基于偏序集+SNA的市政工程安全風險評價

馮亞娟，何 婷

(遼寧工程技術大學工商管理學院，遼寧 葫蘆島 125105)

建筑業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，與公共安全和人民切身利益密切相關。隨著城市化進程的不斷推進，越來越多的市政工程項目投入建設，也使得安全問題日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計，2019年全國房屋市政工程生產(chǎn)安全事故共發(fā)生了773起，造成904人死亡，較2018年同期上漲5.31%和7.62%[1]。新冠疫情期間的停工停產(chǎn)也導致部分市政工程項目出現(xiàn)趕工期、搶時間的現(xiàn)象，項目安全風險急劇提升。在此背景下，各生產(chǎn)主體必須注重安全風險管理，通過對安全生產(chǎn)進行系統(tǒng)、科學的管控，進而有效識別事故致因因素，降低市政工程項目安全事故的發(fā)生率。因此，構(gòu)建有效的市政工程項目安全風險評價指標體系，有助于國家和建筑企業(yè)對市政工程項目施工現(xiàn)場安全風險進行有效的防范，確保施工安全。

現(xiàn)有國內(nèi)外文獻中關于建筑企業(yè)安全風險評價研究主要集中在兩個方面：一方面是基于某種理論構(gòu)建建筑企業(yè)安全風險管理系統(tǒng)進行分析，如張麗梅等[2]首次將可拓理論應用于構(gòu)建建筑企業(yè)安全風險評價和預警系統(tǒng)中，解決了安全檢查數(shù)據(jù)多變的問題；王作功等[3]首次應用生態(tài)系統(tǒng)理論構(gòu)建了建筑企業(yè)安全風險管理系統(tǒng)；另一方面是通過某種方法構(gòu)建建筑企業(yè)安全風險評價指標體系對建筑施工項目安全風險進行量化評價，如Tam等[4]利用修正后的非結(jié)構(gòu)化模糊決策支持系統(tǒng)(NSFDSS Ⅱ)對指標進行賦權(quán)，完成了基于成本、時間、資源等決策指標的建筑施工安全風險評價；也有學者通過層次分析(AHP)[5-6]、網(wǎng)絡分析(ANP)[7]、結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)[8]、灰色聚類評價[9-10]、模糊綜合評價[11]等方法構(gòu)建建筑施工安全風險評價指標體系。但是，第一方面的研究，僅從理論層面提出了建筑施工安全風險管理模型的構(gòu)想，缺乏進一步的量化分析；第二方面的研究，在關鍵指標的提取過程中，學者常依據(jù)事故調(diào)查報告中的關鍵詞頻率大小[12-13]或?qū)＜医?jīng)驗[14]，忽略了因素間的關系特征，導致提取的結(jié)果單一、片面，準確性易受數(shù)據(jù)或者主觀性的影響。此外，對指標權(quán)重的賦值，現(xiàn)有文獻通常采用專家打分法[5,11]、層次分析法[6]、因子分析法[8,15]、G1賦權(quán)法[16]等，均無法克服指標權(quán)重精準賦值的難題，降低了評價結(jié)果的可靠性和客觀性。

針對上述問題，本文首先利用基于2015—2020年的92份市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故調(diào)查報告，編制可用于量化分析的事故案例庫；然后運用社會網(wǎng)絡分析(SNA)方法研究致因因素相互之間的復雜關系，從而選出關鍵指標；最后構(gòu)建了市政工程項目安全風險評價指標體系，并利用偏序集評價方法，無需精確權(quán)重，完成了優(yōu)質(zhì)項目的篩選和評價。

1 評價方法

1.1 社會網(wǎng)絡分析(SNA)

社會網(wǎng)絡分析(Social Network Analysis,SNA)是通過構(gòu)建網(wǎng)絡模型的方式研究復雜個體之間的結(jié)構(gòu)關系。不同于傳統(tǒng)的評價類方法，SNA方法更善于解決致因因素間的復雜網(wǎng)絡關系，目前多應用于社會學、經(jīng)濟學、教育學等領域，但在建筑領域的應用較少。

市政工程安全生產(chǎn)事故的致因因素間存在復雜的相互影響，本文通過網(wǎng)絡核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析選取關鍵致因因素，并利用能夠反映社會網(wǎng)絡特征的指標(密度、中心性、點度中心度)對關鍵致因因素進行排序，從而構(gòu)建市政工程項目安全風險評價指標體系。

1.2 偏序集評價方法

傳統(tǒng)的評價結(jié)果通常為全序，而偏序集評價方法是多準則決策方法且比較關系是偏序關系。偏序集評價能夠展現(xiàn)決策者的有限理性，保證了評價的穩(wěn)健性，優(yōu)化了傳統(tǒng)的評價結(jié)果[17]。

偏序集運用于市政工程項目安全風險評價中，可以有效地降低決策者事先識別決策的風險。除此之外，偏序的哈斯(HASSE)圖能夠展現(xiàn)聚類功能，解決市政工程項目安全風險等級評價問題。

1.2.1 偏序集的定義

設A為評價對象，x,y,z∈A，R是集合A上的一個二元關系，若R滿足：

(1) 自反性：對任意x∈A，有xRx；

(2) 反對稱性：對任意x,y∈A，若xRy且yRx，則x=y；

(3) 傳遞性：對任意x,y,z∈A，若xRy且yRz，則xRz；

則稱R為A上的偏序關系，通常用“?”表示。評價對象A和偏序關系“?”一起稱為偏序集，記為(A，?)。

1.2.2 HASSE矩陣的計算

哈斯(HASSE)圖是由HASSE矩陣一一對應后繪制的，HASSE矩陣是比較關系矩陣保留最大路徑后得到的。范懿[18]給出了R與HASSE矩陣之間的轉(zhuǎn)換公式：

HR=(R-I)-(R-I)*(R-I)

(1)

式中：R為關系矩陣；HR為HASSE矩陣；I為單位矩陣；*為布爾運算。

2 市政工程項目安全風險評價指標體系構(gòu)建

2.1 事故數(shù)據(jù)收集與處理

為了構(gòu)建可用于量化分析的市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故案例庫，案例收集整理遵循以下流程：①查找整理住建部和各省市相關官方網(wǎng)站——市應急管理局、中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部2015—2020年發(fā)布的市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故信息通報[1]，作為案例數(shù)據(jù)收集的指引信息;②通過網(wǎng)絡信息和文獻查找補充豐富事故的過程信息和原因分析；③對每條案例數(shù)據(jù)質(zhì)量進行評判，剔除數(shù)據(jù)不足或不可靠的案例;④對符合條件的事故調(diào)查報告提取涉及事故直接原因、間接原因、直接經(jīng)濟損失、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)和事故形態(tài)的文本內(nèi)容;⑤從安全生產(chǎn)監(jiān)督部門的角度，對事故原因進行逐個分析，提取關鍵詞，整理詞條做出備案。最終選取市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故調(diào)查報告92份，部分文本整理見表1。

表1 市政工程生產(chǎn)安全事故調(diào)查報告文本整理(部分)Table 1 Collation of an accident report of municipal engineering production safety (part)

將從所有案例樣本中提取出的事故原因信息進行分類、歸納、合并，并利用EXCEL提取共現(xiàn)詞后得到市政工程生產(chǎn)安全事故原因集，見表2。從樣本中提取的事故原因信息可分類歸納為人員(D1)、建筑材料及機械設備(D2)、環(huán)境(D3)、技術方案(D4)、管理因素(D5)5類，共計45種事故原因。

表2 市政工程生產(chǎn)安全事故原因集Table 2 Causes of accidents of municipal engineering production safety

構(gòu)建維度為92×45的矩陣，若導致事故i發(fā)生的原因有j(i取1～92，j取1～45)，則矩陣元素M(i,j)取值為1，否則其取值為0，見表3。

由于原始數(shù)據(jù)表3是2-模網(wǎng)絡，是事故調(diào)查報告與致因因素兩類行動者之間的關系，無法進行中心度計算以及可視化研究。為了深入分析各事故原因間的關聯(lián)關系，利用ucinet將2-模網(wǎng)絡轉(zhuǎn)化為1-模網(wǎng)絡，構(gòu)建原因鄰接矩陣N。設MT為矩陣M的轉(zhuǎn)置，那么N=MTN。該原因鄰接矩陣表示事故與事故之間共同參與的事故原因數(shù)，如：矩陣中坍塌類事故4和8共同參與的事故原因數(shù)為7；矩陣中高處墜落類事故6和18共同參與的事故原因數(shù)為5。通過該原因鄰接矩陣能快速地找到某類事故主要發(fā)生的原因，從而進行有效的預防和管控。

表3 市政工程生產(chǎn)安全事故調(diào)查報告原始數(shù)據(jù)矩陣(部分)Table 3 Raw data matrix of investigation reports of municipal engineering production safety (part)

2.2 事故原因特征分析

2.2.1 致因網(wǎng)絡的構(gòu)建

基于致因因素共現(xiàn)矩陣構(gòu)建致因網(wǎng)絡，約定：兩組詞語在同一事故調(diào)查報告文本中共現(xiàn)兩次及以上時，共現(xiàn)次數(shù)為1。所得市政工程生產(chǎn)安全事故致因因素共現(xiàn)矩陣(部分)，見表4。與原因鄰接矩陣N不同點在于，致因因素共現(xiàn)矩陣主要觀察致因因素之間的關聯(lián)和分布情況，而N則研究案例事故之間的關系。

表4 市政工程生產(chǎn)安全事故致因因素共現(xiàn)矩陣(部分)Table 4 Co-occurrence matrix of accidents of municipal engineering production safety (part)

將致因因素共現(xiàn)矩陣導入Ucinet，用Netdraw 模塊進行可視化，可得到市政工程生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡圖，見圖1。該致因因素網(wǎng)絡圖將致因因素以網(wǎng)絡的形式連接成一個整體，從而描繪出通過事故調(diào)查報告整理得到的各致因因素特征項之間的關聯(lián)和分布情況。在圖1中，各項致因因素間的連線表示共同出現(xiàn)在同一事故中，線條越粗表示共現(xiàn)頻率越高，致因因素之間的聯(lián)系越緊密；各項致因因素節(jié)點的大小，表明致因因素的重要程度，如施工方案編制或報批不規(guī)范R27的節(jié)點較大，說明該致因因素在市政工程生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡中發(fā)揮的作用大。

圖1 市政工程生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡圖Fig.1 Network diagram of accident causes of municipal engineering production safety

2.2.2 關鍵原因分析

社會網(wǎng)絡分析(SNA)中，中心性是用于測量個體在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中位置的優(yōu)越性和特權(quán)性，而個體的中心性指標又是用點度中心度來測量的。點度中心度包括絕對點度中心度(Degree)和相對點度中心度(NrmDegree)兩種，前者是指與該點直接相連的個體的數(shù)量，后者是指絕對點度中心度和網(wǎng)絡中個體的最大可能的度數(shù)之比。相對點度中心度的數(shù)學表達式為

(2)

式中:n為網(wǎng)絡中個體總數(shù)。

本文采用的中心性指標是相對點度中心度。在市政工程生產(chǎn)安全較大事故原因分析中，相對點度中心度越大的個體，表示該致因因素越易與其他致因因素組合共同引起市政工程生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。距離致因網(wǎng)絡中心越近的點，風險性越大。本文計算了市政工程生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡中各節(jié)點的相對點度中心度，表5中列出了相對點度中心度排列前15位的原因。

表5 市政工程生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡中各節(jié)點的相對點度中心度(部分)Table 5 Relative point degree centrality of accidents of municipal engineering production safety

由表5可知，R4、R42致因因素有最高的相對點度中心度，表明兩者最容易與其他致因因素組合導致市政工程生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

2.2.3 致因因素的網(wǎng)絡核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析

為了確定哪些致因因素處于核心地位，哪些致因因素處于邊緣地位，需要對市政工程生產(chǎn)安全事故致因因素進行網(wǎng)絡核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析，其結(jié)果見表6。

根據(jù)表6，將各項致因因素歸類為核心致因因素或邊緣致因因素，其中核心致因因素包括施工操作人員未佩戴安全防護R2、施工操作人員存在違章作業(yè)等違規(guī)操作行為R4、施工操作人員存在冒險施救或冒險作業(yè)行為R5、施工方案執(zhí)行不到位R28、未進行安全教育及培訓R31等19項；其余致因因素均為邊緣致因因素。致因網(wǎng)絡核心區(qū)域的網(wǎng)絡密度為30.842，邊緣區(qū)域的網(wǎng)絡密度僅為6.962，表明核心致因因素之間較邊緣致因因素之間的聯(lián)系更緊密，需要在安全管理中重點防控。因此，將核心致因因素作為市政工程項目安全風險評價指標，通過及時地管控核心致因因素，能夠高效阻隔風險在網(wǎng)絡中的傳導。

表6 市政工程生產(chǎn)安全事故致因因素的網(wǎng)絡核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析Table 6 Core-edge structure of risk-causing factor network of accidents of municipal engineering production safety

根據(jù)社會網(wǎng)絡相對點度中心度的排名，對指標進行排序。相對點度中心度越大的點，表示該原因越容易與其他原因組合共同導致事故的發(fā)生，居于致因網(wǎng)絡的中心，風險性越大。本文計算了市政工程生產(chǎn)安全事故致因主網(wǎng)絡中各節(jié)點的相對點度中心度，并根據(jù)社會網(wǎng)絡中相對點度中心度的大小作為二級評價指標權(quán)重排序依據(jù)，進而完成了市政工程項目安全風險評價指標的排序及歸一化處理，其結(jié)果見表7。

表7 市政工程項目安全風險評價指標的排序及歸一化處理結(jié)果Table 7 Ranking of safety evaluation indexes of municipal engineering projects

3 實例應用與分析

為了檢驗本文構(gòu)建的市政工程安全風險評價指標體系，是否能真實地評價市政工程項目的安全風險等級，是否能更好地指導市政工程項目施工，且保障施工安全，本文選取20個具有代表性的市政工程項目，運用偏序集評價方法對其進行了安全風險評價與風險排序。

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取包括唐山市某區(qū)棚戶區(qū)改造項目(A)、嘉善市政項目基坑開挖工程(B)在內(nèi)的全國20個在建市政工程項目作為研究樣本，邀請住建局、大型央企、研究院和高校的10位專家分別對20個在建市政工程項目進行了現(xiàn)場考察，并根據(jù)上述19項評價指標(見表7)對各市政工程項目進行打分，各題項專家評分取值范圍均為[0,100]，得分越高，表示該指標越有風險。各市政工程項目各項評價指標專家打分后取其算術平均值，并按照表7中評價指標權(quán)重排序形成初始數(shù)據(jù)表，見表8。

3.2 偏序集評價

由于表8無法對市政工程項目C與項目D進行安全風險大小的比較，更不能直觀、可視化地得出評價結(jié)果，故本文運用偏序集理論，第一步首先對市政工程項目安全風險評價指標初始數(shù)據(jù)進行累加變換(見表9)，這樣即使無法得出指標權(quán)重的具體數(shù)值但也可以比較兩者的大小。

表8 20個在建市政工程項目安全風險評價指標初始數(shù)據(jù)表Table 8 Initial data of safety evaluation indexs of 20 municipal engineering projects under construction

表9 20個在建市政工程項目安全評價指標評價初始數(shù)據(jù)的累加變換Table 9 Cumulative change of initial data of safety evaluation indexes of 20 municipal engineering projects under construction

第二步，通過對市政工程項目進行兩兩比較，得到其比較關系矩陣R，見表10。

表10 20個在建市政工程項目的比較關系矩陣Table 10 Comparison Matrix of 20 municipal engineering projects under construction

第三步,根據(jù)得到的比較關系矩陣和范懿[18]給出兩者之間的轉(zhuǎn)換公式，得到HASSE矩陣，見表11。

表11 20個在建的市政工程項目的HASSE矩陣Table 11 Hasse matrix of 20 municipal engineering projects under construction

第四步，為了更加直觀地評價20個在建市政工程項目的安全風險等級，通過HASSE矩陣繪制了HASSE圖，見圖2。

圖2 20個在建市政工程項目施工現(xiàn)場安全風險的HASSE圖Fig.2 Hasse diagram of safety risk of 20 municipal engineering projects under construction

3.3 評價結(jié)果分析

通過對20個在建市政工程項目施工現(xiàn)場安全風險的HASSE圖進行分析，可以得出評價對象間的分層和聚類信息。該20個不同的市政工程項目施工現(xiàn)場安全風險可分為4個層級，層級水平由下到上分別對應項目施工安全風險1(稍有風險)、2(一般風險)、3(顯著風險)、4(高度風險)。其中，處于第一層級水平為{E,A,B,C}項目；第二層級水平為{D,F,G,H,I,P}項目；第三層級水平為{J,S,O,Q,R,T,N}項目；第四層級水平為{M,K,L}項目。層級水平表示市政工程項目施工現(xiàn)場安全風險水平的高低，由于市政工程項目安全風險評價指標是消極指標，即{E,A,B,C}項目的施工現(xiàn)場安全風險水平高于{D,F,G,H,I,P}項目高于{J,S,O,Q,R,T,N}項目高于{M,K,L}項目，故本文排序結(jié)果符合現(xiàn)實，從而驗證了建立的市政工程項目安全風險評價指標體系的合理性。

通過對處于第一層級水平即安全風險為4(高度風險)的市政工程項目E進行分析發(fā)現(xiàn)：該項目施工現(xiàn)場存在施工操作人員違章作業(yè)等違規(guī)操作行為的現(xiàn)象較多；施工方案等技術方案的審批和編制工作流于形式，沒有針對性；安全培訓工作疏忽，導致施工操作人員安全意識淡薄，存在僥幸或冒險心理。此外，通過觀察項目施工現(xiàn)場安全風險的HASSE圖發(fā)現(xiàn)，大部分市政工程項目都處在第二和第三層級水平即安全風險為2(一般風險)和3(顯著風險)，說明現(xiàn)今我國市政工程項目施工普遍存在現(xiàn)場安全隱患，所以建立客觀、有效的市政工程項目安全風險評價指標體系是必要的。

4 結(jié) 論

(1) 本文通過對市政工程生產(chǎn)安全較大及以上事故調(diào)查報告的總結(jié)分析，明確了事故原因45項，更新了事故案例庫和市政工程生產(chǎn)安全事故致因詞條。

(2) 通過對市政工程安全生產(chǎn)事故致因因素社會網(wǎng)絡進行中心性和核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析，可識別出R1、R4等19項核心致因因素?？梢?，基于社會網(wǎng)絡分析的安全風險評價，不再將致因因素看作孤立的個體，而是從致因因素相互關系的角度去構(gòu)建致因網(wǎng)絡，為市政工程項目安全風險綜合評價提供了新思路。

(3) 利用社會網(wǎng)絡核心指標構(gòu)建了市政工程項目安全風險評價指標體系，實證證明新構(gòu)建的安全風險評價指標體系能夠為市政工程生產(chǎn)安全事故的預控提供參考。

(4) 在利用社會網(wǎng)絡分析構(gòu)建的市政工程項目安全風險評價指標體系基礎上，通過偏序集評價對樣本市政工程項目的安全風險進行排序，既能融合偏好者信息，又可體現(xiàn)多指標權(quán)重精確賦值，且偏序集評價得到的項目施工現(xiàn)場安全風險的HASSE圖比傳統(tǒng)的評價結(jié)果能更直觀地展示樣本項目之間的安全風險差異。