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高层建筑项目安全风险评价模型分析

2024-06-26 17 上传者：管理员

摘要：高层建筑项目的特殊性决定了施工过程中面临着很多施工安全问题。在对实际工程案例进行简要分析的基础上，利用层次分析法构建了安全风险评价模型，共设置4个一级影响因素，16个二级影响因素。通过分析发现有多个二级影响因素的权重值较大，如工程总包与专业分包安全管理合理性、夏季雨季冬季天气作业等，说明这些因素对施工安全有重要影响，对于这类影响因素施工时要制定针对性的措施进行防范，以此保障施工过程人员及财产的安全，为企业创造更大的经济效益。

关键词：
安全风险
层次分析法
设计施工
评价模型
高层建筑
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某公司根据发展需要，建设了高层建筑，总计25层，其中地上23层、地下2层，建筑整体高度达到了113.5 m，建筑整体面积近25万m2，其中地下建筑面积约5万m2、地上建筑面积约15万m2。项目建设承包给国有企业，具体施工由企业下属子公司负责。建筑项目设计施工周期约800天，项目施工跨度较长，尤其是在冬季和夏季施工时危险因素更多[1]。项目涉及拼装技术、超高悬空钢结构吊装工序、深基坑开挖工序、高支模施工工序、吊篮施工工序等，以上施工过程都存在很大的风险，容易发生施工安全问题。所以所述的高层建筑施工过程面临着一定的施工安全问题，本文以该工程项目为案例，利用层次分析法对安全风险进行评价分析。

1、评价指标的确定

基于层次分析法并结合高层建筑项目实际情况构建安全风险评价模型。高层建筑施工过程中，影响安全的因素是多方面的，利用层次分析法可以根据影响因素分类，构建不同层次的影响因子[2]。在深入分析当前高层建筑项目施工安全影响因素的基础上，将这些影响因素划分为四大类，分别为管理因素、环境因素、材料设备因素和施工方法因素，称为一级指标，每类影响因素可进一步细分为若干个具体的因素，称为二级指标。如图1所示为基于层次分析法的安全风险评价指标体系，可见本案例共涉及16个二级指标。

2、安全风险评价模型构建

2.1安全评价标准

高层建筑项目施工时的影响因素虽然很多，但不同影响因素的等级存在差异，根据现行规范标准安全等级可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级，对应的安全评价标准依次为[9,10)、[8,9)、[7,8)、7以下[3]。

图1基于层次分析法的安全风险评价指标体系

2.2隶属度

高层建筑项目安全问题涉及因素较多，针对这类模糊信息可以利用隶属度矩阵进行初步处理。首先要根据专家经验对各层级影响因素进行评分，在此基础上构建隶属度矩阵V，如表1所示为10名专家对各二级指标的评分情况，进而可以计算Pij指标，计算方法如下式所示：

2.3熵值以及商权权重计算

Pij指标的离散程度需要利用熵值ej进行描述，对应的计算公式如下：

Pij指标的评价权重值需要利用商权权重wj进行描述，对应的计算公式如下：

其中。

基于以上数据计算得到w1～w16的结果依次为0.065、0.087、0.077、0.067、0.040、0.062、0.049、0.040、0.070、0.083、0.047、0.046、0.100、0.045、0.045、0.076。

2.4各层判断矩阵构建

本案例通过调查问卷的方式邀请了施工单位、设立单位、建设单位等10余名专家对高层建筑项目安全因素进行调查研究。目的是构建多个影响因素的判断矩阵，根据该矩阵可以明确每一层次影响因素对于上一层次影响因素的重要程度。判断矩阵中第i行第j列的元素利用指标Bij表示，描述的是第i个因素与第j个因素相比较的重要程度，如表2所示。

基于建立的判断矩阵可以对矩阵的特征值以及特征向量进行分析计算，其中特征值用λ表示，特征向量用w表示。判断矩阵内各元素的阶数影响到层次总排序随机一致性指标RI数值，阶数与RI数值之间的关系如图2所示。

如表3所示为第一层级四个影响因素的判断矩阵，可以看出表格中对角线数据均为1，因为对角线上表示两个相同的影响因素，具有同等的重要程度。从表格整体情况来看，A1和A4这两个因素的权重分别为0.483 9和0.268 9，而A3和A2这两个因素对应的权重分别为0.105 1和0.142 1，明显前两个影响因素比后两个影响因素的权重大，说明A1和A4两个因素对高层建筑项目安全的影响程度较大，要引起施工方的高度关注。

表1 10名专家对各二级指标的评分情况

表2指标Bij标度及对应的含义

图2阶数与RI数值之间的关系曲线

表3第一层级四个影响因素的判断矩阵

第二层影响因素共16个，划分成4类，针对每一类二级影响因素均可以构建判断矩阵。管理因素A1设置5个因素，其判断矩阵第一行元素为（1,3,4,5,5），第二行元素为（1/3,1,3,4,4），第三行元素为（1/4,1/3,1,2,2），第四行元素为（1/5,1/4,1/2,1,2），第五行元素（1/5,1/4,1/2,1/2,1）。5个影响因素B1～B5对应的权重值分别为0.465 4、0.262 7、0.1217、0.086 3、0.063 9。可见第1个影响因素对应的权重较大，对高层建筑项目的安全影响最显著。环境因素A2设置有4个二级影响因素，其判断矩阵第一行元素为（1,2,3,3），第二行元素为（1/2,1,3,4），第三行元素为（1/3,1/3,1,3），第四行元素为（1/3,1/4,1/3,1）。4个影响因素B6～B9对应的权重值分别为0.425 5、0.3205、0.164 1、0.089 9。可见第1个影响因素对应的权重较大，对高层建筑项目的安全影响最显著。材料机具设备因素A3设置有3个二级影响因素，其判断矩阵第一行元素为（1,1/3,2），第二行元素为（3,1,3），第三行元素为（1/2,1/3,1）。3个影响因素B10～B12对应的权重值分别为0.251 8、0.589 0、0.159 3，可见第2个影响因素对应的权重较大，对安全影响最显著。施工方法因素A4设置有4个二级影响因素，其判断矩阵第一行元素为（1,2,1/3,1/4），第二行元素为（1/2,1,1/2,1/3），第三行元素为（3,2,1,1/3），第四行元素为（4,3,3,1）。4个影响因素B13～B16对应的权重值分别为0.141 7、0.115 4、0.245 8、0.497 1，可见第4个影响因素对应的权重较大，对安全影响最显著。

2.5一致性检验

对于得到的判断矩阵，各个元素之间可能出现“闭合环”的问题，层次单排序是否有效还要开展一致性检验工作，如果判断矩阵确定不一致程度在允许范围内，则认为结果是有效的。一致性指标CI的计算公式如下：CI=(λmax-n)(n-1)，式中λmax表示判断矩阵的最大特征值，n表示判断矩阵的阶数。由以上公式可以看出，当最大特征值等于阶数时，一致性指标CI为0，说明判断矩阵拥有完全一致性，一致性指标CI越趋近于0说明一致性程度越好，相反，如果CI越大于零说明一致性情况越糟糕。随机一致性指标RI与判断矩阵阶数之间存在紧密关系，根据图2确定，可以看出随着判断矩阵阶数的增加，RI数值呈增长的趋势。定义一致性比例CR指标为CR=CI/RI，如果CR不超过0.1则可以确定判断矩阵不一致程度在允许的范围内，相反，如果CR超过0.1则认为判断矩阵不一致程度没有达到理想的效果，需要调整数据对判断矩阵重新构建，直到一致性检验满足要求为止。

针对第一层级影响因素，其判断矩阵的最大特征值和阶数分别为4.16和4，可以算出CI值为0.04，对应的RI数值为0.9,CR计算结果为0.049 158，没有超过0.1，说明该判断矩阵的不一致程度满足要求。基于同样方法可以对4个二级影响因素的判断矩阵的一致性指标进行计算，其中CI值结果依次为0.05、0.07、0.03和0.07,CR指标的结果分别为0.040 246、0.079 221、0.046 47、0.079 766，可见全部低于0.1，说明这些判断矩阵的不一致性都达到了理想效果。

3、安全风险等级体系结果讨论

基于层次分析法对高层建筑项目案例的安全风险进行评价分析，结果发现整个工程项目的安全评价等级为Ⅲ级。其中管理因素A1和施工方法因素A4对项目安全风险的贡献较大，说明这两个一级层次的因素中存在很大的安全隐患。进一步分析隶属于A1级因素的二级影响因素B1～B5的权重值可以发现，工程总包与专业分包安全管理合理性B1二级指标对应的权重相对最大，说明这个因素对项目施工安全风险影响较大，因此具体操作时施工企业必须加强安全管理工作，构建安全管理团队势在必行。要强化安全施工培训工作，加强施工人员的安全意识和责任意识。施工过程中要加强安全巡逻，及时发现潜在的安全隐患并进行处理。

分析隶属于A2级因素的二级影响因素B6～B9的权重值可以发现，夏季、雨季、冬季天气作业B6二级指标对应的权重值相对最大，说明在上述不良气候条件下，施工时容易发生施工安全问题。邻边设施设置的稳定性和科学性是影响施工安全的重要因素，施工过程中要重点关注上述对象。在安全的作业环境下施工不仅能显著提升施工作业效率，为施工人员提供便利，还能保障施工安全，确保安全管理在可控范围之内。

4、结束语

综上所述，高层建筑施工时存在很多安全因素，对安全问题进行严格管理，不仅可以保障人员的财产及生命安全，也能在一定程度上提升项目建设的经济效益。高层建筑安全管理必须贯穿项目施工的全过程，也要求全体施工人员参与。通过上文利用层次分析法对高层建筑项目的安全风险进行评价分析，发现多个影响因素的风险较大，对于这些影响因素施工时必须制定针对性的措施实施防范，只有这样才能在最大限度上遏制高层建筑项目施工安全问题的发生，实现经济效益最大化。

参考文献:

[1]周永生.高层房屋建筑工程施工安全风险管理措施[J].中国建筑金属结构,2023,44(1):187-189.

[2]李逸,王保周.高层建筑施工安全评价模糊理论模型的研究[J].中国设备工程,2023(20):216-218.

[3]王松岩,刘文杰,焦红.基于模糊层次分析法的高层建筑工程施工安全风险评价[J].建筑技术,2023,54(20):2529-2534.

文章来源:张景科.高层建筑项目安全风险评价模型分析[J].科学技术创新,2024(13):149-152.