應(yīng)用信息化手段實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控

◎ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所 王 芬

國(guó)內(nèi)外建筑業(yè)都是事故多發(fā)的行業(yè)。世界大多數(shù)國(guó)家，建筑業(yè)是重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)部門(mén)。但是由于建筑業(yè)的特殊性，其安全形勢(shì)一直不能令人滿意，并且嚴(yán)重制約了建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和工程質(zhì)量的改善與提高，影響了建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)建筑行業(yè)工傷事故發(fā)生頻率很高，居非礦山企業(yè)首位，占35%左右。又值我國(guó)應(yīng)對(duì)金融危機(jī)的大規(guī)模建設(shè)投資時(shí)期，必將帶來(lái)工程建設(shè)高速發(fā)展，這樣，施工現(xiàn)場(chǎng)積聚、匯集了大量的安全隱患。各種不安全因素和潛在的職業(yè)危害，隨時(shí)都有可能引發(fā)各類(lèi)事故，危及作業(yè)人員生命安全，引起職業(yè)病，損害人身健康，造成火災(zāi)和爆炸，給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民的生命安全造成損害。因此，建筑施工企業(yè)安全生產(chǎn)工作是一項(xiàng)非常重要的工作。

建筑施工企業(yè)如何高效省時(shí)地開(kāi)展安全評(píng)價(jià)，長(zhǎng)期以來(lái)是困擾大家的難題。一般來(lái)講，這些企業(yè)是運(yùn)用科學(xué)、規(guī)范的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，對(duì)企業(yè)安全管理水平和施工現(xiàn)場(chǎng)的安全現(xiàn)狀作出真實(shí)、客觀、公正的綜合評(píng)判，但經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研，安全評(píng)價(jià)方法多停滯在定性的層面上，如何應(yīng)用定量評(píng)價(jià)方法，進(jìn)而應(yīng)用信息化手段，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控是本文關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

1 安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

影響施工現(xiàn)場(chǎng)安全狀況的因素是多方面的，按照目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層設(shè)計(jì)出遞階層次結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系呈現(xiàn)出多目標(biāo)性，多層次性的特點(diǎn)，此特點(diǎn)決定評(píng)價(jià)方法應(yīng)選擇綜合評(píng)判的方法。綜合評(píng)判方法有許多種，但都離不開(kāi)確定各指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的權(quán)重問(wèn)題。通常采用AHP法來(lái)確定權(quán)重，進(jìn)行方案比較與選擇。

AHP法作為一種定性與定量相結(jié)合的決策工具，在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治等諸系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于客觀事物的復(fù)雜性和人們認(rèn)識(shí)的模糊性，如何更加客觀、確切地反映問(wèn)題，一直備受關(guān)注。傳統(tǒng)的AHP法兩兩重要性的比較、判斷賦值時(shí)，即構(gòu)造判斷矩陣時(shí)指派1－9之間整數(shù)及其倒數(shù)做為標(biāo)度值，此標(biāo)度值不考慮人的判斷的模糊性，并且其在方案比較重要性的賦值時(shí)只考慮了人的判斷的兩種可能的極端的情況：以隸屬度1選擇某個(gè)標(biāo)度值，同時(shí)又以隸屬度1否定（或以隸屬度0選擇）其它標(biāo)度值。這樣，雖然使本來(lái)模糊的量明確化了，但把它變成毫無(wú)彈性的硬指標(biāo)的作法是不盡合理的。

有研究提出用三角模糊數(shù)表示Fuzzy比較判斷的方法，并利用模糊數(shù)比較大小的方法進(jìn)行排序，形成了Fuzzy AHP法，比較好地解決了上述問(wèn)題。本文采用Fuzzy AHP法求得各層指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的綜合權(quán)重。

決策者實(shí)際操作過(guò)程中，如何使用三角模糊數(shù)，即三角模糊數(shù)中的三個(gè)數(shù)各代表什么含義，是正確運(yùn)用三角模糊數(shù)的關(guān)鍵。如果不能較好地解釋這一關(guān)鍵概念，那么決策者將無(wú)法做出判斷。簡(jiǎn)單地講，即怎樣使決策者明白打分含義。

在將各因素兩兩進(jìn)行比較時(shí)，首先請(qǐng)一位專(zhuān)家給出一個(gè)比較區(qū)間，以100分制為例，區(qū)間最大不可超過(guò)20，即｜l-u｜≤20，以此確定l和u，比較區(qū)間確定依據(jù)可以參照表5-1；再請(qǐng)第二位專(zhuān)家打在此區(qū)間內(nèi)給出比較得分，即確定隸屬度為1時(shí)的m值。因此，三角模糊數(shù)M（l,m,u）得以確定，也就得到了由決策者給出各層指標(biāo)間的相對(duì)模糊判斷矩陣。

2 理論應(yīng)用示范

這里以評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的某層四因素為例。

首先，由各位專(zhuān)家給出相對(duì)模糊判斷矩陣，其中打分結(jié)果已轉(zhuǎn)換成5分制，如圖1所示。圖1由三位專(zhuān)家，四個(gè)因素給出了相對(duì)模糊判斷矩陣。如專(zhuān)家1將因素1與因素2比較，用三角模糊數(shù)表示為（1.33，2，2.63），見(jiàn)圖中第3行，第6，7，8列。而專(zhuān)家1將因素2與因素1比較，用三角模糊數(shù)表示為（0.38，0.5，0.75），見(jiàn)圖中第6行，第3，4，5列?？梢?jiàn)，因素1與因素2的比較和因素2與因素1的比較互為倒數(shù)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)給出一種即可，另一個(gè)可計(jì)算得到。另外因素自身比較恒為1，所以對(duì)角線元素為1，不需給出。

表1 比較區(qū)間參照表

圖1

圖2

其次，計(jì)算模糊判斷矩陣，即對(duì)所有專(zhuān)家的判斷進(jìn)行平均。所得4*4的矩陣如圖2所示。

接下來(lái)，計(jì)算各因素間的相對(duì)重要性程度，如圖3所示。如V(S2>=S1)=0.347，見(jiàn)圖中第3行，第2列。

最后計(jì)算權(quán)重并歸一化，結(jié)果如圖4所示。

3 安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)論是層次分析法還是三角模糊數(shù)層次分析法，都存在一個(gè)問(wèn)題，即專(zhuān)家數(shù)量較少，其打分具有片面性和模糊性，因此小樣本量專(zhuān)家打分是模糊不精確的，針對(duì)這一問(wèn)題，我們可以應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)解決。

專(zhuān)家系統(tǒng)(Expert System,ES)是人工智能(Artificial Intelligence,AI)的一個(gè)最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域，在特殊的專(zhuān)業(yè)任務(wù)方面具有人類(lèi)專(zhuān)家的效能。ES把AI的程序設(shè)計(jì)技術(shù)與特定的、較窄領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)結(jié)合起來(lái)，把專(zhuān)家的啟發(fā)式知識(shí)同他們的非形式化推理風(fēng)格結(jié)合起來(lái)，力圖模仿專(zhuān)家們的思維、技術(shù)和直覺(jué)，重復(fù)專(zhuān)家們的決策過(guò)程。ES的應(yīng)用，使得處理以上問(wèn)題具有了新的思路。

圖3

圖4

基于數(shù)據(jù)庫(kù)的專(zhuān)家系統(tǒng)以成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為載體，利用專(zhuān)家系統(tǒng)的思想方法來(lái)進(jìn)行推理演繹，充分利用專(zhuān)家系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)兩者所具有的優(yōu)點(diǎn)，以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，易于通過(guò)人機(jī)對(duì)話實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)功能，以關(guān)聯(lián)建立知識(shí)庫(kù)，引導(dǎo)推理，以過(guò)濾機(jī)制和索引技術(shù)加快搜索，使推理更加簡(jiǎn)單、高效。

本文使用VB6設(shè)計(jì)出施工安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)框架，該系統(tǒng)可對(duì)施工安全進(jìn)行評(píng)價(jià)、打分，可用于各類(lèi)建設(shè)工程，具有廣泛的應(yīng)用前景。下面我們以路基工程為例介紹知識(shí)庫(kù)的建立和推理機(jī)的設(shè)計(jì)。

以路基工程部分指標(biāo)內(nèi)容為例。指標(biāo)體系如下：

3.1 安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)的組成

專(zhuān)家系統(tǒng)具有記憶性，聯(lián)想性的特點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)專(zhuān)家打分的積累，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，使新的專(zhuān)家打分與模型進(jìn)行擬合，其結(jié)果則更符合實(shí)際。

基于計(jì)算機(jī)的專(zhuān)家系統(tǒng)中儲(chǔ)存著大量的專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，該程序系統(tǒng)應(yīng)用了人工智能技術(shù)來(lái)模仿人的決策行為，通過(guò)比較由一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)家提供的某專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷。因此，這種方法適用于解決由專(zhuān)家來(lái)決策的復(fù)雜問(wèn)題。

實(shí)際操作的結(jié)果顯示這個(gè)系統(tǒng)的決定過(guò)程類(lèi)似于有關(guān)的領(lǐng)域的專(zhuān)家。專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5。

3.2 知識(shí)庫(kù)的建立

這里所談的知識(shí)概念是知識(shí)處理的特殊對(duì)象，與日常生活中所談的知識(shí)有較大的區(qū)別。為此，將“知識(shí)”定義為：“知識(shí)是以各種不同方式把多個(gè)信息關(guān)聯(lián)在一起的信息結(jié)構(gòu)”。知識(shí)庫(kù)概念是數(shù)據(jù)庫(kù)概念在知識(shí)處理領(lǐng)域的拓廣和延伸。在知識(shí)庫(kù)中可存放各種數(shù)據(jù)，組織、管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法對(duì)知識(shí)庫(kù)來(lái)說(shuō)可以繼續(xù)使用。但是，知識(shí)庫(kù)的主要任務(wù)還是存儲(chǔ)大量的知識(shí)，因此，可將知識(shí)庫(kù)定義為經(jīng)過(guò)分類(lèi)組織的“知識(shí)的一個(gè)集合”。

由于access具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與管理功能，故暫可使用access對(duì)知識(shí)庫(kù)的維護(hù)與管理。

在本系統(tǒng)中，用access建立數(shù)據(jù)庫(kù)safety.mdb

其中包括: lib0RB2.def，用來(lái)存貯RB21、RB22…RB25權(quán)重；

lib0RB21.def，用來(lái)存貯RB211、RB212、RB213的權(quán)重；

lib0RB22.def，用來(lái)存貯RB221、RB222、RB223的權(quán)重；

lib0RB23.def，用來(lái)存貯RB231、RB232、RB233的權(quán)重；

然而access功能強(qiáng)大，但操作復(fù)雜，在日后的程序完善過(guò)程中，應(yīng)添加一個(gè)模塊，在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)維護(hù)的日常工作，包括修改、查詢工作。

此模塊應(yīng)界面簡(jiǎn)單、明了，易于使用。

知識(shí)庫(kù)的建立與維護(hù)見(jiàn)圖6。

用VB編程實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)庫(kù)查詢，并可讀取知識(shí)庫(kù)中的權(quán)重值，在后續(xù)完善工作中，應(yīng)加入專(zhuān)家姓名等查詢功能。

用VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，分別將專(zhuān)家對(duì)RB21…RB25等給出的相對(duì)比較得分及評(píng)分結(jié)果錄入知識(shí)庫(kù)中，并將結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。

路基工程部分指標(biāo)內(nèi)容

圖5 專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 推理機(jī)的設(shè)計(jì)

在知識(shí)集合上進(jìn)行各種推理是知識(shí)運(yùn)用最重要的一種形式。它的主要特征表現(xiàn)為前提與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，前提給結(jié)論提供理由或證據(jù)。從已有的知識(shí)前提出發(fā)，根據(jù)各種推理法則，可以推出種種新知識(shí)，是開(kāi)拓知識(shí)領(lǐng)域的重要方法。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，除了研究推理的理論與方法外，更重要的是研究如何在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)推理。推理機(jī)就是基于知識(shí)推理的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。它的主要任務(wù)是選擇知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)。

本系統(tǒng)的推理過(guò)程如所設(shè)計(jì)的推理機(jī)所示：

（1）由知識(shí)庫(kù)中取出RB21到RB23的相對(duì)權(quán)重。

（2）可由現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家確定RB21到RB23的相對(duì)權(quán)重是否符合當(dāng)前工程施工現(xiàn)狀，如符合或無(wú)專(zhuān)家在場(chǎng)可直接進(jìn)行第8步。

（3）由專(zhuān)家按APH方法給出RB21到RB23的比較得分。

（4）將此得分存入知識(shí)庫(kù)中。

（5）計(jì)算RB21到RB23的相對(duì)權(quán)重。

（6）顯示此權(quán)重，并將此相對(duì)權(quán)重存入知識(shí)庫(kù)中。

（7）采用遺產(chǎn)算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化算法將以前存儲(chǔ)的所以權(quán)重做優(yōu)化，得出一個(gè)合理的相對(duì)權(quán)重。當(dāng)無(wú)專(zhuān)家在場(chǎng)時(shí)可使用此相對(duì)權(quán)重。

（8）由知識(shí)庫(kù)中取出RB211到RB213的相對(duì)權(quán)重。

（9）可由現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家確定RB211到RB213的相對(duì)權(quán)重是否符合當(dāng)前工程施工現(xiàn)狀，如符合或無(wú)專(zhuān)家在場(chǎng)可直接進(jìn)行第15步。

（10）由專(zhuān)家按APH方法給出RB211到RB213的比較得分。

（11）將此得分存入知識(shí)庫(kù)中。

（12）計(jì)算RB211到RB213的相對(duì)權(quán)重。

（13）顯示此權(quán)重，并將此相對(duì)權(quán)重存入知識(shí)庫(kù)中。

（14）采用遺產(chǎn)算法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化算法將以前存儲(chǔ)的所以權(quán)重做優(yōu)化，得出一個(gè)合理的相對(duì)權(quán)重。當(dāng)無(wú)專(zhuān)家在場(chǎng)時(shí)可使用此相對(duì)權(quán)重。

（15）請(qǐng)專(zhuān)家或進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的人員對(duì)RB211到RB213評(píng)分。

（16）計(jì)算加權(quán)平均分?jǐn)?shù)。

（17）重復(fù)此過(guò)程，分別計(jì)算RB22、RB23等的加權(quán)平均分?jǐn)?shù)。

（18）從知識(shí)庫(kù)中取出RB21到RB23的權(quán)重，計(jì)算加權(quán)平均分?jǐn)?shù)。

（19）將此結(jié)果輸出，完成此次推理運(yùn)算。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)多個(gè)專(zhuān)家打分進(jìn)行模型擬合，達(dá)到與實(shí)際更接近的目的。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)路基工程安全評(píng)價(jià)測(cè)試，證明系統(tǒng)是有效的。

4 小結(jié)

本文首次成功嘗試運(yùn)用三角模糊數(shù)層次分析法模型在安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用，拓展了安全評(píng)價(jià)的定量化研究方法。針對(duì)層次分析法中的普遍問(wèn)題，利用信息化手段，建立了施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)工業(yè)企業(yè)的管理現(xiàn)代化、經(jīng)營(yíng)決策的科學(xué)化具有重要意義，但今后還有待于對(duì)該系統(tǒng)做進(jìn)一步的完善，增加模型庫(kù)中的模型，進(jìn)一步改善信息輸出方式和功能?？傊?，從工程建設(shè)行業(yè)管理的角度，建立了覆蓋面全的建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，為施工企業(yè)高效省時(shí)地開(kāi)展安全評(píng)價(jià)，為工程建設(shè)安全的動(dòng)態(tài)監(jiān)控提供了更科學(xué)的方法和手段。