祝連波， 張燁盈， 林陵娜， 許小進(jìn)， 石振群

(1. 蘇州科技大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 蘇州 215009； 2. 杭州涌都房地產(chǎn)開發(fā)有限公司， 浙江 杭州 311400)

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計的2020年度全國裝配式建筑發(fā)展情況顯示，全國31個省(自治區(qū)、直轄市)和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)，新開工裝配式建筑共計6.3億m2，較2019年增長50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%[1]。雖然裝配式建筑在我國建筑市場逐年增長，但在裝配式建筑施工過程中，由于對重型、超重型吊裝設(shè)備的需求和使用，裝配式現(xiàn)場吊裝施工中頻頻發(fā)生安全事故，而裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)是裝配式建筑施工過程中的重大危險源。識別裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素，研究安全風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系將為裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險評價和控制提供基礎(chǔ)。

目前，已有不少國內(nèi)外學(xué)者對吊裝安全風(fēng)險進(jìn)行了研究，成果頗豐。王軍武等[2]從關(guān)聯(lián)性視角出發(fā)對裝配式建筑工程吊裝事故的致因機(jī)理展開研究；李強(qiáng)年等[3]基于BIM+NB-IoT技術(shù)構(gòu)建裝配式建筑吊裝安全風(fēng)險管理系統(tǒng)，為裝配式吊裝安全風(fēng)險智能化、信息化的管理方式提供理論框架；田學(xué)澤等[4]基于改進(jìn)組合賦權(quán) - 動態(tài)模糊理論模型準(zhǔn)確評價了裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險等級并反應(yīng)其變化趨勢；李文龍等[5]在多個工程實例中運(yùn)用結(jié)構(gòu)熵權(quán) - 可信性測度理論的裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險評估模型；劉名強(qiáng)等[6]基于相關(guān)向量機(jī)建立裝配式建筑吊裝安全預(yù)警模型，能夠準(zhǔn)確判斷吊裝作業(yè)安全狀況，提高裝配式建筑施工安全水平；Liu等[7]在數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上提出吊裝安全風(fēng)險管理框架，可實現(xiàn)吊裝現(xiàn)場的可視化管理；Chang等[8]基于層次分析法構(gòu)建施工安全風(fēng)險評價模型，并結(jié)合實例對模型的可行性與有效性進(jìn)行驗證；Toole[9]主要聚焦吊裝作業(yè)前的安全管理階段，做到有備無患；Jespen[10]認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)化說明書可以在一定程度上減少因操作失誤造成的各種安全事故，并初步提出了四類基本吊裝作業(yè)指令及指南。在風(fēng)險間關(guān)系研究方面，模糊解釋結(jié)構(gòu)模型(Fuzzy Interpretive Structural Model,FISM)是一種常用于研究風(fēng)險間關(guān)系的分析方法。彭軍龍等[11]將FISM與網(wǎng)絡(luò)層次分析模型相結(jié)合，建立了裝配式建筑成本影響因素分析模型，將影響裝配式建筑成本因素之間的內(nèi)部邏輯關(guān)系用直觀圖的形式表示出來；張煒等[12]為準(zhǔn)確分析重大工程項目社會穩(wěn)定風(fēng)險發(fā)生過程中風(fēng)險因素間的相互影響，基于Fuzzy-ISM提出風(fēng)險關(guān)系遞階模型；Su等[13]建立了混凝土梁橋劣化的模糊解釋結(jié)構(gòu)模型，便于對坍塌因素進(jìn)行進(jìn)一步分析，對橋梁生命周期各個階段的參與者提出管理建議。

綜上所述，雖然國內(nèi)外學(xué)者對吊裝安全風(fēng)險進(jìn)行了深入的研究，取得了豐碩成果，但是對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的研究，還僅停留在識別和劃分階段，缺乏對安全風(fēng)險因素的層次結(jié)構(gòu)及相互之間作用關(guān)系的研究。因此本文為了識別裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素并厘清各因素之間的邏輯關(guān)系，首先應(yīng)用文獻(xiàn)分析和專家訪談法，得到裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素指標(biāo)體系。為有效克服經(jīng)典解釋結(jié)構(gòu)模型的主觀性及隨機(jī)性，將模糊數(shù)學(xué)與經(jīng)典ISM模型相結(jié)合，在FISM的基礎(chǔ)上構(gòu)建裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素多級遞階模型[14]。然后，運(yùn)用交叉影響矩陣相乘(Matriximpacts Cross-Reference Multiplication Applied to a Classification,MICMAC)法，計算得出風(fēng)險因素的驅(qū)動力和依賴性的大小并繪制風(fēng)險因素驅(qū)動力 - 依賴性分布圖，分析安全風(fēng)險因素之間的作用機(jī)理。研究成果一方面為降低裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險管理提供理論依據(jù)，另一方面為管理者從作用機(jī)理角度針對性地制定吊裝安全管理措施提供參考。

1 預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素識別

目前，在裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的研究方面，有許多學(xué)者已經(jīng)對其進(jìn)行了劃分和選取。首先，通過CNKI和萬方等論文數(shù)據(jù)庫對“裝配式建筑吊裝安全風(fēng)險”、“裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件吊裝”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，從檢索出的文獻(xiàn)中選擇15篇具有代表性的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，綜合考慮裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)特征并根據(jù)“4M1E”原理，從人的風(fēng)險、構(gòu)件風(fēng)險、機(jī)械設(shè)備風(fēng)險、管理風(fēng)險及環(huán)境風(fēng)險五個方面著手，初步得到23個裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素。然后，在分析文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，邀請了15位經(jīng)驗豐富的專家(均有5年以上的施工經(jīng)驗并且均與研究團(tuán)隊合作關(guān)系密切)，通過郵件、電話、訪談的方式進(jìn)行深入訪談，專家對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素進(jìn)行優(yōu)化。最后，從23個安全風(fēng)險因素中剔除“預(yù)制構(gòu)件之間連接的牢固程度”，將“吊裝作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)督巡邏情況”并入“吊裝作業(yè)現(xiàn)場工作人員值勤情況”，將“施工現(xiàn)場能見度”并入“吊裝作業(yè)的天氣狀況”，最終梳理出20個裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素，并得出裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素指標(biāo)體系

2 預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的FISM模型構(gòu)建

FISM模型是將經(jīng)典ISM模型進(jìn)行模糊化處理，它能將因素之間簡單的0-1關(guān)系轉(zhuǎn)化為二元模糊關(guān)系，建立更切合實際的鄰接矩陣，更精確地反映出系統(tǒng)內(nèi)各因素間的復(fù)雜關(guān)系[15]。因此，本文運(yùn)用模糊關(guān)系處理分析了預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素間的內(nèi)在聯(lián)系。首先建立裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的模糊鄰接關(guān)系矩陣，計算可達(dá)矩陣，再分解可達(dá)矩陣，形成層次清晰的裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險的多級遞階結(jié)構(gòu)模型[16]。

2.1 構(gòu)建模糊鄰接矩陣

在風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上建立模糊鄰接關(guān)系矩陣，用于判斷安全風(fēng)險因素之間相互作用的強(qiáng)度。本文將裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素相互作用關(guān)系劃分為5個等級，并基于此構(gòu)件模糊鄰接矩陣A。假設(shè)風(fēng)險因素二元模糊關(guān)系矩陣A=(aij)n×n，aij為風(fēng)險因素Ri對Rj的影響關(guān)系，則定義為：

為確保數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性，邀請20位經(jīng)驗豐富的項目管理專家或相關(guān)研究人員對表1的20個風(fēng)險因素進(jìn)行評分，取算數(shù)平均值以體現(xiàn)裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險影響因素兩兩之間的影響程度大小，得到模糊鄰接關(guān)系矩陣A，如表2所示。

表2 模糊鄰接關(guān)系矩陣A

2.2 模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣建立

選取隸屬度函數(shù)，建立裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣B=(bij)n×n。

(1)

式中：aij為因素i對因素j的模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；ai為模糊鄰接矩陣A第i行的和；aj為模糊鄰接矩陣A第j列的和；i,j=1,2,…,n。由此可建立模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣B。

2.3 確定閾值λ

模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣中的各個元素必須先抽象成0-1關(guān)系，否則不能直接確定元素間的可達(dá)關(guān)系。其方法是選取一個閾值λ，使得

(2)

風(fēng)險因素間關(guān)系的復(fù)雜程度直接受到λ的影響，進(jìn)而影響風(fēng)險因素之間的層級劃分。當(dāng)λ取值較小時，風(fēng)險因素較弱的模糊關(guān)系會被反映出來；當(dāng)λ取值較大時，風(fēng)險因素間的強(qiáng)關(guān)系會被反映出來。因此，為了能準(zhǔn)確反映出不同因素之間的合理關(guān)系，λ的取值既不能太大，也不能太小。經(jīng)反復(fù)測算，當(dāng)λ取值為0.11時，模型能反映出較強(qiáng)的風(fēng)險關(guān)聯(lián)程度，此時得到鄰接關(guān)系矩陣C。

2.4 計算可達(dá)矩陣

基于系統(tǒng)工程理論，將鄰接矩陣C與單位矩陣I相加，當(dāng)滿足式(3)時，矩陣M即為可達(dá)矩陣。在鄰接關(guān)系矩陣的基礎(chǔ)上，借助MATLAB軟件計算出可達(dá)矩陣M，結(jié)果如表3所示。

表3 模糊可達(dá)矩陣M

M(C+I)k+1=(C+I)k≠(C+I)k-1

(3)

式中：k為可達(dá)矩陣的結(jié)束次冪。

2.5 FISM模型構(gòu)建及風(fēng)險層級劃分

風(fēng)險層級劃分，即將各風(fēng)險因素劃分為不同層級。首先根據(jù)可達(dá)矩陣M確定可達(dá)集P(Ri)和先行集Q(Ri)，可達(dá)集是M中該因素所在行元素為“1”的對應(yīng)列的集合，先行集是M中該因素所在列元素為“1”的對應(yīng)行的集合，共同集C(Ri)為可達(dá)集與先行集的交集[17]。找出M中不影響其他因素而只受其他因素影響的因素，即符合P(Ri)=P(Ri)∩Q(Ri)=C(Ri)條件，并將其抽取，然后將該因素所在的行與列刪除。依此規(guī)則逐層抽取，直至完成風(fēng)險因素層級結(jié)構(gòu)劃分[18]，劃分結(jié)果如表4所示。

基于上述分析，裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素共分為6級，分別為L1={R3，R6，R8，R10，R11，R14，R17，R19}；L2={R1，R7，R9，R12，R13，R15，R16}；L3={R2}；L4={R4}；L5={R5，R18}；L6={R20}。根據(jù)表4劃分的層級結(jié)構(gòu)，結(jié)合可達(dá)矩陣M中各風(fēng)險因素間的相互關(guān)系，對關(guān)聯(lián)因素進(jìn)行連線，構(gòu)建出裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素FISM模型，如圖1所示。

圖1 裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險FISM模型

表4 預(yù)制構(gòu)架吊裝安全風(fēng)險因素劃分

按照各風(fēng)險因素在FISM模型中所處的位置可將它們分為3個層級，L1為表層，L2，L3，L4，L5為中間層，L6為深層。不同層級代表對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險有不同的影響程度。越高層級的風(fēng)險因素對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險的影響越直接[19]。

(1)位于深層的“現(xiàn)場安全管理人員配備的完善程度”是影響其他層級風(fēng)險因素的根本原因，應(yīng)在裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝過程中給予首要關(guān)注[20]。

(2)位于中間層的11個風(fēng)險因素會直接或間接地對表層或深層的風(fēng)險因素造成影響，且風(fēng)險因素之間關(guān)系復(fù)雜。因此，中間層的風(fēng)險因素是風(fēng)險管理的重點和難點，應(yīng)得到充分的重視。

(3)位于表層的8個風(fēng)險因素對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝有直接影響，通常需要通過解決中間層及深層風(fēng)險因素的問題以使表層風(fēng)險因素產(chǎn)生的問題得到最終解決。

3 預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險MICMAC分析

通過使用FISM方法，已對預(yù)制構(gòu)件吊裝過程中安全風(fēng)險影響因素間的層級結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了分析。為了使各因素之間的邏輯性及作用機(jī)理更加清晰明確，使用MICMAC方法對各安全風(fēng)險因素的驅(qū)動力和依賴性進(jìn)行分析，以便對裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險的管理提出更有針對性的建議。

3.1 MICMAC法

利用MICMAC方法，對可達(dá)矩陣M中各風(fēng)險因素所在的行和列分別求和，得出風(fēng)險因素的驅(qū)動力和依賴性的大小，據(jù)此將風(fēng)險因素分為自治簇、獨(dú)立簇、聯(lián)系簇及依賴簇，并繪制風(fēng)險因素象限劃分圖[21]。一般地，依賴性的大小表示該風(fēng)險因素受到其他風(fēng)險因素影響的程度，依賴性越大說明其他風(fēng)險因素所產(chǎn)生的的各種改變更容易對該風(fēng)險因素造成影響；驅(qū)動力的大小表示該風(fēng)險因素對其他風(fēng)險因素造成影響的程度，驅(qū)動力越大說明該風(fēng)險因素所產(chǎn)生的的各種改變更容易對其他風(fēng)險因素造成影響[7]。根據(jù)模糊可達(dá)矩陣M計算得出驅(qū)動力和依賴性的大小，如表5所示。

表5 各風(fēng)險因素驅(qū)動力及依賴性程度大小

再依據(jù)計算結(jié)果對20個風(fēng)險因素進(jìn)行分類，結(jié)果如圖2所示。其中風(fēng)險因素R1，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R15，R17屬于自治簇，該類風(fēng)險因素依賴性及驅(qū)動力均較弱；風(fēng)險因素R3，R14，R16，R19屬于依賴簇，該類風(fēng)險因素依賴性較強(qiáng)，驅(qū)動力較弱；風(fēng)險因素R2，R4，R5，R18，R20屬于獨(dú)立簇，該類風(fēng)險因素依賴性較弱，驅(qū)動力較強(qiáng)。

圖2 風(fēng)險因素驅(qū)動力 - 依賴性分布

3.2 FISM-MICMAC結(jié)果分析

由圖2可知，裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素主要分布于自治簇Ⅰ、獨(dú)立簇Ⅱ及依賴簇Ⅳ，未有風(fēng)險因素出現(xiàn)在聯(lián)系簇Ⅲ中。通過綜合分析裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素FISM-MICMAC模型可知：

(1)位于自治簇Ⅰ的風(fēng)險因素有R1，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R15，R17，大部分位于FISM模型中間層的上部，對表層和深層風(fēng)險因素具有承上啟下的作用且風(fēng)險因素之間的關(guān)系較為復(fù)雜[22]。因此，該類風(fēng)險因素應(yīng)得到充分的重視，通過有效治理從而減少裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全事故的發(fā)生。

(2)位于獨(dú)立簇Ⅱ的風(fēng)險因素有R2，R4，R5，R18，R20，位于FISM模型的深層及中間層的下部，其驅(qū)動力較高，依賴性較低，通常對其他風(fēng)險因素產(chǎn)生影響，包含根本因素及對其他因素有較大影響的間接因素。其中現(xiàn)場安全管理人員配備的完善程度R20是影響裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全的根本因素，具有最強(qiáng)的驅(qū)動力，對該因素給予重點管控能夠在一定程度上有效減少表層及中間層風(fēng)險因素的發(fā)生[23]。

(3)位于依賴簇Ⅳ的風(fēng)險因素有R3，R14，R16，R19，位于FISM模型的上層，其驅(qū)動力較低，依賴性較高。該類風(fēng)險因素產(chǎn)生的概率與其他風(fēng)險因素是否得到有效控制密切相關(guān)，包含直接因素及受其他因素影響較大的間接因素。吊裝視野的開闊程度R14依賴性最強(qiáng)，且受到吊裝作業(yè)空間大小、吊裝作業(yè)交叉程度及吊裝作業(yè)天氣狀況等因素的直接影響，而這些因素又受到吊裝設(shè)備位置選擇的合理性、吊裝設(shè)備操作人員安全意識等因素的間接影響。因此，保證吊裝過程中視野開闊是預(yù)制構(gòu)件吊裝安全管理的關(guān)鍵。

3.3 預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險管理對策建議

基于對FISM-MICMAC模型的分析，裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素之間存在一定的邏輯關(guān)系,可對裝配式吊裝作業(yè)階段風(fēng)險管控提出建議。

(1)吊裝設(shè)備操作人員及吊裝現(xiàn)場安全管理人員必須持證上崗，并定期進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，增強(qiáng)安全意識，減少不安全行為的發(fā)生。在預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)前及作業(yè)過程中，應(yīng)定期檢查吊裝設(shè)備、吊裝用具的完好程度及吊裝設(shè)備的運(yùn)行狀況，確保預(yù)制構(gòu)件與吊裝設(shè)備之間連接牢固，預(yù)防因預(yù)制構(gòu)件脫落、吊裝設(shè)備運(yùn)行不正常造成的安全事故。在吊裝作業(yè)進(jìn)行前應(yīng)確認(rèn)天氣狀況，天氣惡劣不得吊裝。在進(jìn)行高空交叉作業(yè)時，應(yīng)做好交叉作業(yè)人員的協(xié)調(diào)與聯(lián)系，明確應(yīng)采取的防范措施與配合要求。

(2)相關(guān)監(jiān)管部門應(yīng)加強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件吊裝現(xiàn)場的監(jiān)督管理及安全檢查力度，完善安全生產(chǎn)管理制度，一旦發(fā)現(xiàn)潛在危險應(yīng)要求及時整改，提高安全管理及風(fēng)險防控水平，消除安全隱患。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)的特征，根據(jù)“4M1E”原理，并通過文獻(xiàn)分析法和專家訪談識別出20個裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素。為了克服專家打分時的主觀性和隨意性，將模糊數(shù)學(xué)與經(jīng)典ISM模型相結(jié)合，利用FISM模型及MATLAB軟件，構(gòu)建了裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝安全風(fēng)險因素的層級結(jié)構(gòu)模型，依此繪制了6級遞階有向圖。并通過MICMAC法對各風(fēng)險因素的驅(qū)動力和依賴性進(jìn)行分析，進(jìn)一步探究各風(fēng)險因素間的邏輯性和作用關(guān)系。

研究結(jié)果表明：現(xiàn)場安全管理人員配備的完善程度R20是裝配式預(yù)制構(gòu)件安全風(fēng)險產(chǎn)生的根本因素，有較強(qiáng)的驅(qū)動力，對其他風(fēng)險因素影響較強(qiáng)，應(yīng)作為首要風(fēng)險因素進(jìn)行優(yōu)先、重點治理。吊裝設(shè)備操作人員精神狀態(tài)R3、預(yù)制構(gòu)件加工質(zhì)量R6、預(yù)制構(gòu)件與吊裝設(shè)備之間連接的牢固程度R8、吊裝設(shè)備的完好程度R10、吊裝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)R11、吊裝作業(yè)視野的開闊程度R14、安全生產(chǎn)管理制度完善程度R17、安全用具使用規(guī)范程度R19為直接影響因素，并受其他風(fēng)險因素影響較大，有較強(qiáng)的依賴性，在裝配式預(yù)制構(gòu)件吊裝作業(yè)過程中應(yīng)作為安全風(fēng)險事件發(fā)生前兆的重點監(jiān)控對象，也是進(jìn)行風(fēng)險預(yù)警的重要指標(biāo)。未來的研究可以通過定量的方法，更深層次地對安全風(fēng)險因素之間存在內(nèi)在聯(lián)系的影響程度進(jìn)行探索。