高大模板支撐體系安全性的評估

李海陵

摘 要：高大模板支撐體系安全性評估是一個涉及多因素的系統(tǒng)工程，其評價指標的科學合理選取直接影響到整體評價的結果。利用層次分析法構造判斷矩陣，依據(jù)九標度對層次間評價指標關聯(lián)性進行量化。利用MATLAB計算判斷矩陣的最大特征值及其特征向量，符合一致性檢驗后，再進行模糊綜合評價。通過分析揚州空港新城項目高大模板支撐體系評價指標權重計算結果可以發(fā)現(xiàn)，研究結果能夠充分反映實際施工中高大模板支撐體系存在的問題，為高大模板支撐體系的安全措施提供了重要參考。

關鍵詞：高大模板;承插型盤扣式;支撐體系;層次分析法;判斷矩陣

承插型盤扣式支架作為高大模板工程[1]的支撐體系，在實際工程中的應用越來越廣泛，但是它具有施工難度大、技術要求高、作業(yè)危險性高等特點，因而高大模板極易出現(xiàn)安全問題且后果比較嚴重。例如，2015年04月11日晚23時，河北省新樂市某在建商業(yè)樓在澆筑混凝土時模板發(fā)生坍塌，共造成5死4傷;2015年01月29日0時25分左右，江西省某大學體育館頂層澆筑混凝土時高大模板發(fā)生坍塌，事故造成1死18傷。2019年11月18日16時50分左右，徐州市龍山水泥有限公司水泥粉磨站擴建項目二期工程，在澆筑+31.5米標高層梁、板混凝土時，發(fā)生中心區(qū)樓面模板支撐系統(tǒng)坍塌事故，造成1人死亡，5人受傷，2020年1月5日15時30分左右，武漢市江夏區(qū)巴登城生態(tài)休閑旅游開發(fā)項目一期工程發(fā)生一起坍塌事故，事故造成6人死亡，5人受傷。由于現(xiàn)場施工程序多，影響高大模板坍塌原因很多，因此主要事故原因難界定。

經調研現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，施工單位在高大模板施工方案編制嚴謹性、技術交底深入性、施工過程監(jiān)督全面性以及施工人員責任心等方面都存在不足，這些因素都潛在地影響高大模板安全性。由于揚州市空港新城影視文旅產業(yè)基地項目G14地塊19座影棚主體結構均采用承插型盤扣式腳手架[2]作為高大模板支撐體系，本人以其中兩座影棚（B1、B2）為例，對盤扣支架施工現(xiàn)場每個細節(jié)和管理過程進行研究，從而確定承插型盤扣式高大模板支撐體系安全評價指標，運用層次分析法（AHP）[3，4]和模糊綜合評價法對高大模板支撐體系安全性進行評估，依據(jù)九標度方法對不同層次中評價指標關聯(lián)性定量化，建立判斷矩陣，求解各個判斷矩陣的最大特征值及其特征向量，進行一致性檢驗，對特征向量歸一化為權向量，即為各個層次各評價指標的權重，將計算結果與高大模板工程所反映的現(xiàn)實存在的問題進行對比分析。

1 高大模板支撐體系模糊綜合評價

1.1 高大模板支撐體系安全因素調查

本人在系統(tǒng)學習高大模板設計理論與相關規(guī)范后，參與項目部關于高大模板施工方案的編制審查工作，與編制人員探討高大模板方案的重點與關鍵點;參與項目部高大模板工程每一次技術交底會議，詳實了解技術交底的重點;參與搭架工人班組分配工作會議，調查搭架工人使用工具及其性能與工作狀態(tài)，全程跟蹤搭架工人工作，熟悉高大模板施工工藝及每一個施工環(huán)節(jié)和班組自檢要點;跟蹤質檢工程師的檢查工作。最后通過召集現(xiàn)場生產副經理、技術負責人、技術員、質檢員、架子工班組長以及經驗豐富的搭架工人等相關人員針，對高大模板安全性影響因素召開座談會，探討影響高大模板支撐體系安全的主要因素，對這些安全影響因素進行分解，建立清晰的層次遞階結構關系。然后設計有關調查表，綜合多位專業(yè)人員意見，依據(jù)九標度方法[5]對各層次評價指標進行賦值。

1.2 高大模板安全性模糊綜合評價模型

層次分析法能將復雜、模糊、不易量化的高大模板支撐體系安全影響因素通過科學嚴謹?shù)哪Ｐ瓦M行量化，然后通過各層次間評價指標的量化使研究問題影響因素在整個系統(tǒng)中重要程度更加清晰，有利于對高大模板支撐體系的安全評估。而模糊綜合評價法主要依據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，要相關專家基于九標度法對評價系統(tǒng)的評價指標關聯(lián)性進行賦值，將模糊的系統(tǒng)以數(shù)值的形式表達出來，使得高大模板支撐體系的安全現(xiàn)狀更為直觀。這次高大模板支撐體系安全性評價將層次分析和模糊綜合評價結合起來，以求更好地對高大模板支撐體系安全現(xiàn)狀作出客觀、公正的評價。

1.2.1 多層次結構圖

高大模板支撐體系評價是一個涉及諸多評價指數(shù)的系統(tǒng)工程，這些評價指數(shù)既有定性的參數(shù)，也有定量的參數(shù)，且各個指數(shù)之間又相互關聯(lián)。為了使復雜的、難以決策的問題變得有條理，更清晰，層次分析法在處理這些指數(shù)時，通過多層次結構圖[6]將這些相互關聯(lián)的評價指標進行歸納與分類，主要包含目標層、準則層和指標層。

1.2.2 評價標度

建立判斷矩陣前，應按各個層次間評價指標重要性進行賦值，而賦值的標度通常有三標度、九標度及分數(shù)標度等[7]。選擇標度首先要考慮適用于評價體系，還要考慮標度的保序性、一致性、均勻性、權重擬合度等。邀請有豐富管理經驗的管理人員、技術專家、安全專家以及搭架經驗豐富的搭架工人進行咨詢，給出層次遞階結構關系中兩兩指標間的重要程度，并賦予各指標的分值。

1.2.3 構造判斷矩陣

在層次分析法中，當評價指標的比較標度確定后，通過標度將同一層次中各指標或因素的相關性進行定量化，通過比較評價體系中各層指標兩兩之間的重要性，依據(jù)其重要程度進行賦值，就可以得到判斷矩陣[8]，如下式所示，

（1）

式中：? ? ? ? ——上一層次中第i因素相對于下一層次第j指標的重要參數(shù);。

1.2.4 判斷矩陣一致性檢驗

在層次分析法中，運用九標度評價標準對不同層次評價指標關聯(lián)性賦值時，賦值差異比較大，對各個指標的認識程度也不一致，這就直接導致了判斷矩陣的不一致，計算收斂困難。判斷矩陣的一致性比率[9]可以作為判斷矩陣的一致性判斷依據(jù)。判斷矩陣一致性檢驗公式如下：

（2）

（3）

式中：——隨機一致性比率;

——一般一致性指標;

——隨機一致性指標。

苗曉坤等[10]對判斷矩陣一致性提出的修正方法能夠加快判斷矩陣滿足一致性要求（）。

1.2.5 求解判斷矩陣

利用MATLAB對判斷矩陣進行求解最大特征值對應的特征向量，對特征向量作歸一化處理，得出各因素的權重向量Wi。

（4）

2 本項目概況

揚州市空港新城影視文旅產業(yè)基地NO.2019G14地塊影視項目-B1、B2#攝影棚組團工程，位于江蘇省揚州市江都區(qū)空港新城縱七路西側，支三十六路南側，緯三路北側、支六路東側?；A形式為樁基礎，主體結構為鋼筋混凝土框架結構+鋼結構桁架屋蓋，設防烈度為7度，建筑結構安全等級為二級。G14地塊共計19座影棚主體結構均采用承插型盤扣式腳手架作為高大模板支撐體系（其中B1、B2兩座影棚組團開工時間最早，故以B1、B2為例）：B1#攝影棚組團，3#-1 213 m2攝影棚，層高19.2 m，影棚尺寸23 m×45 m;4#-3 370 m2攝影棚，層高30.4 m，影棚尺寸45 m×68 m;5#-10 055 m2攝影棚，層高32.4 m，影棚尺寸135 m×68 m;6#-1 213 m2攝影棚，層高19.2 m，影棚尺寸23 m×45 m;B2#攝影棚組團，1#-5 000 m2攝影棚，層高30.00 m，影棚尺寸61 m×83 m;3#-1 213 m2攝影棚，層高32.40 m，影棚尺寸113 m×68 m。架體最高32.47 m。

2.1 高大模板支撐體系安全評價指標

通過對高大模板施工過程進行不間斷的調研，對項目《施工組織設計》與《高大模板施工專項施工方案》的分析，與11名中高層管理人員對模板施工的管理與監(jiān)督進行探討，與23名經驗豐富的搭架工人對高大模板施工關鍵點進行深入交流，全程跟蹤現(xiàn)場施工，深入了解施工全過程，初步遴選高大模板支撐體系安全影響評價指標。最后，綜合相關專家、現(xiàn)場管理人員和架子工等意見，對高大模板支撐體系影響因素進行了優(yōu)化，最終確定評價指標二十個。高大模板支撐體系安全狀況評價遞階層次，如表1所示。

2.2 高大模板安全評價

2.2.1 九標度

不同層次間評價指標關聯(lián)性賦值時，向參與賦值的專家和技術人員詳細解釋九標度法基本原理與賦值標準，九標度法是通過“九標度”數(shù)值對比指標兩兩之間重要性程度，具體九標度所賦的分值如表2所示：

基于邀請技術人員、管理人員和搭設工人的投票結果，并根據(jù)相關規(guī)范計算理論，確定三個層次之間的關聯(lián)參數(shù)，對賦值結果進行數(shù)值平均，由此可以構造出各層次判斷矩陣。

2.2.2 構造判斷矩陣與計算評價指標權重

判斷矩陣的建立受到各個決策者的多樣性影響，為了使判斷矩陣更符合實際情況，必須對判斷矩陣進行一致性檢驗。求解這些判斷矩陣的最大特征值及其相應的矩陣向量，要滿足一致性檢驗要求，歸一化處理的特征向量即為各指標的權重向量，具體求解步驟如下所示。

A-B層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.415 2，0.103 4，0.028 5，0.102 5， 0.044 0， 0.050 3，0.100 3，0.155 8）。

B1-C層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.333 3，0.666 7）。

B2、B7、B8-C層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.8，0.2）。

B3-C層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.125 0，0.108 2， 0.233 6， 0.278 4，0.254 7）。

B4與B6-C層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.25，0.75）。

B5-C層次判斷矩陣：

該層次判斷矩陣最大特征值為，，滿足一致性檢驗要求。最大特征值對應的特征向量歸一化為權向量=（0.128 3，0.276 4， 0.595 4）。

2.2.3 高大模板安全模糊綜合評價

每個判斷矩陣的最大特征值及其對應的特征向量即為每一層次各指標對應上一層次評價指標的權重比例，而這些比例將反映高大模板支撐體系的安全性。為了獲得目標評價中關于每一個末端評價指標的相對權重大小，對各層次進行綜合計算，計算結果如表3所示。

從上表可以看出，權重1是準則層中評價指標對目標層的權重大小，可以很清晰地看出它們在目標評價中的重要性，模板材料的權重占了41.52%，而掃地桿僅占0.4%，這種現(xiàn)象表明擴大了材料的重要性，而縮小了掃地桿的作用，這種結果與其他施工現(xiàn)場實際施工調查情況相一致，項目部都比較重視鋼管和盤扣的質量，而掃地桿布置有部分缺失。同樣，高大模板支撐體系的立桿重要性也被縮小。

權重2是指標層中各因素對準則層中各因素所體現(xiàn)的各自重要性權重比例，這些權重大小相對比較合理，有極少數(shù)也反映了實踐中的認識與理論認識有點出入，比如垂直剪刀撐與水平剪刀撐的重要性。

權數(shù)則是指標層中的各因素對目標評價的權重比例分布情況，由于受到權重1的影響，這一列權數(shù)分布不是很合理，但與實際施工中調查情況很符合，這充分反映了實際施工還有待改進。

3 結論

（1）高大模板支撐體系安全性受到眾多因素影響，其科學合理選取指標直接影響著整個系統(tǒng)的評估結果的準確性。

（2）層次分析法適用于高大模板支撐體系安全性評估，有效地解決了影響因素層次化和評價指標量化問題，為高大模板支撐體系安全性評價奠定基礎。

（3）通過對揚州市空港新城影視文旅產業(yè)基地項目B1、B2組團盤扣支架高支模支撐體系分析可知，依據(jù)九標度法給評價指標賦值，判斷矩陣的計算結果與理論上有差異，卻與高大模板工程施工情況調查結果相符，這也反映出高大模板實際搭設過程中實際問題。

（4）研究結果表明項目管理人員注重高大模板材料與監(jiān)管，忽視支撐體系搭設過程的細節(jié)性把控。經現(xiàn)場調研，絕大多數(shù)支撐盤扣的扭矩達不到規(guī)范要求;斜支撐及掃地桿短缺從側面證明了計算結果符合實際，不過這一結果還需要后續(xù)試驗研究與數(shù)值模擬分析的驗證。

參考文獻：

[1]景劍，王永泉，郭正興.高空超大懸挑混凝土結構模板支撐體系設計與施工關鍵技術[J].施工技術，2016，24（21）：

39-45.

[2]劉玉健.承插型盤扣支架在機場地下結構施工中的應用[J].山西建筑，2020，46（23）：76-79.

[3]楊海勇，汪瀟瀟，張娟，等.基于層次分析法的高?；椖抗芾砟Ｊ椒治鯷J].清華大學學報，2013，53（8）：1119-1127.

[4]駱正清，楊善林.層次分析法中幾種標度的比較[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2004，15（3）：51-60.

[5]李權葆，魏法杰，閆妍，等.多屬性群決策中判斷矩陣求解和檢驗方法[J].系統(tǒng)工程，2016，34（2）：121-127.

[6]周繼忠，蔡雪峰.扣件式鋼管腳手架施工安全風險識別與應對[J].施工技術，2008，37（2）：48-51.