基于SEM的装配式建筑施工安全风险及策略

段永辉， 周诗雨， 郭一斌， 王 翔

(1. 河南工业大学 土木建筑学院， 河南 郑州 450001； 2. 郑州航空工业管理学院 土木建筑学院， 河南 郑州 450015)

在绿色经济和可持续发展的理念下，为满足供给侧结构性改革和新型城镇化要求，我国政府开始大力推进具有节能环保、化解过剩产能等功能的装配式建筑。于2016年发布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中明确指出：“力争用10年左右时间,使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”[1]。该政策的实施使装配式建筑工程建设规模急剧增长，但由于我国装配式建筑起步较晚，在风险管理和风险控制方面的研究还不完善，安全施工形势将面临严峻挑战。

近年来，国内外学者对于装配式建筑的结构体系、抗震性能等方面的研究较多，而对装配式建筑施工安全风险方面的研究涉及较少，一部分学者从风险识别角度进行初步的安全管控[2，3]；还有一部分学者从风险评价角度运用流程图[4]、层次分析法[5]、灰色聚类评价[6]等方法建立其安全风险管理体系。但这些研究大部分停留在定性研究阶段，各风险评价指标缺乏数据支撑，主观性较强，难以对装配式建筑工程施工安全提供综合评价结论。

本文采用文献统计分析、问卷调查和结构方程模型，站在公众角度，运用数学方法对人员、技术、机械、环境、管理这5种因素在装配式建筑施工安全风险上的影响程度进行比较和量化。基于理论分析与模型结果，探讨各风险因素之间的作用机理，揭示施工安全风险控制的重点，为全方位的管理控制施工安全风险提供决策参考。

1 风险因素识别与指标体系的构建

1.1 装配式建筑施工安全风险因素识别

通过中国知网对2010～2019年中含有“装配式建筑”“施工安全风险”“施工安全问题”等关键词的期刊文献进行检索，同时利用Citespace软件对文献相关度进行筛选，总计108篇相关文献和35个风险因素。将文献中提及的风险因素进行归纳划分，对其表意相似的风险因素进行整合处理，最终得到25个风险因素，可归集于人员、技术、机械、环境、管理五类施工安全风险因素(表1)。

表1 装配式建筑施工安全风险因素识别

1.2 基于灰色关联度原则的指标体系筛选

表1所示的指标体系中指标量过大，不利于观察各个指标的重要程度，对于施工安全风险因素判别难度较大。而灰色系统理论提出了对各子系统进行灰色关联度分析，关联度则是系统之间的因素随时间或不同对象而变化的关联性大小的量度。通过一定方法求得系统中各子因素之间的数值关系并根据其大小进行指标筛选。其筛选的原则是关联度越大则说明参考序列与比较序列之间关系越密切, 指标应予以保留, 关联度越小则说明参考序列与比较序列之间关系不密切, 指标应予以剔除[19]。本文将关联度低于0.5的指标予以剔除。

采用专家打分法进行数据采集，由20位专家组成评价主体。并向其发放“施工安全风险评价指标体系构建咨询问卷”，其中包括具有10年以上装配式建筑的施工管理人员5名，高校中从事建筑行业施工管理方面研究的教授5名，具有20年以上建筑施工经验的技术人员10名。针对20项调查数据和25个评价项使用SPSSAU软件(分辨系数取0.5)进行灰色关联度分析。计算出关联度值以用于指标筛选判断(见表2)。

通过表2可以看出，A4，B4，B5，C4，D4，D5，E5，E6，E7这9个评价项的关联度低于0.5，予以剔除，剩余的16个指标作为装配式建筑施工安全风险的评价指标(见图1)。

表2 关联度结果统计

图1 装配式建筑施工安全风险评价体系

2 基于SEM装配式建筑施工安全风险评价

2.1 结构方程模型(SEM)的构建

结构方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)作为一种多元统计技术，基于变量的协方差矩阵来分析变量之间的关系，容许变量存在误差且能测量出整体模型的拟合程度[20]。结构模型和测量模型组成完整的结构方程模型。

2.1.1 测量模型

测量模型是指潜变量与观测指标之间的关系，其方程表达式为：

y=φyβ+ε

(1)

x=φxα+δ

(2)

式中：β为内生潜变量；α为外生变量；y为内生观测变量组成的向量；x为外生观测变量组成的向量；φy，φx分别为指标变量y和x的因素负荷载矩阵；ε，δ为潜在变量的误差项。

2.1.2 结构模型

结构模型指的是潜在变量之间的因果关系，其方程表达式为:

β=Aβ+Bα+γ

(3)

式中：A为内生潜变量之间的相互影响效应系数；B为外生潜变量对内生潜变量影响的路径系数；γ为变量及变量间关系不可解释的部分。

2.1.3 研究假设

Chin[21]指出，SEM分析时需要对模型的每一条路径提出假设，因此根据文献分析和实际情况，提出人员、技术、机械、环境、管理五大因素都对施工安全风险有正向作用的路径假设。并拟定这五大因素为潜在变量，16个指标项为观测变量，运用SEM和采集的调查数据进行验证性分析。

2.2 数据来源与SPSS信效度分析

2.2.1 问卷信息与调查对象基本情况

本次调查根据指标体系另行建立问卷，共设23个问题，采用李克勤5级量表法建立1～5分的评价维度，面向全国各地的建筑行业专家、学者以及从业人员进行调查工作。线上线下共发放调查问卷300份，收回261份，有效问卷233份，有效问卷率89.3%。样本具体调查对象情况见表3。

表3 调查对象个人背景情况分布表

2.2.2 信效度分析

本文利用SPSS 25.0软件进行信效度分析，评价样本信度指标以克朗巴哈系数(Cronbach’s α)为主，同时采用CITC值作为补充。该问卷信度系数Cronbach’s α为0.942，数据信度良好，CITC值全部高于0.5，通过信度检验。且分析项之间具有良好的相关关系。KMO为0.891，Bartlett球形度检验为0.000，可做因子分析研究，五个潜变量的克朗巴哈系数均大于0.6，在可接受范围，如表4所示。

表4 信度系数

2.3 基于AMOS 23.0软件的SEM构建与修正

2.3.1 一阶结构模型与测量模型构建

将问卷收集的数据导入AMOS 23.0软件中，建立装配式建筑施工安全风险评价初步结构方程模型(图2)，根据模型的拟合情况发现，一阶模型不存在负误差项，标准化系数和误差项都在可接受范围内，通过违规估计检查[22]。拟合结果中，卡方自由度比为1.7<3，GFI = 0.926>0. 9，RMSEA= 0.055<0.08，CFI=0.963>0.9，IFI=0.964>0.9，TLI=0.953>0.9，表明该模型指标配适度良好，模型合理。同时发现五个一级指标之间的相关性在0.42～0.68之间，且均达到了0.05的显著水平，说明这五个指标之间存在较高的相关度，而且可能会有另一个更高阶的共同因素对其产生影响，后期考虑使用二阶模型对其进行进一步分析。

图2 装配式建筑施工安全风险一阶结构方程模型

2.3.2 二阶模型验证性因素分析

通过2.3.1的分析发现一阶因子可能受到一个较高潜在因素的影响，结合问卷设计和因子分析结果，将这一更高阶的潜在因素归集为施工安全风险，并将问卷调查数据代入模型中，绘制出二阶验证性因素分析模型。运行结果如图3所示，数据显示，调整拟合优度指数AGFI为0.889，不符合标准，需进行进一步的修正，利用极大似然估计法MI进行模型修正，通过放松对变量间关系的约束，选择MI值大于4的路径系数进行释放，得到修正模型3(如图4所示)。拟合分析发现模型3的拟合指标中卡方自由度比为1.727<3，TLI=0.968，CFI=0.974，NFI=0.925，IFI=0.974，RFI=0.907，GFI=0.929，AGF=0.901，均大于0.9, RMSEA=0.045<0.08,各项拟合指标值表明模型3与样本数据的拟合程度很好, 根据这些指数以及相关施工安全风险理论, 可以认为模型3能够最好的拟合样本数据，是众模型中最优的。

图3 装配式建筑施工安全风险二阶结构方程模型

图4 修正后装配式建筑施工安全风险二阶结构方程模型

2.3.3 施工安全风险指标权重的计算

为进一步分析人员、技术、机械、环境、管理这五类因素对装配式建筑施工安全风险的影响机理和16个风险指标对施工安全风险的影响程度及其原因，根据图4的路径分析，分别计算各潜变量权重(见表5)。

表5 装配式建筑施工安全风险评价指标权重

2.4 模型解析

装配式建筑施工安全风险因素的SEM模型由5个潜变量和16个观测变量以及它们之间相互关系组成，通过模型分析装配式建筑施工安全风险影响因素之间的关系，总结施工安全风险管理有实用价值的信息。

2.4.1 结构模型解析

从图4来看，五个一级指标的路径系数都达到了0.6以上，说明这五类因素的不可忽视性；从权重分析表来看，五个一级指标中机械因素所占权重较大，为0.219，由于现场机械化装配对机械设备和施工材料有较高要求，会直接影响到施工的安全性。因此机械风险控制是装配式施工安全风险控制中重要的一环。

2.4.2 测量模型解析

(1)人员因素

作业人员的安全意识及态度所占一级指标权重0.342。作业人员不重视安全教育、不遵守安全规范以及错误的安全态度是导致施工安全事故发生的重要原因。

(2)技术因素

施工工艺的可操作性占一级指标的权重0.359。装配式建筑与传统建筑相比在绿色建筑方面有明显优势，但在前期方案的设计过程中要结合装配式建筑现场组装的特点，从源头控制风险。

(3)机械因素

预制构件现场运输、卸载、堆放问题占一级指标权重0.340，综合权重0.074，在装配式建筑施工安全风险中占主导作用。由于预制构件的现场调运是装配式建筑施工的重要环节，而且在构建运输、卸载以及堆放的过程中存在众多安全风险，其影响因素较多且难以控制，如:构件长时间空中停滞引起设备倒塌、吊运过程中发生坠物事故、构件堆放位置不合理和设备超载运行。

(4)环境因素

现场危险源的控制占一级指标权重0.362，在实际情况中，触电事故、爆炸事故在装配式施工安全事故中并不少见，大多是因为建设单位和建筑人员忽略了危险源所引起的致命危害。

(5)管理因素

制定相关的安全管理制度、现场管理人员风险识别能力占一级指标的权重分别为0.273，0.266。可见施工安全问题想要得到保障，就必须全方位、各阶段地保持警惕性，始终把安全问题放到管理工作的首要位置。

3 策略与建议

根据上述分析，本文为全面高效地管控装配式建筑施工安全风险，提出以下几点策略建议：

(1)从人员因素控制风险时，需对管理、技术人员进行针对性培训，培养操作人员的技术水平、各参与方默契度以及施工人员的安全意识，为安全施工创建坚实的基础；

(2)从技术因素控制风险时，需积极顺应装配式建筑节能环保的特点，把握施工方案和施工技术的风险管理重点，加强事前、事中、事后技术方案的评估与审核；

(3)从机械因素控制风险时，需确保施工场地安全防护规范、施工机械状态良好、施工材料质量合格，从而减少因机械因素而引发的安全风险；

(4)从环境因素控制风险时，需认真研究和科学选择装配式建筑的施工区域，因地制宜，循序推进装配式建筑，并及时解决所暴露的问题；

(5)从管理因素控制风险时，需在规范、制度健全的情况下运行管理机制，完善奖罚机制，广泛发动和依靠公众监督，从而提高装配式建筑整体施工安全风险管控能力。

4 结 论

在我国大力推行装配式建筑的背景下，本文运用SEM模型对施工安全风险的影响因素进行分析，得出如下结论：

(1)装配式建筑施工安全风险的一级指标权重由大到小依次为机械因素、管理因素、人员因素、环境因素、技术因素；

(2)基于SEM建立装配式建筑施工安全风险评价模型，解决了风险指标体系的主观性和不可观测性等问题，根据指标间的相互影响，提出针对性的管控对策，为风险控制提供依据；

(3)上述研究所用的调查问卷样本数量和局限性较强，数据分布有不均匀现象且具有时效性，可能结果与实际情况存在偏差。待后期装配式建筑发展成熟后，需再次进行多样本收集，以便增加模型的准确度。