基于改进AHP-FCE法的装配式建筑安全风险分析

曹泽，邓欣然

（安徽建筑大学经济与管理学院，安徽 合肥 230000）

0 引言

随着经济社会的发展，中国房地产业进入“新常态”，传统建筑施工方式的弊端越来越明显。相比之下，装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑，具有施工高效、节约资源、场地占用少、噪声小以及污染小等传统建筑模式不具有的优势。2016年以来，在国务院的大力倡导下，装配式建筑逐步发展起来［1］；2022年，住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》，提出到2023年，装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上，装配式建筑无疑成为我国未来建筑业发展新趋势。风险被定义为在工作环境中可能导致事故的因素［2］，在装配式建筑的施工过程中，能够造成人员伤害、威胁建筑安全性能的一系列要素即为装配式建筑的安全风险因素。由于我国装配式建筑起步较晚，产业链不够成熟且整合度不高，更易发生如高空坠落、坍塌等事故，研究装配式建筑安全风险因素对于发现风险隐患、控制风险薄弱点、降低事故发生率等具有重要意义。当下，国内外对于装配式建筑的研究主要集中在人、物、环境、管理等方面［3］，在安全风险方面的研究不多，且研究内容主要集中在探索危险源和项目安全评价上。

在危险源的识别方面，李浩燃等［4］提出在装配式建筑的各阶段管理中，预制构件存放、吊运阶段，进场及运输阶段风险最大；常春光等［5］运用二元决策图得出装配式建筑的危险源有高空坠物、安全防护、预制构件和相关设备；李文龙等［6］认为装配式建筑的风险主要在于人和物2个方面，如施工人员素养、预制构件质量方面；王军武等［7］指出起重机械超负荷运行、现场安全管理不到位、吊索吊具存在缺陷等因素是影响装配式建筑吊装施工安全风险的关键风险因素；Bavafa等［8］运用DEMATEL及模糊数学模型来识别安全因素，并提出从安全承诺和责任、分包商和人员选择、安全主管和专业人员、安全计划、员工参与5个方面进行风险防控；Li等［9］则认为施工前的决策阶段对建筑安全影响最大，应重点关注；何正豪等［10］从参建单位的视角看，监理规划与实施细则的质量，装配式施工安全专项方案落实情况，危险性较大的分部分项工程论证等因素为装配式施工安全关键风险因素；姜吉坤等［11］从吊装施工的现场看，运用改进的变权物元可拓模型，得出吊装人员安全意识、作业人员状态、安全管理制度是关键风险因素。

在装配式项目的安全评价方面，丁彦等［12］运用ABC分类法结合主观赋分，对实地装配式建筑项目进行安全评价，总结该项目的A级风险为安全防护和技术水平；杨元元等［13］使用组合赋权二维云模型对装配式建筑吊装施工进行安全评价，确定实地项目的安全风险等级为三级；Liu等［14］运用模糊分析定性的理念分析关键影响因素，在熵权法求取客观权重的基础上，采用云模型对装配式建筑安全进行风险评价；Zhao等［15］在IFS的基础上建立了绩效评价指标，运用TOPSIS法对装配式建筑项目进行风险评价。其他方法如李英攀等［16］根据人-机-料-法-环（4M1E）、陈为公等［17］运用向量夹角余弦方法、付杰［18］运用灰色聚类综合评价法构建装配式建筑安全评价模型和安全评价体系，较为全面地概括了影响装配式建筑的风险因素，直观表明其研究项目安全水平高低。

综上可见，国内外学者对装配式建筑安全风险研究主要集中在风险因素识别和项目安全评价2方面，同时，大多方法计算过程复杂，步骤烦冗，容易造成较大误差，也不便于工程实践。本文将改进的层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）和模糊综合评价（fuzzy comprehensive evaluation，FCE）法结合，用定性与定量相结合的方法对装配式建筑安全风险进行分析，评价安全等级，对各指标构建计算矩阵，运用数学变换创立一致性矩阵，避开一致性检验，提高运算效率，最终得到各指标权重。最后基于模型结果和实证分析，揭示装配式建筑安全风险控制的重点，为管理控制装配式建筑安全风险提供参考。

1 改进AHP-FCE方法论

传统层次分析法（AHP）是按照一定的标度方法，对层次化的指标进行两两比对，结合定性与定量分析，对多个目标进行决策分析的方法。将最终目标分解成不同层级的因素指标，分为目标层、准则层和指标层，形成层次结构模型，采用九标度法，即用数字1~9对各指标打分，形成判断矩阵，待通过一致性检验后，计算判断矩阵的最大特征值和特征向量，得到各层次的权重值，将指标层各个指标的权重值乘以所属准则层因素权重值，从而得到各指标的影响因素大小。

在指标数目较少时，传统层次分析法效果较好；对于指标数较多的情况，采用1~9打分将导致差异性不明确，计算次数多。加之九标度的5个判断区间难以把握，使得最终判断易出现模糊性与范围性，影响结果的准确性。

本文采用改进的层次分析法，即采用0~1打分的三标度法，由0、0.5、1进行打分，0表示因素e重要性不如因素f，0.5表示因素e和因素f同等重要，1是因素e重要性高于因素f。三标度法加大了指标间的区分度，在指标较多的情况下减少了权重选择的模糊性，最后采用数学方法将权重矩阵转化为一致性矩阵，避开一致性检验，使其满足一致性要求，直接求出指标权重进行比对和最终决策。

模糊综合评价（FCE）法是由美国Zadeh教授提出，基于模糊数学理论对不确定性事物的评价方法，运用隶属函数矩阵和运算变换，将定性与定量相结合，对具有模糊性的指标进行分级评价。由于安全风险评价本身具有不确定性，各专家及施工人员对风险指标认识不一，使得风险评价具有主观因素、有不确定性，用模糊评价法将主观评价转换为客观分数，从而实现对安全风险指标的客观评价。

1.1 改进AHP-FCE计算步骤

本文使用改进的AHP和FCE结合的方法进行装配式建筑施工安全风险因素评估，具体步骤如下。

1.1.1 改进AHP步骤

1）建立指标体系。

首先确定目标层；然后建立准则层，准则层中的因素即为一级指标Ti；最后建立指标层，指标层中的因素即为二级指标Tij。

2）按三标度法（0、0.5、1）构建指标的判断矩阵A。

3）对判断矩阵A进行数学变换，创建中间过渡矩阵B。

设bij为过渡矩阵B中的项，则bij由式（1）求得。

式中：xi=ai1+ai2+…+ain，xj=ai1+aj2+…+ajn，xmax=max(x1，x2…，xn)，xmin=min(x1，x2…，xn)，q=xmax/xmin。

4）由过渡矩阵B计算一致性矩阵C。

设cij为一致性矩阵C中的项，则cij由式（2）求得。

由式（2）可知，cij满足cij=1/cji，cij=cik×ckj且有cii=1，故矩阵C为一次性矩阵，不用再进行一致性转化。

5）计算各指标权重。

参考Zhao等［19］对权重的计算方法，使用方根法求各指标权重，并进行归一化处理，得到各指标最终权重。

首先，计算各因素初始权重mi，如式（3）所示：

其次，归一化处理得到各指标最终权重wi，如式（4）所示：

最后，令各指标最终权重组成向量W=（w1，w2，…，wn）。

1.1.2 FCE法步骤

1）建立评价集。

确定研究对象评语等级，表示为V，本文中将装配式建筑安全风险分为5级，取V=｛极小风险，较小风险，一般风险，较大风险，极大风险｝，分别对应1~5级，对应分数区间为｛>80~100，>60~80，>40~60，>20~40，0~20｝。

2）隶属度矩阵构建。

参考于艳芳等［20］的做法，对各风险指标在项目上的体现赋分，构建模糊评价矩阵（隶属度矩阵）St（t取值范围为准则层指标数量，在本文中，t=1，2，…，5）。

3）确定风险等级。

结合改进AHP所求权重向量W=（w1，w2，…，wn）和模糊评价矩阵St，计算W×St即得各指标隶属度向量Dt，组合形成隶属度矩阵R。

取评价标准集的中位数与各指标隶属度乘积之和求得最终得分。

2 基于改进AHP-FCE法的装配式建筑安全评价体系构建

2.1 指标选取

装配式建筑安全风险指标涉及多个方面，指标选取的过程中，总结领域相关专家（包括高校工程管理和建筑工程领域专家、施工现场负责人及部分施工人员）意见，结合文献梳理，依据国务院关于促进建筑业持续健康发展的意见，力求指标的相对独立性，避免重复或有较强相关性的指标出现，选择较为系统且全面的指标。最终，装配式建筑安全风险评价体系的准则层涉及人员、环境、管理、设备和技术风险共5个指标，指标层共19个指标，具体指标如下：

1）人员风险T1：指施工过程中，基于人的主动行为或心理活动造成的风险，本文列举出作业人员安全意识T11，作业人员技术水平T12，作业人员健康状况T13，作业人员文化素质T14，作业不规范T15共5项子风险因素。

2）环境风险T2：指周围环境（自然环境、政策环境等）对施工作业本身或作业人员产生影响而造成的风险，根据现场调查，本文共选出现场气候环境T21，安全标准政策环境T22，吊装作业环境T23共3项子风险因素。

3）管理风险T3：指在管理运作过程中因信息不对称、判断失误、制度不完备、管理不善等影响了管理水平从而对装配式施工造成风险。本文共筛选出安全事故应急处理T31、安全教育培训T32、管理制度完善T33、构件吊装及堆放管理T34共4项子风险因素。

4）设备风险T4：因作业设备的质量问题、设备故障等基于设备运作的客观因素而造成的风险，本文共选取预制构件质量T41、设备定期安全检查T42、吊装设备临时支撑强度T43共3项子风险因素。

5）技术风险T5；基于现有技术的成熟程度（包括但不限于施工技术、管理检测技术等）对工程作业产生的影响，本文选出节点连接准确度T51、安全检测技术T52、施工组织设计及施工方案T53、构件连接强度T54共4项子风险因素。

2.2 权重计算

由改进的AHP三标度法，邀请相关领域专家根据指标间两两比较进行赋值，得到指标间的判断矩阵如下：

以准则层（一级指标）为例，xmax=4.5，xmin=0.5，q=9，应用式（1）计算其过渡矩阵为

应用式（2）计算其一致性矩阵

对所求一致性矩阵的行求和，由式（3）对其和开五次方根，最后按式（4）进行归一化处理，得到一级指标权重W：

W1=(0.1160.0350.0670.2440.538)。

同理，求得各二级指标权重：

W11=(0.2830.0740.5910.0380.015)，

W12=(0.1660.0410.793)，

W13=(0.2610.4980.1850.055)，

W14=(0.8300.1360.034)，

W15=(0.2620.1210.562 0.055)。

根据一级指标和二级指标权重，得到总权重，如表1所示。

表1 装配式建筑安全风险评价各指标权重

3 实证分析

3.1 工程概况

某公司是国家高新技术企业，全国优秀施工企业，公司多次承建“高、大、精、尖”项目，完成了一大批质量要求高、工期要求紧、难度要求大的大型和特大型工程。近年来，公司稳健发展，深耕安徽，在长三角区域、粤港澳大湾区等地均大力开展经营。某产业基地一期项目由该公司承建。该项目地上为装配式建筑，采用装配化施工。项目总建筑面积91 668.36m2，总用地面积70 705.63m2，主体结构采用预制叠合板，预制楼梯、预制内隔墙板，总体预制率不低于40%，是标准的装配式建筑。

3.2 模糊综合评价计算

评价标准根据现场施工情况设定，选用Likert五点计分法，确定安全风险评价集V=｛极小风险、较小风险、一般风险、较大风险、极大风险｝，分别对应1~5级，对应分数区间为｛>80~100，>60~80，>40~60，>20~40，0~20｝。

邀请该公司现场管理人员（项目负责人、工程部负责人等），施工班组人员组成10人专家组，对所选各项指标根据现场实情进行打分，综合所有人员的赋分评价，得到各指标在各风险等级的隶属度，进而得到指标层隶属度矩阵（S1、S2、S3、S4、S5）如表2所示。

表2 各指标因素隶属度

3.2.1 二级指标模糊综合评价

根据改进的AHP所得各指标权重：

得隶属度矩阵：

3.2.2 一级指标模糊综合评价

D=W1×R=（0.417，0.209，0.177，0.172，0.025）。

取评价集分数区间每个分数段的中位数计算项目风险评价总分F=0.417×90+0.209×70+0.177×50+0.172×30+0.025×10=66.42。

由模糊综合评价，最终项目安全风险得分F=66.42。

3.3 评价结果分析

根据上述计算结果，根据最大隶属度原则，该互联网产业基地一期项目的最大评价值为0.417，对应评价集中的一般风险，最终项目得分为66.42分，对应评价集中的较小风险，且2个评价指标得分都十分接近较小风险和一般风险的临界值，可以看出，该项目的最终风险程度介于较小风险和一般风险之间，整体表现上是良好的，但仍有待改进之处。

4 结论与建议

4.1 结论

在我国大力推行装配式建筑的背景下，本文采用改进的AHP-FCE法进行指标权重确定，并进行了工程实证分析，得出结论如下：

1）采用改进的层次分析法在装配式建筑安全风险分析的研究中，主要风险因素有：施工组织设计及施工方案、预制构件质量、节点连接准确度、作业人员健康状况、安全检测技术，其权重分别为0.302、0.203、0.141、0.069、0.065。并基于工程实例，对实地项目进行安全分析，结果表明：项目总得分66.42分，属于较小风险，安全状况较好。

2）改进的AHP-FCE法所建立的安全风险评价模型在运用过程中计算量适中，计算效率较高，且在实证分析中的研究结果和工程实际相符合，该模型有较好的适用性，可以应用于安全风险评价过程中。

4.2 建议

根据实证分析，对于控制装配式建筑施工过程中的安全风险，改良我国装配式建筑面临的安全问题，本文提出以下建议：

在人员因素方面进行风险控制时，首先改善项目卫生安全条件，可以组织定期体检，关注人员健康状况，邀请相关专家定期开展技术培训。对于环境方面，加强安全巡查，严格按照政府要求的安全标准进行作业，确保吊装作业四周视野开阔，无障碍物，及时关注天气情况，遭遇恶劣天气时应暂缓施工。出现管理问题时，邀请相关专家明确管理制度细节，详细规划构件堆场位置，确保不对施工作业造成风险，同时注意加强对施工人员的安全教育培训。在设备风险防控中，仔细检验设备及材料质量，严格把关设备进场检查，对设备进行定期检修。在技术风险防控中，建议合理规划施工组织设计及施工方案，保证施工过程顺利，对技术工人定期进行技术考核，考核不达标者进行再培训才可重新上岗，保证施工队伍的技术水平。