公路模板支架工程施工安全指標(biāo)體系構(gòu)建及權(quán)重等級(jí)劃分

馮曉楠， 李加朋， 張建東,3， 劉 朵

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司， 南京 211112； 2.河海大學(xué) 土木與工程學(xué)院， 南京 210098；3.在役長大橋梁安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南京 211112)

模架工程是一種非常重要的臨時(shí)支撐和輔助設(shè)施結(jié)構(gòu)，廣泛用于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工中[1-2]。在現(xiàn)有規(guī)范和管理文件中，針對(duì)模架工程的施工安全指標(biāo)缺乏系統(tǒng)性的規(guī)定，致使安全管理人員無法有效開展相應(yīng)的安全檢查與管理工作。同時(shí)，現(xiàn)場施工人員對(duì)模架工程安全施工的重要性認(rèn)識(shí)不足，致使現(xiàn)場施工中存在大量安全隱患問題，包括人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)[3]。這些問題導(dǎo)致了模架工程施工安全事故頻發(fā)且難以控制。因此，有必要建立完善的模架工程施工安全指標(biāo)體系，并明確其指標(biāo)的重要性等級(jí)，這不僅可為模架工程施工安全事故預(yù)防及管理工作提供技術(shù)依據(jù)，還對(duì)公路工程現(xiàn)場施工安全管理具有重要指導(dǎo)作用。

模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系是指由若干個(gè)反映模架工程施工安全狀態(tài)的相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的技術(shù)指標(biāo)所組成的有機(jī)整體。針對(duì)模架工程，已有研究學(xué)者[4-6]開展了大量的調(diào)研、理論及試驗(yàn)研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、安全管理措施等，但大部分局限于結(jié)構(gòu)本身的可靠性和安全性，缺乏相應(yīng)的安全技術(shù)指標(biāo)體系研究。模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)包括人、物、環(huán)、管等多方面因素，且在模架工程施工過程中，各個(gè)安全技術(shù)指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)要求的概率及產(chǎn)生的事故后果也存在較大差異。因此，急需針對(duì)各安全技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行重要性程度等級(jí)劃分，為交通建設(shè)行業(yè)安全施工提供可靠、適用的參考系和風(fēng)向標(biāo)。

鑒于此，筆者將通過模架工程典型安全事故及現(xiàn)有安全規(guī)范調(diào)研分析，篩選與施工安全相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，建立模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系，根據(jù)德爾菲法和基于三角模糊數(shù)的層次分析法，確立安全技術(shù)指標(biāo)的重要性權(quán)重值，并進(jìn)行安全技術(shù)指標(biāo)重要性等級(jí)劃分，為更好地預(yù)防模架工程施工安全事故的發(fā)生和提高其施工安全管理水平提供技術(shù)支撐。

1 施工安全技術(shù)指標(biāo)篩選

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[7]中安全事故的定義，針對(duì)近30起模架工程施工安全事故進(jìn)行致因分析，主要包括安全事故的類型、事故發(fā)生的形式以及事故發(fā)生的原因，結(jié)果見表1。分析發(fā)現(xiàn)，模架工程在施工過程中常發(fā)生的安全事故類型包括：高處墜落、坍塌、物體打擊等；發(fā)生的原因一般包括人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全性及管理措施的缺陷等四大因素。針對(duì)每個(gè)事故原因提取其涉及的安全技術(shù)指標(biāo)，由于篇幅原因在此不再一一贅述。

我國與施工安全相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、管理文件約有50多部，主要規(guī)范見表2，但明確提出施工安全技術(shù)指標(biāo)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較少，僅在危險(xiǎn)源辨識(shí)及安全檢查評(píng)價(jià)中提出了部分施工安全技術(shù)指標(biāo)。

綜合模架工程安全事故與現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)篩選出模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)共有64項(xiàng)，見表3。

表1 模架工程施工事故分析(示例)

表2 主要參考的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)清單

表3 模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)

表3(續(xù))

表3(續(xù))

2 構(gòu)建指標(biāo)體系

模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建應(yīng)遵守目的性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、科學(xué)性、定性與定量指標(biāo)相結(jié)合等原則[8]。采用層次分析法，將模架工程施工安全問題進(jìn)一步細(xì)分，劃分成多個(gè)相互聯(lián)系的組成要素，從而構(gòu)建一個(gè)有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，使整個(gè)模架工程安全問題概念化、條理化、層次化。這一遞階層次結(jié)構(gòu)由目標(biāo)層、因素層和指標(biāo)層構(gòu)成[9]，如圖1所示。

1) 目標(biāo)層。即本體系的目的，建立模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系。

2) 因素層。指影響模架工程施工安全的因素，主要有“人的因素”“物的因素”“環(huán)境因素”和“管理因素”。

3) 指標(biāo)層。將各因素進(jìn)一步細(xì)化形成指標(biāo)，并提出相應(yīng)的定量與定性控制標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上方法，構(gòu)建模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系，“人-物-環(huán)-管”各因素分別包含有R1～R9、W1～W27、H1～H9、G1～G19安全技術(shù)指標(biāo)，見表3。

3 安全技術(shù)指標(biāo)等級(jí)劃分

借鑒現(xiàn)有工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，利用菲爾德

圖1 模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系

法和基于三角模糊數(shù)的層次分析法，實(shí)現(xiàn)對(duì)模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)的權(quán)重等級(jí)劃分，流程如圖2所示。

圖2 安全技術(shù)指標(biāo)的權(quán)重等級(jí)劃分流程

3.1 指標(biāo)重要性程度調(diào)研

模架工程安全技術(shù)指標(biāo)共有64個(gè)，若直接采用三角模糊數(shù)層次分析法[10-11]中對(duì)各指標(biāo)兩兩比較的方法，將給打分專家造成較大麻煩，會(huì)增加調(diào)研結(jié)果的不可靠性。因此，為方便專家打分，只根據(jù)重要性程度針對(duì)每個(gè)指標(biāo)打1～9分，打分標(biāo)準(zhǔn)見表4。為保證調(diào)研結(jié)果的合理性及科學(xué)性，共調(diào)研11家單位20位專家。

表4 指標(biāo)重要性程度專家打分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 確定指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算

1) 構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)三角模糊數(shù)的層次分析法基本原理[12-13]，首先需要構(gòu)建判斷矩陣，由于每個(gè)專家打分方法并不是按1～9標(biāo)度法進(jìn)行比較，因此，需要將專家打分結(jié)果轉(zhuǎn)化為1～9標(biāo)度法。具體轉(zhuǎn)化方法見公式(1)、(2)。

Ci/Cj=(cik-cjk)+1cik≥cjk

(1)

Cj/Ci=1/[(cjk-cik)+1]cik

(2)

式中：cik為第k個(gè)專家對(duì)Ci指標(biāo)的打分值；cjk為第k個(gè)專家對(duì)Cj指標(biāo)的打分值。

2) 構(gòu)建三角模糊數(shù)判斷矩陣

將20位打分專家對(duì)64個(gè)安全技術(shù)指標(biāo)的相對(duì)重要性判斷結(jié)果用三角模糊數(shù)公式(3)～(6)表示，并形成三角模糊數(shù)判斷矩陣，結(jié)果見表5。

(3)

lij=min(Bijk)

(4)

(5)

uij=max(Bijk)

(6)

3) 去模糊化

去模糊化的方法有很多種，其中一種較容易操作的去模糊方法，其判斷如公式(7)～(9)所示。

0≤α≤1 0≤λ≤1

(7)

lijα=(mij-lij)×α+lij

(8)

uijα=uij-(uij-mij)×α

(9)

表5 三角模糊數(shù)判斷矩陣

式中：α是決策者的偏好系數(shù)，α的大小反映了判斷的不確定性。當(dāng)α=0時(shí)，不確定性最大；當(dāng)α=1時(shí)，幾乎沒有不確定性。λ的取值取決于決策者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度。當(dāng)λ=0.5時(shí)，決策者是風(fēng)險(xiǎn)中立的；當(dāng)λ<0.5時(shí)，決策者是追求風(fēng)險(xiǎn)的；當(dāng)λ>0.5時(shí)，決策者是厭惡風(fēng)險(xiǎn)的。

采用此方法將三角模糊數(shù)判斷矩陣進(jìn)行去模糊化，形成最終的判斷矩陣。

4) 正反性調(diào)整

去模糊后的判斷矩陣不為互反矩陣，即aij×aji≠1，不便與后期進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。因此，根據(jù)公式(10)對(duì)其進(jìn)行互反性調(diào)整：

(10)

5) 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

針對(duì)正反性調(diào)整之后的判斷矩陣，利用Matlab計(jì)算得到其最大特征值λmax是64.252，對(duì)應(yīng)的特征向量就是相應(yīng)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重向量，即

W=(0.109 5 0.110 5 0.162 9 0.129 1 0.120 0 0.164 6 0.134 0 0.114 6 0.147 8 0.132 3 0.162 1 0.162 7 0.131 9 0.149 5 0.129 2 0.126 3 0.107 9 0.117 7 0.166 2 0.114 8 0.108 7 0.116 7 0.110 5 0.104 2 0.089 2 0.091 9 0.102 7 0.131 6 0.128 4 0.078 8 0.059 6 0.069 1 0.142 2 0.120 6 0.104 4 0.117 1 0.111 4 0.103 5 0.131 9 0.102 5 0.076 8 0.070 7 0.080 5 0.131 8 0.054 7 0.183 4 0.171 8 0.137 8 0.169 2 0.125 4 0.102 5 0.151 0 0.113 1 0.111 0 0.139 7 0.137 7 0.165 0 0.123 8 0.132 5 0.126 1 0.099 2 0.118 5 0.102 7 0.153 2)T。

歸一化處理得到W′=(0.014 3 0.014 3 0.021 2 0.016 4 0.015 5 0.020 9 0.017 3 0.014 4 0.018 5 0.016 9 0.020 9 0.020 6 0.016 9 0.018 8 0.016 4 0.015 6 0.014 1 0.014 6 0.020 9 0.014 8 0.013 9 0.015 0 0.014 3 0.013 5 0.011 8 0.012 2 0.013 7 0.016 7 0.016 1 0.010 2 0.007 6 0.008 5 0.018 3 0.015 3 0.013 8 0.014 8 0.014 2 0.013 4 0.016 9 0.013 5 0.009 9 0.009 0 0.010 4 0.016 8 0.006 8 0.023 2 0.021 6 0.017 7 0.021 8 0.015 6 0.013 5 0.019 5 0.014 8 0.014 1 0.018 1 0.017 7 0.021 4 0.016 1 0.017 3 0.016 2 0.013 0 0.015 3 0.013 3 0.019 7)T。

6) 一致性檢驗(yàn)

由于客觀事故的復(fù)雜性與人認(rèn)識(shí)的多樣性，在判斷矩陣構(gòu)造中，不可能使判斷矩陣是完全一致性矩陣。但要求判斷矩陣須有大體上的一致性，可用λmax-n之差來度量對(duì)完全一致性的偏離。因此，引入判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI。

CI=(λmax-n)/(n-1)

(11)

判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI與同階隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比，稱為判斷矩陣的一致性比例CR。

CR=CI/RI

(12)

通常情況下，對(duì)于n≥3階的判斷矩陣，當(dāng)CR≤0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性可接受；當(dāng)CR>0.1時(shí)，說明判斷矩陣偏離一致性程度過大，必須對(duì)判斷矩陣做適當(dāng)修正，使之具有滿意的一致性為止。

由于模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)高達(dá)64個(gè)，現(xiàn)有的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI(目前常適用的判斷矩陣階數(shù)只有n=30)已不滿足檢驗(yàn)條件，因此，使用Matlab求解出1～75的RI[14]，其中n=64階的RI=1.717。

因此，對(duì)模架工程的施工安全技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算得：CI=(λmax-64)/63=0.005，CR=CI/RI=0.002 9<0.1，說明判斷矩陣具有滿意的一致性[15]，該權(quán)重分配是合理的。

3.3 權(quán)重等級(jí)劃分

現(xiàn)有指標(biāo)劃分方法及特點(diǎn)見表6。

從表6可知，現(xiàn)有指標(biāo)等級(jí)劃分方法在模架工程權(quán)重等價(jià)劃分均具有一定的不適用性。為使模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)等級(jí)劃分結(jié)果更加具有科學(xué)性和實(shí)用性，以安全技術(shù)指標(biāo)的權(quán)重平均值為基準(zhǔn)，劃定相應(yīng)等級(jí)的權(quán)重區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)施工安全技術(shù)指標(biāo)的等級(jí)劃分。針對(duì)模架工程的施工安全技術(shù)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行等級(jí)劃分，并與目前常用的2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標(biāo)準(zhǔn)差劃分方法的劃分結(jié)要進(jìn)行對(duì)比分析，具體劃分依據(jù)見表7，劃分結(jié)果見表8。

由表8可知，針對(duì)模架工程安全技術(shù)指標(biāo)體系中的64個(gè)安全技術(shù)指標(biāo)，其中38個(gè)安全技術(shù)指標(biāo)在現(xiàn)有規(guī)范中規(guī)定了相應(yīng)的重要性程度等級(jí)，將其分別與課題組提出的權(quán)重等級(jí)劃分方法、2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標(biāo)準(zhǔn)差劃分法等3種權(quán)重等級(jí)劃分法的劃分結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這3種權(quán)重等級(jí)劃分結(jié)果與現(xiàn)有規(guī)范中權(quán)重等級(jí)吻合率分別為32%、21%、26%，本文提出的方法吻合率相對(duì)高一些。

表6 現(xiàn)有指標(biāo)劃分方法及特點(diǎn)

表7 權(quán)重等級(jí)劃分

表8 模架工程安全技術(shù)指標(biāo)等級(jí)劃分及比對(duì)

表8(續(xù))

表8(續(xù))

同時(shí)，2/3/5權(quán)重分割法及±1倍標(biāo)準(zhǔn)差劃分方法的劃分結(jié)果與課題組提出的權(quán)重等級(jí)劃分方法結(jié)果的吻合率分別為86%和61%。其中共同存在差異的是R9、W24、G3和G10等4個(gè)指標(biāo)，這4個(gè)指標(biāo)本文權(quán)重等級(jí)劃分的結(jié)果為“Ⅰ”等級(jí)指標(biāo)，除W24外的3個(gè)指標(biāo)和現(xiàn)有規(guī)范等級(jí)相同，而其他2種方法的劃分結(jié)果均為“Ⅱ”等級(jí)指標(biāo)，再次說明了本文提出的權(quán)重等級(jí)劃分方法的合理性。

因此，基于三角模糊數(shù)的層次分析法對(duì)安全技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分，可避免傳統(tǒng)劃分方法中的主觀因素影響，具有一定的合理性和適用性，同時(shí)該指標(biāo)體系的建立有利于安全管理人員在施工過程中有效開展事故預(yù)防和管理工作，在施工中及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免安全事故發(fā)生。

4 結(jié)論

本文基于德爾菲法和三角模糊數(shù)的層次分析法，針對(duì)模架工程開展了施工安全技術(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建及指標(biāo)等級(jí)劃分研究，得出以下結(jié)論：

1) 通過對(duì)典型施工安全事故分析及安全規(guī)范調(diào)研分析，篩選出了64個(gè)模架工程安全技術(shù)指標(biāo)，通過層次分析法，構(gòu)建了基于“人-物-環(huán)-管”等多因素耦合的、定性與定量指標(biāo)相結(jié)合的模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系。

2) 基于三角模糊數(shù)的層次分析法，提出了各個(gè)安全技術(shù)指標(biāo)的重要性權(quán)重值，并將其劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)，通過與現(xiàn)有規(guī)范中安全技術(shù)指標(biāo)權(quán)重級(jí)別及現(xiàn)有目前常用的指標(biāo)權(quán)重等價(jià)劃分方法對(duì)比分析，驗(yàn)證了其合理性與適用性。

3) 模架工程施工安全技術(shù)指標(biāo)體系有利于安全管理人員在施工過程中有效開展事故預(yù)防和管理工作，在施工中及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，避免安全事故發(fā)生。