水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平的系統(tǒng)動力學(xué)分析

鮑 威，陶 玲

(河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇南京211100)

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水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平的系統(tǒng)動力學(xué)分析

鮑 威，陶 玲

(河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇南京211100)

為了動態(tài)、有效地分析水電站施工現(xiàn)場人員傷亡事故發(fā)生的機理，以人員傷亡事故率作為施工現(xiàn)場人員安全管理水平的指標(biāo)，識別出關(guān)鍵影響因素，利用VENSIM建模軟件構(gòu)建一個施工現(xiàn)場人員安全管理系統(tǒng)動力學(xué)流圖。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對人員傷亡事故進行探討，研究引起人員傷亡事故的主要因素，分析水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平提升路徑，以期通過不同安全投入方案與安全管理水平的反饋形成系統(tǒng)的良性循環(huán)機制。

水電站；施工現(xiàn)場；安全管理；系統(tǒng)動力學(xué)

0 引 言

系統(tǒng)動力學(xué)(system dynamics SD)是美國麻省理工學(xué)院福瑞斯特(J.W.Forrester) 教授提出來的研究系統(tǒng)動態(tài)行為的一種計算機仿真技術(shù)[1- 2]。系統(tǒng)動力學(xué)以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，適宜處理高階次、非線性、多重反饋的時變動態(tài)系統(tǒng)，其最大優(yōu)點是可以將定性和定量方法相結(jié)合[3]。一般而言，SD的建模過程就是一個學(xué)習(xí)、調(diào)研的過程，其模型的主要功用在于向人們提供一個進行學(xué)習(xí)與政策模擬分析的工具，使決策群體或組織成為一種學(xué)習(xí)型和創(chuàng)新性的組織[4]。自20世紀(jì)70年代末引入我國，系統(tǒng)動力學(xué)在企業(yè)安全管理系統(tǒng)方面的研究較深入[5- 10]。

水電站施工現(xiàn)場人員安全管理整體系統(tǒng)的安全目標(biāo)是降低人員傷亡事故的發(fā)生率，目前國內(nèi)外對企業(yè)人員傷亡事故的研究主要采用系統(tǒng)工程理論與基于事故樹的方法[11]，由于此類方法對于安全系統(tǒng)的動態(tài)變化過程控制不足，無法有效地控制施工現(xiàn)場人員傷亡事故的頻發(fā)[6]。為了能動態(tài)、有效地分析水電站施工現(xiàn)場人員傷亡事故發(fā)生的機理，分析水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平提升路徑，本文試圖從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對人員傷亡事故進行系統(tǒng)動力學(xué)的探討，研究引起人員傷亡事故的主要因素。

1 系統(tǒng)動力學(xué)模型概述

安全系統(tǒng)工程是以“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)為研究對象，運用系統(tǒng)工程的理論與方法，辨識、分析、評價、控制系統(tǒng)或生產(chǎn)中的危險性或安全性[12]。水電站施工現(xiàn)場是由一個“人-機-環(huán)境”相互依存、相互制約的復(fù)雜的非線性動態(tài)系統(tǒng)，由彼此聯(lián)系和彼此作用的要素組成。

1.1 系統(tǒng)關(guān)鍵要素的識別

根據(jù)安全系統(tǒng)工程理論，研究相關(guān)文獻，本文將研究對象劃分為人員因素子系統(tǒng)、機械因素子系統(tǒng)、環(huán)境因素子系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。由系統(tǒng)動力學(xué)的反饋原理人員因素水平、機械因素水平、環(huán)境因素水平構(gòu)成了整個系統(tǒng)的子系統(tǒng)，形成了一個有機的統(tǒng)一體。根據(jù)SD的分解原理把系統(tǒng)S按其內(nèi)部特點與性質(zhì)劃分成若干個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)(子結(jié)構(gòu))P[4]。

S=(P，Rjk)，P={Pi|i∈I} ，Rjk={rjk|j∈J，k∈K且J+K=I}

式中，S代表整個系統(tǒng)；P代表子系統(tǒng)；Rjk為關(guān)系矩陣。其中S={人員因素，機械因素，環(huán)境因素}。子系統(tǒng)即影響施工現(xiàn)場人員傷亡事故的關(guān)鍵因素，子系統(tǒng)之間相互影響，每個子系統(tǒng)的內(nèi)部各因素之間也相互影響，共同形成一個動態(tài)的、相互影響的系統(tǒng)。

1.2 要素子系統(tǒng)分析

水電站施工現(xiàn)場人員安全管理需以降低人員傷亡事故的發(fā)生率為整體系統(tǒng)的安全目標(biāo)。根據(jù)GB6441—86《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》解釋，傷亡事故指企業(yè)職工在生產(chǎn)勞動過程中發(fā)生的人身傷害、急性中毒，共可分為20類。本文選取近年來我國發(fā)生的較大及以上人員傷亡事故(一次死亡3人及3人以上事故)做相關(guān)統(tǒng)計分析，總結(jié)主要的施工現(xiàn)場人員傷亡事故以高處墜落、坍塌、物體打擊、起重傷害、觸電、機械傷害等六大類型為主。對主要事故進行分析，識別出各子系統(tǒng)的組成要素如下圖1所示。

圖1 施工現(xiàn)場人員安全管理主要影響因素

2 水電站施工現(xiàn)場安全管理水平的系統(tǒng)動力學(xué)因果關(guān)系

因果關(guān)系圖是真實反映系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的描述，根據(jù)上面分析出的子系統(tǒng)各因素，可構(gòu)建系統(tǒng)各因素的因果關(guān)系圖，該系統(tǒng)因果關(guān)系圖共有3條因果關(guān)系回路：

(1)決策層安全理念→管理層安全態(tài)度→機械設(shè)備投入→季節(jié)性施工決策層安全理念。

(2)機械設(shè)備維修與保養(yǎng)→臨時用電系統(tǒng)→安全防護設(shè)施和保護裝置→操作層安全意識→腳手架工程→高處作業(yè)→施工技術(shù)成熟度→決策層安全理念→機械設(shè)備維修與保養(yǎng)。

(3)工程的復(fù)雜程度→政府監(jiān)管→安全管理規(guī)則制度→監(jiān)理方監(jiān)督安全防護設(shè)施和保護裝置→工程的復(fù)雜程度。

3 水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平的系統(tǒng)動力學(xué)評價模型構(gòu)建

3.1 施工現(xiàn)場人員安全管理水平的系統(tǒng)動力學(xué)流圖

分析上述3個因果關(guān)系回路，該系統(tǒng)中安全事故發(fā)生的關(guān)鍵主導(dǎo)因素包括管理層安全態(tài)度(Tag1)、操作層安全意識(Tag2)、監(jiān)理方監(jiān)督(Tag3)、安全防護設(shè)施和保護裝置(Tag4)。

考慮到構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)流圖和動力學(xué)方程的需要，從各因素中抽象出能描述系統(tǒng)概貌的具有代表性的變量，建立如下變量集：①系統(tǒng)。系統(tǒng)安全水平指標(biāo)(Stag)。②因素指標(biāo)值Tagi(i=1，2，3，4)。③因素權(quán)重值符號用Ri表示(i=1，2，3，4)。④因素正面影響程度變化率用Si表示(i=1，2，3，4)。⑤因素負(fù)面影響程度變化率(Ti)(i=1，2，3，4)。⑥因素影響系數(shù)(Qi)(i=1，2，3，4)。⑦因素安全投入增長率(Ui)(i=1，2，3，4)。⑧因素安全投入水平(Pi)(i=1，2，3，4)。根據(jù)上面因果關(guān)系圖和給出的變量集，通過系統(tǒng)動力學(xué)建模軟件VENSIM得到系統(tǒng)動力學(xué)流如圖2所示。

圖2 施工現(xiàn)場人員安全管理系統(tǒng)動力學(xué)流示意

3.2 水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平的系統(tǒng)的動力學(xué)方程

3.2.1 系統(tǒng)動力學(xué)方程

(1)水平方程

Tagi.K=Tag1.J+(DT)×(Si.JK-Ti.JK)

P1.K=Pi.J+(DT)×(Ui.JK)

式中，Tagi.K為現(xiàn)在時刻該因素安全水平指標(biāo)的值，i=1，2，3，4 ，下同；Tagi.J為過去時刻該因素安全水平指標(biāo)的值；DT為仿真時間步長變量；JK為過去到現(xiàn)在的時間間隔；Si.JK為在JK時間區(qū)間中該因素正面影響程度變化率；Pi.K為現(xiàn)在時刻該因素安全投入指標(biāo)值；Pi.J為過去時刻該因素安全投入指標(biāo)值；Ui.JK為JK時間間隔中該因素投入增長率。

(2)輔助方程

式中，Stag.K為現(xiàn)在時刻系統(tǒng)安全水平指標(biāo)的值；∑ωi=1 ，其他符號含義同上。

(3)速率方程

Si.KL=Q×(Pi.K)

式中，Si.KL為在KL時間區(qū)間中該因素安全水平的增加率；Q為KL的時間間隔常量；Pi.K為現(xiàn)在時刻該因素安全投入指標(biāo)值。

(4)初值變量方程

Tagi=(初始值)

Pi=(初始值)

(5)常數(shù)方程

Ri=(常數(shù))

Ui=(常數(shù))

Qi=(常數(shù))

Ti=(常數(shù))

3.2.2 系統(tǒng)指標(biāo)值的確定

(1)系統(tǒng)安全管理水平Stag；設(shè)Stag={stag1，stag2，stag3，stag4}，安全管理水平分為(很好、好、一般、差)4個等級，且Stag所處的等級通過專家打分法確定。

(2)系統(tǒng)動力學(xué)方程中初始值和常量的確定。采用安全檢查表法，分析系統(tǒng)安全管理水平實際情況確定初始值；其他初始值和常量通過選取具有豐富施工現(xiàn)場安全管理經(jīng)驗的專家，利用專家打分法，經(jīng)過詳細(xì)的分析與論證確定。

通過VENSIM軟件構(gòu)建水電站施工現(xiàn)場人員安全管理系統(tǒng)動力學(xué)流圖以及方程的假設(shè)，進一步通過數(shù)據(jù)的仿真來分析水電站施工現(xiàn)場人員安全管理水平提升路徑，最終通過不同安全投入方案與安全管理水平的反饋形成系統(tǒng)的良性循環(huán)機制。

4 結(jié) 論

本文通過對人員傷亡事故做相關(guān)統(tǒng)計分析，總結(jié)出施工現(xiàn)場主要的六大人員傷亡事故類型。對主要事故進行分析，識別出系統(tǒng)的12個主要因素，由因果循環(huán)圖分析出該系統(tǒng)中安全事故發(fā)生的關(guān)鍵主導(dǎo)因素，找出水電站施工現(xiàn)場人員傷亡事故發(fā)生機理。通過構(gòu)建4個關(guān)鍵主導(dǎo)因素的相關(guān)指標(biāo)變化的動力學(xué)方程，識別安全投入與安全管理水平的關(guān)系，以期通過兩者的反饋建立系統(tǒng)的良性循環(huán)機制。

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(責(zé)任編輯 焦雪梅)

System Dynamics Analysis of Personnel Safety Management Level in Construction Site of Hydropower Station

BAO Wei, TAO Ling

(Business School of Hohai University, Nanjing 211100, Jiangsu, China)

In order to get a dynamic and effective analysis on casualties mechanism of hydropower station construction site, the casualties rate is taken as the indicator of construction site personnel safety management level to identify key influence factors, and then a system dynamics flow diagram construction site personnel safety management level is constructed by using VENSIM modeling software. From the view of system point, the mechanism of casualties is explored to find the main factors causing casualties. By analyzing the upgrade path of personnel safety management level at the construction site of hydropower station, a virtuous circle mechanism system through the feedback of different investment in safety programs and safety management level is expected to be formed．

hydropower station; construction site; safety management; system dynamics

2015- 07- 27

國家自然科學(xué)基金資助項目(71271107)；國家社科基金資助項目(15BGL094)

鮑威(1989—)，男，浙江湖州人，碩士研究生，主要研究方向為工程管理．

X915.4；TV74

A

0559- 9342(2016)06- 0077- 03