霍自強,楊中宣,張曉珂,穆簫韶

(1.中原工學(xué)院 能源與環(huán)境學(xué)院,鄭州 450007; 2.中原工學(xué)院 經(jīng)濟管理學(xué)院,鄭州 450007;3.曼徹斯特大學(xué) 機械、航天和土木工程系,曼徹斯特M13 9PL)

建筑行業(yè)因產(chǎn)業(yè)鏈過長、風(fēng)險程度高、不確定因素多等特點[1],在施工過程中,難免出現(xiàn)一些安全問題,造成無法挽回的后果。隨著建筑項目的建設(shè)要求不斷提高、項目規(guī)模不斷擴大和技藝要求不斷提升,建筑項目施工環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜,傳統(tǒng)的安全管理方法難以適用,亟需變革?，F(xiàn)代信息技術(shù)為施工安全管理提供了新的思路[2]。

本文通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型,判別影響建筑項目施工安全的因素,針對安全影響因素,在建筑項目施工前、中、后階段,應(yīng)用BIM的可視性、參數(shù)性等特點,結(jié)合VR的沉浸式特點,對建筑項目中隱藏的危險因素進行預(yù)先識別,在一定程度上對工程項目安全管理中存在的不足起到了優(yōu)化作用,并且對提升項目施工安全管理水平具有正向影響作用。

1 建筑項目施工安全評價體系的建立

1.1 建筑項目施工安全影響因素

借助文獻等對影響建筑項目施工安全的因素進行提取篩選,并歸納劃分,最終得到30個影響因素,分別歸類于人員因素、技術(shù)因素、物的因素、環(huán)境因素以及管理因素,見表1。

表1 建筑項目施工安全影響因素

1.1.1 人員因素(A)

人員因素是建筑項目施工過程中最基礎(chǔ)的要素,涉及多層面,無論是施工方案的制定、機械使用操作或是安全管理,都少不了人員的參與。因此,人員是影響施工安全最重要的因素,對于人員因素主要從7個方面(分別用A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7表示)進行評價分析。

1.1.2 技術(shù)因素(B)

隨著建筑項目施工規(guī)模的不斷擴大,工序越發(fā)繁雜,傳統(tǒng)的建筑方式已經(jīng)不再適用,迫使新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備等投入施工中。因此,技術(shù)也成了影響施工安全的因素之一,對于技術(shù)因素主要從5個方面(分別用B1、B2、B3、B4、B5表示)進行評價分析。

1.1.3 物的因素(C)

在施工現(xiàn)場,到處是機械設(shè)備和建筑材料,比如挖掘機、攪拌機、鋼筋、水泥和塔吊等,能否按照規(guī)定使用機械設(shè)備、建筑材料,以及應(yīng)急救援設(shè)備的配備與否極大地影響著施工安全。對于物的因素主要從7個方面(分別用C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7表示)進行評價分析。

1.1.4 環(huán)境因素(D)

環(huán)境是指施工自然環(huán)境和現(xiàn)場環(huán)境。施工場地多是露天環(huán)境,所以施工安全極易受到天氣影響。此外,不合理的施工場地布局也嚴重影響施工安全。因此,環(huán)境也是影響施工安全的因素之一。對于環(huán)境因素主要從6個方面(分別用D1、D2、D3、D4、D5、D6表示)進行評價分析。

1.1.5 管理因素(E)

良好的施工現(xiàn)場安全需要各種管理來維持,若是各類安全管理制度不合理,缺少施工安全監(jiān)督、檢查等,會對整個施工安全造成很大影響,不僅施工作業(yè)運行不暢,作業(yè)人員紀律渙散,甚至?xí)?dǎo)致安全事故的發(fā)生。所以,管理是影響施工安全的重要因素。對于管理因素主要從5個方面(分別用E1、E2、E3、E4、E5表示)進行評價分析。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 問卷調(diào)查

通過問卷調(diào)查,將30個二級指標進行分類,對其影響施工安全的程度進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。答案采用五分制:1表示不影響;2表示不太影響;3表示一般;4表示比較影響;5表示非常影響。針對不同崗位、地區(qū)的人員分發(fā)調(diào)查問卷,最終收回有效問卷436份。

1.2.2 信效度檢驗

為分析調(diào)查問卷數(shù)據(jù)的真實性和可靠性,本文采用SPSS 25.0軟件進行信度、效度檢驗。

(1) 信度分析。以克隆巴赫系數(shù)作為判斷標準,當系數(shù)小于0.6時,說明該問卷信度極低,則問卷結(jié)果不可信;當系數(shù)在0.6～0.8之間時,說明結(jié)果比較理想;當系數(shù)大于0.9且小于1時,說明結(jié)果非常理想,可以接受。本問卷的調(diào)查系數(shù)為0.931,數(shù)據(jù)信度好,可通過信度檢驗,5個潛在變量的克隆巴赫系數(shù)(表2)均大于0.8,都在可接受范圍內(nèi)。

表2 信度系數(shù)

(2) 效度分析。通過KMO檢驗和Bartltts球狀檢驗來判斷問卷數(shù)據(jù)是否適合用作因子分析。當KMO取值在0～1之間時,說明數(shù)據(jù)適合用作因子分析,且取值越靠近1,變量之間的相關(guān)性越強,數(shù)據(jù)越適合。Bartltts球狀檢驗用于檢驗各變量之間是否具有相關(guān)性,當顯著性(P值)小于0.001時,說明變量之間具有較強的關(guān)聯(lián)性,可以用作分析;當P值大于0.001時,說明各個變量之間相互獨立,并不適合作因子分析。本數(shù)據(jù)的KMO為0.931,Bartltts球狀檢驗為0.000,說明該數(shù)據(jù)可以用作因子分析。

2 建筑施工安全結(jié)構(gòu)方程模型的構(gòu)建與分析

結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)可研究多個因變量與自變量之間的關(guān)系,當因變量難以觀察時,可選擇與之相關(guān)的自變量進行分析。結(jié)構(gòu)方程模型可探索事物間的因果關(guān)系,并采用因果模式、路徑圖等對這種因果關(guān)系進行表述[4]。

2.1 一階結(jié)構(gòu)方程模型的構(gòu)建與分析

將所得問卷數(shù)據(jù)導(dǎo)入AMOS 24.0軟件中,建立建筑項目施工安全因素初步結(jié)構(gòu)方程模型,見圖1,對模型進行擬合,擬合結(jié)果如表3所示。由表3可以看出,人員因素、技術(shù)因素、物的因素、環(huán)境因素和管理因素之間具有顯著的相關(guān)性(***表示顯著性高),且5個一級指標之間的回歸系數(shù)介于0.189～0.415之間,說明潛變量之間具有較高的相關(guān)性,可以繼續(xù)進行二階驗證性因子分析。

圖1 一階結(jié)構(gòu)方程模型

表3 一階模型路徑回歸系數(shù)

2.2 二階驗證性因子分析

對結(jié)構(gòu)方程模型進行調(diào)整,將5個因素歸于施工安全,并將數(shù)據(jù)帶入模型之中,構(gòu)建二階結(jié)構(gòu)方程模型(見圖2),并進行適配度檢驗。結(jié)果表明:除了AGFI為0.891<0.9以外,其余均達到標準,見表4。因此需要對此結(jié)構(gòu)方程模型進行修正,結(jié)構(gòu)如圖3所示。本文采用極大似然估計法MI進行模型修正,一般從MI值最大值(見表5)進行修正,通過放松對變量之間關(guān)系的約束以達到修正效果。通過修正后,擬合結(jié)果如表6所示。各項擬合數(shù)據(jù)均符合標準,說明修正后的方程結(jié)構(gòu)模型能夠很好地實現(xiàn)擬合。

圖2 二階結(jié)構(gòu)方程模型

圖3 修正后二階結(jié)構(gòu)方程模型

表4 模型適配度指標數(shù)據(jù)

表6 修正后的模型適配度指標數(shù)據(jù)

綜上所述,從圖3可以看出,人員因素對施工安全的路徑系數(shù)為0.94,技術(shù)因素對施工安全的路徑系數(shù)為0.51,物的因素對施工安全的路徑系數(shù)為0.59,環(huán)境因素對施工安全的路徑系數(shù)為0.57,管理因素對施工安全的路徑系數(shù)為0.64,說明5個因素均對施工安全具有正向影響作用。按路徑系數(shù)從大到小排列為,人員因素>管理因素>物的因素>環(huán)境因素>技術(shù)因素。因此,在建筑項目施工的安全因素中,人員是影響施工安全程度最高的因素,其次是管理因素,物的因素和環(huán)境因素次之,影響程度最小的是技術(shù)因素。

3 施工安全管理的BIM+VR實現(xiàn)

BIM(建筑信息模型技術(shù))因具備可視性、可控性等諸多特性,適用于工程建設(shè)項目的諸多管理場景[5]。VR(虛擬現(xiàn)實技術(shù))具有超強的仿真系統(tǒng),人在操作過程中,可以使人的五官得到最真實的環(huán)境反饋。將兩者結(jié)合起來,可以將擬建項目事先呈現(xiàn)出來,以便對施工安全計劃和安全方案進行優(yōu)化改進。

3.1 人員因素

傳統(tǒng)的桌面安全培訓(xùn)(如言語說教)已經(jīng)不再適用于目前的施工安全管理學(xué)習(xí),而BIM+VR技術(shù)可以優(yōu)化這種學(xué)習(xí)。VR技術(shù)可以讓作業(yè)人員置身于真實的場景中,通過三維虛擬漫游來學(xué)習(xí)安全知識,并在學(xué)習(xí)任務(wù)完成后進行安全知識考查,成績合格者給予獎勵。這種趣味性學(xué)習(xí)不僅使作業(yè)人員不再反感施工安全教育,還讓他們對安全施工知識有足夠的認識,安全知識學(xué)習(xí)場景如圖4所示。

3.2 技術(shù)因素

利用BIM模型存儲大量的建筑項目施工安全信息,作業(yè)人員通過VR漫游獲取任意重、大、難操作節(jié)點的施工信息,對重點關(guān)鍵部位利用漫游操作來模擬施工(見圖5)。模擬施工現(xiàn)場危險行為發(fā)生的過程和后果,讓作業(yè)人員感受到危險行為帶來的可怕后果,以此來提高作業(yè)人員的安全意識。

圖5 重、大、難部位模擬施工

3.3 物的因素

依據(jù)建筑項目的施工現(xiàn)場平面布置圖,在 BIM 軟件中搭建機械設(shè)備,并劃分建筑材料堆放區(qū)、材料加工區(qū)以及生活、辦公區(qū)等。利用BIM+VR技術(shù)對擬建項目的施工現(xiàn)場布置進行合理性、安全性檢查。以建筑材料的供給運輸為例,施工現(xiàn)場物料運輸通常是多種機械交叉作業(yè),為保障項目順利運行,實現(xiàn)安全生產(chǎn),借助VR技術(shù)進行虛擬操作,可以檢查各塔吊間是否存在干擾關(guān)系及其在材料運輸過程中是否影響現(xiàn)場作業(yè)人員正常施工以及其他構(gòu)件設(shè)備正常運行等。通過對建筑材料運輸?shù)哪M操作,排除危險因素,優(yōu)化施工現(xiàn)場布局,降低人機安全事故發(fā)生頻率。

3.4 環(huán)境因素

利用BIM的環(huán)境模擬程序,對擬施工項目進行多樣化天氣模擬,使管理、作業(yè)人員做沉浸式體驗,以便有足夠的能力應(yīng)對突發(fā)的異常氣候狀況,確保施工人員人身安全,避免不必要的風(fēng)險。

3.5 管理因素

在項目建設(shè)的初始階段,可能存在設(shè)計上的誤差和不合理之處,導(dǎo)致施工安全風(fēng)險系數(shù)增大,而這些問題很難從施工圖紙上發(fā)現(xiàn)。對于存疑之處,利用BIM+VR 技術(shù)進行模擬施工,可預(yù)知可能出現(xiàn)的安全問題,提前修改,規(guī)避現(xiàn)實施工中出現(xiàn)的風(fēng)險因素,優(yōu)化建筑項目施工安全管理。

4 結(jié)語

運用SEM模型對影響建筑項目施工安全的因素進行分析,得出以下結(jié)論:①對于影響建筑項目施工安全因素,根據(jù)其影響程度從大到小依次為人員因素、管理因素、物的因素、環(huán)境因素和技術(shù)因素;②基于BIM+VR技術(shù),針對5個影響因素進行施工安全管理優(yōu)化,以達到減少安全施工事故發(fā)生的目的。

鑒于問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)有限,對一些因素的數(shù)據(jù)收集和分析可能有些偏差,下一步將進行多次、多量的數(shù)據(jù)收集,以提高模型的準確度。