武 乾，李 娜，胡 鑫，盧安琪，王 力，丁小燕

(1.西安建筑科技大學 土木工程學院，陜西 西安 710055； 2.西安建筑科技大學 管理學院，陜西 西安 710055)

0 引言

舊工業(yè)廠房改造項目對提升城市容量起到了促進作用，但由于施工中受到原有結構構件約束、設計局限、建造技術的限制，亦存在人為因素和外部環(huán)境等不確定因素的影響，施工過程可能出現(xiàn)結構傾斜、失穩(wěn)坍塌等事故。風險因素的影響是復雜且相互作用的，一定程度上會產生惡性循環(huán)[1]。

Lepel[2]最早從技術—建筑—城市的角度，介紹現(xiàn)有加固技術適用性，提出舊工業(yè)建筑改造工程各階段實施需考慮的要素；樊勝軍等[3]采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和主次因素分析法(Activity Based Classification，ABC)評估改造工程施工階段的風險因素，最早提出舊工業(yè)廠房改造工程施工階段的風險分級管理方法；趙玉紅[4]結合實際工作資料，分析建筑加固改造中存在的風險；余曉松[5]對舊工業(yè)建筑全過程改造項目從環(huán)境政策、技術、經濟、管理4個方面進行系統(tǒng)的風險識別，運用主成分分析法得出影響舊工業(yè)建筑改造項目成功的主要風險因素；武乾等[6]將主體結構及管網安全層面納入舊工業(yè)建筑再利用風險因素識別范疇，提出主要風險因素應對策略；裴興旺等[7]以建筑火災后加固施工為對象，構建多因素耦合作用下的風險評估模型。但過往的研究較少考慮舊工業(yè)廠房自身結構特性和風險因素間的相互作用，且研究方法具有主觀性較大、可操作性不強等弊端。

鑒于此，從鋼筋混凝土舊工業(yè)廠房改造加固施工風險產生的原因出發(fā)，包括設計方案、結構特征、施工環(huán)境、施工技術和施工管理5個方面，運用結構方程模型(Structural Equation Mode，SEM)探討影響加固施工風險因素間的相互關系及因果模型，并確定影響加固風險的主要因素。結合寶雞市某U型廠房主體結構加固項目實例，以期為此類項目的改造施工提供理論依據(jù)和實施指導。

1 評價指標體系構建

1.1 評價指標初選

鑒于舊工業(yè)廠房年久失修，構件疲勞開裂，加固技術使用條件限制、適應性要求高等，本文根據(jù)風險因素來源，從“設計方案、結構特征、施工環(huán)境、施工技術及施工管理”5方面，結合《舊工業(yè)建筑再生利用示范基地驗收標準》(T/CMCA 4002—2018)、《舊工業(yè)建筑再生利用技術標準》(T/CMCA 4001—2018)和《混凝土結構加固設計規(guī)范》(GB 53367—2013)3項標準規(guī)范，運用文獻研究法[8-12]，對全國106個改造項目實地調研，識別出鋼筋混凝土結構的舊工業(yè)廠房主體結構改造加固風險評價指標，見表1。下文提及的舊工業(yè)廠房是指鋼筋混凝土結構的舊工業(yè)廠房。

1.2 評價指標確定

問卷對變量的測量采用李克特的5級量表形式，根據(jù)廠房改造工程加固風險測量變量的取值范圍，從1到5分分別表示：幾乎沒有影響、較小影響、一般影響、較大影響、很大影響。問卷的主要調查對象為舊工業(yè)廠房改造工程的研究人員、參與的施工人員、管理人員和監(jiān)理人員。問卷共發(fā)放240份，收回有效問卷195份，各測量變量的統(tǒng)計分值數(shù)據(jù)分布見圖1，符合利用結構方程模型的基本要求。

圖1 測量變量的統(tǒng)計分值數(shù)據(jù)分布Fig.1 Statistical score distribution of measured variables

1.2.1 顯著性與相關性分析

利用SPSS22.0對32個題項進行顯著性與相關性分析，得出地下水、土層特性、施工機械未達到顯著(顯著性雙側水平小于0.05)或低度相關(Pearson相關系數(shù)小于0.4)。地下水、土層特性2個因素會影響基礎沉降變形，進而影響主體結構加固穩(wěn)定性，并非直接影響加固過程的風險因素；廠房加固中施工臨時支撐主要為腳手架，與技術工藝層面中支撐架體搭設存在包含關系。結合數(shù)據(jù)分析結果和相關研究領域專家意見，將地下水、土層特性、施工機械3個題項刪除，見表1。

1.2.2 效度與信度分析

參考判斷準則[13]，對篩選后29個題項進行因子分析來檢驗量表的建構效度。其中，Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)值應介于0到1之間，越接近1，越適用于因子分析。而進行因子分析的普通準則是其KMO值在0.6以上，小于0.5則不適合做因子分析。當Bartlett球形度檢驗統(tǒng)計值的顯著性概率小于0.001時，說明指標數(shù)據(jù)表現(xiàn)為正態(tài)分布，問卷的結構變量具有較好的收斂效度。經檢驗，舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險問卷的KMO值為0.739，Bartlett球形度檢驗統(tǒng)計值的顯著性概率接近于0，表明本研究的量表具有較好的建構效度。

利用學術界廣泛采用的內部一致性系數(shù)(Cronbach Alpha值)，對回收的195份有效問卷數(shù)據(jù)進行各因子內部信度檢驗。一般來說，問卷的Cronbach Alpha值達到0.8以上，表明信度較好。本研究各潛變量的Cronbach Alpha值處于0.709～0.873，超過了0.7的可接受水平[14]，表明量表內部一致性信度較好。

綜合以上分析可知，本研究的量表信度、效度均滿足要求，可以進行模型分析。

2 結構方程模型構建

結構方程模型(Structural Equation Mode，SEM)是基于變量的協(xié)方差矩陣來分析變量之間相互影響關系的1種統(tǒng)計方法，適用于變量數(shù)據(jù)較多且關系相對復雜的模型[15]。模型能夠同時處理多個原因、多個結果的關聯(lián)關系，允許變量測量誤差存在，且能夠測量整體模型的擬合程度。

表1 舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險評價指標體系Table 1 Risk evaluation index system for reinforcement process of old industrial plant main structure

2.1 初始結構方程模型

基于舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險(以下簡稱廠房主體改造加固風險)評價指標體系，結合實際案例與查閱文獻資料，分析6個潛變量之間的關系，初步判斷并形成舊工業(yè)廠房的主體結構改造加固風險作用路徑，據(jù)此建立初始結構模型(見圖2)，提出如下假設：

圖2 初始結構模型Fig.2 Initial Structural Modeling

H1：設計方案對舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險存在顯著的正向影響；

H2：結構特征對舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險存在顯著的正向影響；

H3：施工環(huán)境對舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險存在顯著的正向影響；

H4：施工技術對舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險存在顯著的正向影響；

H5：施工管理對舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險存在顯著的正向影響；

H6：結構特征與設計方案風險存在顯著相關；

H7：設計方案與施工技術風險存在顯著相關；

H8：施工技術與施工管理風險存在顯著相關。

2.2 結構方程模型分析

2.2.1 模型內部質量和擬合度檢驗

通過AMOS 22.0運行測量模型的潛變量標準化因子載荷值，判斷模型的內在質量是否理想。一般標準規(guī)定，各指標的標準化因子載荷都應大于0.5，且P值小于0.05。 由表1數(shù)據(jù)可知，各測量指標的標準化因子載荷最低為0.524，高于0.5，且在0.001的水平上達到了顯著水平，各指標符合標準要求。模型擬合適配指標也

是判定模型質量的重要標準，主要采用絕對適配指標、相對適配指標和簡約適配指標來評判模型的擬合適配度。經過反復的模型修正，大部分的適配擬合數(shù)據(jù)滿足擬合標準要求，PNFI值(Parsimony-adjusted Normed Fit Index,PNFI)略低于標準值要求。只要模型具有實際意義或可以根據(jù)相關理論合理解釋，模型擬合數(shù)據(jù)沒有完全達到擬合標準要求是可以接受的[16]，因此，該模型具有良好的擬合適配度。測量模型的主要擬合指標見表2。

表2 模型擬合指標Table 2 Model fitting index

2.2.2 路徑分析和假設檢驗

對測量模型檢驗后，根據(jù)研究假設構建的結構模型進行路徑分析。在不斷進行模型修正的基礎上，基于統(tǒng)計顯著性水平P(P<0.05)為前提，通過各潛變量之間的路徑系數(shù)來驗證研究假設結果(見表3)，構建舊工業(yè)廠房主體結構的改造加固風險最終結構模型(見圖3)，V1～V29為測量變量，e1～e29為測量變量與潛變量的測量誤差項，e30～e33為潛變量的殘差項。

表3 假設路徑檢驗結果Table 3 Result of assume path test

圖3 最終結構模型Fig.3 Finalstructural modeling

2.3 模型結果分析

如表3所示，本研究的8個假設都得到支持， 5個直接影響因素中，設計方案、結構特征、施工環(huán)境、施工技術和施工管理均對項目加固風險存在顯著的正向影響。

1)施工技術很大程度上影響廠房主體改造加固風險(路徑系數(shù)為0.782，P<0.05)，變形部位的矯正(V15)對施工技術層面的風險影響最大。結構加固過程中必會出現(xiàn)不同程度的變形，應設置臨時支撐，采用可靠的變形檢測方法，使原結構和結構改造加固后的變形處于安全范圍。

2)設計方案與改造加固風險呈現(xiàn)出較大正向影響關系(路徑系數(shù)為0.775，P<0.05)，對設計方案層面的風險具有顯著影響的觀測指標是構件加固部位(V10)和新技術、新工藝的使用(V11)。根據(jù)加固部位特點和改造工程功能要求，設計方案按技術安全適用、工藝簡單易施等原則擇優(yōu)選用。

3)施工管理與加固過程風險呈現(xiàn)出較大正向影響關系(路徑系數(shù)為0.738，P<0.05)，技術應急措施(V24)對施工管理層面的風險影響顯著。施工應急措施的得當直接影響加固改造施工質量和事故發(fā)生概率，需對施工方案提出切實可行的應急預案。

4)結構特征對改造加固風險的顯著正向影響(路徑系數(shù)為0.531，P<0.05)，廠房結構變形(V7)對結構特征層面的風險影響最大。廠房年久失修，必會出現(xiàn)結構、部分構件的變形。若加固施工對原結構有擾動等不利影響，極易出現(xiàn)結構構件破壞和結構變形過大等情況。

5)施工環(huán)境對改造加固風險的顯著正向影響(路徑系數(shù)為0.524，P<0.05)，周圍建筑物(V2)對施工環(huán)境層面風險的影響最大。大量地處城市中心地段的舊廠房，周圍建筑物分布密集且距廠房地基基礎較近，不僅要考慮廠房主體結構加固安全，還需減少廠房施工過程中對臨近建筑物的影響。

6)廠房主體改造加固風險3組關聯(lián)因素中，結構特征對設計方案層面的風險影響程度最大(路徑系數(shù)為0.724，P<0.05)，即廠房加固設計應遵循結構特征的安全性、適宜性等原則，選擇合理有效的方案，保證整個結構共同工作，同時避免對未加固部分及相關的結構造成不利影響。

3 實例分析

3.1 項目概況

對寶雞市某U型廠房主體結構的改造工程加固過程進行風險分析。該廠房建于1989年，主體為二層鋼筋混凝土框架結構，建筑層高7.2 m，新增夾層板調整后為4層建筑。舊工業(yè)廠房改造后使用功能為圖書館，設計使用壽命為50 a，利用原有建筑面積15 574 m2，新增建筑面積12 219 m2，總建筑面積27 793 m2。

3.2 建議與結果

1)設計方案方面，新增箱型基礎與原獨立柱基礎距離小于安全距離，基坑開挖對原有基礎及上部主體結構有擾動，會產生廠房局部沉降，見圖4(a)，發(fā)生大量工程變更來逐步修正施工方案。對于此類工程案例應避開陰雨天氣施工，新建建筑物基礎埋深大于原有建筑基礎埋深時，兩基礎間凈距應根據(jù)原有建筑荷載大小、基礎形式和土質情況確定。施工前對原有基礎采取支護措施，垂直分層開挖時加強施工振動控制，及時采取支護措施和沉降變形觀測。

2)結構特征方面，廠房屬于被廢棄10余年的輕工業(yè)建筑，需大面積清理遺留機器設備和有害物質，易突發(fā)不明物質掉落而造成人身安全事故，需增強安全意識，做好輔助防護設施；柱、梁的混凝土強度等級低于設計要求，大部分板面局部破損嚴重，同時原有結構形式對新結構選型或新功能設計產生局限。因此，建議在考慮保護遺留建筑結構和置入新功能后，分析新舊元素融合的適應性，確保整個結構協(xié)同工作。

3)施工環(huán)境方面，廠房地處寶雞市中心城區(qū)，施工場地局限于原有建筑空間范圍內，支撐架體搭設對墻體產生擾動后，出現(xiàn)局部范圍內集中裂縫，見圖4(b)。經技術組研討分析，選擇腳手架連墻件(膨脹螺栓)固定在外墻圈梁或者其他鋼筋混凝土柱，來加強施工技術質量。

4)施工技術及管理方面，采用灌膠粘鋼技術對柱梁板加固時，粘鋼黏貼一次的合格率與安全性能低。為提升現(xiàn)場施工作業(yè)水平，此次專題活動調研5個同類工程，各項技術缺陷因素排查和現(xiàn)場確認論證后，得出控制粘結面粗糙度和選擇合適施工機具能大幅度提高粘鋼技術。據(jù)此，逐步改進操作要序后將合格率提升到96%，見圖4(c)，返工率降低13%，工期縮短5年，共計節(jié)省經濟費用約10萬元。

圖4 施工現(xiàn)場Fig.4 Actual situation at the construction site

U型廠房自身結構的特殊性和改造加固技術具有的復雜性，增加了施工風險管理難度。廠房功能由生產型轉換為非生產型，既需滿足新功能要求，又要與舊建筑結構相兼容。結構特征通過設計方案和施工技術間接影響著施工管理，是影響廠房改造加固風險的隱性及關鍵路徑。因此，基于SEM模型分析結果的合理性和完整性，對改造加固風險應對值得借鑒。

4 結論

1)對比在役民用建筑加固過程風險，舊工業(yè)廠房改造工程存在工程性質、原始基礎資料保留、施工機械、建筑現(xiàn)場垃圾和施工障礙物識別5項不同特征，發(fā)現(xiàn)舊工業(yè)廠房改造加固工程是以功能升級趨向為主，同時存在構件老化失修、空間布局限制等問題。

2)廠房改造加固風險需從設計方案、結構特征、施工環(huán)境、施工技術和施工管理5項因素綜合考慮，施工技術是關鍵風險源；結構特征通過設計方案和施工技術間接作用于施工管理，是影響廠房改造加固風險的隱性且關鍵路徑；就關鍵風險因素而言，明確構件加固部位，監(jiān)測控制廠房結構變形，妥善處理周圍建筑物影響，合理可行地矯正變形部位，優(yōu)化技術應急措施是改造加固風險管理的有效舉措。

3)結合寶雞市某U型廠房主體結構的改造工程加固實例可知，利用本文建立的改造加固風險模型在實際風險分析與應對中具有借鑒價值。舊廠房改造項目施工條件復雜，不確定因素多，應根據(jù)各因素間的關聯(lián)性和作用路徑，對此類項目加固過程風險逐步跟蹤與控制，力求將施工風險降到最低。