基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC的裝配式建筑施工安全評價

邵怡銘 李 坤 毛國陽

（山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

隨著國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》文件的出臺，智能化建設(shè)理念被提出，與此同時，建筑業(yè)開始朝著智能化、產(chǎn)業(yè)化、集成化、信息化等方向的發(fā)展。近年來，我國裝配式建筑工程的數(shù)量不斷增多，盡管這一趨勢在一定程度上增加了建筑行業(yè)發(fā)展的收益，但在深入研究中發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑施工仍存在大量的安全隱患，這些隱患不僅會導(dǎo)致工程施工出現(xiàn)風(fēng)險，還會降低工程施工質(zhì)量[1]。因此，在工程建設(shè)中，如何降低和消除各種安全隱患，防止工程建設(shè)中出現(xiàn)安全事故，成為施工方的研究重點[2]，因此，本文將通過結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC，設(shè)計針對裝配式結(jié)構(gòu)建筑的施工安全評價方法。

1 裝配式建筑工程概況

所選的實驗對象為某民居住宅建筑，建筑概況見表1。

表1 裝配式建筑概況

為避免此項目在施工中出現(xiàn)安全事故，打造地區(qū)一流工程項目，下文將設(shè)計基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC的評價方法，對此建筑在施工中的風(fēng)險進行全面、綜合的評估（以8棟建筑中的其中一棟建筑為例）[3]。

2 基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC的裝配式建筑施工安全評價

2.1 建立裝配式建筑施工安全評價體系

由于裝配式建筑施工本身具備裝配精度高、堆場需求大、工序復(fù)雜等特點，因此會造成施工現(xiàn)場存在諸多的安全隱患，例如預(yù)制構(gòu)件倒塌、吊裝機械傷害等[4]。針對這些問題，通過對裝配式建筑施工全壽命周期進行分析，確定裝配式建筑施工安全評價中的各項指標(biāo)。裝配式建筑施工全壽命周期即通過設(shè)計單位對裝配式建筑進行設(shè)計，PC 構(gòu)件通過工廠批量化生產(chǎn)后運送到項目施工現(xiàn)場進行堆放、吊裝、搭接、灌漿連接等關(guān)鍵步驟，但由于影響工程質(zhì)量和安全的因素諸多，現(xiàn)有構(gòu)建的安全評價體系結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜[5]。針對這一問題，通過結(jié)合德爾斐專家調(diào)查法和結(jié)構(gòu)熵權(quán)法，確定裝配式建筑施工安全評價體系，如表2所示。

表2 裝配式建筑施工安全評價體系

2.2 基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)的指標(biāo)權(quán)重分配

結(jié)構(gòu)熵權(quán)法是將專家調(diào)查與模糊分析相結(jié)合，將得到的結(jié)構(gòu)由專家進行盲度分析[6]。圖1為結(jié)構(gòu)熵權(quán)運行原理圖。

圖1 結(jié)構(gòu)熵權(quán)運行原理圖

經(jīng)過模糊分析，減少權(quán)重計算時的不確定性，對專家排序結(jié)果進行“盲度”分析，再進行模糊處理，以降低權(quán)重計算中的不確定度。根據(jù)德爾斐法的程序和要求，對n個評價對象生成相應(yīng)的專家問卷[7]，由政府、大學(xué)研究院和建筑企業(yè)分別派出q名工作經(jīng)驗豐富、專業(yè)理論水平突出的專家參加調(diào)查評價，按次要指標(biāo)的重要性排序，按各小組的權(quán)重進行評分，形成一套指標(biāo)數(shù)集，并將其記為A={α1,α2,…,αn}。每一組專家指標(biāo)數(shù)集都對應(yīng)一個典型的排列數(shù)C，C 的表達(dá)式為C(C=cij)k*n，其中i 的取值為1,2,3，……，j 的取值為1,2,3，……，cij表示與專家i 對某一指標(biāo)j 給出的評價結(jié)果。由于專家評價矩陣存在潛在的偏差和溯源數(shù)據(jù)的不確定性。對上文得出的專家評價集進行定性定量轉(zhuǎn)化，計算各專家評價指標(biāo)的因素隸屬度：

上述公式中，x表示為專家對各安全因素評估得出的權(quán)重定性排序數(shù)，x的取值為x=1,2,3，……。假設(shè)存在m=n+2 的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，將x=cij代入到上述公式（3）中能夠進一步得出cij定量轉(zhuǎn)化后的數(shù)值dij。dij可通過dij=Π(cij)等式計算得出，dij可用于描述重要排序數(shù)的隸屬度。根據(jù)上述論述，結(jié)合矩陣C 計算得出相應(yīng)的隸屬度矩陣D，D的表達(dá)式為D(D=dij)k×n，其中i的取值為i=1,2,3，……，j的取值為j=1,2,3，……。假設(shè)每位專家都具有相同的話語權(quán)，即在評價過程中，認(rèn)為專家看法一致，則可以進一步計算得出平均認(rèn)識度dj，其表達(dá)式為：

假設(shè)某一專家組i 對于某一指標(biāo)bj的認(rèn)知當(dāng)中存在的不確定性為“盲度”，并將其記為Ψj，則Ψj的表達(dá)式為：

對于每一項指標(biāo)αj，定義q 名專家對其的“總體認(rèn)識度”為σj(σj＞0)，計算公式為：

在上述公式基礎(chǔ)上，對其進行歸一化處理，其公式為：

通過公式（8）歸一化處理得到的結(jié)果即為每一項指標(biāo)通過結(jié)構(gòu)熵權(quán)計算得到的權(quán)重結(jié)果，以此實現(xiàn)對裝配施工安全評價指標(biāo)權(quán)重的劃分。

2.3 基于ABC法的安全風(fēng)險類型劃分

ABC 分類法又稱帕累托分類法，其主要通過對決定一件事物屬性所占權(quán)重的不同，將各因素分為A、B、C 三級，分別將其以重要、次要、一般命名[8]。并將由式(8)得出二級指標(biāo)αj的權(quán)重ξj按降序排列，經(jīng)累加得出安全風(fēng)險評價指標(biāo)的累加權(quán)重γ，根據(jù)表3進行分類。

表3 基于ABC法的安全風(fēng)險類型劃分

根據(jù)安全風(fēng)險評價指標(biāo)類別對建筑總過程進行分類管理。A級風(fēng)險屬于重要風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)在施工前后期都做好重點監(jiān)管；B 級風(fēng)險屬于次要風(fēng)險，對于管理者和施工人員都應(yīng)當(dāng)有所注意；C 級風(fēng)險屬于一般風(fēng)險，在項目施工過程中應(yīng)當(dāng)注意，對項目的整體施工管理起到參考作用。

3 實證分析

搭建基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC 分類法的智能建造裝配式建筑施工安全評價體系將通過BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G技術(shù)相結(jié)合搭建數(shù)據(jù)云平臺，將裝配式建筑工程施工過程評價體系全過程上傳到云平臺中進行專家打分和數(shù)據(jù)處理，后根據(jù)風(fēng)險等級對裝配式建筑施工現(xiàn)場提供安全管理意見。

3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

在專家的建議下，建立了一個典型的排序矩陣。邀請15 名具有豐富經(jīng)驗、理論水平突出的裝配式建筑安全風(fēng)險管理專家，將15名專家隨機分成5個小組（每個小組3 名專家），由不同的專家對5 項一級指標(biāo)進行獨立的排序。采用熵方法進行指標(biāo)盲度分析，并在此基礎(chǔ)上，對其進行綜合識別。通過上述方式得到指標(biāo)權(quán)重值，如表4所示。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重

3.2 評價結(jié)果

此次活動邀請了10名對裝配式建筑安全風(fēng)險有一定了解的專業(yè)人士參加，并以問卷形式對其進行評估。在已知此工程在施工中的安全風(fēng)險為“C”級的前提下，按照上文提出的步驟，對該項目施工進行評價，評價結(jié)果如表5所示。

表5 建筑施工質(zhì)量評價結(jié)果

3.3 智能建造與安全評價應(yīng)用場景創(chuàng)新

廣義上智能建造是指建筑生產(chǎn)全壽命周期中，運用BIM 技術(shù)為代表的信息化技術(shù)開展的工程建設(shè)活動。

狹義上智能建造是指在設(shè)計階段和施工建造階段，以工程建設(shè)項目主體為中心，運用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，如圖2所示。

圖2 智能建造應(yīng)用場景創(chuàng)新

在此基礎(chǔ)上，明確基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-ABC分類法的智能建造裝配式建筑施工安全評價體系，從施工現(xiàn)場實際出發(fā)，依托物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、傳感技術(shù)等新型信息手段，以BIM技術(shù)為核心，借助智能監(jiān)測設(shè)備、傳感器、移動通信終端等產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)流，為建設(shè)項目工地提供數(shù)據(jù)支持，保證發(fā)揮各施工節(jié)點信息的共享和協(xié)同功效，實現(xiàn)施工現(xiàn)場安全精細(xì)化管理。

4 結(jié)語

在安全評價體系中，各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)碎片化，各個模塊的組合和相互關(guān)系并不緊密，導(dǎo)致各項安全評價指標(biāo)缺少交互性和聯(lián)動性，無法實時地了解相關(guān)評價數(shù)據(jù)的變動情況與變動影響程度，不能充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的共享和協(xié)同功效，數(shù)據(jù)價值無法得到充分應(yīng)用，不利于智慧工地的長期發(fā)展。為解決此方面問題，開展了此次研究，得到以下結(jié)論：

根據(jù)表5建筑施工質(zhì)量評價結(jié)果中的各個施工階段累加權(quán)重可知，各個階段的累加權(quán)重值均在85%～95%之間，證明該項目的施工風(fēng)險等級為“C”級，與已知的該項目施工風(fēng)險等級完全一致，證明此評價方法在應(yīng)用中得到的評價結(jié)果具有可靠性。