基于區(qū)間直覺模糊集的施工項目安全風(fēng)險評價

溫國鋒,卓衛(wèi)衛(wèi),趙 娜

(山東工商學(xué)院 管理科學(xué)與工程學(xué)院,山東 煙臺 264005)

一、引言

建筑業(yè)是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。近年來,建筑業(yè)頻發(fā)的安全事故引起了廣泛關(guān)注。我國政府相繼出臺《生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案管理辦法》《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳關(guān)于進一步加強建筑施工安全生產(chǎn)工作的緊急通知》等文件防控施工項目安全事故的發(fā)生,安全生產(chǎn)形勢仍然很嚴(yán)峻。2018年上半年,全國建筑業(yè)安全事故死亡1 752人,相當(dāng)于在建筑行業(yè)每天都有近10起安全事故發(fā)生、近10人死亡[1]。為了有效降低施工項目安全風(fēng)險水平、減少安全事故的發(fā)生,需要對建筑施工項目的安全風(fēng)險進行有效分析與評價。可根據(jù)評價結(jié)果了解施工項目當(dāng)前所處安全狀態(tài),針對薄弱環(huán)節(jié)采取預(yù)防措施,及時消除安全隱患。由此可見,做好安全風(fēng)險的分析與評價尤為重要。

目前,國內(nèi)外學(xué)者采用不同方法評價施工項目安全風(fēng)險。趙挺生等采用熵權(quán)法—CIM模型對高速公路施工臨近房屋安全風(fēng)險進行評價[2]。李聰將集對分析理論引入到物元模型中,構(gòu)建了五元關(guān)聯(lián)系數(shù)物元模型與偏聯(lián)系物元模型進行建筑安全評價[3]。Z.Z.Wang采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)研究地鐵施工項目安全風(fēng)險評估[4]。評價信息為精確的數(shù)字是這些方法的一個共同特點,但是決策環(huán)境的復(fù)雜性和決策者思維的模糊性導(dǎo)致決策信息經(jīng)常是模糊和不確定的[5],這是精確的數(shù)字難以充分體現(xiàn)的。為了使評價信息更準(zhǔn)確地描述客觀事實、更充分地表達決策者的偏好信息,模糊集[6]、直覺模糊集[7]被相繼提出。模糊集理論通過隸屬度和隸屬函數(shù)模擬和描述不確定信息,尤其是與人類語言有關(guān)的不確定信息[8]。直覺模糊集在模糊集的基礎(chǔ)上,考慮了包含隸屬度在內(nèi)的非隸屬度和猶豫度,因此處理不確定信息更具有靈活性和強大的功能[9]。

區(qū)間直覺模糊集不僅具有直覺模糊集好的性質(zhì),還擁有其自身優(yōu)越的特性,主要通過區(qū)間直覺模糊數(shù),即區(qū)間直覺模糊集的基本組成部分,表達決策者的決策信息。由于在實際決策過程中,決策環(huán)境的復(fù)雜性、決策者的知識結(jié)構(gòu)、決策時間等現(xiàn)實因素使決策者很難提供精確地偏好信息,存在一定的猶豫度[10]。此時,區(qū)間直覺模糊數(shù)能夠提供一種更合理、更實用的數(shù)學(xué)框架處理不確定和不完善的信息,能夠更有效反映真實情況[11]。本文基于區(qū)間直覺模糊集對施工項目安全風(fēng)險進行評價,利用區(qū)間直覺模糊數(shù)體現(xiàn)決策者在決策過程中可能存在猶豫的心理狀態(tài),更好地描述客觀現(xiàn)實,充分表達決策者的偏好信息。但是,采用區(qū)間直覺模糊集方法在結(jié)果的表達上更多的是多方案的排序和擇優(yōu)[12-13],不符合本文對單個施工項目安全風(fēng)險等級評價的研究目的,因此需要對其結(jié)果的表達進行改進。傳統(tǒng)區(qū)間直覺模糊集方法是根據(jù)多個方案的群決策區(qū)間直覺模糊數(shù)與正理想解的貼近度或給定的排序函數(shù)的得分進行排序和擇優(yōu)[5,8],在本文的研究中,需要確定單個施工項目安全風(fēng)險等級,因此,在改進區(qū)間直覺模糊集方法時,首先將各評價等級轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的區(qū)間直覺模糊數(shù),通過計算其與評價結(jié)果的相似度進行單方案風(fēng)險等級劃分,確定施工項目安全風(fēng)險等級。

二、評價指標(biāo)體系的建立

(一)影響施工項目安全風(fēng)險水平的因素的識別

根據(jù)我國2010年以來房屋市政重大施工安全事故的發(fā)生類型(見表1)可以看出,高空墜落事故、物體打擊事故、坍塌事故、起重傷害事故以及機具傷害事故是最主要的安全事故類型。為了減少這些事故的發(fā)生,需要找到其產(chǎn)生的原因,采用因果分析法識別表1中重大安全事故發(fā)生的主要原因,結(jié)合ISO核心認(rèn)證業(yè)務(wù)中OHSAS18001的相關(guān)要求[14],例如要至少每年對員工進行一次安全培訓(xùn),對突發(fā)事件和意外采取及時的應(yīng)急措施等等,通過對事故原因的分析整理和歸納總結(jié),以及對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究識別施工項目安全風(fēng)險的影響因素。

表1 2010年以來房屋市政重大施工安全事故情況

(二)施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系的建立

為了保證施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系的科學(xué)性、全面性,采用5M1E分析法[15]從人員、機器、原料、方法和環(huán)境對施工安全風(fēng)險的影響因素進行識別、整理和歸納(見圖1)。

通過問卷調(diào)查法收集指標(biāo)信息,并采用相關(guān)性分析法對指標(biāo)進行篩選,從而建立施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系,如圖2所示。該評價指標(biāo)體系主要分為三層:目標(biāo)層A=(施工項目安全風(fēng)險);準(zhǔn)則層Ci=(C1,C2,C3,C4,C5,C6)=(人員,機械設(shè)備,原料,方法,環(huán)境,管理);子準(zhǔn)則層Cij=(C11,C12,C13,…,C63,C64)。

人員風(fēng)險主要指人的不安全行為風(fēng)險。包括人員安全意識水平、人員作業(yè)規(guī)范化程度和人員操作技術(shù)水平。人員安全意識風(fēng)險表現(xiàn)為工作者缺乏安全意識,工作不謹(jǐn)慎,出現(xiàn)疏忽和精力不集中。人員作業(yè)規(guī)范化程度主要表現(xiàn)為人員作業(yè)時違反安全制度規(guī)定和紀(jì)律,以及沒有按照規(guī)定的步驟和程序工作而造成意外事故。人員操作技術(shù)水平表現(xiàn)在操作人員沒有取得資格證書或?qū)Σ僮鬟^程不熟練,緊急情況下無法采取正確措施應(yīng)對。

圖1施工安全風(fēng)險因果分析圖

圖2 施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系

機械設(shè)備風(fēng)險是指風(fēng)險源來自設(shè)備的安全風(fēng)險。包括設(shè)備安全裝置完備程度、機械作業(yè)的規(guī)范化程度和設(shè)備故障風(fēng)險。設(shè)備安全裝置完備程度表現(xiàn)為設(shè)備配套的安全裝置缺失或無法及時啟用,不能起到避免傷害的作用。機械作業(yè)規(guī)范化程度表現(xiàn)為機械超負(fù)荷工作、超長時間連續(xù)工作等沒有按照安全生產(chǎn)制度規(guī)定進行工作。設(shè)備故障風(fēng)險表現(xiàn)為設(shè)備沒有及時進行檢查,無法識別潛在的不安全因素而在工作時出現(xiàn)故障,或者設(shè)備已經(jīng)老化,一些功能喪失而沒有及時換新使得設(shè)備在工作時發(fā)生事故。

原料風(fēng)險指使用不合格或不適用的原材料而產(chǎn)生的風(fēng)險。在施工過程中使用不合格材料大大提高了安全事故的發(fā)生率,尤其是工作人員防護用品的強度和剛性不達標(biāo)。

方法風(fēng)險是指風(fēng)險來源于施工工藝或為安全生產(chǎn)采取的措施。包括安全目標(biāo)的實施情況、安全風(fēng)險防范機制的健全程度、方案變更風(fēng)險和設(shè)計缺陷風(fēng)險。安全目標(biāo)的實施情況主要表現(xiàn)在沒有設(shè)立安全目標(biāo)、設(shè)立了安全目標(biāo)但是沒有為實現(xiàn)這個目標(biāo)而采取措施或者采取了不恰當(dāng)?shù)拇胧?。安全風(fēng)險防范機制的健全程度表現(xiàn)為沒有建立具有針對性的安全風(fēng)險防范機制,或者安全風(fēng)險防范機制不健全,存在漏洞。方案變更風(fēng)險表現(xiàn)為施工方案變更的頻率大或風(fēng)險應(yīng)對方案改動頻繁。設(shè)計缺陷風(fēng)險表現(xiàn)為方案設(shè)計存在漏洞。

環(huán)境風(fēng)險指來自自然環(huán)境和社會環(huán)境的風(fēng)險。包括作業(yè)面的條件、惡劣的天氣條件、現(xiàn)場的地質(zhì)條件和法律法規(guī)及政策風(fēng)險。作業(yè)面的條件表現(xiàn)為作業(yè)面狹小但人員較集中,雨天作業(yè)面濕滑等。惡劣的天氣條件指暴雨、冰凍、積雪、大霧等惡劣的作業(yè)天氣。現(xiàn)場的地質(zhì)條件表現(xiàn)在地質(zhì)構(gòu)造不合理、水文條件差、不良的地質(zhì)作用等。法律法規(guī)及政策風(fēng)險表現(xiàn)在對合同中的法律法規(guī)條件不理解,國家對工資、稅率等的調(diào)整等。

管理風(fēng)險指在施工項目的管理過程中產(chǎn)生的風(fēng)險。包括組織工作的協(xié)調(diào)程度、安全管控的執(zhí)行力度、應(yīng)急及事故處理措施、與相關(guān)方的溝通。組織工作的協(xié)調(diào)程度表現(xiàn)在組織工作不協(xié)調(diào),一些工序產(chǎn)生沖突而產(chǎn)生安全事故。安全管理松懈,控制不到位不及時。應(yīng)急及事故處理表現(xiàn)為沒有應(yīng)急措施或采取應(yīng)急措施不及時,耽誤了最佳救濟時間。與相關(guān)方溝通表現(xiàn)為溝通不融洽,導(dǎo)致資金無法到位、相關(guān)方不協(xié)助工作等。

三、施工項目安全風(fēng)險評價模型的構(gòu)建

(一)區(qū)間直覺模糊集的基本概念

由此可知,區(qū)間直覺模糊集的基本組成部分,即X中的元素x屬于X的隸屬度區(qū)間和非隸屬度區(qū)間組成的有序區(qū)間對,稱為區(qū)間直覺模糊數(shù)[16]。

為了有效處理上述的有序區(qū)間對信息,選取了區(qū)間直覺模糊數(shù)加權(quán)算術(shù)平均集成算子IIWAA對評價信息進行有效集成。

根據(jù)區(qū)間直覺模糊數(shù)的運算法則[8],函數(shù)IIWAA可進一步推導(dǎo)為:

(1)

在信息集成過程中,需要確定各個評價指標(biāo)權(quán)重,因此采用熵函數(shù)對指標(biāo)進行賦權(quán)。

(2)

公式(2)所示的區(qū)間直覺模糊集熵函數(shù)彌補了現(xiàn)有熵函數(shù)的缺點,考慮了區(qū)間直覺模糊集的所有要素,即區(qū)間直覺模糊隸屬度、區(qū)間直覺模糊非隸屬度和區(qū)間直覺模糊猶豫度,體現(xiàn)了區(qū)間直覺模糊信息不確定性,即模糊性和直覺性,與其他熵函數(shù)相比更加直觀合理。

設(shè)專家ek(k=1,2,…,t),利用區(qū)間直覺模糊數(shù)對施工項目安全風(fēng)險按照評價指標(biāo)進行評價。基于以上熵函數(shù),則指標(biāo)Cj的權(quán)重可按照以下定義求出:

定義4[18]:指標(biāo)Cj的權(quán)重可以表示為

(3)

依據(jù)決策者信息確定指標(biāo)權(quán)重,減少決策的主觀性,不僅充分地表達了決策者的意愿,而且減少了評價信息的缺失。

(4)

(二)施工項目安全風(fēng)險分析問題描述

針對施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重完全未知的情況,運用區(qū)間直覺模糊信息集成的方法來解決施工項目安全風(fēng)險分析問題。擬對某施工項目安全風(fēng)險進行分析,確定其風(fēng)險等級。根據(jù)項目特點,邀請了該領(lǐng)域內(nèi)3位經(jīng)驗、學(xué)歷、背景等均不相同的專家構(gòu)成了專家集e={e1,e2,e3},由管理層根據(jù)專家的綜合素質(zhì)及其對項目的了解程度確定其權(quán)重λ={0.3,0.5,0.2}。施工項目安全風(fēng)險評價問題本質(zhì)是多屬性群決策問題,根據(jù)職業(yè)健康安全管理體系實施指南(GB/T28002-2011)和已有研究,將風(fēng)險劃分為五個風(fēng)險等級,用ν=(ν1,ν2,…,ν5)=(極低風(fēng)險,較低風(fēng)險,一般風(fēng)險,較高風(fēng)險,極高風(fēng)險)表示。借鑒戚筱雯提出的語言評價集轉(zhuǎn)化為區(qū)間直覺模糊數(shù)的辦法[20],將五級的語言評價集轉(zhuǎn)化為有序的區(qū)間集v={v1=([0.064,0.125],[0.784,0.875]),v2=([0.16,0.25],[0.64,0.75]),v3=([0.4,0.5],[0.4,0.5]),v4=([0.632 5,0.707 1],[0.225 4,0.292 9]),v5=([0.736 8,0.733 7],[0.156 6,0.206 3]);因此,v1=([0.064,0.125],[0.784,0.875])表示極低風(fēng)險,v2=([0.16,0.25],[0.64,0.75])表示較低風(fēng)險,v3=([0.4,0.5],[0.4,0.5])表示一般風(fēng)險,v4=([0.632 5,0.707 1],[0.225 4,0.292 9])表示較高風(fēng)險,v5=([0.736 8,0.733 7],[0.156 6,0.206 3])表示極高風(fēng)險。然后計算轉(zhuǎn)化的區(qū)間直覺模糊數(shù)和對應(yīng)等級的區(qū)間直覺模糊數(shù)的相似度,通過比較相似度的大小確定項目的安全水平。

(三)施工項目安全風(fēng)險評價模型

基于上述理論分析,給出在評價指標(biāo)權(quán)重完全未知的情況下,基于區(qū)間直覺模糊集的施工項目安全風(fēng)險分析方法,具體步驟如下:

步驟7:根據(jù)公式4計算目標(biāo)層的評價值與各個等級的區(qū)間直覺模糊數(shù)的相似度S,通過比較相似度的大小,確定施工項目安全風(fēng)險所處的等級。

四、算例分析

擬對某施工項目安全狀態(tài)進行評價,確定其安全風(fēng)險等級,具體評價步驟如下:

表2 子準(zhǔn)則層指標(biāo)區(qū)間直覺模糊決策矩陣及其權(quán)重

表3 指標(biāo)區(qū)間直覺模糊群決策矩陣及其權(quán)重

步驟3:根據(jù)定義5和定義6計算各指標(biāo)的權(quán)重ωij(i=1,2,…,6),如表2所示。

步驟7:根據(jù)公式4得到評價結(jié)果S=(0.263 9,0.404 8,0.762 3,0.797 7,0.682 0)。根據(jù)計算結(jié)果可以得出該施工項目安全風(fēng)險更接近于較高的風(fēng)險水平。

評價結(jié)果不僅能得出施工項目安全風(fēng)險水平,還能看出,人員的風(fēng)險和管理風(fēng)險存在的問題較嚴(yán)重,能應(yīng)采取加強安全意識和安全教育培訓(xùn),提高技術(shù)操作水平,建立健全安全風(fēng)險的監(jiān)控機制等措施減少安全事故的發(fā)生,降低人員傷亡和財產(chǎn)損失,緩和建筑業(yè)安全生產(chǎn)形勢,促進建筑業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

五、結(jié)束語

本文通過5M1E分析法、整理歸納法等方法建立施工項目安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系?；趨^(qū)間直覺模糊集建立施工項目安全風(fēng)險評價模型,并采用區(qū)間直覺模糊數(shù)加權(quán)算術(shù)平均算子IIWAA對評價信息進行集成,評價施工項目安全風(fēng)險等級。由于區(qū)間直覺模糊集傳統(tǒng)的結(jié)果表達方式不合符本文的研究目的,因此在結(jié)果的表達上對其進行改進,使得評價結(jié)果更加合理和準(zhǔn)確。

由于本文在對結(jié)果的改進上,將語言評價值轉(zhuǎn)化為區(qū)間直覺模糊數(shù)的過程中存在一定的信息丟失,今后研究中擬采用基于語言評價法或?qū)^(qū)間直覺模糊數(shù)的結(jié)果表達進一步改進來彌補這一不足。