基于灰色关联分析对装配式施工安全风险予以评估

赵沐嘉

(辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁 葫芦岛 125105)

装配式建筑是通过更可靠的连接方式由工厂提前预制并将其运送至施工地点进行组装形成建筑的一种建筑方式，其优势是工程质量更佳，施工周期更短，能在一定程度上达到节能环保的施工效果。但装配式建筑在我国发展时间较短，施工技术尚不成熟，相关安全管理措施配置不完善，流程管理制度不到位，因此存在一定的施工安全问题。为保障装配式建筑施工作业安全，可在建筑施工阶段进行安全评价。

在多维作业空间并行施工时，装配式建筑易导致多种信息复杂交错，具有模糊性，因此可将其作为多级模糊综合评价问题。目前，国内外学者对装配式建筑施工安全评价问题进行了大量研究。Joel等[1]利用精益管理工具，对施工人员进行了施工过程影响性分析；Fard等[2]通过调查美国125起配式建筑安全事故，发现最主要的事故原因是建筑结构不稳定；李文龙等[3]以熵权法-未确知测度理论为基础，构建了装配式建筑施工安全评价模型；闫帅平等[4]为解决指标不确定性影响，洞察指标信息问题，采用ICUOWGA-RBF神经网络进行安全评价，为提高装配式建筑施工安全性提出了有效思路；常春光等[5]将G1-物元分析法引入安全评价体系，通过指标与等级的关联度进行评价；付杰[6]利用反演分析得出关键影响因素，以灰色聚类分析测评安全性。尽管现有研究提供了安全评价依据，但仍存在局限性，如物元分析法不能遍历数据组合时，易出现评估结果与实际不符的情况，而RBF神经网络为保证结果稳定，需要大量样本等。

为探究影响装配式建筑施工的因素，结合灰色关联分析[7]，通过变化模型中参数组合确定评估对象安全等级，降低评价方法的主观臆断性，保证结果的稳定，为安全管理提供了思路。

1 层次分析法

系统工程中，层次分析法是定量分析非量化问题的一种常用手段，在处理分析目标数量较多、准则数量较多的复杂问题时有非常好的效果。

通过专家咨询，比较分析确定指标的重要性，得到评价指标之间的相对重要程度，从而构建判断矩阵；根据指标的相对重要程度的比较，得出判断矩阵Zij=(aij)n×m。

1.1 权重求解

为保证计算结果的稳健性，通过算数平均数、几何平均数法和特征值法分别求出3个权重，并取平均值求出权重。

根据算数平均法求得的权重向量为：

1.2 一致性检验

为建立优秀的数据判断矩阵，需采用比较法系统分析矩阵中各项指标数量之间的差值，从而减少片面性带来的误差。在一致性检验中，n表示数据判断矩阵的阶数，CR表示一致性比率。其中，一致性比率可由判断矩阵中的最大特征向量λmax和一致性评价指标CI来计算，计算公式如下：

若CR<0.1，说明判断矩阵的不一致程度在合理范围内，通过一致性检验。

经过一致性检验后，可求得各个指标的主观权重。

1.3 数据预处理

1.3.1 归一化

由于量纲单位不同的数据无法直接整合计算，需要对量化的数据进行归一化处理，以此来消除数据量化单位不同带来的计算误差。

数据的归一化有很多方法，本研究采用最大最小法进行归一化处理，数据归一化的公式如下所示：

式中，vs是标准化处理后的数值，v是原始数值，vmax、vmin表示数据集中该属性的最大和最小值。使用 MATLAB 软件进行归一化处理。

1.3.2 正向化

指标有4种类别，分别为极小型指标、极大型指标、中间型指标及区间型指标，想要对数据进行分析，需对归一化后的指标进行正向化，本研究没有中间型指标及区间型指标，只对极小型指标进行正向化，公式为：max-x。

1.4 灰色关联分析

灰色关联分析大致有3个步骤，分别为确定分析数列、计算关联系数、计算带有权重的关联度。

步骤1：

确定分析数列。进行灰色关联分析，确定参考序列和比较序列。

设参考序列，即母序列X0(k)：

X0=[x0(1),x0(2),x0(3),…,x0(n)]

确定子序列即比较序列，设子序列Xk(m)：

Xk=[X1(k),…,Xn(k)],k=1,2,…,n

步骤2：

计算关联系数。一个参考序列会对应多个比较数据序列，其中第i个比较数据序列和相对应的参考序列在第h指标上的相对差使用关联系数ζ0,i(k)来表示：

其中，ρ为分辨系数，可以看出，分辨系数ρ与分辨力之间呈负相关，ρ的取值范围为0～1，计算得到ρ<0.546 3时，分辨力最好。本研究中，ρ取0.5。

步骤3：

计算关联度。关联度由关联系数加权平均得到：

其中，ωk为各指标的权重，ωk为采用层次分析法所得到的权重，满足

结合装配式评价系统，对上述关联度进行多级综合评价分析，对不同等级的关联度进行比较，通常系统(要素)位于关联度最大值对应的安全等级中。

2 实例分析

以甘肃省某安置房项目为例，此试点项目中，1#住宅和2#公租房均采用装配式建造，主要对1#住宅进行装配式安全评价分析。

2.1 评价指标的建立

以《装配式建筑系列标准应用实施指南》(2016SSZN-GJG)为标准，结合评价要求进行综合考虑，对装配式建筑风险评价的实际情况进行分析，根据高层建筑火灾特点，将安全评价指标等级划分为5级，即V={1 级，2级，3级，4级，5级}={安全，较安全，一般安全，较危险，危险}，分别用Ⅰ～V级表示。以《塔式起重机安全评估规程》(GB/T 33080—2016/12)为基准，结合现场环境进行评定，标准化后如表1所示。

其中，A11-A44的具体含义如表2所示。

表2 各个指标的具体含义Tab.2 Specific meaning of each indicator

2.2 权重的计算

通过AHP法分别对4个一级指标及每个一级指标对应的二级指标进行两个指标的评价打分，得到的层次分析法权重指标计算结果如表3所示。

表3 层次分析法权重指标计算结果Tab.3 Weight index calculation results of Analytic Hierarchy Process

2.3 灰色关联度计算

根据表1确定的风险评价指标，共有 15个指标因素，分为 4个群，采用 2 级关联分析。其中，实测参考序列构成的样本矩阵为：

X=[8.3，5.7，5.4，8.6，81.2，75.9，86.4，72.3，78.1，5.2，79.5，86.5，78.8，73.1，90]

依据评价等级临界量数值列出矩阵Y，依次求出各个等级的母序列及子序列。

得到各因素的关联度和评价等级矩阵如表4所示。

表4 各因素的关联度和评价等级矩阵Tab.4 Correlation degree and evaluation grade matrix of each factor

可以得出结论，总评价对象处于较安全状态。