与发达国家相比, 我国的装配式建筑尚处于起步阶段, 管理体系和方法仍存在很多的不足, 项目实施过程中面临很多的风险, 安全管理人员在施工过程中对影响工程项目的风险因素不能很好地进行监控。在此背景下, 装配式建筑施工安全的问题成为近年来的研究热点。目前, 国内外对装配式建筑的研究涉及防水性、防火性、抗震性等方面, 而对装配式建筑施工安全风险评价的研究比较少。现有研究成果丰富了装配式建筑施工安全风险评价理论, 但在已有的装配式建筑施工安全风险评估方法中, 关于风险的结构化归类与层次划分、工作分解与风险分解的耦合关联的紧密结合较为缺乏。本文拟采用WBS-RBS法对装配式建筑施工安全进行风险的识别, 并结合G1法对总风险度进行计算, 以此更好地反映和解决装配式建筑施工安全风险评估及安全管理过程中存在的问题。

1 装配式建筑施工安全风险评价指标体系

装配式建筑施工过程中的安全风险因素涉及人员、机械设备、环境、管理等方面, 总体上来说主要归结为物的不安全状态和人的不安全行为。本文拟在国内外关于装配式建筑施工安全风险已有文献研究及向行业若干专家学者调查访问的基础上, 选取若干正在施工中的装配式建筑典型案例作为样本进行调查, 结合风险评估指标选取的原则, 将装配式建筑项目施工安全风险因素划分为人、物、管理三方面, 这三个方面涉及若干风险子因素, 具体详见表1。 表1 装配式建筑施工安全风险因素 下载原表

2 装配式建筑施工安全风险评价模型

采用WBSS-RBS矩阵分析法, 既能考虑到施工项目中的每个工作流程, 又能针对每个问题进行具体分析。再引入G1法确定权重系数并对综合风险度集成, 将定性分析和定量评价相统一。基于G1-WBS-RBS法的装配式建筑施工安全风险评估过程大致分为三个步骤:构建WBS-RBS矩阵进行风险识别、风险衡量、结合G1法进行综合风险度集成。

2.1 风险识别

风险识别是风险管理的基础, 采用WBS-RBS矩阵进行风险识别。WBS是指作业分解树, 它将项目实施过程分解成相互独立又相互影响“单元”;RBS是指风险分解树, 它将项目风险的因素具体化, 分解成多个“元”, 以便于识别风险。把两者结合构建WBS-RBS矩阵, 在分解结构的基础上, 可进一步判断各风险元素的权重值, 从而得到项目总的风险程度, 这样就可以系统、全面地识别风险。 WBS-RBS的风险识别步骤归纳如下: (1) 基于装配式建筑施工流程和施工工艺的特点进行工作分解, 形成WBS工作分解结构; (2) 根据装配式建筑施工安全风险因素评价指标体系进行风险分解, 形成RBS风险分解结构; (3) 以WBS为行, RBS为列构建风险识别耦合矩阵。

2.2 风险衡量

在建筑工程中, 风险值可以描述为对人的生命财产安全或对工程有潜在不利影响的概率和影响结果的综合体。风险通常具备以下两个特征:不确定性和危险性。目前一般用以下数学函数对风险进行定义: 本文中采用风险衡量的基本公式进行计算: 其中D表示风险值, p代表风险概率, c表示风险损失。利用式 (2) 实现对WBS-RBS耦合矩阵中作业风险源的风险衡量。

2.3 基于G1法的综合风险度集成

装配式建筑施工项目中存在的风险可能性, 但在实际工程中, 对于处在的不同工作单元和不同阶段出现的项目风险而言, 它对项目的影响度和重要度是不一样的, 因此引入G1法对装配式建筑项目不同阶段和总体的综合风险进行讨论。

2.3.1 G1法确定权重

G1法的具体实施步骤如下: (1) 确定序列顺序及指标相对重要程度的赋值

G1法将评价指标的相对重要程度按照排序, 将指标X_k-1与X_k的重要程度之比记作:。r_k的赋值按照标度的不同分别依次取1.0, 1.2, ···, 1.8, 具体赋值及各数值含义详见表2。

表2 赋值参考 下载原表 (2) 计算权重系数λ_k

设有m位专家给出一致的排序, 专家i对r_k的理性赋值记为r_ki, 则表示m位专家给出r_k的平均取值。有:

由于专家之间存在认知差异, 在多指标情况下给出的排序也不同, 现设共有n位专家, 给出的不同排序结果共有t种, 其中给出排序j的专家有n_j名, j=1, 2, …, t。为减少主观因素带来的影响, 可将指标k的最终权重λ_k^*确定为

其中, , λ_kj表示序列j关系下, 按上述方法计算出的指标k的权重。

2.3.2 综合风险度集成

通过式 (2) 确定了风险源的风险值D, G1法确定了风险因素的权重系数λ_k, 那么矩阵中作业单元的综合风险度可由式 (6) 集成: 式中, D_i表示第i个作业单元的风险值, λ_{i, j}和D_{i, j}分别表示第i个作业单元的第j种风险的方案层权重和风险值, n表示第i个作业单元中存在的风险数量。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

本文以某市装配式建筑住宅小区项目为例该项目为例, 该项目整体为装配整体式剪力墙结构体系, 南北外挂PCF, 东西山墙预制剪力墙;建筑总建筑面积约6万平方米, 容积率为2.9, 住宅比例为70%, PC比例为住宅4层及以上采用PC, 折合整栋PC率为25%。

3.2 基于WBS-RBS的风险识别

(1) 构建WBS工作分解结构。基于装配式建筑施工流程和施工工艺的特点, 将该装配式建筑项目施工作业分解为5个工作单元:预制构件的制作W₁、构件的运输W₂、构件存放W₃、构件组装和附属构件安装W₄、构件的吊装W₅。 (2) 构建RBS工作分解结构。RBS采用表1中的评价指标体系, 分为目标层、准则层、方案层三层, 共涉及风险子因素12个, 用R_j (j=1, …, 12) 表示风险因素。 (3) 构建WBS-RBS风险识别耦合矩阵。以WBS为行, RBS为列, 建立如表3所示的矩阵。为了直观清晰地体现项目生命周期中存在的风险, 对项目风险因素进行判断时, 在矩阵中对于不存在或存在性极小的风险因素用“0”表示, 其他数值表示某作业单元发生风险事件的风险大小。

3.3 风险衡量

装配式建筑施工过程涉及的风险方方面面, 发生风险的概率及风险引起损失的大小很难精确给出, 笔者结合该装配式建筑工程的实际情况, 参照模糊数学理论, p和c可在“0~9”之间进行整数取值, 当p、c的取值为0, 3, 5, 7与9时, 表示对应的风险概率、风险损失程度分别为“无”、“小”、“一般”、“大”与“极大”。那么风险大小D是介于0~81之间的一个数值。为了克服专家打分的主观因素影响, 保证结果的有效性, 评审专家组由5位审核人员组成, 打分结果分差超过5分情况下视为无效, 应进行重新审核。D值计算结果由式 (2) 确定, 计算结果见表3。 表3 装配式建筑项目WBS-RBS耦合矩阵 下载原表 在实际施工过程中存在的风险因素很多, 为了科学有效地进行工程施工管理, 避免事故的发生, 对安全风险评估时, 可根据风险之间的关系采取及时有效的应对措施, 确保将风险后果控制在可接受范围内。因此, 在对装配式建筑项目进行定性的风险识别和定量的风险评价后, 结合工程的实际情况对风险进行划分并制定相应的风险应对措施, 如表4所示。 表4 风险值划分及应对措施 下载原表

3.4 权重计算

鉴于篇幅限制, 笔者以构件组装和附属构件安装阶段W₄为例说进行耦合分析。W₄对应的风险因素为:R₁₁, R₁₂, R₁₃, R₁₄, R₂₁, R₂₃, R₂₄, R₂₅, R₃₁, R₃₂, R₃₃。根据表1建立的评价指标体系, 采用G1法确定指标的权重, 邀请15位专家根据评价指标的重要度进行排序, 结合式 (3) 、 (4) 、 (5) 可计算出属于准则层权重、方案层权重以及综合权重, 具体结果见表5, 从表中可以看出综合权重较高的风险因素对应的风险大小也较高, 符合实际情况, 表明该评价结果可靠性较高。 表5 构件组装和附属构件安装阶段风险因素权重及风险大小 下载原表

3.5 总风险度计算及结果分析

根据式 (6) 以及表5中的方案层权重和风险大小, 可以计算出该项目的构件组装和附属构件安装阶段W₄的总风险度为D_i=28.05, 根据表4中风险值的划分, 其风险级别属于一般风险偏向可容许级别。从表5中可以看出该项目在构建安装阶段的主要风险因素有:缺乏专业技术人员R₁₄, 人机混合作业、高处作业R₁₃, 现场安全监理风险R₃₂, 施工人员高强度作业、疲劳施工R₁₂这四方面。其中R₁₄属于重大风险, 对构件组装阶段影响极大, 建议该项目立即引进相关技术人员进行整改;R₁₃、R₃₂、R₃₂属于一般风险, 说明该阶段的安全监理不到位且施工人员的任务量大出现超负荷作业情况, 人机混合作业引起的机械伤害事故也比较容易出现, 需要立即采取监控并制定相应的应急预案。

4 结语

随着建筑工业化的推进, 装配式建筑已成为现代建筑业的热点, 面对当前装配式建筑发展的诸多机遇和挑战, 应制定合理的发展策略, 加大研发力度。其中, 装配式建筑施工安全风险管理是不容忽视的一个重要领域。为此, 需要高度重视施工装配式建筑施工安全管理, 建立完善的施工评价指标体系, 并深入研究科学合理的风险评价技术, 为推进装配式建筑在我国的健康持续发展提供技术保障。