基于AHP-LEC-FCE的老旧小区改造施工中高处坠落安全评价

牛昌林， 韩同泽， 李强年

(1. 兰州理工大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 730050； 2. 甘肃建投科技研发有限公司， 甘肃 兰州 730050)

2015年中央城市工作会议首次提出加快老旧小区改造，此后几年中央一直十分重视此项关系到国计民生的重要工作，并部署、督促各地付诸实施。2020年5月22日，在第十三届全国人民代表大会第三次全体会议上，国务院总理李克强做《政府工作报告》时再次提出：新开工改造城镇老旧小区3.9万个[1]，初步预计投资高达万亿元人民币。老旧房屋改造项目不同于一般企业建设项目，它不以项目的自身盈利为目的，而是通过为社会提供服务，增加原有项目的安全可靠、能源节约、环境美化等性能，进而转化为社会效益[2]。在走访与查阅资料时得知，近年来在老旧小区改造项目中安全事故常有发生。据《住房和城乡建设部办公厅关于2019年房屋市政工程生产安全事故情况的通报》[3]称：2019年，全国共发生房屋市政工程生产安全事故773起，死亡904人，比2018年事故起数增加39起，死亡人数增加64人，分别上升5.31%和7.62%。在此全国大规模开展老旧小区改造项目之际，安全生产事故发生概率势必显著增加。

“安全第一、预防为主、综合治理”，是我国安全生产工作的基本原则。为尽可能地做到科学预防，减少安全事故的发生，国内外许多专家学者都对此展开了研究。Mohandes等[4]运用模糊多准则决策模型，对建筑工人的安全水平进行了评价；周剑岚等[5]使用作业条件危险性评价法(LEC评价法)与层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)结合，以水电工程中混凝土工程脚手架作业为例，对施工过程中的危险源进行了评价；杜婷等[6]运用模糊综合评价法，对影响建筑施工安全的因素，根据人、机、料、法、环做出了综合评分细则；翟瑞等[7]通过AHP法和精变度粗糙集，对影响施工安全的安全生产管理因素、施工现场环境因素、安全技术因素、施工设备因素、施工单位人员因素进行了评价与权重确定；Liu等[8]使用解释结构模型(Interpretative Structural Modeling，ISM)，识别地铁建设安全管理的关键成功因素；黄晶金等[9,10]分别使用网络层次分析法(Analytic Network Process，ANP)和主成分分析法，对施工现场安全风险进行了评级。上述研究成果为老旧小区施工安全评价提供了理论依据。

综上所述，针对施工阶段的安全评价主要集中在因素识别阶段，基于宏观层面进行施工安全评价。但是，老旧小区改造项目在施工过程中具有高空作业、施工中住户居民人流穿插等特点，主要有高处坠落导致的安全隐患。本文创新性地提出，应用AHP法、LEC(Likelihood-Exposure-Consequence)评价法与FCE(Fuzzy Comprehensive Evaluation)法，对老旧小区改造施工过程中高处坠落事故的安全隐患识别并建立评价体系，做到更加直观深入地识别与评价安全隐患，为项目管理者提供决策依据，提高安全管理的效率，降低安全事故的发生率。

1 基本理论及方法

1.1 层次分析法(AHP)

层次分析法(AHP)是美国运筹学家匹茨堡大学教授Saaty于20世纪70年代初，提出的一种层次权重决策分析方法。其主要用于解决评价类问题，通过建立各因素间两两比较的判断矩阵并对矩阵的一致性检验后，对定性指标模糊量化算出层次单排序(权数)和总排序，以作为多目标、多方案优化决策的系统方法，本研究将此方法用于确定模糊综合评价模型中一级因素权重。

1.2 LEC评价法

LEC评价法是由美国安全专家Graham和Kinney提出的一种半定量的对于工人在具有潜在威胁环境下工作的安全评价方法。

通过三个指标，事故发生的可能性L(Likelihood)、人员暴露于危险环境中的频繁程度E(Exposure)、事故发生后的严重程度C(Consequence)的乘积来得到最终风险的危险性指标D(Danger)，D值越大说明此风险的危险性越高。表1

表1 LEC评价法评分标准

为LEC评价法评分标准，表2为安全隐患分级标准。本研究将此方法用于确定模糊综合评价模型中二级因素权重。

表2 安全隐患分级标准

1.3 模糊综合评价(FCE)模型

模糊综合评价法(FCE)是一种基于模糊数学的综合评价方法。FCE法根据模糊数学的隶属度理论将定性评价转化为定量评价。在工程项目中，各安全隐患排查与安全绩效评价是一个系统问题，评价过程中由于主观原因，往往具有不确定性、模糊性与难以量化评价等问题，模糊综合评价利用隶属度最大原则，很好地解决了上述问题。

将对施工现场根据上述安全隐患排查过程中的评价，定义V={v1,v2,v3,v4}，其中优v1表示安全，良v2表示比较安全但不是很安全，及格v3表示较不安全，差v4表示很不安全需要立即整改。

对于二级因素hij来说，对各个评语的隶属度为v上的模糊子集。对于因素hij的评价记为Rij={rij1,rij2,…,rijm}；各因素的模糊综合判断矩阵为：Ri=[Ri1Ri2…Rij]T。它是一个从H到V的模糊关系矩阵。

若有一个从H到V的模糊关系矩阵Ri，那么就可以利用Ri得到一个模糊变换TRF(H)→F(V)，由此变换就可以得到二级模糊综合评价结果Bi=wij·Ri(i=1,2,…,m，j=1,2,…,n，m为一级因素个数，n为二级因素个数，wij为二级因素权重)。后再对一级因素进行评价得R=[B1B2…Bi]T。综合评价为B=W·R。最后根据隶属度最大原则，将向量中最大值对应的安全等级作为此项目施工过程中高处坠落安全隐患评价的综合评价结果。

AHP-LEC-FEC评价流程如图1(图中Q1为下四分位数25%，Q3为上四分位数75%)所示。

图1 AHP-LEC-FEC评价流程

2 构建FCE(模糊综合评价)模型

2.1 识别安全隐患因素

城镇老旧小区改造内容可分为基础类、完善类、提升类3类[11]。基础类改造中包含了小区的道路、围墙、供排水、电、气、暖管线的改造；完善类中主要包含楼栋、屋面、墙面、楼道、外立面风貌改造以及建筑节能改造等；提升类改造主要以一些惠民、便民设施建设为主，如社区卫生所、绿化、健身器材、停车位的规划建设等。此次研究中，通过现场实地走访多个老旧小区改造项目，对项目的管理人员进行深度采访，根据对2015―2019年连续5年的《住房和城乡建设部办公厅关于房屋市政工程生产安全事故情况的通报》分析，发现高处坠落事故占所有安全事故的比重最大，所以本研究以高处坠落事故为例进行分析，力图为解决这一主要矛盾提供依据、思路与方案。受郭红领[12]等人构建的基于“事故-场景”的不安全行为识别清单的启发，构建出针对老旧小区改造项目高处坠落事故的“事故-工作-安全隐患”的安全隐患因素识别表，识别出了高处坠落事故中4种作业的51个安全隐患因素，如表3所示。

表3 老旧小区改造项目高处坠落安全隐患因素

其中一级因素为H={h1,h2,h3,h4}；二级因素为H1={h11,h12,h13}；H2={h21,h22,…,h223}；H3={h31,h32,h33,h34}；H4={h41,h42,…,h417}。

在此，利用上述所识别的安全隐患来建立一个二级模糊综合评价模型，以对具体工程项目的高处坠落安全隐患进行定量的综合评价。

2.2 确定各因素权重

2.2.1 一级因素权重确定

基于层次分析法(AHP)对现场6位专家进行采访，采用1～9标度对四个一级因素危险性进行两两比较(表4)，得出判断矩阵，通过MATLAB软件计算得出其对应的权重值。

表4 1～9标度判断标准

经过程序运算，得出三种常用权重确定方法所确定的权重值，并取其三者的平均值以增加权重的可信性，具体结果见表5。

表5 一级因素权重值

由表5知一级因素权重为：W={w1,w2,w3,w4}={0.145,0.532,0.048,0.275}。

2.2.2 基于LEC评价法对二级因素权重的确定

此次问卷调查，面对基层项目施工、管理人员，参与问卷调查人员共计75人，包含项目经理、监理、安全员、技术员、工人等。其中回收70份有效问卷。受采访人员情况见表6。

表6 受采访人员情况

为尽可能地减少被访人的主观影响，对最后的计算结果D采取计算四分位距(Interquartile Range，IQR)的方法来剔除其中的异常数据。通过对每个隐患的D值大小来进行安全评价分级与排序，从而确定其在模糊综合评价法中的权重值。四分位距又称四分差，是一种常用于统计学中的方法，计算第三和第一四分位数的差值。与总体范围不同，第三和第一四分位数之间的样本数为50%，通常优于总范围取值。

经过对70份调查问卷的数据进行计算，为尽可能减少受访者个人对打分的主观影响，对每一项隐患D值得分的数据，运用Excel软件中的QUATILE函数计算该组数据的第一(Q1)与第三(Q3)分位数，取其范围内的数据来剔除异常打分值，最后计算平均值。

半个小时后，小老板被人送出来了，对方问他：“你的车呢？”小老板指了指程晓和他的凯迪拉克：“那不是！他是我的司机。”这时，阳光正好反射在程晓刚刚养护过的凯迪拉克上，炫目的香槟色让对方由衷地赞叹：“好霸气的凯迪拉克！看来你的公司还是有实力的，我们可以签合同了！”程晓一听，差点晕倒：怪不得这家伙那么大方，原来是借自己的车去显摆啊，居然还成功地完成了一笔交易！

例如：对工人作业时未系安全带h12，70位受访者对其打分计算后的D值，取Q3与Q1范围内的数据为210，210，210，252，270，300，420，420，420，420，420；取平均值为323>320，属于极其危险的危险程度类别。

根据上述方法，对其他安全隐患因素D值依次进行计算，结果如图2～5所示。

图2 屋面改造安全隐患D值

图3 外立面改造安全隐患D值

图4 管网、楼梯间改造安全隐患D值

根据现场实际情况，将D值小于70的隐患剔除。

图6 模糊综合评价各因素权重确定结果

3 案例分析

3.1 工程概况

兰州市七里河区西园街道2020年城镇老旧小区改造项目，范围包括四个小区，占地面积2.9615.6万m2，总建筑面积11.51万m2，主要改造住宅栋数为22栋，总共为72个单元，总户数为1341户，预计竣工时间为2020年10月25日。

3.2 高处坠落安全隐患评价

此次评价采用模糊综合评价法对该工程项目可能引发高处坠落的安全隐患进行评价，参与评价的共计20人，其中施工单位管理人员6人，工人8人，建设单位3人，监理单位3人。对每一个二级因素进行评价。

B1=[0.17,0.43,0.40]·R1=[0.577,0.217,0.163,0.043]。

B2=[0.06,0.04,0.14,0.03,0.08,0.04,0.14,0.05,0.03,0.03,0.13,0.04,0.02,0.04,0.04,0.05,0.04]·R2=[0.494,0.265,0.154,0.099]。

B3=[0.19,0.14,0.51,0.16]·R3=[0.112,0.191,0.283,0.414]。

B4=[0.03,0.17,0.09,0.13,0.07,0.06,0.07,0.07,0.07,0.05,0.06,0.09]·R4=[0.447,0.284,0.239,0.003]。

W={w1,w2,w3,w4}={0.145,0.532,0.048,0.257}。则B=W·R=[0.475,0.260,0.185,0.08]。

3.3 结果分析

从以上评价结果来看，虽然项目高处坠落整体安全程度评价为优，但由其中R21=[0,0,0.6,0.4]，R31=[0,0.3,0.6,0.1]，R47=[0.3,0.3,0.4,0]，R414=[0.2,0.3,0.5,0]，R415=[0.3,0.2,0.4,0.1]，R22=[0,0.2,0.4,0.6]，R32=[0,0,0,1]，R33=[0,0.2,0.3,0.5]可知：h21，h31，h47，h414，h415等五项评价为及格(较不安全)；h22，h32，h33三项的评价为差(很不安全需要立即整改)，存在安全隐患，应进一步完善管理措施。

(1)对于安全隐患未按规定设置安全平网h21，建议项目部在2～3层高度设置安全平网，不但可以防止高处坠落的事故发生，也可减少外立面作业时高空坠物对居民和地面作业人员的伤害。对于安全隐患使用座板单人吊具、自制吊具质量不合格h22，建议该项目立即停止正在使用的单人座板与自制吊具，检查吊具、绳索等安全设备的磨损与质量情况，必要时购买或租赁质量合格的单人座板与吊具，并在每次使用前仔细检查。

该项目中管网、楼梯间改造是安全管理最为疏忽的一部分，通过评价结果B3=[0.112,0.191,0.283,0.414]可知其总体表现为差(不安全)。对于安全隐患坑道临边无警示标志、无硬围挡h31，室外临边无夜间警示灯h32，楼梯口、平台、梯段边未安装防护栏杆h33，建议立即在可能造成高处坠落的临边区域设置硬围挡，设置夜间指示灯，预防住户居民尤其是儿童、老人、醉酒者因失足坠落而造成意外伤害，造成赔偿。

对于安全隐患架体搭设与方案不一致h47，操作层下没有铺设安全防护层h414，脚手架离墙面距离超过20 cm，没有防护措施h415，建议必须切实制订脚手架施工方案，不可将方案制订形式化，严格按照国家规范GB 51210-2016《建筑施工脚手架安全技术统一标准》设置脚手架安全防护设施与构件，并定期检查其是否稳固。

(2)施工单位能否在老旧小区改造项目中盈利，取决于整个项目是否和谐，其中最重要的包括施工期间与小区居民相处是否融洽，是否发生安全事故(对工作人员或小区居民造成伤害)。所以，不仅应当抓好施工人员的安全管理，举办由小区物业或社区组织的居民住户配合安全施工的主题教育活动也是十分必要的。

(3)事故的发生不仅与危险源固有特性有关，也取决于安全管理规章制度的制定与落实[5]。所以应定期按照上述方法组织安全隐患排查与安全程度评价，及时发现安全隐患，科学预防安全事故的发生。当前，施工现场工人不安全行为的管理措施主要有安全培训与教育、安全监督与检查、视频监控等方式[18]，是被动地约束人的行为。管理的最高境界是促使部署的自动自发[19]。在安全方面的管理上应该调动从业人员的主观能动性。切忌将前期对工人的安全教育和定时召开安全例会形式化。同时，应该加大安全方面的奖惩力度，施行“连带”奖惩制度，让每位施工人员都要感觉到安全与自己的切身利益挂钩，塑造项目安全管理集体观。

4 结 语

本文以老旧小区综合改造项目中高处坠落为研究对象，建立了基于AHP-LEC-FEC的安全评价模型，案例验证结果表明：

(1)本模型可有效地在施工前针对具体改造项目，建立基于安全事故类型-工作场景的安全隐患清单，对项目安全管理状况进行整体的定量评价，通过评价结果系统制订安全工作措施；

(2)进一步对识别出的具体安全隐患，针对性排查并制订出管控措施，系统地提高改造项目施工过程中的安全管理水平，对减少或杜绝安全事故的发生具有一定的指导意义。

本研究所采用的数据，是通过对专家、现场工作人员采访调查获得的，客观程度并不是非常理想，一定程度上会影响评价结果。因此，建立一个全国建设工程安全实时大数据平台是十分必要的。该平台运行包括数据收集、数据处理及分类等过程。利用信息化技术和手段通过现场识别出生产过程中存在的具体不安全行为与隐患数据形成原始数据。按照文中建立的“事故-工作-安全隐患”表进行分类；充分利用原始数据，为使用AHP法确定一级安全因素权重打分阶段提供客观的数据依据。结合LEC评价法相应算法，计算出各个安全隐患D值，为确定二级安全因素权重提供客观数据来源。该平台供全国各相关管理部门从互联网终端共享、查阅与调用。使用FCE法组织具有针对性的安全隐患排查活动。从而做到对具体工程项目的安全情况更加客观全面的评价，做到真正的“安全第一、预防为主、综合治理”。