行优化和整改，以达到降低装配式建筑施工安全风险、减少安全事故发生的目标。