预制装配式混凝土建筑施工安全和质量评估.pdf

第 4 7卷第 4期 2 0 1 6年 4月 Vo 1 4 7 No 4 Ap r 2 0 1 6 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 3 0 5 预制装配式混凝土建筑施工安全和质量评估 李 颖 ， 李 峰 ， 邹 宇2，马晓元 2 ，吕征宇 ，吴小竣 ( 1 上海市电力公司建设部 ， 2 0 0 1 2 2 ， 上海； 2 上海电力设计院有限公司， 2 0 0 0 2 5 ， 上海； 3 国网上海电力设计有限公司， 2 0 0 0 7 1 ， 上海 ) 摘要：引入层次分析法，以施工流程为研究对象，运用事故树分析法对施工过程的危险源与质量控制 点进行分析识别。针对不同的安全和质量控制项 目，采用专家打分法对其进行量化处理并建立评价矩阵。案 例结果表明，预制装配式混凝土建筑施工对于安全和质量能起到有效控制，而在变电站项目中，这一优势更 加突出。 关键词：预制装配式建筑施工；安全与质量控制；事故树 ；层次分析法 中图分类号：T U3 3 4 文献标志码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 6 ) 0 4 0 3 0 5 - 0 5 E V A L U A T I ON S OF S A F E T Y A N D QU AL I T Y P E R F O R MA NC E S O F PRECAST CONCRETE CONS TRUCTI oN L I Y i n g ，L I F e n g ，Z OU Y u ， MA X i a o y u a n ， L Y U Z h e n g - y u ， WU X i a o j u n ( 1 D e p a r t me n t o f C o n s t r u c t i o n ， S h a n g h a i E l e c t r i c P o we r C o L t d ， 2 0 0 1 2 2，S h a n g h a i ， C h i n a ；2 S h a n g h a i E l e c t r i c P o we r D e s i g n I n s t i t u t e C o L t d ， 2 0 0 0 2 5 ， S h ang h a i ， C h i n a ； 3 S h a n g h a i Na t i o n a l Gr i d E l e c t r i c P o w e r De s i gn L t d ， 2 0 0 0 7 1 ， S h a n gh a i ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e a p p l i c a t i o n s o f P r e c a s t c o n c r e t e mo d u l a r c o ns t r u c t i o n c a n s i g ni fic a n t l y r e d uc e t h e d us t a n d n oi s e p o l l ut i o n， s a v e e n e r g y a nd r e d u c e c a r bo n e mi s s i o n t h a t of t e n o c c u r d u r i n g t he c o n s t r u c t i o n p r o c e s s T h i s p a p e r e m p l o y s t h e A n a l y t i c Hi e r a r c h y P r o c e s s( A H P )t o e v a l u a t e t h e p e r f o r ma n c e o f t h e s a f e t y a n d q u a l i t y c o n t r o l d u r i n g t h e i n s t a l l a t i o n s t a g e W e u s e t h e f a i l u r e t r e e a n a l ys i s me t ho d t o a n a l y z e t h e r i s k r e s o u r c e s a n d t h e q ua l i t y c o n t r o l i t e ms o f t h e c o n s t ru c t i o n me t ho dFo r t h e i d e n t i fie d s a f e t y a n d QA i t e ms ，t h e e x p e r t s c o r i n g me t h o d i s u s e d t o q u a n t i f y t h e m a n d e s t a b l i s h t h e e v a l u a t i o n ma t r i x The r e s u l t s s ho w t ha t t he c o ns t r uc t i o n of p r e c a s t c o nc r e t e s t r u c t u r e c a n b e e f f e c t i ve i n c o n t r o l l i n g t h e s a f e ty and q u a l i tyI n t h i s 1 1 0 k V s u b s t a t i o n p r o j e c t ，s u c h a d v ant a g e i s m o r e p r o m i n e n t Ke y wor ds ： p r e c a s t c o n c r e t e c o ns t r uc t i o n ； c o ns t r uc t i o n s a f e t y a n d q ua l i t y； f a i l ur e t r e e a n a l y s i s me t h o d ；AHP 随着建筑产业化的J陕速发展，预制装配式混凝土 结构已成为我国建筑结构发展的重要方向之一，特别 是对变电站等工业建筑， 预制装配式混凝土结构体系 的应用将是未来的趋势；但混凝土结构在施工过程中 出现的诸多安全和质量问题却一直是困扰工程技术人 员的两大难题。黄荣等人 运用层次分析法对工程 施工质量进行综合评价，张宏磊等人基于模糊层次分 析法对施工项目的质量进行研究，取得了较好的验证 效果，但还很少有学者就预制装配式混凝土建筑的安 全和质量进行定量的分析。 l 预制装配式建筑施工危险源分析 在施工安全方面，与传统施工方式相比，预制 装配式混凝土建筑最突出的区别在于施工的危险源不 同，运用事故树分析可推演出事故发生的原因，即可 找出危险源。 事故树分析是一种演绎推理法，该法把系统可 收稿 日期 ：2 0 1 6 - 0 1 - 0 8 作者简介：李颖 ( 1 9 7 8 一 )， 女 ， 上海人，高级工程师， e m a i l ： l e e y n n h o t ma i l c o rn 能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因间的 逻辑关系用事故树树形图表示 ， 通过对事故树的定 性与定量分析，找出事故发生的主要原因，为确定安 全对策提供可靠的依据， 以达到预测与预防事故发生的 目的 嘲 。 表 1 以预制装配式混凝土的整个建造和施工过程 为基础分析施工的安全性，通过事故树分析法找出危 险源。 表 1 中所有的危险源包含人员安全、设备安全和 材料安全三个方面，即施工中的人、机、料三要素。 预制装配式混凝土建筑很大程度地缩短了施工周期， 因此在传统人、 机、 料这三种影响施工安全的因素上， 再加上由于施工方法带来的周期因素。具体可分为 以下类别： ( 1 ) 人员安全，包括高处坠落、坍塌、物体打 击和设备伤害； ( 2 ) 设备安全，包括设备数量、设备负荷和设 备操作； ( 3 ) 材料安全，包括材料质量和施工质量； ( 4 ) 周期安全。 3 0 6 建筑技术 第 4 7 卷第 4期 表 1 预制装配式建筑施工危险源 预制装配式建筑施工危险源 事故类型 预制构件的制作 模板固定不牢 ， 翻转时滑移 预制构件的装载和运输 构件放置和装运不合理 ， 道路环境差 预制构件的堆放 构件的滑动与倒塌 ， 下层构件损毁 现场塔机布置 与堆放构件和建筑成品发生碰撞 预制构件的吊装 绑扎、吊升和就位的稳定性差 预制构件的定位矫正、临时固定 构件倒塌和支撑滑移 预制构件的连接 工作面狭窄，临空作业，施工困难 安全围挡 存在高空坠落和高空坠物的隐患 2 施工安全层次分析法综合评价模型 建筑工程施工的层次分析法综合评价是层次分 析法在施工安全领域的重要应用，它是对上述基本因 素进行权重计算，得出它们在事故发生中的相对重要 性，结合数学方法和人为评价因素形成的综合评价方 法p 】。建筑施工的层次分析法安全综合评价充分考虑 了人、机、料和工期 4 个方面的因素，并结合了主观 和客观两方面的评价优点，是一种相对较全面、有效 的评价方法。 层次分析法综合评价的关键在于确定影响事故发 生因素的权重，从而构造判断矩阵，是建立在对事故 进行透彻分析基础之上的评价方法。 2 1 层次结构的建立 层次结构的建立见表 2 。 表 2 层次结构示意 目标层I 评价目标 准则层l指标元素 1 子准则层 l 子指标元素 I 方案层 l 方案层 i 孽 2 2 构造判断矩阵 建立阶梯层次结构后，上下层评价元素间的隶属 关系即被确定 ， 假设上一层的元素 对下一层次元 素 。 有支配关系 ， 则目标即是在准则 尸 k 下按相对 重要性对 州的元素赋予相应的权重。 构造判断矩阵， 采用的方法是： 向专家反复询问， 针对判断矩阵的准则，其中两个元素两两比较哪个更 重要，重要多少，对重要生 程度按 I 9 赋值 4 ， 重要 性标度值见表 3 。 一 般对 个元素来说，根据表 3 对每个元素进行 两两比较后，就可得到两两判断矩阵 =( A ) 显然有 以下性质： ( 1 ) A l ； ( 2 ) l ； ( 3 ) f ，=1。 表 3 重要性标度 重要性标度 含义 l 表示两个元素相比 ， 具有同等重要性 3 表示两个元素相比， 前者比后者稍重要 表示两个元素相比， 前者比后者明显重要 表示两个元素相比，前者比后者强烈重要 9 表示两个元素相比，前者比后者极端重要 2 ，4 ， 6 ， 8 表示上述判断值的中间值 若元素 i 与元素 的重要性之比为 ， 则元素 与 i 的重要 倒数 性之比为 a pl a “ 2 3 权 向量的计算 根据判断矩阵用最大特征根法计算权向量 和最 大特征根 7 m ，其具体步骤如下。 ( i ) 计算判断矩阵每一行元素的乘积 ： = n ( 1 ) ( 2 ) 计算 的 次方根： = ( i = 1 ， 2 ， ) ( 2 ) ( 3 )标准化 ( 归一化处理 )： ( 3) ( 4 ) 计算判断矩阵 A 的最大特征根： 一 ( 5 ) 一致陛检验。 1 ) 计算 “ 一致性指标”C I ： ： ( 5C I ) = 二 ( ) 式中：y 删 为判断矩阵 。 的最大特征根， 为 的阶数，是衡量不一致生 程度的数量标准。 2 ) 计算判断矩阵 A 的 “ 随机一致陛指标 脚”。 对于 1 9 阶矩阵， 取值见表 4 。 表 4 彤 值 3 ) 计算 “ 随机一致睦比率”： C R = C ， ( 6) 当C RO 1 ， 可认为判断矩阵具有满意的一致性。 2 4 层次分析法综合评价 得到权重后 ，将各部分的评价等级与权重加成即 可得到评价目标的结果。 2 0 1 6年 4月 李颖 ，等：预制装配式混凝土建筑施工安全和质量评估 3 0 7 因素集 分成几个子集，记作 u 2 。 设 第 i 个子 集 = 。 ， ( i = 1 ，2 m)，因 此2 2 k 刀。 对每个 按照每一级的综合评价，指标的权重 为 ， 而 的评价矩阵为R ,B = b b ， ( i = 1 ， 2 m)。 将 u s U m 中 的综合评价 看作是 中 m单因素评价。令新的权重分配为 则总的评价 矩阵为： R = 尽 ： 。 ： 。 j I 。 通过运算可得到二级综合评价的结果： B = T R ( 8) 该结果是 u _ U l u 2 的综合评价结果 ，同时 是中所有元素的综合评价结果。 以变电站工业项 目为例，具体说明运用层次分 析法模型来分析预制装配式建筑施工的安全和质量 的表现。 3 预制装配式混凝土变电站施工安全性评价 3 1 人员安全的综合评价 首先对安全等级进行划分， 参考工程实际和理论， 确定为以下四种安全等级： 安全等级 = 安全 ，较安全 ，临界，危险 ) 其次确定评价矩阵：评价组为 8 人专家 ， 对人员 安全的评价结果如表 5 所示。 表 5 预制装配式变电站施工 “ 人员安全”安全评价 人员安全 安全 较安全 临界 危险 高处坠落 3 3 2 O 坍塌 1 4 2 1 物体打击 l 2 3 2 设备伤害 1 3 3 l 从而 “ 人员安全”中的 4 个影响因素组成的评价 矩阵为： 蜀： 0 3 7 5 0 1 2 5 0 1 2 5 0 3 7 5 0 3 7 5 0 5 0 25 0 3 7 5 0 2 5 O 2 5 0 3 7 5 0- 2 5 0 0 1 2 5 0 25 0 25 根据专家打分法对预制装配式变电站施工中的 “ 高处坠落” “ 坍塌” “ 物体打击”和 “ 设备伤害” 两两重要性进行比较，结果见表 6 。 表 6 预制装配式变电站施工人员安全各因素 两两重要性比较 人员安全 高处坠落 坍塌 物体打击 设备伤害 高处坠落 1 1 3 1 1 5 1 ， 3 坍塌 3 1 3 5 1 物体札击 5 5 ， 3 l 5 ， 3 设备伤害 3 l 3 1 5 l 则判断矩阵： 4 = l l 3 l 5 1 3 3 l 35 l 5 5 3 1 5 3 3 1 3 5 l 根据上节方法，通过判断矩阵用最大特征根法计 算权向量 判断矩阵 的最大特征根： y ： f + 三 + 三 + 三 1 ： 4 ， = 一 l =-一 + ：一 + =一 + ：一 l= 斗 一4 I 。 J 。 一 致陛检验： ( 1 ) 计算 “ 一致性指标” ： C I = ( 4 _ 4 ) ( 4 一 1 ) = 0 ( 2 )计算判断矩 阵 的 “ 随机 一致性指标 彤 ” ， 根据表 4 可得随机一致生 指标 脚= 0 9 4 。 ( 3 ) 计算 “ 随机一致洼比率”： C R=C I R l = 0 0 9 4 = 0 因为 C R = 00 1 ，故认为判断矩阵具有满意的 一 致性。 从判断矩阵 。 中算出的最大特征值 所对应 的特征向量经标准化后，即为 “ 人员安全”层次分析 的排序权值 。 T l = 0 0 9 7 0 2 9 0 0 3 2 3 0 2 9 0 由此可得人员安全的最终评价： Bl = r l Rl = O 2 2 1 8 0 3 7 0 9 0 2 9 0 4 0 1 1 6 9 】 3 2 其他三个 因素的综合评价 用同样的方法可算出预制装配式混凝土建筑施工 安全的各因素的综合评价。 设备安全的最终评价： 2 ： Z 狃2 = 【 O 1 9 6 4 O 3 9 2 8 0 3 5 7 3 0 0 5 3 6 。 材料安全的最终评价： 3 ： EIR 3 = 【 0 4 1 6 6 0 3 7 5 0 0 1 2 5 0 0 0 8 3 4 。 工期安全的最终评价： 4 = 4 = 【 0 3 7 5 0 0 3 7 5 0 0 1 2 5 0 0 1 2 5 0 】 。 3 0 8 建筑技术 第 4 7 卷第 4期 3 3 预制装配式混凝土变 电站施工安全二级综合评价 预制装配式变电站项 目评价因素重要性比较见 表 7 。 表 7 预制装配式变电站项 目评价 因素 施工安全 人员安全 设备安全 材料安全 周期安全 人员安全 l 5 2 5 5 3 设备安全 2 5 1 2 2 3 材料安全 1 5 1 2 1 1 3 周期安全 3 5 3 2 3 1 由表 7 可得判断矩阵： A = 1 l 5 3 5 3 5 2 l 2 2 3 1 5 1 3 3 5 3 l 3 l l 从而可求出相应四个评价因素的权值排序： 【 O 4 4 5 0 1 8 2 0 0 9 1 0 2 7 2 则预制装配式工程施工安全综合评价为： B = T = 0 2 7 6 6 0 3 7 6 4 0 2 4 2 5 0 1 0 4 5 变电站项目上，由于大量采用机械 ，减少了人工操 作，现场施工工期缩短 ，确保施工安全得以更好的 控制 。 因此可得到如下结论：在安全综合评价标准下， 对变电站项目等类型的工业建筑，预制装配式混凝土 建筑施工有较好的安全保证性。 4 预制装配式混凝土变电站施工质量评价 对预制装配式混凝土变电站施工质量的评价 ，采 用与施工安全相同的层次分析法。变电站分为地上和 地下两部分， 其中地下部 萤 常采用现浇结构，因此施 工质量分析的重点放在地 匕 部分结构喷垂 控带 J_上 。 4 1 质量控制评估体系的建立 在相同的情况下，采用层次分析法，建立图 1 所 示质量控制评估体系 6 ： 准则层 C 子准则层 S 3 4 预制装配式混凝土变电站施工安全综合评价打分 表 8 为建筑行业综合评定安全级别。 方 案 层P 表 8 建筑行业综合评定安全级别 级别 安全 较安全 临界 危险 分值 8 2 1 0 O 7 3 8 1 6 5 7 2 0 - 6 4 根据建筑行业综合评价安全级别表所示，可得到 综合安全评定等级参数向量 C = 9 1 7 7 6 8 3 2 。 则预制装配式工程施工安全综合评价得分为： F = B C = 0 2 7 6 6 0 3 7 6 4 0 2 4 2 5 0 1 0 4 5 】 91 7 7 6 8 3 2 = 7 3 9 9 根据表 8 建筑行业综合评定安全级别划分，其施 工安全评价属于 “ 较安全”级别。 3 5 结果讨论和分析 通过上述建筑施工层次分析法安全综合评价， 预制装配式混凝土建筑施工安全综合评价得分是 7 3 9 9 ，处于 “ 较安全”的安全级别。 从以上结果可看到，预制装配式混凝土结构在 图 1 质量可控性层次分析模型 影响地上部分施工质量可控生 的因素主要有工人 的数量、工序的复杂程度及施工中的部分细节。 工人数量包括工种的种类和工人的数量。一般在 总工人数量相同的情况下，工种种类越多，相互间的 协调与管理的困难性就越大；而在总工种种类相同的 情况下，工人数量越多， 施工管理难度越大。 工序复杂程度包括工序数量、工作量和操作难 度。 工序越多工艺越复杂， 则施工质量越难得到控制。 工作量越大，出现施工质量问题的概率也越大。操作 难度考虑的是施工设备的操作难度和施工作业面的大 小。设备操作难度越大，作业面越狭小，施工质量越 难控制。 施工细节部分是考虑施工中构件几何尺寸、 位置、 材料的质量可控洼。误差控制考虑的是施工中误差的 累积效应及补救的难易程度。 为便于分析比较，最终形成量化的评价指标，采 用表 9的评分方法对各项进行评价。 2 0 1 6 年 4月 李颖 ， 等：预制装配式混凝土建筑施工安全和质量评估 3 0 9 表 9 质量可控性评分标准 在进行质量评估前， 先对各层次项目进行编号。 目标层： 为地上部分施工质量可控性。 准则层：C 为工人数量；C 2 为工序复杂度；C 3 为施工细节。 子准则层： 为工种种类； 为工人数量； 为工序数量； 为工作量； 为操作难度； 为尺 寸及定位； 为材料质量； 为误差控制。 方案层：P ， 为传统现浇施工； P 2 为预制装配式 施工 。 4 2 质量模型系数计算 对每层各项目的权重进行计算。 对准则层，就影响程度而言，工人数量小于工序 复杂度小于施工细节，具体权重计算见表 l 0 。 表 1 0 判断矩阵 c Cl G w Cl l 1 3 1 5 O 1 0 6 2 c 2 3 l 1 ， 3 o 2 6 0 3 G 5 3 l o 6 3 3 3 对子准则层，采用同样的方法确定具体权重。 综合可得到地上部分施工质量可控性指标的计算 公式为 ： A = 0 1 6 2 x( 0 7 5 S 1 + 0 2 5 ) + 0 2 6 0 3 x( 0 1 9 3 2 S 3 + 0 0 8 3 3 S 4 + 0 7 2 3 5 S 5 ) + 0 6 3 3 3 x f 0 1 0 6 2 S 6 + 0 6 3 3 3 S 7 + 0 2 6 0 3 S 8 1 4 3 预制装配式混凝土变电站施工质量评分结果及 分析 分别对传统现浇施工和预制装配式施工进行评 分，计算其施工质量可控性指标 ( 表 1 1 )。 表 1 1 预制装配式和传统现浇施工质量可控性评分 准则 得分 准则 得分 工种种类 S 6 0 操作难度 7 0 工人数量 4 5 尺寸及定位& 4 5 工序数量 4 5 材料质量岛 4 0 工作量墨 3 O 误差控制 6 5 最终得分 5 5 1 可控程度 易于控制 通过以上分析可看出，预制装配式施工的质量处 于易于控制级别。主要表现在以下几个方面。 ( 1 ) 工人数量：预制装配式施工现场工人数量 明显少于传统现浇施工，这使管理成本和安全风险大 大降低，也让工人的操作监管更加可控， 从而提高施 工质量。 ( 2 )工作量：工厂制作分担了大部分工作量， 减少了现场施工人员的数量。工厂制作为混凝土的浇 筑、 养护， 钢结构的切割、 焊接提供了较为适宜的环境。 对于变电站，在土建施工过程中需穿插进行大型 电力设备的入场工作，使部分区域操作面狭小，不利 于混凝土工程的实施 ( 如搭设模板 )，从而难以保证 施工质量；而预制装配式施工现场工作量很小，无须 架设满堂脚手架。同时，楼板施工时也不存在拆模的 问题，从而避免了在拆模过程中影响已安装的大型设 备的施工质量。在土建与电力交叉施工中，这一优势 尤为突出。 综合以上分析不难看出， 预制装配式施工对于施 工质量的控制有明显的优势，而在变电站项目中，这 一 优势更加突出。 5 结束语 ( 1 ) 在施工安全方面，预制装配式混凝土变电 站的综合评价属于安全l!生 易于控制，其原因主要在于 预制装配式混凝土建筑大量构件在工厂预制，减少了 现场工作量。与此同时，现场施工周期的缩短对安全 性的提高也有很大帮助。但现场增加了更多预制构件 的吊装，部分节点施工工作面较狭窄及临空作业的增 加，需要加大监督和管理。 ( 2 ) 在施工质量方面，预制装配式建筑施工能 有效控制施工质量，主要在于大部分构件在工厂统一 预制，质量得到更大的监管和保证，出现残次品的概 率明显降低。此外由于工人数量的减少和机械化施工 的增多，施工效率得到很大提升，出现工程质量事故 的概率也随之下降。 预制装配式混凝土建筑施工的安全和质量能得到 有效控制，具有广阔的应用前景。 参考文献 1 】 黄荣 ， 李慧民 ， 吴辉辉 基于层次分析法的工程施工质量风险综 合评价 J 建筑技术开发 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 5 7 5 9 【 2 吴芳 ， 肖雄 ， 吴汉斌 ， 等 事故树分析法在高处施工人员坠落事 故中的应用 【 J 】 四川建筑科学研究 ，2 0 1 4 ( 2 ) ： 3 5 4 - 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