1、第 37 卷第 2 期2023 年 6 月西昌学院学报（自然科学版）Journal of Xichang University（Natural Science Edition）Vol.37，No.2Jun.，2023基于FAHP的既有房屋改建施工安全风险评估模型及应用梁冠军，尤超，张勇，安静（滁州职业技术学院建筑工程学院，安徽 滁州 239000）摘 要：根据既有房屋改建施工的工程特点，运用模糊层次分析（fuzzy analytic hierarchy process，FAHP）法，建立既有房屋改建施工安全风险评估模型。该模型实施包含6个步骤：（1）施工风险因素搜集与识别；（2）建立判断矩阵；
2、（3）权重计算；（4）构建隶属函数；（5）计算隶属度；（6）模糊权重综合运算，最终得出既有房屋改建施工各风险因素占比，进一步确定改建施工的安全等级。通过工程实例验证，该模型和实例结果具有较好的一致性，因而，FAHP法在既有房屋改建施工安全风险评估中的应用效果很好，值得推广。关键词：模糊层次分析法；既有房屋；改建；安全评估；隶属函数中图分类号：TU746.3 文献标志码：A 文章编号：16731891（2023）02002806Risk Assessment Model and Its Application on Existing Building Reconstruction Based o
3、n FAHPLIANG Guanjun，YOU Chao，ZHANG Yong，AN Jing（College of Civil Engineering，Chuzhou Vocational and Technical College，Chuzhou，Anhui 239000，China）Abstract:According to the engineering characteristics of the reconstruction of existing buildings，the fuzzy analytic hierarchy process（FAHP）method is used
4、to establish the risk assessment model for the reconstruction of existing buildings.The implementation of the model includes six steps：（1）collection and identification of construction risk factors；（2）establishment of judgment matrix；（3）weight calculation；（4）construction of membership function；（5）cal
5、culation of the degree of membership；（6）comprehensive operation of fuzzy weight.Finally，the proportions of risk factors in the reconstruction of existing buildings are obtained，and the safety levels of reconstruction are further determined.It is verified by an example that the model and the result o
6、f the example have satisfactory consistency.Therefore，the application of FAHP method in the risk assessment of the reconstruction of existing buildings is very effective and worth popularizing.Keywords:fuzzy analytic hierarchy process method；existing building；building reconstruction；risk assessment；
7、membership function0 引言近年来，既有房屋坍塌事故时有发生1-5，尤其是酒店、住宅、办公楼等改建、扩建、装修时，施工队违规作业，破坏了房屋原有的承重结构，改变了上部结构的传力路径，造成大量的人民生命财产的严重损失。模糊层次分析（FAHP）法是一种在工程领域评估不确定性影响后果的常用方法6-7，利用该方法在房屋建筑结构安全性风险评估方面，已经出现了一些典型的研究成果。赵明8从建筑构造角度出发建立了混凝土建筑房屋安全评价体系，该体系包含6个一级评价指标和23个二级指标，将评价结果划分为 4个安全等级，评价指标较为全面，结果相对可靠；杨修歌9根据村镇房屋布局和结构形式，把村镇房屋
8、划分为包含基础构件、竖向承重构件、上部构件的3个一级评价指标、9个二级评价指标，建立通用的安全评估体系，较为全面地评估房屋的使用现状；根据建筑房屋结构的复杂性与安全评价因素的模糊多样性，魏海霞等10建立房屋结构的安全评价doi：10.16104/j.issn.16731891.2023.02.005收稿日期：2023-02-12基金项目：安徽省教育厅自然科学重点研究项目（KJ2020A0994、2022AH052650）；安徽省教育厅高校优秀青年人才支持项目（gxyq2022231）；安徽省教育厅高校优秀拔尖人才培育项目（gxgnfx2022156）。作者简介：梁冠军（1983），男，安徽涡阳
9、人，副教授，硕士，主要研究方向：土木工程安全评估。第 2 期梁冠军，尤超，张勇，等：基于FAHP的既有房屋改建施工安全风险评估模型及应用体系，该体系引入两类隶属函数，对现有规范中对复杂建筑结构的适用性进一步完善。然而，上述文献研究结合建筑结构构件自身特性，仅从结构设计角度进行安全评价，而缺少针对诸多施工技术因素和相关的项目管理因素。本文根据既有房屋改建施工的工程特点，运用FAHP法，建立既有房屋改建施工安全风险评估模型。该模型实施包含6个步骤：（1）施工风险因素搜集与识别；（2）建立判断矩阵；（3）权重计算；（4）构建隶属函数；（5）计算隶属度；（6）模糊权重综合运算，最终得出既有房屋改建施工
10、各风险因素占比，进一步确定改建施工的安全等级。1 既有房屋改建施工安全性风险评估模型1.1 结构安全性风险因素识别从既有房屋改建施工的特点出发，参考 危险房屋鉴定标准（JGJ 1252016）11、房屋完损等级鉴定标准12、民用建筑可靠性鉴定标准（GB 502922015）13等，选择合适的层次结构图，将安全风险评估问题分为目标层、准则层和指标层的三层次安全风险评价体系。其中，目标层为既有房屋改建施工安全性风险评估（A）；准则层包括施工技术因素（A1）和项目管理因素(A2）这2部分；指标层包括A1i（i=1，2，6）和A2j（j=1，2，5），A1i为施工技术因素（A1）下的风险因素，A2j为
11、项目管理因素(A2）下的风险因素，具体层次结构如图1所示。房屋完损等级鉴定标准12根据房屋完好损坏程度，将房屋划分为5种完损情况，即完好、基本完好、一般损坏、严重损坏和危险，本文将这5种完损情况匹配为5个不同的风险等级（表1），并令既有房屋改建施工安全性风险等级V=V1 V2 V3 V4 V5。1.2 结构安全性风险权重计算既有房屋改建施工安全风险因素识别后，分别构造指标层A1i和A2j的判断矩阵P1和P2。通过专家打分的方式，分别对指标层A1i和A2j各风险因素进行两两比较，运用19标度法（表2）进行赋值14，得到相应的判断矩阵P1和P2。运用和积法，计算判断矩阵的特征向量Wf和最大特征值f
12、max（本文f=1，2）。特征向量也就是权重向量。最大特征值fmax计算公式如式（1）所示fmax=1ni=1n(PfWf)iWi（1）式中：Pf表示特征向量；i表示风险因素的序号；n表示指标层内风险因素的数量。最后利用公式（2）进行一致性检验。图1既有房屋改建施工安全性风险评估层次结构表1房屋完损情况与风险等级匹配表完损情况完好基本完好一般损坏严重损坏危险风险等级极低风险V1低风险 V2中等风险 V3高风险 V4极高风险V529西昌学院学报（自然科学版）第 37 卷CI=max-nn-1，CR=CIRI（2）式中：CI表示一致性指数（consistency index）；RI值表示为一致性指
13、标平均值，其值如表3所示；CR值表示为一致性检验指标，当CR值小于0.1时，则认定判断矩阵一致性较为满意，符合检验要求，反之，应重新调整判断矩阵。将指标层的权重向量与准则层中的权重向量相乘，得到综合权重W。1.3 结构安全性风险隶属度计算1.3.1 风险影响后果与风险发生概率的估值根据风险发生后房屋完损情况，把既有房屋改建施工中的风险影响后果（C）分别赋予 15的数值。同理，把风险发生概率（P）也分为5种情况，同样赋予相应的数值，如表4所示。1.3.2 确定风险隶属函数采用左右型（L-R）模糊数构建一个梯形分布的风险隶属函数V(x)15，考虑风险影响后果（C）和风险发生概率（P）的估值，构造x
14、=P C在区间 125 的分值，风险等级对应的分值如表5所示。本文中风险隶属函数VN（x）如式（3）（7）所示，其中，N表示风险等级的级别序号（表1），N=1，2，5。V1(x)=1，0 x 45-x，4 5（3）V2(x)=x-4，4 x 51，5 x 910-x，9 x 100，x 10（4）V3(x)=x-9，9 x 101，10 x 1516-x，15 x 160，x 16（5）V4(x)=x-15，15 x 161，16 x 2021-x，20 x 210，x 21（6）V5(x)=x-20，20 x 211，21 x 250，x 20（7）1.3.3 风险因素风险等级隶属度计算风险
15、因素风险等级隶属度计算过程分为3个步骤：（1）专家根据表2对指标层中各风险因素风险影响后果（C）和风险概率（P）进行估值；（2）将相应的专家估值C和估值P相乘；（3）把C和P的乘积带入表219标度法赋值含义标度数值135792,4,6,8倒数含义两个因素相比，具有同样重要性两个因素相比，前者比后者稍微重要两个因素相比，前者比后者明显重要两个因素相比，前者比后者强烈重要两个因素相比，前者比后者极端重要其重要程度介于上述两相邻评定尺度之间若元素i和j的重要性之比为aij，那么元素j和i的重要性之比为aji=1aij表3一致性指标平均值nRI102030.5840.9051.1261.2471.32
16、81.4191.46表4风险影响后果（C）和风险概率（P）的估值风险影响后果（C）完好基本完好一般损坏严重损坏危险估值12345风险发生概率（P）罕见发生偶见发生可能发生预期发生频繁发生估值12345表5风险等级对应的分数风险等级分数极低风险V105低风险V2510中等风险V31015高风险V41520极高风险V5202530第 2 期梁冠军，尤超，张勇，等：基于FAHP的既有房屋改建施工安全风险评估模型及应用隶属函数 VNm（x）计算，其结果便为该指标（风险因素）的风险等级隶属度。各风险因素风险等级隶属度构成风险因素风险等级评价矩阵R，如式（8）所示。R=V11V15Vn1Vn5（8）1.4
17、 模糊风险权重综合计算根据相应的矩阵合成法则，把综合权重W与评价矩阵R进行模糊计算，得到既有房屋改建施工安全的总体评估结果S，如式（9）所示S=W R（9）式中：为模糊算子。根据模糊识别原理，并结合最大隶属度原则，便可确定既有房屋改建施工安全的总体风险等级。2 实例分析2.1 既有房屋改建工程概况本实例选取发生在苏州市吴江区的“712四季开源酒店辅房坍塌事故”涉事改建项目，根据“712”四季开源酒店辅房坍塌事故调查报告16，该酒店建筑总面积为5 338.5m2，包括主体建筑和辅房2部分，辅房东西长22.9 m，南北宽16.27 m，每层过道南北侧各6间房，如图2所示。该酒店主体建筑为4层钢筋混
18、凝土结构（2010年建成），辅房为3层砖混结构（20世纪80年代中期建设），墙体采用八五烧结黏土砖砌筑，墙厚 220 mm，楼屋面为预制混凝土空心板，板宽500 mm，楼屋面处设有220 mm220 mm钢筋混凝土圈梁，圈梁配筋 410，基础为条形砖基础，基础上地圈梁 220 mm120 mm。2.2 结构安全性风险因素识别及风险权重计算结果按照1.1建立目标层既有房屋改建施工安全性风险评估（A）、准则层施工技术因素（A1）和项目管理因素(A2）、指标层A1i和 A2j。因准则层包含因素少，直接给出其权重值，施工技术因素（A1）权重为0.7，项目管理因素（A2）权重为0.3。邀请岩土勘察、结构
19、设计、施工管理和安全评估方面的7位专家，其中岩土勘察专家1名，其余专家均2名，所邀请专家均具有高级职称。专家按照表1的标度法对指标层进行打分，分别建立判断矩阵P1（表6）和P2（表7）。图2辅房底层建筑平面图16表6判断矩阵P1A11A12A13A14A15A16A1111/71/51/61/81/2A12715325A1351/511/21/32A1461/3211/23A1581/23212A1621/51/21/31/21表7判断矩阵P2风险因素A21A22A23A24A25A2115235A221/511/51/33A231/25125A241/331/213A251/51/31/51
20、/3131西昌学院学报（自然科学版）第 37 卷分别应用和积法计算判断矩阵P1和P2的权重向量和最大特征，并进行一致性检验，结果表 8所示。综合权重如表9所示。2.3 风险因素风险等级隶属度计算结果上述专家结合各自的经验对风险影响后果和风险发生概率在15的范围内进行打分，归纳汇总的打分值如表10所示。将风险影响后果和风险发生概率的专家打分值相乘，带入上述隶属函数VN(x)中进行计算，得到风险因素在各个风险水平中的隶属度，得到评价矩阵R，如式(10)所示。R=0101010000000100000100000010100101000000000000000001001（10）2.4 模糊综合运算
21、结果该酒店辅房装修改建项目安全的总体评估结果S，如式（11）所示。由式（11）可知，本改建施工的总 体 风 险 等 级 为：极 低 风 险（23.54%）、低 风 险（12.56%）、中等风险（10.43%）、高风险（31.73%）和极高风险（21.71%），其中，中等风险、高风险和极高风险之和为 63.90%，高风险和极高风险之和为53.43%，可见，该酒店辅房装修改建工程施工安全风险极大，在高风险区，拆除低层承重构件（A11）占表8和积法计算结果指标层A1iA2j判断矩阵权重向量和最大特征值W1=0.453 30.038 80.145 00.089 40.065 40.208 1，1max
22、=6.236 2W2=0.056 20.287 70.080 40.139 00.436 7，2max=5.222 8CR0.038 10.049 7结论检验通过检验通过表9既有房屋改建施工安全性风险评估权重目标层既有房屋改建施工安全性风险评估（A）准则层施工技术因素(A1)项目管理因素(A2)准则层权重0.70.3指标层拆除低层承重构件(A11)拆除非承重构件(A12)板上增设承重构件(A13)板上开洞面积过大(A14)改变房屋使用用途(A15)地基沉降(A16)未取得施工许可、擅自施工(A21)未提供主体结构原始设计资料(A22)违法发包、分包(A23)违法承包、分包(A24)违规施工(A
23、25)指标层权重0.453 30.038 80.145 00.089 40.065 40.208 10.056 20.287 70.080 40.139 00.436 7综合权重0.317 30.027 20.101 50.062 60.045 80.145 70.016 90.086 30.024 10.041 70.131 0表10专家对C和P的打分值风险影响后果C风险发生概率PA1154A1213A1342A1431A1534A1641A2125A2245A2323A2434A255432第 2 期梁冠军，尤超，张勇，等：基于FAHP的既有房屋改建施工安全风险评估模型及应用比31.73%
24、，而在极高风险区需考虑未提供主体结构原始设计资料（A22）和违规施工（A25）的影响。S=W R=0.317 30.027 20.101 50.062 60.045 80.145 70.016 90.086 30.024 10.041 70.131 0T0101010000000100000100000010100101000000000000000001001=23.54%12.56%10.43%31.73%21.73%（11）值得说明的是，该酒店辅房坍塌事故造成 17人死亡、5人受伤，直接经济损失约 2 615万元16。3 结语本文根据既有房屋改建施工的工程特点，综合考虑技术和管理因素，提
25、出了基于FAHP法的既有房屋改建施工安全风险评估模型。结合苏州市吴江区四季开源酒店辅房装修改建工程实例进行了安全评估验证，取得了良好的效果，综上，FAHP法可以对既有房屋改建施工进行安全评估，对风险因素占比进行量化，并进行了数学处理，计算结果更精确，本方法实用性强，有一定的推广价值。参考文献：1张展.江苏苏州吴江区四季开源酒店辅房坍塌事故致17人遇难 J.现代职业安全，2021（8）：8.2张展.福建泉州欣佳酒店“37”坍塌事故调查报告公布 J.现代职业安全，2020（8）：9.3邓宏旭.房屋安全鉴定单位应具有设计资质关于长沙居民自建房倒塌事故的思考 J.中国勘察设计，2022（5）：84-8
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