大吨位单桩竖向抗压静载试验安全评价体系

罗 成

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500）

0 引言

大吨位单桩竖向抗压静载试验是一个综合性的试验项目，涉及的危险源和隐患非常多，安全管理难度非常大，但其现有安全管理主要集中在诸如试验平台防倾覆和堆载偏心等具体安全技术措施上，没有对试验的全过程进行系统性的安全管理分析，缺乏一套科学的安全评价指标体系。如吴伟衡等人［1］从大吨位桩基抗压静载试验深厚软基支墩处理方法介绍了安全技术措施。毛悦等人［2］提出了管桩支承板技术，提高了大吨位单桩竖向抗压静载试验的安全性。陈宪章［3］从技术交底、场地准备等方面，详细介绍了具体安全技术措施，解决的也是具体安全问题。朱晓伟［4］主要介绍的是大吨位单桩竖向抗压静载试验的防倾覆措施。吴秀珍等人［5］讨论了桩基静载试验堆载偏心等安全问题以及相关解决方法。

现阶段大吨位单桩竖向抗压静载试验安全管理就事论事多，缺乏系统性，但现有其他专业的安全管理体系的研究还是有很多，如温佳惠［6］就基于区块链技术，研究了地铁项目安全管理体系。FANG 等人［7］介绍了能源投资风险安全管理体系的评估。GUO 等人［8］提出了从企业层面建立安全管理体系的一般规则。朱蓬勃［9］提出了核化工施工安全管理并指明改进与优化方向。赵博［10］应用层次分析法、模糊综合评价法对电力工程施工进行了安全评价。

综上所述，现有大吨位单桩竖向抗压静载试验安全保障措施主要还是针对具体的问题针对性提出解决方案，整个大吨位单桩竖向抗压静载试验的安全管理评价指标没有量化，缺乏一个合理的安全评价体系，安全管理还有较大提升空间。

1 安全风险识别

大吨位单桩竖向抗压静载试验安全风险众多，风险从试验准备一直贯穿至设备退场。风险管理的第一步就是风险识别，按照4M 理论［11］的安全风险分类，大吨位单桩竖向抗压静载试验包含以下4 大风险：人的风险、物的风险、环境风险以及管理缺陷的风险。

1.1 人的风险

大吨位单桩竖向抗压静载试验的人员风险是指参与到试验当中的人员所带来的风险。参与试验的人员包括检测人员、吊车司机、司索工以及电工等人员，这些人员所带来的风险的影响因素主要分为以下3 类：人的安全意识、人的技术能力、人的生理和心理状态。

1.2 物的风险

大吨位单桩竖向抗压静载试验物的风险是指参与试验的机械和设备及一切物品所带来的风险，这里更多强调的是参与到试验当中的包括机械和设备等物品的风险。参与试验的机械和设备主要是指参与搭设试验平台的主梁、次梁、混凝土配重块以及其他机械设备。这些机械设备所带来的风险因素又主要分为以下两类：机械设备的状态、机械设备的使用。

1.3 环境的风险

大吨位单桩竖向抗压静载试验的环境风险是指试验环境所带来的风险。试验环境包括场地环境因素带来的风险、吊装环境因素所带来的风险、试验外部环境所带来的风险。这些环境所带来的风险因素有主要分为以下3类：地基环境、吊装环境、外部环境。

1.4 管理缺陷的风险

大吨位单桩竖向抗压静载试验的管理缺陷风险是指试验管理缺陷所带来的风险。管理缺陷包括安全组织管理的缺陷、危险源辨识的缺陷、作业管理的缺陷以及应急管理的缺陷。这些管理缺陷所带来的风险因素主要分为以下4类：安全组织管理的缺陷、危险源辨识的缺陷、作业管理的缺陷、应急管理的缺陷。

2 安全风险分析与评价

大吨位单桩竖向抗压静载试验的安全风险分析与评价，需要量化的分析方法来辅助进行判断，评估各风险因素，并根据评估结果，发现管控过程中的问题进行跟进优化，形成闭环管理，不断改进大吨位单桩竖向抗压静载试验安全管理。

应用层次分析法进行决策，就是运用层次分析法计算各层次对整体目标的决策值，为最终的决策分析提供数据支撑。为更好地量化风险评估，本文拟用层次分析法确定评价权重，设计出大吨位单桩竖向抗压静载试验安全风险层次分析法风险评价模型。

2.1 构建安全风险评价层次模型

采用层次分析法对大吨位单桩竖向抗压静载试验的风险进行评价的基本原理是：在前文各安全管理要素分析基础上，建立安全评价的层次结构模型，统计收集专家数据，构造判断矩阵，计算权重向量，并将权重加权后，求得各二级指标相对于总体目标的权重，最后得出优先程度排序，就能建立一套大吨位单桩竖向抗压静载试验安全评价指标体系。

层次分析法安全评价的步骤可分为：①建立层次结构模型；②构造判断矩阵；③一致性检验；④权重总排序。以下就根据此步骤进行大吨位单桩竖向抗压静载试验安全评价指标体系模型的架构。

本文提出的结构模型主要包括目标层、准则层和子准则层。

⑴目标层A

本研究的目标层是构建大吨位单桩竖向抗压静载试验安全评价体系。

⑵准则层B与子准则层C

准则层B 分为四大准则：人的风险B1、物的风险B2、环境的风险B3、管理缺陷的风险B4。

子准则C 中，人的风险B1 准则细分为：人的安全意识C1、人的技术能力C2、生理和心理状态C3；物的风险B2准则细分为：机械设备的状态C4、机械设备的使用C5；环境风险B3 准则细分为：地基环境C6、吊装环境C7、外部环境C8；管理缺陷B4 准则细分为：安全组织管理的缺陷C9、危险源辨识的缺陷C10、作业管理的缺陷C11、应急管理的缺陷C12。

2.2 构造判断矩阵

2.2.1 专家打分法确定指标权重

本模型获取断判矩阵的各项参数采用的是专家打分法。有研究指出人的主观意识最多只能对9 个等级的差异做出科学判断，所以本模型专家打分将采用1～9 的比例标度法，参与调查的专家们对各指标的相对重要程度按照1～9 的比例标度法进行打分，1～9打分的数字含义如表1 所示，其中前者与后者的重要程度之比等于后者与前者重要程度之比的倒数。

表1 1～9比例标度法的数字含义Tab.1 1～9 Numerical Meaning of the Proportional Scaling Method

本研究采用专用调查问卷的方式收集各专家对判断矩阵相关指标的评价。问卷回收后应及时进行一致性检验，当发现一致性检验无法通过时，应立即反馈给相关专家重新进行调查。

问卷调查完成后，将采用算术平均值的群组判断方法对各调查问卷的数据进行整合，最终转化为整体的判断矩阵数据。

2.2.2 层次分析法计算及结果分析

应用上述方法取得的数据，建立各准则层和各子准则层判断矩阵，并应用层次分析法计算后得出相应重要程度排序。

⑴准则层判断矩阵

准则层的判断矩阵计算结果如表2所示。

表2 准则层比较判断矩阵Tab.2 The Criterion Layer Comparison Judgment Matrix

表2可得本层的单层次排序向量，即权重向量如下：

其中，W1、W2、W3、W4是各因素B1、B2、B3、B4 对应于上一层“大吨位单桩竖向抗压静载试验安全风险评价体系A”的相对重要性权重。

⑵子准则层判断矩阵

子准则层的比较判断矩阵如表3所示。

表3 人的风险B1的比较判断矩阵Tab.3 Comparative Judgment Matrix of Human Risk B1

这里以人的风险B1 的比较判断矩阵来介绍比较矩阵中权重系数的计算方法，其中a12=2.362 0，a13=1.573 0，a23=0.782 0。如表1 人的风险B1 的判断矩阵A为：

利用方根法，将矩阵A的各行进行乘积并进行归一化，得到特征向量W。

①计算Ai，A的元素按行相乘得到新向量：W就是权重系数的矩阵。B2、B3、B4 比较判断矩阵均可按该方法进行计算，这里就不再赘述。

2.2.3 一致性检验

层次分析法比较评价的因素较多，所以就必须确保前后评价一致时，分析结果才能被认为是科学有效的。

按照相关理论，判断矩阵只有当一致性比例CR＜0.1 时，才认为一致性处于可接受的程度，反之就应该进行修正，以达到一致性要求。

一致性比例CR，需要先计算λmax、CI、RI等参数。⑴最大特征根λmax的计算

λmax为判断矩阵A的最大特征根，本文将采用方根法，也叫几何平均法进行计算，公式如下［12］：

式中：A为判断矩阵；W为特征向量，即排序权重向量；n为因素的个数，即判断矩阵的阶数。

⑵一致性指标CI的计算

一致性指标CI的计算公式如下［12］：

CI代表判断矩阵偏离一致性的程度。

⑶平均随机一致性指标RI

平均随机一致性指标的主要作用是衡量CI 的大小，其值是通过大量重复的随机判断矩阵特征值计算后得到的。该指标的取值与判断矩阵的阶数有关系，其数值关系如表4所示。

表4 随机一致性指标RI与矩阵阶数n的关系Tab.4 Relationship between the Stochastic Consistency Indicator RI and the Matrix Order n

⑷一致性比例CR的计算

一致性比例CR的计算公式如下［12］：

本模型每一个判断矩阵都应进行一致性检验，当判断矩阵CR≥0.1 时，就要对判断矩阵进行检查，并进行重新赋值。

2.2.4 层次总排序及分析

⑴子准则层评价指标相对于总目标权重的计算

前文已计算得出准则层各因素对应于目标层的相对重要性权重Wk，以及子准则层各评价指标在其相应准则层指标内所占的权重Vi，就能以此为参数计算子准则层各评价指标C1～C12 相对于总目标的合成排序权重，计算过程如表5所示。

表5 大吨位单桩竖向抗压静载试验安全风险评价指标权重计算Tab.5 Weight Calculation of Safety Risk Evaluation Index of Vertical Compression Static Load Test

⑵层次总排序计算

由表5 中各评价指标C1～C12 相对于总目标的合成排序权重Ui构成权重向量：

根据上文给出的权重指数，可以得出大吨位单桩竖向抗压静载试验风险评价一级指标权重最高为管理缺陷所造成的风险，指标占了37.9%，其次环境风险也占了27.5%，这两项加起来基本都占了一级指标的2/3，可见后期的安全风险管控应着重对这两个一级指标进行控制。另外，二级指标中，地基环境权重为0.168 0，其次为危险源辨识风险（0.164 1）、人的安全意识（0.105 0）、组织管理缺陷（0.101 2）、机械设备的使用（0.069 0）。这些权重值将为后续大吨位单桩竖向抗压静载试验安全管控措施的改进提供数据支撑，将直接改善大吨位单桩竖向抗压静载试验的安全管理。

3 结论

本文针对大吨位单桩竖向抗压静载试验安全风险识别、安全风险分析、安全风险评价各环节，运用层次分析法，建立了一套完备的大吨位单桩抗压静载试验安全风险评价体系，找出了安全管理最应注意的问题，得出以下结论：

⑴大吨位单桩抗压静载试验风险评价一级指标权重最高为管理缺陷所造成的风险，其次是环境风险。

⑵大吨位单桩抗压静载试验风险评价二级指标中，地基环境、危险源辨识、人的安全意识、组织管理缺陷、机械设备的使用这5 个二级指标是权重系数的前5名，需要重点设置风险管控措施。

⑶应用大吨位单桩抗压静载试验安全风险评价体系改变了单桩竖向抗压静载试验安全管理均等化管理的局面，做到了有轻有重、层次分明的管理特色，改进了大吨位单桩竖向抗压静载试验安全管理。