高大模板支撑体系安全性的评估

李海陵

摘 要：高大模板支撑体系安全性评估是一个涉及多因素的系统工程，其评价指标的科学合理选取直接影响到整体评价的结果。利用层次分析法构造判断矩阵，依据九标度对层次间评价指标关联性进行量化。利用MATLAB计算判断矩阵的最大特征值及其特征向量，符合一致性检验后，再进行模糊综合评价。通过分析扬州空港新城项目高大模板支撑体系评价指標权重计算结果可以发现，研究结果能够充分反映实际施工中高大模板支撑体系存在的问题，为高大模板支撑体系的安全措施提供了重要参考。

关键词：高大模板;承插型盘扣式;支撑体系;层次分析法;判断矩阵

承插型盘扣式支架作为高大模板工程[1]的支撑体系，在实际工程中的应用越来越广泛，但是它具有施工难度大、技术要求高、作业危险性高等特点，因而高大模板极易出现安全问题且后果比较严重。例如，2015年04月11日晚23时，河北省新乐市某在建商业楼在浇筑混凝土时模板发生坍塌，共造成5死4伤;2015年01月29日0时25分左右，江西省某大学体育馆顶层浇筑混凝土时高大模板发生坍塌，事故造成1死18伤。2019年11月18日16时50分左右，徐州市龙山水泥有限公司水泥粉磨站扩建项目二期工程，在浇筑+31.5米标高层梁、板混凝土时，发生中心区楼面模板支撑系统坍塌事故，造成1人死亡，5人受伤，2020年1月5日15时30分左右，武汉市江夏区巴登城生态休闲旅游开发项目一期工程发生一起坍塌事故，事故造成6人死亡，5人受伤。由于现场施工程序多，影响高大模板坍塌原因很多，因此主要事故原因难界定。

经调研现场施工发现，施工单位在高大模板施工方案编制严谨性、技术交底深入性、施工过程监督全面性以及施工人员责任心等方面都存在不足，这些因素都潜在地影响高大模板安全性。由于扬州市空港新城影视文旅产业基地项目G14地块19座影棚主体结构均采用承插型盘扣式脚手架[2]作为高大模板支撑体系，本人以其中两座影棚（B1、B2）为例，对盘扣支架施工现场每个细节和管理过程进行研究，从而确定承插型盘扣式高大模板支撑体系安全评价指标，运用层次分析法（AHP）[3，4]和模糊综合评价法对高大模板支撑体系安全性进行评估，依据九标度方法对不同层次中评价指标关联性定量化，建立判断矩阵，求解各个判断矩阵的最大特征值及其特征向量，进行一致性检验，对特征向量归一化为权向量，即为各个层次各评价指标的权重，将计算结果与高大模板工程所反映的现实存在的问题进行对比分析。

1 高大模板支撑体系模糊综合评价

1.1 高大模板支撑体系安全因素调查

本人在系统学习高大模板设计理论与相关规范后，参与项目部关于高大模板施工方案的编制审查工作，与编制人员探讨高大模板方案的重点与关键点;参与项目部高大模板工程每一次技术交底会议，详实了解技术交底的重点;参与搭架工人班组分配工作会议，调查搭架工人使用工具及其性能与工作状态，全程跟踪搭架工人工作，熟悉高大模板施工工艺及每一个施工环节和班组自检要点;跟踪质检工程师的检查工作。最后通过召集现场生产副经理、技术负责人、技术员、质检员、架子工班组长以及经验丰富的搭架工人等相关人员针，对高大模板安全性影响因素召开座谈会，探讨影响高大模板支撑体系安全的主要因素，对这些安全影响因素进行分解，建立清晰的层次递阶结构关系。然后设计有关调查表，综合多位专业人员意见，依据九标度方法[5]对各层次评价指标进行赋值。

1.2 高大模板安全性模糊综合评价模型

层次分析法能将复杂、模糊、不易量化的高大模板支撑体系安全影响因素通过科学严谨的模型进行量化，然后通过各层次间评价指标的量化使研究问题影响因素在整个系统中重要程度更加清晰，有利于对高大模板支撑体系的安全评估。而模糊综合评价法主要依据现场统计，要相关专家基于九标度法对评价系统的评价指标关联性进行赋值，将模糊的系统以数值的形式表达出来，使得高大模板支撑体系的安全现状更为直观。这次高大模板支撑体系安全性评价将层次分析和模糊综合评价结合起来，以求更好地对高大模板支撑体系安全现状作出客观、公正的评价。

1.2.1 多层次结构图

高大模板支撑体系评价是一个涉及诸多评价指数的系统工程，这些评价指数既有定性的参数，也有定量的参数，且各个指数之间又相互关联。为了使复杂的、难以决策的问题变得有条理，更清晰，层次分析法在处理这些指数时，通过多层次结构图[6]将这些相互关联的评价指标进行归纳与分类，主要包含目标层、准则层和指标层。

1.2.2 评价标度

建立判断矩阵前，应按各个层次间评价指标重要性进行赋值，而赋值的标度通常有三标度、九标度及分数标度等[7]。选择标度首先要考虑适用于评价体系，还要考虑标度的保序性、一致性、均匀性、权重拟合度等。邀请有丰富管理经验的管理人员、技术专家、安全专家以及搭架经验丰富的搭架工人进行咨询，给出层次递阶结构关系中两两指标间的重要程度，并赋予各指标的分值。

1.2.3 构造判断矩阵

在层次分析法中，当评价指标的比较标度确定后，通过标度将同一层次中各指标或因素的相关性进行定量化，通过比较评价体系中各层指标两两之间的重要性，依据其重要程度进行赋值，就可以得到判断矩阵[8]，如下式所示，

（1）

式中：        ——上一层次中第i因素相对于下一层次第j指标的重要参数;。

1.2.4 判断矩阵一致性检验

在层次分析法中，运用九标度评价标准对不同层次评价指标关联性赋值时，赋值差异比较大，对各个指标的认识程度也不一致，这就直接导致了判断矩阵的不一致，计算收敛困难。判断矩阵的一致性比率[9]可以作为判断矩阵的一致性判断依据。判断矩阵一致性检验公式如下：

（2）

（3）

式中：——随机一致性比率;

——一般一致性指标;

——随机一致性指标。

苗晓坤等[10]对判断矩阵一致性提出的修正方法能够加快判断矩阵满足一致性要求（）。

1.2.5 求解判断矩阵

利用MATLAB对判断矩阵进行求解最大特征值对应的特征向量，对特征向量作归一化处理，得出各因素的权重向量Wi。

（4）

2 本项目概况

扬州市空港新城影视文旅产业基地NO.2019G14地块影视项目-B1、B2#摄影棚组团工程，位于江苏省扬州市江都区空港新城纵七路西侧，支三十六路南侧，纬三路北侧、支六路东侧。基础形式为桩基础，主体结构为钢筋混凝土框架结构+钢结构桁架屋盖，设防烈度为7度，建筑结构安全等级为二级。G14地块共计19座影棚主体结构均采用承插型盘扣式脚手架作为高大模板支撑体系（其中B1、B2两座影棚组团开工时间最早，故以B1、B2为例）：B1#摄影棚组团，3#-1 213 m2摄影棚，层高19.2 m，影棚尺寸23 m×45 m;4#-3 370 m2摄影棚，层高30.4 m，影棚尺寸45 m×68 m;5#-10 055 m2摄影棚，层高32.4 m，影棚尺寸135 m×68 m;6#-1 213 m2摄影棚，层高19.2 m，影棚尺寸23 m×45 m;B2#摄影棚组团，1#-5 000 m2摄影棚，层高30.00 m，影棚尺寸61 m×83 m;3#-1 213 m2摄影棚，层高32.40 m，影棚尺寸113 m×68 m。架体最高32.47 m。

2.1 高大模板支撑体系安全评价指标

通过对高大模板施工过程进行不间断的调研，对项目《施工组织设计》与《高大模板施工专项施工方案》的分析，与11名中高层管理人员对模板施工的管理与监督进行探讨，与23名经验丰富的搭架工人对高大模板施工关键点进行深入交流，全程跟踪现场施工，深入了解施工全过程，初步遴选高大模板支撑体系安全影响评价指标。最后，综合相关专家、现场管理人员和架子工等意见，对高大模板支撑体系影响因素进行了优化，最终确定评价指标二十个。高大模板支撑体系安全状况评价递阶层次，如表1所示。

2.2 高大模板安全评价

2.2.1 九标度

不同层次间评价指标关联性赋值时，向参与赋值的专家和技术人员详细解释九标度法基本原理与赋值标准，九标度法是通过“九标度”数值对比指标两两之间重要性程度，具体九标度所赋的分值如表2所示：

基于邀请技术人员、管理人员和搭设工人的投票结果，并根据相关规范计算理论，确定三个层次之间的关联参数，对赋值结果进行数值平均，由此可以构造出各层次判断矩阵。

2.2.2 构造判断矩阵与计算评价指标权重

判断矩阵的建立受到各个决策者的多样性影响，为了使判断矩阵更符合实际情况，必须对判断矩阵进行一致性检验。求解这些判断矩阵的最大特征值及其相应的矩阵向量，要满足一致性检验要求，归一化处理的特征向量即为各指标的权重向量，具体求解步骤如下所示。

A-B层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.415 2，0.103 4，0.028 5，0.102 5， 0.044 0， 0.050 3，0.100 3，0.155 8）。

B1-C层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.333 3，0.666 7）。

B2、B7、B8-C层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.8，0.2）。

B3-C层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.125 0，0.108 2， 0.233 6， 0.278 4，0.254 7）。

B4与B6-C层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.25，0.75）。

B5-C层次判断矩阵：

该层次判断矩阵最大特征值为，，满足一致性检验要求。最大特征值对应的特征向量归一化为权向量=（0.128 3，0.276 4， 0.595 4）。

2.2.3 高大模板安全模糊综合评价

每个判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量即为每一层次各指标对应上一层次评价指标的权重比例，而这些比例将反映高大模板支撑体系的安全性。为了获得目标评价中关于每一个末端评价指标的相对权重大小，对各层次进行综合计算，计算结果如表3所示。

从上表可以看出，权重1是准则层中评价指标对目标层的权重大小，可以很清晰地看出它们在目标评价中的重要性，模板材料的权重占了41.52%，而扫地杆仅占0.4%，这种现象表明扩大了材料的重要性，而缩小了扫地杆的作用，这种结果与其他施工现场实际施工调查情况相一致，项目部都比较重视钢管和盘扣的质量，而扫地杆布置有部分缺失。同样，高大模板支撑体系的立杆重要性也被缩小。

权重2是指标层中各因素对准则层中各因素所体现的各自重要性权重比例，这些权重大小相对比较合理，有极少数也反映了实践中的认识与理论认识有点出入，比如垂直剪刀撑与水平剪刀撑的重要性。

权数则是指标层中的各因素对目标评价的权重比例分布情况，由于受到权重1的影响，这一列权数分布不是很合理，但与实际施工中调查情况很符合，这充分反映了实际施工还有待改进。

3 结论

（1）高大模板支撑体系安全性受到众多因素影响，其科学合理选取指标直接影响着整个系统的评估结果的准确性。

（2）层次分析法适用于高大模板支撑体系安全性评估，有效地解决了影响因素层次化和评价指标量化问题，为高大模板支撑体系安全性评价奠定基础。

（3）通过对扬州市空港新城影视文旅产业基地项目B1、B2组团盘扣支架高支模支撑体系分析可知，依据九标度法给评价指标赋值，判断矩阵的计算结果与理论上有差异，却与高大模板工程施工情况调查结果相符，这也反映出高大模板实际搭设过程中实际问题。

（4）研究结果表明项目管理人员注重高大模板材料与监管，忽视支撑体系搭设过程的细节性把控。经现场调研，绝大多数支撑盘扣的扭矩达不到规范要求;斜支撑及扫地杆短缺从侧面证明了计算结果符合实际，不过这一结果还需要后续试验研究与数值模拟分析的验证。

参考文献：

[1]景剑，王永泉，郭正兴.高空超大悬挑混凝土结构模板支撑体系设计与施工关键技术[J].施工技术，2016，24（21）：

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[2]刘玉健.承插型盘扣支架在机场地下结构施工中的应用[J].山西建筑，2020，46（23）：76-79.

[3]杨海勇，汪潇潇，张娟，等.基于层次分析法的高校基建项目管理模式分析[J].清华大学学报，2013，53（8）：1119-1127.

[4]骆正清，杨善林.层次分析法中几种标度的比较[J].系统工程理论与实践，2004，15（3）：51-60.

[5]李权葆，魏法杰，闫妍，等.多属性群决策中判断矩阵求解和检验方法[J].系統工程，2016，34（2）：121-127.

[6]周继忠，蔡雪峰.扣件式钢管脚手架施工安全风险识别与应对[J].施工技术，2008，37（2）：48-51.