装配式建筑施工质量与安全风险评价研究

作者:丁彦 田元福
单位:海南大学土木建筑工程学院
摘要:在系统分析装配式建筑施工过程中可能存在的质量与安全风险因素的基础上,针对具体装配式建筑项目通过检查打分的方式,运用层次分析法及ABC分类法,对项目存在的风险因素进行分类排序评价,期望帮助各级项目管理人员全面辨识装配式建筑风险因素,区分重点风险,提高项目风险管控效果。
关键词:装配式建筑 施工质量安全 层次分析法 ABC分类法 风险评价
作者简介:丁彦,男,生于1993年,山西灵石人,硕士研究生,研究方向:工程安全管理、装配式建筑。; 田元福,男,生于1970年,甘肃天水人,教授,博士,研究方向:工程项目管理、工程安全管理、工程技术与经济。
基金:国家自然科学基金资助项目 (51868016)

 

现阶段发展装配式建筑是提升建筑业效率、推动建筑业转型升级的重要举措。由于装配式建筑在我国刚刚推行,建设项目施工管理人员普遍对装配式建筑在施工过程存在的质量与安全风险管理经验不足,对风险因素及程度认识不够,容易导致建设项目出现质量与安全问题。本文通过对装配式建筑施工现场实际调查,依据装配式建筑施工特征和《装配式建筑评价标准》(GBT51129-2017)、《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-2011)等规定,对影响装配式建筑施工质量与安全的风险因素进行全面梳理,并针对具体项目通过检查打分计算,对项目存在的风险因素进行分类排序,便于项目管理人员识别风险因素、区分重点风险,提高项目风险管控效果。

1 装配式建筑施工质量与安全的风险识别

1.1 装配式建筑施工风险特性

与传统建筑施工相比,装配式建筑采用工厂集中生产构件,直接运输到施工现场进行拼装组合的方法,施工速度快。但装配式建筑构件成品多、预制精确度要求高、运输复杂、吊装及拼装作业多、高空作业多、现场焊接作业多,施工中的风险隐患较多。因此,在对装配式建筑施工质量与安全风险进行研究与评价时,应紧密结合专业知识和实践经验,通过风险调查、专家咨询、数据分析,将风险因素分解为多个维度,建立装配式建筑施工质量与安全风险清单和对策表。

1.2 装配式建筑施工质量与安全风险的分解

装配式建筑施工过程中质量和安全风险因素涉及人员、机械、材料、技术、环境及管理等方面,可归纳为内部因素、管理因素以及环境因素三个维度,见图1。通过对装配式建筑的施工质量与安全风险的三维分解分析,全面识别施工过程中可能存在的风险,进而建立风险清单及相应对策。

图1 装配式建筑施工质量与安全风险三维分解

图1 装配式建筑施工质量与安全风险三维分解

 

(1)内部因素

装配式建筑施工内部的质量与安全风险可以看作是构件生产以及现场施工操作人员因素、机械设备因素、材料因素、施工技术因素等要素间不能按技术规范或设计要求所致。要避免装配式建筑施工风险事故的发生,必须从这些要素中对风险因素系统地识别,为风险评价提供依据,并采取相应的控制措施。

(2)管理因素

根据海因里希事故致因理论以及轨迹交叉理论,各类事故发生都和管理因素有关。装配式建筑在我国近两年才逐步推广,项目参与各方管理人员对装配式建筑认识不够、经验不足,存在对装配式构件生产及安装过程监督管理不利的风险,因此要逐一分析可能存在的风险因素,将各种风险纳入参与管理的各个主体之中。

(3)环境因素

装配式建筑施工受自然环境、施工现场环境、外围环境等影响较大,尤其是装配式建筑现场焊接、拼装受天气等自然环境影响大,因此在质量与安全风险识别过程中必须考虑外部环境对施工质量与安全的影响。

2 装配式建筑施工质量与安全风险评价研究

2.1 装配式建筑施工质量与安全风险评价指标体系

根据装配式建筑施工质量与安全风险的基本特性,在遵循指标体系选取原则的基础上,将风险指标、事故指标和隐患指标相结合建立装配式建筑施工质量与安全风险评价指标体系。

(1)人员评价指标(B1)

装配式建筑虽然大量减少了劳动力的数量,但对操作人员的要求却不断提升。操作人员评价指标归纳起来具体包括从业人员专业程度、操作人员技术水平、从业人员质量与安全教育培训3个指标。

(1) 从业人员专业程度(B11)。装配式建筑在施工过程中,会有大量新技术(钢筋套筒灌浆连接、钢筋浆锚搭接技术等)、新设备(加工、起重、吊装设备等)的使用,因此对从业人员的专业能力也提出了较高的要求。施工单位必须配备足够数量的装配式建筑专业工种人员,人员的文化程度及技术职称或资格符合国家及项目要求。所有参与施工建设的从业者需严格遵守先培训后上岗的原则,特殊作业人员必须持证上岗。

(2) 操作人员技术水平(B12)。操作人员的技术水平主要体现在对专业施工的熟练程度及理论知识的掌握程度。装配式建筑施工特性决定了其对操作准确性要求较高,构件的加工、吊装过程中每一处不准确的施工操作,例如构件位置不准,钢筋位置偏差等都有可能引起施工质量与安全事故的发生。装配式建筑施工在高空作业过程中,应确保其施工工序的连贯性,否则可能会导致构件滞空时间长,高空坠落的可能性增加,严重危及人身安全,形成巨大的安全隐患。

(3) 从业人员质量与安全教育培训(B13)。工程项目部宜设立装配整体式混凝土施工样板区,对施工作业中所采用的新技术、新工艺、新设备、新材料,利用网络平台、宣传画、质量与安全宣传专栏等多种形式组织质量与安全教育培训;对机械设备和特种作业人员(构件加工、吊装、灌浆工等),应按要求进行质量与安全技术培训考核,考核成绩符合既定标准后,方可上岗作业。

(2)机械设备评价指标(B2)

机械设备问题是装配式建筑施工过程中的主要风险源之一。在装配式建筑施工过程中,预制构件的生产和吊装是重要的工序,其很大程度依赖构件生产设备、起重机械设备等,因此必须规范机械设备质量与安全技术管理。具体包括机械设备的选择与安拆、机械设备的维护与保养、安全防护设施3个指标。

(1) 机械设备的选择与安拆(B21)。构件生产、吊装是装配式建筑施工的重要环节,相关机械设备在选择、安装与使用之前,必须编制专项施工方案,经相关部门、技术负责人审批,在监理单位监督下实施。机械设备及吊具的选型、数量确定、规划布置是否合理则关系整个工程的施工质量、安全与进度。

(2) 机械设备的维护与保养(B22)。装配式建筑构件生产、吊装数量多质量大,在施工过程中对机械设备进行定期、不定期检查,对机械设备进行清理、润滑、紧固、故障排除、更换磨损失效零件,使机械设备保持良好的精度和状态,从而降低因设备原因引发质量安全事故的概率。

(3) 安全防护设施(B23)。装配式建筑施工以高空作业为主,所以在施工过程中,应注意安全防护,可在临边搭设定型化工具式防护栏杆或采用外挂脚手架,以降低登高和临边作业安全事故的发生。此外应注意高空坠物,施工人员进入现场时,应检查是否规范佩戴相关安全防护用品,确保施工人员能够安全作业。

(3)物料评价指标(B3)

装配式建筑在施工过程中涉及多种物料,不仅包括预制构件,还有相关专业施工工具及临时支撑系统,在生产安装使用前要做好相应的质量与安全检查工作,确认符合质量与安全标准后才能进入下道工序。物料评价指标归纳起来具体包括构件生产、构件运输及存放、临时支撑系统、专业施工工具4个指标。

(1) 构件生产(B31)。预制构件主要包括混凝土构件和钢构件。总包单位应选择具备相应资质并有完善的质量管理体系、安全保证体系和必要的检测手段的构件生产单位,建设单位进行监督检查。生产过程中,设驻厂监理工程师对全过程进行监督检查,对于隐蔽环节,由监理签字确认后方可浇筑。成品构件经驻厂监理验收合格后,在构件表面加盖签章标识后方可出厂。

(2) 构件运输及存放(B32)。不同的预制构件应采取不同的运输方案,在构件运输过程中,选择合适的车辆和台架,并做好相应的运输保护措施,防止构件产生裂缝、变形和破损等;预制构件现场存放应指定专用堆场,按品种、规格、施工次序分别设置堆放,且存放的过程应采取防止构件倾覆和产生裂缝的措施。

(3) 临时支撑系统(B33)。在装配式建筑构件吊装过程中,必须有足够承载力和相应安全装置的临时支撑系统。临时支撑系统在搭设前必须编制专项施工方案,进行结构设计计算,并按规定进行审核、审批。若外挂脚手架等临时支撑系统强度不符合标准,容易造成构件失稳,引发安全事故。

(4) 专业施工工具(B34)。装配式建筑在预制构件安装过程中需要的连接构件多,主要有钢筋、灌浆套筒、螺栓等。所有的连接构件在使用前必须进行严格的质量验收,在满足国家施工规范和质量检测标准要求后方可投入使用;施工作业使用的专用吊具、吊索,应进行安全验算,使用中进行定期、不定期检查,确保其质量与安全状态。

(4)技术评价指标(B4)

与传统现浇建筑相比装配式建筑优势明显,随着技术的不断成熟以及施工工艺的改革创新,装配式建筑优势将会更加突出。技术评价指标包括施工组织设计及方案、结构及节点安装技术成熟度2个指标。

(1) 施工组织设计及方案(B41)。施工组织设计是指导现场施工的全局性、计划性文件,对其进行科学合理编制十分重要。施工组织设计必须结合工程项目的实际按照相关规范要求科学编制。除施工组织设计外,相关单位还应单独编制构件的生产监督方案、构件运输存放吊装方案、防护支护方案、新工艺技术方案、危险性较大的专项施工方案等。

(2) 结构及节点安装技术成熟度(B42)。由于装配式建筑施工的特点,结构及节点的安装稳固程度至关重要,主要连接技术包括:线支承式连接、点支承式连接、钢筋套筒灌浆连接、钢筋浆锚搭接、螺栓连接等,如果相关施工工艺、技术不成熟容易引起质量与安全事故的发生。

(5)管理评价指标(B5)

装配式建筑施工质量与安全管理,应按国家、地方相关法律法规以及规范规程的要求严格执行。管理评价指标主要包括:质量与安全生产责任制、事故预防措施计划、质量与安全检查、措施执行与落实4个指标。

(1) 质量与安全生产责任制(B51)。装配式建筑施工过程中总包单位应明确施工现场参与各方的质量与安全责任,制定相应的质量与安全生产责任制度,分工明确,责任到人。预制构件厂家应建立完善的质量管理内控体系,提供构件的型式检验报告及产品合格证明;建设单位、施工单位和监理单位对构件生产及运输安装全过程建立完善的质量安全监控程序。

(2) 事故预防措施计划(B52)。质量与安全管理应贯彻“安全第一,预防为主”,施工单位应做好各类质量与安全事故的预防措施计划及应急预案,尤其应关注装配式建筑施工过程中可能发生的事故,做好预防工作最大程度减少质量与安全事故的发生。

(3) 质量与安全检查(B53)。工程项目部应建立质量与安全检查制度,由专职人员以及相关专业人员进行定期质量与安全检查并填写记录表。对检查过程中发现的质量与安全隐患定人、定时间、定措施进行整改,整改后应定期进行复查。

(4) 措施执行与落实(B54)。根据国家和行业法律法规及规范规程,结合现场施工的实际情况编制的工程项目施工组织设计和专项方案,必须经过规定的程序进行审查、审批,并严格遵照其执行,要求文件签字盖章完备,现场实际和文件计划内容一致。在各分项分部工程施工前,应进行质量安全技术交底,形成书面交底记录。

(6)环境评价指标(B6)

良好的环境是安全施工的保障。环境评价指标主要包括:施工现场环境、自然环境和外围环境3个指标。

(1) 施工现场环境(B61)。施工现场环境主要指施工现场文明施工情况,包括施工现场安全标志、围挡设置、材料堆放、环境卫生、作业现场粉尘、废水废气、振动、噪音控制及排放等。

(2) 自然环境(B62)。装配式建筑施工受恶劣自然环境影响较大,遇到雨、雪、雾天气,或者风力大于5级时,不得进行吊装作业

(3) 外围环境(B63)。周边环境对装配式建筑施工也会带来一定影响,需综合考虑项目所在地治安因素、周边既有建筑情况以及电网电压等各项因素。

2.2 基于AHP—ABC评价模型的构建

装配式建筑施工质量与安全影响因素多,建立的指标体系结构也相对复杂,指标较多。该模型通过AHP层次分析法,对装配式建筑施工质量与安全风险评价指标体系进行归一化处理,然后对所有的施工风险指标进行权重确定,并按ABC分类法(帕累托分析法)对风险进行分类,从而实现重点风险加强管控的施工管理目的。这个模型对于指导装配式建筑质量与安全施工着重要的参考意义,具体步骤如下:

(1)建立评价指标体系

根据装配式建筑质量与安全风险评价指标体系,将19个指标作为风险综合评价因素,划分为6个一级评价指标,即人员评价指标(B1)、机械设备评价指标(B2)、物料评价指标(B3)、技术评价指标(B4)、管理评价指标(B5)、环境评价指标(B6)。

(2)确定一级评价指标权重

在一级评价指标的权重值设置时,运用层次分析法对指标进行两两比较判断,并依据专家的评估结果和建议形成评价指标的比较矩阵,经计算处理后得到评价指标集的权重W={W1, W2, W3, W4, W5, W6}。

(3)综合风险值集成与二级指标权重转换

通过专家现场检查打分的方法确定所有二级指标得分,计算综合风险值。在得到综合风险值后,按下式计算各二级指标权重:

 

式(1)中,Eij表示第i个准则层第j个指标的综合风险值,Wi表示第i个指标层权重,Dij表示第i个指标层第j个指标的风险值。式(2)中,Wij表示第i个准则层第j个指标的权重,n表示准则层数,m表示第i个准则层的指标数。

以机械设备评价指标为示例,打分标准见表1:

(4)运用ABC分类法进行风险分类

在得到二级指标权重后,运用ABC分类法对风险进行分类。根据风险的重要程度将其分成A、B、C三级,具体处理过程如下:

(1) 对收集的数据进行分析处理,得到Wi, Eij, Wij;

(2) 将二级指标权重并按ABC分类法降序排列,并计算累计权重。根据计算结果,累计权重在60%~70%的风险为A级风险、70%~90%的风险为B级风险、95%左右的风险为C级风险,并列出ABC分析表;

(3) 制定相应等级的管控措施。A级风险属于主要风险,需要进行重点管理,施工过程中必须做好质量与安全预防工作;B级风险属于次要风险,提示这些因素对项目质量与安全施工有一定危险性,应做好必要的技术、组织防范措施;C级风险属于一般风险,对施工质量与安全管理工作起参考作用。

表1 机械设备评价指标打分标准   

表1 机械设备评价指标打分标准

3 实例论证

本文以某装配式住宅小区项目为例,该项目建筑面积为4.1万平方米,其中地下建筑面积为1.1万平方米,总体装配率可达70%。邀请施工单位的专家和相关技术人员进行咨询,并对项目各指标风险进行打分,对获得的数据进行分析处理得到装配式建筑施工质量与安全风险评价指标体系中指标的权重以及风险值。

表2 一级指标判断矩阵及权重计算结果   

表2 一级指标判断矩阵及权重计算结果

由表2可知装配式建筑施工质量与安全风险评价指标体系准则层权重及一致性检验结果;结合项目实际情况对各二级指标进行打分;表3为ABC分类法排序计算结果。

根据该项目19项风险点的检查情况,由计算结果可知:安全防护设施(B23)、操作人员技术水平(B12)等4项属于A级风险;从业人员质量与安全教育培训(B13)、构件生产(B31)等8项属于B级风险;其余属于C级风险,根据风险分类需要各级项目管理人员制定针对性的管理措施。

4 结语

装配式建筑施工质量与安全影响因素多,风险造成后果一般比较严重,因此必须对施工过程中可能发生的风险进行全面科学的评价,为装配式建筑施工质量与安全管理提供有效的依据。本文通过层次分析法对风险评价指标进行量化,并利用ABC分类法来对施工质量与安全风险分类,最后对不同的风险采取针对性的管理措施。该法能指导各级项目管理人员科学全面识别风险,厘清主次,做好应对措施。装配式建筑施工过程中风险隐患多,本文对风险因素的识别不够全面,随着研究的不断深入对其进行完善和补充,形成较为成熟的装配式建筑施工质量与安全风险评价体系,从而达到系统指导施工质量安全管理的目的。

表3 综合风险值权重计算   

表3 综合风险值权重计算

 

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Research on Quality and Safety Risk Evaluation of Prefabricated Building Assessment
DING Yan TIAN Yuanfu
(College of Civil Engineering and Architecture, Hainan University)
Abstract: On the basis of analyzing the quality and safety risk factors in the prefabricated construction process, this paper classifies and ranks the risk factors of the project by the way of checking and scoring in view of the specific assembly construction project with the analytic hierarchy process (AHP) and ABC classification method, hopes to help project managers of prefabricated construction identify risk factor, distinguish the key risk factors, and improve the effect of project risk management.
Keywords: prefabricated building; construction quality and safety; analytic hierarchy process; ABC classification; risk evaluation
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