基于模糊層次分析法的高層建筑施工安全評價分析

田 瓊 周 基

（湖南科技學院 土木與環(huán)境工程學院，湖南 永州 425199）

基于模糊層次分析法的高層建筑施工安全評價分析

田 瓊 周 基

（湖南科技學院 土木與環(huán)境工程學院，湖南 永州 425199）

文章研究高層建筑施工過程中的安全綜合評價方法，對施工現(xiàn)場作業(yè)人員、施工材料、施工機械設備、施工管理方法和施工環(huán)境五個方面，運用模糊層次分析法構建模型，系統(tǒng)科學的分析和評價了施工項目的安全問題，從而有效地對項目建筑施工安全進行預測、預報、預防，確保高層建筑施工的安全。

高層建筑施工；安全綜合評價；模糊層次分析法

1　引　 言

隨著新材料、新結構和新工藝在建筑領域?qū)映霾桓F，同時，各大城市的飛躍發(fā)展，更促進了高層建筑的蓬勃發(fā)展。然而，建筑業(yè)向來就是一個安全事故頻發(fā)的行業(yè)。由世界各國的行業(yè)死亡事故案例資料可以證明建筑業(yè)是屬于死亡事故高發(fā)行業(yè)，僅次于礦山事故。從高層建筑當前的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，不論是建筑企業(yè)內(nèi)部管理還是管理部門監(jiān)督管理均存在一定的安全問題，這嚴重制約了我國高層建筑的安全工作的開展。在工程建設中，如何發(fā)現(xiàn)建筑施工過程中存在的危險，如何在安全事故發(fā)生之前對可能發(fā)生的危險進行科學的識別、預測，怎樣對一個建設工程項目進行安全評價。這一系列問題就成為安全生產(chǎn)所要研究的重要課題。因此，為了避免和降低建筑安全事故的發(fā)生率，建立健全高效的建筑工程安全保障體系，并且加強施工現(xiàn)場的安全管理工作就顯得尤為重要。

2　建筑工程系統(tǒng)安全評價

2.1建筑工程系統(tǒng)安全評價

系統(tǒng)安全分析的目的就是為了進行安全評價。通過分析了解系統(tǒng)中的潛在危險和薄弱環(huán)節(jié)所在，發(fā)生事故的概率和可能的嚴重程度等，這些都是評價的依據(jù)。

系統(tǒng)安全評價往往要以系統(tǒng)安全分析為基礎，通過分析了解和掌握系統(tǒng)存在的危險因素，但不一定要對所有危險因素采取措施。而是通過評價掌握系統(tǒng)的事故風險大小，以此與預定的系統(tǒng)安全指標相比較，如果超出指標，則應對系統(tǒng)的主要危險因素采取控制措施，使其降至該標準以下。目前建筑施工企業(yè)安全評價是按照《施工企業(yè)安全生產(chǎn)評價標準》(JGJ/T77一2003)對建筑工程的施工進行評價。

建筑施工安全評價指標體系是由一系列衡量建筑施工安全評價水平的指標或標準組成，是用于安全評價的安全因素的集合。安全評價體系是安全評價的核心問題，該體系設置的合理與否直接關系到評價結果的準確度和可信度。

2.2建筑施工安全評價方法

安全評價工作開展較早的國家是美國、英國和日本。目前國內(nèi)外常用的安全評價方法有數(shù)十種，歸納為四大類，即：指數(shù)法、安全檢查表法、概率風險評價法和數(shù)值模擬與人工智能方法[1]。常用的有以下幾種：

1.指數(shù)評價法

指數(shù)評價法使用方便，適用于像化工廠這樣多種災害并存結構復雜且隱患概率及其后果模型難以確定的領域。但是這類方法的缺點也是比較明顯的。①評價中模型對系統(tǒng)安全保障體系的功能重視不夠，特別是危險物質(zhì)和安全保險體系間的相互作用關系未予以考慮。②由于危險源是危險物質(zhì)或安全保障體系之間相互作用的有機體，是危險、危險能量與安全防護體系之間相互矛盾著的既對立又統(tǒng)一的整體，評價中只注重某一側面顯然是不全面的。各因素之間全部以加或乘的方式處理，忽視各因素之間的重要性差別。③評價之初就有風險意義的指標值，使得評價后期對系統(tǒng)的改進顯得非常的困難。在各指數(shù)法評價模型中，指標值的確定只與指標的設置與否有關，而與指標因素的客觀狀態(tài)存在水平無關，致使出現(xiàn)危險物質(zhì)的種類、含量、空間布置相似，而實際水平相差較遠的系統(tǒng)，其評價結果有相似的后果，這是指數(shù)類評價方法靈活性檢查和敏感性相差的主要原因。

2.安全檢查表法

安全檢查表是一種靜態(tài)評價方法，其優(yōu)點是操作簡單、直觀、易于企業(yè)的同步管理。該方法存在的主要問題是：①對系統(tǒng)安全結構的控制缺乏深度和系統(tǒng)性，作為安全管理的手段之一是可行的，但只能作為安全管理輔助的分析方法，不能單獨作為安全評價方法；②檢查表大多是由有經(jīng)驗的人編寫，主觀和經(jīng)驗的局限性是顯而易見的；③檢查表大多數(shù)采用評分法或回答“是”/“否”的形式進行，對一些主觀指標難于做出客觀的評價；④安全檢查表是一種靜態(tài)評價方法，無法做出系統(tǒng)整體的動態(tài)安全評價。若能解決這些問題，安全檢查表的生命力仍然旺盛。

3.概率風險評價方法

概率風險評價方法代表了安全評價的又一個發(fā)展方向，是一種精度較高的定量安全評價方法。這類方法通過綜合分析系統(tǒng)的基本單元元件的性能及其致災結構關系，推算整個系統(tǒng)發(fā)生事故的概率，通過對災害后果的估計，來綜合反映系統(tǒng)的危險程度，并同既定的目標值相比較，判定其是否達到預期的安全要求?；蛘?，將危險概率值劃分為若干等級，作為系統(tǒng)安全評價及制定安全措施的依據(jù)。概率評價法使用的前提是能對系統(tǒng)完整分析、數(shù)據(jù)充足和準確，否則使用起來很困難。

4.常規(guī)統(tǒng)計法

這是應用數(shù)理統(tǒng)計的原理，進行回歸分析的一種方法，是傳統(tǒng)方法的典型代表，而且仍然在廣泛的應用。這類方法在評價因素少，且主要影響因素突出的系統(tǒng)安全評價中比較適用。對多因素且因素之間相關性大的系統(tǒng)則無法應用這一方法。

5.層次分析法

層次分析法[4]是一種能有效地處理那些難于完全用定量來分析復雜問題的手段。層次分析法的缺點在于其所構造的模型是遞階層次結構，即從高到低或從低到高的層次結構。而在實際分析中，還會遇到更復雜的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，層次已經(jīng)不能表明高或低了，這是因為某一層次既可直接或間接地影響其它層次，同時又直接地或間接地為其它層次所影響。這種類型的問題，通常用網(wǎng)絡結構模型來描述。

3　基于模糊層次分析法的高層建筑施工安全評價

要對施工項目進行安全綜合評價，首先就需要建立安全評價指標體系。評價指標體系是安全評價的核心問題，評價指標選擇得是否恰當直接影響綜合評價結論[5]。

3.1高層建筑施工安全模糊綜合評價的可行性

模糊綜合評價[2]是借助模糊數(shù)學的一些概念，對實際的綜合評價問題提供一些方法，它與概率、統(tǒng)計的方法是不同的?？陀^事物的不確定性有兩大類，一類是事物對象是明確的，但出現(xiàn)的規(guī)律不確定；另一類是事物對象本身不明確，如年輕、年老、嚴重、不嚴重等這一類程度上的差別沒有截然的分界線。模糊綜合評價就是以模糊數(shù)學為基礎，應用關系合成原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化、進行綜合評價的一種方法?！鞍踩迸c“危險”之間沒有明顯的分界線，即安全與危險之間存在著一種中間過渡的狀態(tài)。這種中間狀態(tài)具有亦此亦彼的性質(zhì)，也就是通常所說的模糊性。而模糊數(shù)學用“隸屬度”來刻畫這種模糊性，以達到定量精確的目的。

用模糊綜合評價方法來評價高層建筑施工安全是可行的。首先，高層建筑施工安全評價涉及因素眾多，且權重各異，比如高層建筑環(huán)境安全，特別是組織管理與安全制度，更是難以量化，只能用“安全”、“較安全”、“危險”等等級概念來描述，具有較強的模糊性。其次，某些因素受外界環(huán)境的影響較大，具有偶然性，如安全設施失效等，往往沒有規(guī)律性，難以預測。另外，對于機械設備質(zhì)量的評價是具有模糊性的，因為影響機械設備的某些因素是模糊的。由于主觀原因，人們對某些影響因素的褒貶程度不盡相同，很難直接用統(tǒng)計學的方法確定這些因素的具體判斷值。因此如何對模糊信息資料進行量化處理和綜合評價就顯得尤為重要。為此，利用模糊綜合評價原理對高層建筑施工質(zhì)量進行評價有其科學性和實用價值。但是有時需要考慮的因素很多，因素間還可能分屬不同的層次，這時就需要在每一層上對要解決的問題進行評價，即所謂的多級模糊綜合評價。

總之，模糊綜合評價是一種適用于用在高層建筑施工安全方面評價的一種可行的方法。下面詳細介紹一下模糊綜合評價的方法。

3.1.1建立梯階層次結構

針對復雜的目標問題，分解為基本的屬性單位評價元素（即評價因素），再把這些元素根據(jù)不同的屬性分成若干組，以形成不同的層次，同一層次的元素作為準則，對下一層次的某些元素起支配作用，同時又受到上一層次元素的支配。這種從上至下的支配關系即形成一個梯階層次。最上的層次一般是復雜問題的分析目標；中間層是評價元素層、子評價元素層；最下面是基本評價元素層。如表3.1所示。

表3.1 梯階層次結構示意表

3.1.2.構造判斷矩陣

建立梯階層次結構以后，上下層評價元素之間的隸屬關系即被確定，假設上一層的元素UK對下一層次元素UK+1有支配關系，則目標即是在準則PK下按相當重要性對UK+1的元素賦予相應的權重。針對準則PK，2個元素以Ui、Uj的重要性賦值，采用1-9的標度方法進行。

一般對于n個因素來說，根據(jù)標度法對每個元素進行兩兩比較后，就可得到兩兩判斷矩陣A=(Aij)n×n。顯然有以下性質(zhì)：

（1）Aij＞0；

（2）Aij=1/Aij；

（3）Aij=1

根據(jù)判斷矩陣用最大特征根法計算權向量T和最大特征根lmax，其具體步驟如下：

（1）計算判斷矩陣A每一行元素的乘積

②計算判斷矩陣A的“隨機一致性指標” RI。

表3.3 RI值

③計算“隨機一致性比率”

當Cl<0.10時可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性。否則，就必須重新進行兩兩比較以調(diào)整判斷矩陣中的元素，直至判斷矩陣具有滿意的一致性為止。

（6）這時從判斷矩陣中計算出的最大特征根所對應的特征向量經(jīng)標準化后，才可以作為層次分析的排序權值T。

3.1.3模糊層次分析法綜合評價

有了權重，現(xiàn)在只要把各個部分的評價等級（或分數(shù)）與權重合成即可得到最終的評價目標的結果。

3.2在項目的施工現(xiàn)場安全評價

在項目的施工現(xiàn)場安全評價體系的主要指標包括：人的因素(B1)、施工材料的因素(B2)、施工機械設備的因素(B3)、管理因素(B4)、現(xiàn)場環(huán)境的因素(B5)，我們可把它們設為影響安全的一級指標。然后通過數(shù)學方法計算出相應的權重值，然后同樣可根據(jù)相應的子指標因素。例如，環(huán)境因素分別會有三個子指標因素：施工地區(qū)氣候因素的隸屬度、施工現(xiàn)場照明的隸屬度、施工綜合環(huán)境的隸屬度、計算出相應的子權重值，有了權重值后，就只要把各個部分的評價等級（或分數(shù)）與權重合成即可得到最終的評價目標的結果。然后我們可以評價工程項目的安全問題。在第一層指標權值計算之后，我們得出人、材、機、法、環(huán)五大因素的相對權重數(shù)據(jù)。其中，哪些項因素所占比重較大，將會成為影響施工安全的最主要因素，符合事故致因理論。因此，在制定相應的施工安全計劃時，應最先考慮此方面的因素，然后是其它因素的考量。綜合各種因素，為確保有效提高項目施工安全問題，我們可就各因素的改進有針對性的提出建議。

4　結　語

本論文在總結安全生產(chǎn)基本知識、基本理論的基礎上，簡要地對建筑施工安全評價方法中的指數(shù)評價法、綜合評價法、安全檢查表法、概率風險評價法、常規(guī)統(tǒng)計法、層次分析法等方法進行了闡述，通過論證與方法研究，確定模糊層次分析法作為本論文綜合評價高層建筑施工安全的方法，論文通過上述研究，希望為今后我國高層建筑工程安全評價工作提供一定的借鑒作用。

[1]金磊.試論建筑安全系統(tǒng)工程的理論與方法[J].新建筑,1990,(1).

[2]曹炳元.應用模糊數(shù)學與系統(tǒng)[M].北京:科學出版社,2005.

（責任編校：何俊華）

TU208.3

A

1673-2219（2015）05-0079-04

2015－01－20

田瓊（1981－），女，湖南科技學院土木與環(huán)境工程學院講師，研究方向為工程經(jīng)濟。