基于系统动力学的装配式建筑施工安全风险评价与控制

本文基于文献研究法，结合整理的装配式建筑施工安全的 8 大类事故特征，根据 4M1E理论将装配式建筑施工安全风险系统划分为五个子系统：人为风险、材料风险、机械设备风险、管理风险和环境风险。装配式建筑施工安全风险识别是进行风险评价的重要前提，五大子系统包含 32 项风险因素，构建装配式建筑施工安全风险因素清单，以此作为风险评价的基础。

1 绪论

1.1 研究背景
建筑业是我国经济的重要支柱之一，对当下快速发展的我国经济起着十分重要的推动作用。根据国家统计局所公布的 2020 年我国国民经济数据报表可知[1]，截止到 2020 年，我国建筑业生产总产值达到 263947 亿元，占 2020 年整年度国内生产总值的 25.979%，占比四分之一还要多，比 2019 年同期涨幅高达 6.2%；建筑业企业单位数为 103805 个，从业人员数达到 5427.08 万人，占全国劳动力人口的 6.69%。具体占比情况如图 1-1 所示。由以上数据可得，无论是从规模、效益及从业人数等各方面而言，建筑业始终在我国经济发展中占据着非常重要的地位，关乎国民生活水平 。

图 1-1 建筑业总值及建筑业从业人员占比

虽然建筑业市场占比庞大，但仍无法扭转建筑业属于事故高发行业。传统现浇建筑由大量从业人员在施工现场长时间作业，存在弊端诸多如有劳动强度大、建造能力不高、施工进度拖沓、施工技术滞后、现代化水平低下等。且施工阶段人员密度大、工种差异大、成本投入大、施工现场情况复杂、不可控因素众多等风险因素极易导致发生各种工程安全事故[2]，会严重威胁人民生命财产安全。根据住建部公布的我国 2019 年房屋市政工程生产安全事故情况通报可知，2019 年全国发生安全事故总计 773 起，其中较大事故及以上为 23 起，占比约 3%；死亡人数达 904 人，其中较大事故及以上造成 107 人死亡（重大事故 2 起，死亡人数达 23 人），占比约 11.84%；同比 2018 年死亡人数 87 人涨幅达 22.99%。其中河北省建筑安全事故死亡人数涨幅更是高达 366.67%。从事故总数、较大及以上事故发生数、死亡人数及涨幅等各个维度综合分析可见，保障安全生产是建筑业永恒的主题。
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1.2 研究目的与意义
目前，我国装配式建筑施工发展尚处于初步阶段，区域发展参差不齐。本文基于系统动力学原理，梳理筛选安全风险因素构建装配式建筑施工安全风险因素清单，分析各风险影响因素的重要程度及彼此之间的相互影响，并对风险因素进行敏感性分析，对不同的风险因素的敏感性进行排序。以此为依据有针对性的提出相应控制措施，使得研究具有理论意义为装配式建筑以后的发展提供更多支撑。本文的研究具有一定的理论探索性和实际应用性如下：
（1）加强对装配式建筑的了解，清楚认识到论文进行装配式建筑施工安全风险管理与控制的必要性。
（2）装配式建筑施工安全影响风险因素众多，加之装配式建筑预制构件工厂生产、物流运输、现场装配等重要工序同时进行施工，很大可能会引起风险叠加效应。如果装配式建筑施工过程中未能准确识别施工风险因素，会严重影响对应措施的提出。论文通过梳理装配式建筑施工安全风险因素，拟构建装配式建筑安全风险因素清单，完善行业深入了解装配式建筑产业发展状况。
（3）通过构建系统动力学模型，探索影响装配式建筑施工安全的风险因素之间互相作用的路径，定量分析出其中重要的影响因素。利用系统动力学软件 Vensim 模拟并预测装配式建筑安全风险事故的发展趋势，验证风险因素影响装配式建筑稳步推进的程度，为之后装配式建筑稳步发展提供参考依据。
（4）借鉴国内外装配式建筑发展经验，根据分析得到的重要风险因素，给出有针对性的应对措施。这些建议和措施不仅仅为施工单位构建了建筑项目施工安全规划的依据，而且也为施工过程中可能会出现的各种紧急突发事件提供了理论指导，同时为我国装配式建筑施工安全风险管理指出了一种新的思路和方法。
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2 相关基础理论与方法分析

2.1 装配式建筑概述
2.1.1 装配式建筑的概念解读
装配式建筑指将在工厂经过标准化生产及养护的预制构件经过专业运输车辆运抵施工现场，再通过机械吊装的方式将预制构件拼装连接形成的力学结构稳定且满足抗震要求的建筑产品。
装配式建筑包括装配整体式混凝土结构[53]与全装配混凝土结构[54]等。按结构体系不同可以将装配式建筑划分为装配式现代木结构建筑、装配式混凝土结构建筑、装配式钢结构建筑等；按预制构件形式可分为砌块建筑、盒式建筑、板材建筑、升板升层建筑及骨架板材建筑等。对于装配式建筑正向分析而言，装配式建筑是将通过专业设计、标准流程生产的预制构件进行拼装完成的功能完整的房屋建筑；逆向分析则是，将建筑物按照构成部分进行合理拆分及专业设计，随后将拆分出来的构成部分置于工厂生产，称之为预制构件。

图 2-1 装配式建筑分类

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2.2 装配式建筑施工安全管理特点
2.2.1 装配式建筑与传统现浇建筑施工流程对比
传统现浇建筑施工是在设计单位完成施工图交底工作之后按图进行，首先，进行土方开挖、场地平整及基础工程；其次，进行搭设脚手架、模板支撑、钢筋绑扎等主体结构施工准备工作；接下来，则是现场混凝土工程浇筑，当混凝土凝固达到一定强度标准之后按照顺序拆模；最后，需要进行的是室内墙体填筑、门窗安装工作，完成之后进行主体验收工作。至此，主体结构已经基本完工，传统现浇建筑施工流程如图 2-2 所示：

图 2-2 传统现浇建筑施工流程

装配式建筑比传统现浇建筑多了工厂这一施工准备场地，施工过程包括工厂生产、构件运输、工地拼装三个环节。所以需要扩展我们对装配式建筑施工的定义和理解。
装配式建筑施工的载体是预制构件，常见的主要预制构件有：叠合梁、叠合板、承重墙、轻质隔墙、外墙墙板以及预制楼梯。以预制构件作为施工阶段划分对象，装配式建筑施工流程可划分为：生产预制构件、运输预制构件、存放预制构件、吊装预制构件四个阶段；以工程进程为施工阶段划分对象，装配式建筑施工过程可以分成：基础工程、主体结构工程、装饰工程三个部分。装配式建筑基础工程施工与传统现浇建筑基本一致，主体结构工程的流程如：生产预制构件、运输、吊装、支撑加固预制构件；后浇部位混凝土浇筑、养护。
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3 装配式建筑施工安全风险识别.............................................17
3.1 装配式建筑施工安全风险识别过程与方法......................................17
3.1.1 装配式建筑施工安全风险识别过程.........................................17
3.1.2 装配式建筑施工安全风险识别方法比选............................18
4 装配式建筑施工安全风险评价.................................................37
4.1 装配式建筑施工安全风险评价指标权重的确定...................................37
4.1.1 G1 法确定权重................................37
4.1.2 熵权法确定权重........................40
5 装配式建筑施工安全风险控制.....................................61
5.1 装配式建筑施工安全风险控制基本理论.............................61
5.1.1 装配式建筑施工安全风险控制的含义...............................61
5.1.2 装配式建筑施工安全风险控制的特征......................................61

5 装配式建筑施工安全风险控制

5.1 装配式建筑施工安全风险控制基本理论
5.1.1 装配式建筑施工安全风险控制的含义
风险控制是指在实际工程项目施工阶段，选择采用合理的应对策略和措施使得产生的风险影响降到最小，整个过程是动态的。根据风险评价结果，选取相应的风险防范措施，从而降低风险事故发生的可能性以及减少风险损失，使得风险在可控范围内进行变化，保证风险控制目标的达成。尽可能从源头上切断风险事故的发生，在施工过程中则实施动态跟踪过程监控，在未产生严重后果时及时控制。
5.1.2 装配式建筑施工安全风险控制的特征
（1）一次性
装配式建筑工程项目的建设过程具有一次性且不可逆，即从项目立项到竣工验收这一过程先后顺序都是确定的，当建筑工程施工结束之后，风险控制工作随之终结，这一过程有且仅有一次。
（2）独特性
由装配式建筑自身特点我们可知装配式建筑具有独特性，正如世界上并无完全相同的两片树叶一样，也不可能存在两个完全相同的项目。因为每个建筑所处的自然环境、采取的融资方式、选择的施工方案都各不相同，针对不同类型的项目就存在不同类型的风险，所以针对装配式建筑风险控制我们采取的风险控制手段就会存在独特性。
（3）全过程性
装配式建筑是由立项决策、施工准备、现场施工、竣工验收等各阶段组成的连续且相关的过程，具有阶段性。它们之间互相影响，所以风险管理关乎每个阶段，所以我们在进行风险控制时要进行全过程性的管理。
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6 结论与展望

6.1 结论
我国建筑业市场占比庞大，建筑行业的稳步发展与不断成熟离不开人们对施工安全的持续关注，且对施工安全的要求与日俱增，施工安全有了保障，建筑行业的发展才会更快。装配式建筑具有高效性、节约性及环保性等优势，但目前装配式建筑在我国的发展尚处于初级阶段，对于装配式建筑，我国学者的研究多集中在定义、发展前景与发展优势等方面，对其施工安全风险管理控制的研究较少，因此很有必要进行系统研究。论文在阅读大量文献资料的基础上比较了装配式建筑施工与传统建筑施工的不同点，筛选识别出装配式建筑施工安全事故的影响因素，整理编出制装配式建筑施工安全风险因素清单。基于系统动力学理论建立风险因果反馈图模型用于风险评估，并借助系统动力学软件 Vensim 进行仿真模拟，对不同子系统进行敏感性分析。由此可得，该方法是合理有效的从中得出如下结论：
（1）在对装配式建筑及其施工安全等相关理论分析的基础上，对装配式建筑施工技术特点和安全管理特点进行分析，对常用安全风险识别方法比选，确定系统动力学方法在风险识别中的优势。
（2）基于文献研究法，结合整理的装配式建筑施工安全的 8 大类事故特征，根据 4M1E理论将装配式建筑施工安全风险系统划分为五个子系统：人为风险、材料风险、机械设备风险、管理风险和环境风险。装配式建筑施工安全风险识别是进行风险评价的重要前提，五大子系统包含 32 项风险因素，构建装配式建筑施工安全风险因素清单，以此作为风险评价的基础。
（3）基于装配式建筑施工安全风险因素清单，构建装配式建筑系统动力学模型，进行原因和结果识别，正反馈能够进行自我强化，负反馈进行自我调节。
（4）装配式建筑安全施工风险管理是一个随时间变化的动态整体系统，工厂生产、构件运输、现场吊装等阶段的任何操作失误都可能会影响到施工安全。通过风险评价流程图模型的模拟与仿真，我们分析得到各子系统风险因素和装配式建筑施工安全风险系统呈现正相关，且风险值随时间逐步趋近于 1，证明风险发生可能性也在同时逐步变大。运用单因素变动模拟方法对单个因素分别减少 5%和 10%之后，发现各个风险因素对于装配式建筑施工安全影响程度不尽相同，人为风险变化幅度最大，其次是管理风险。从业人员则可根据趋势图采取对应措施，以降低安全风险发生概率。
参考文献（略）