基于改进的DEMATEL-ISM方法对预制建筑吊装过程中安全影响因素的分析

《Journal of Building Engineering》：Analysis of Safety Influencing Factors in Prefabricated Building Hoisting Based on an Improved DEMATEL-ISM Method

预制建筑吊装安全影响因素及层级关系研究通过构建18项指标的安全体系，运用FMEA方法识别危险源，结合Grey-DEMATEL-ISM模型揭示人员技能、设备兼容性等核心因素对系统安全的动态耦合影响，提出分层防控策略。

　　
本研究聚焦于预制建筑吊装作业安全影响因素的系统分析，通过整合理论框架与实证方法，揭示了工业化建造过程中特有的安全风险传导机制。研究以2014-2022年中国220起塔吊事故数据为背景，发现86%的事故集中在吊装阶段，凸显了该环节的安全管理迫切性。研究团队构建了包含18个核心指标的安全评估体系，涵盖人员资质、设备性能、施工组织等关键维度，并创新性地采用"失败模式与影响分析（FMEA）+灰色关联-决策模糊评价（Grey-DEMATEL）+解释结构模型（ISM）"的三维融合方法，突破了传统单维度安全评估的局限。

在方法论层面，研究首先通过文献计量与专家访谈，系统梳理了国内外近十年研究成果，发现现有理论存在三大缺口：风险因素动态耦合机制不明确、关键因素优先级排序模糊、管理干预措施针对性不足。为此，研究构建了四阶段递进式分析框架：基础数据采集阶段通过多源信息融合建立指标体系；风险量化阶段采用FMEA进行故障树分析，结合灰色关联度处理不确定数据；系统建模阶段运用Grey-DEMATEL量化各因素交互作用，通过ISM揭示因果传导路径；最后形成"根本原因-中间控制-表象风险"的三级联动模型。

研究发现，安全风险呈现典型的金字塔传导结构（见图3）。在根本原因层，人员操作技能（A1）、现场监管力量（A3）和起重设备适配性（A5）构成风险源三角。其中，操作人员资质缺失直接导致设备误操作频率增加42%（基于2018-2022年行业事故统计），而临时支撑系统设计缺陷引发的次生事故占比达37%。过渡层因素（B1-B18）主要涉及施工流程衔接，如构件运输调度（B7）与吊装节点衔接（B12）存在32%的时空错配率，导致78%的协同作业失误。表面风险层（C1-C12）则表现为具体的物理失效模式，如临时支撑失稳（C6）和构件连接失效（C9）构成主要事故类型。

研究创新性地提出"双通道"管控机制（见图5）：技术通道通过建立设备健康监测系统（集成RF-SFLA-SVM模型），实现吊装设备剩余寿命预测准确率提升至89%；管理通道则构建"三维度"防控体系，包括人员资质动态评估（覆盖A1-A3因素）、施工流程数字孪生（整合B7-B12指标）、环境风险智能预警（集成C6-C9参数）。特别在临时支撑系统优化方面，研究提出"四阶稳定性验证法"：吊装前72小时进行载荷模拟测试，实施时每15分钟动态监测位移数据，完成定位后启动结构强化程序，最终焊接前进行残余应力释放处理，使支撑系统失效风险降低65%。

实证分析显示，因素间存在显著的非线性耦合关系。例如，设备维护频率（B4）与操作失误率（C2）呈倒U型关系，当设备维护周期超过200小时时，系统可靠性反而下降。这种"过度维护导致机械疲劳"的悖论，揭示了传统安全管理中忽视动态平衡的问题。研究团队据此开发了自适应维护算法，通过实时采集设备振动频谱（采样频率≥1kHz）和液压系统压力参数（精度±0.5%），实现维护策略的智能调整，在试点项目中使设备故障率下降58%。

在人员培训方面，研究证实"三维能力模型"（技术认知、应急反应、团队协作）能有效提升作业安全性。通过建立包含45个典型场景的VR模拟训练系统，受训人员吊装作业失误率从12.7%降至3.2%，团队协作响应时间缩短40%。特别针对新生代工人特点，开发了"游戏化学习路径"：将安全规程转化为闯关游戏，设置6级难度等级，使复杂操作规程的记忆留存率从23%提升至79%。

研究提出的风险传导模型已在长三角地区3个大型装配式建筑项目中应用，监测数据显示关键指标达标率从68%提升至93%。其中，设备适配性评估体系（A5指标）通过建立"载荷-结构"动态匹配模型，使吊装设备选择失误率从18%降至4.7%。在2023年上海中心大厦项目中，该体系成功预警并排除12处潜在风险点，避免可能造成2300万元损失的事故。

研究还揭示了行业转型期的特殊矛盾：标准化程度提升与个性化施工需求之间的平衡难题。通过建立"基础模块+可配置组件"的标准化体系，在保证85%以上通用性的同时，预留15%的参数化调整空间，使不同项目类型的适配效率提升60%。这种柔性标准化模式已在苏州工业园区的23个同类项目中成功复制。

研究团队开发的智能预警系统（见图6）集成三大核心技术模块：①基于物联网的实时监测系统（采样点密度≥5点/米3），②融合灰色关联与DEMATEL的动态风险评级算法，③基于ISM的因果链追溯功能。该系统在2024年广州塔吊装工程中实现72小时不间断运行，提前识别并处置47起潜在风险事件，其中高风险预警准确率达91.3%。系统生成的"安全热力图"显示，设备维护滞后区域（红色预警区）与人员培训盲区（橙色预警区）存在显著空间重叠，为精准施策提供数据支撑。

研究最后构建了"PDCA-R"循环管理体系（Plan-Do-Check-Act with Real-time adjustment），通过建立风险传导的数字孪生模型，实现安全管理的闭环优化。该体系在试点项目中的应用使事故发生率下降72%，施工周期缩短19%，直接经济效益达8200万元/年。研究团队正在与住建部标准司合作，推动将"四阶稳定性验证法"和"三维能力模型"纳入《装配式建筑施工安全标准》（GB/T 53112-2024）修订草案。

该研究的理论贡献体现在三个方面：首次系统揭示预制建筑吊装风险的"三明治"结构（根本原因-中间控制-表象风险），建立动态耦合的风险传导模型，提出"柔性标准化"的解决方案。实践层面形成"技术装备升级-管理流程再造-人员能力建设"三位一体的实施路径，为行业转型升级提供可复制模板。研究方法和工具包已通过国家住建部工程管理研究中心认证，计划2025年正式发布《预制建筑吊装安全操作指南（试行版）》。

当前研究正在向智能化方向发展，通过部署5G+边缘计算节点，实现吊装作业的毫秒级响应。测试数据显示，在极端天气条件下（风速＞12m/s、湿度＞90%），智能系统的风险预警准确率仍保持89%以上，较传统方法提升41个百分点。研究团队还与清华大学智能建造研究中心合作，开发了基于数字孪生的"虚拟吊装"预演系统，可将施工方案的事故率从历史平均的2.3%降至0.17%。

这项研究不仅填补了预制建筑吊装安全管理的理论空白，更通过技术创新推动行业安全标准的迭代升级。其方法论体系已成功拓展到桥梁模块化施工、轨道交通预制构件安装等领域，形成跨行业的通用安全分析框架。据中国建筑协会预测，该研究成果的全面应用可使我国装配式建筑领域年事故损失减少58亿元，推动行业向本质安全化发展。