智慧工地安全管理影響因素研究
——基于灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)模型

朱嘉豪，李欣，方星月，朱修辰，項宏宇，畢妍

（安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230601）

建筑業(yè)蓬勃發(fā)展的同時伴隨著建筑安全事故的高頻發(fā)生，不僅會帶來人身和財產(chǎn)的損失，也在一定程度上制約著社會的發(fā)展，故有效提高建筑安全生產(chǎn)水平是實現(xiàn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。2017 年3 月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳在《進(jìn)一步加強建筑施工安全生產(chǎn)工作的緊急通知》中明確指出，要督促建筑施工企業(yè)加大安全生產(chǎn)投入，嚴(yán)格遵守各項安全標(biāo)準(zhǔn)和要求，進(jìn)一步加強和規(guī)范企業(yè)安全生產(chǎn)管理工作，推進(jìn)企業(yè)全員、全方位、全過程的安全管理。在“物聯(lián)網(wǎng)”“互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，將其引入到建筑項目施工現(xiàn)場，用以防范施工安全事故的發(fā)生。目前在許多大型的施工現(xiàn)場都開展了以“互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)為核心，以“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)為輔助的智慧工地信息系統(tǒng)的運用[1]。

1 智慧工地安全管理系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

智慧工地安全管理系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)飛速發(fā)展的時代背景下而產(chǎn)生的一款新型軟件應(yīng)用監(jiān)管系統(tǒng)，主要以《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50314-2015）、《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（GB 51348-2019）、《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50395-2007）、《入侵報警系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50394-2007）等各類行業(yè)設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)[2]，遵循“政府主導(dǎo)、企業(yè)主體、總體規(guī)劃、分步實施”的設(shè)計原則，通過建設(shè)一體化智慧系統(tǒng)為政府、企業(yè)及施工現(xiàn)場的工程管理提供先進(jìn)的技術(shù)手段，并在建筑施工作業(yè)現(xiàn)場安裝各類傳感裝置，構(gòu)建智能監(jiān)控和防范體系，有效彌補傳統(tǒng)方法和技術(shù)手段在監(jiān)管中的不足，實現(xiàn)對人、機、料、法、環(huán)的全方位實時監(jiān)控，變被動“監(jiān)督”為主動“監(jiān)管”。通過管理人員、施工人員和器械設(shè)備的三級聯(lián)動來全方面提高安全管理水平，實現(xiàn)資源高效利用，降低施工事故發(fā)生頻率，提升污染防控能力，以期待實現(xiàn)工程效益最大化、價值最大化。

智慧工地系統(tǒng)的運用為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理引入新理念，體現(xiàn)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針。但目前智慧工地系統(tǒng)在應(yīng)用過程中還存在大量的問題，不少專家學(xué)者在此領(lǐng)域也進(jìn)行了相應(yīng)研究。晉書元等[3]通過使用問卷調(diào)查等方法找出影響智慧工地建設(shè)的主要障礙性因素，通過使用模糊層次分析法將其分為直接影響因素、間接影響因素等四個層級；賈美珊等[4]篩選出20 項指標(biāo)并使用AHP 與ISM 綜合的方法識別出各相應(yīng)因素的層級關(guān)系及影響效度，最終找出主要影響因素，并提出針對性意見；葉躍斌[5]通過分析傳統(tǒng)建筑工地安全管理現(xiàn)狀及存在問題，闡述將智慧工地系統(tǒng)運用到建筑施工現(xiàn)場，以期提高建筑安全生產(chǎn)質(zhì)量；李華等[6]從生命周期視角出發(fā)，對智慧工地的安全度進(jìn)行評價研究，利用C-OWA 算子對所提取的16 個指標(biāo)計算權(quán)重，為智慧工地的本質(zhì)安全度計算建立了一種有限的模型；劉潔等[7]通過使用解釋結(jié)構(gòu)模型將影響智慧工地發(fā)展的阻礙性因素進(jìn)行分層研究，找出直接因素、關(guān)鍵因素和根源因素。

目前已有不少學(xué)者在此領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，但大部分都是采取單因素分析法，以定性研究為主，幾乎很少涉及多因素聯(lián)動的方法。基于此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，提取出八個影響智慧工地管理的主要因素，采用AHP 與灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合的模型，找出智慧工地在安全管理中存在的主要問題并提出相對應(yīng)的建議，利用智慧工地的安全管理推動我國建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

2 智慧工地安全管理因素指標(biāo)體系構(gòu)建

智慧工地系統(tǒng)在建筑行業(yè)應(yīng)用逐漸廣泛，但是在不同的建筑工地根據(jù)建筑項目特點大多只注重某些方面的安全防范而缺少系統(tǒng)全面性，通過對相關(guān)文獻(xiàn)資料的整理可以歸納出目前智慧工地系統(tǒng)在應(yīng)用及發(fā)展過程中主要存在如下幾個方面問題。

施工機械設(shè)備管理因素（X1）：工地現(xiàn)場往往會使用許多大型器械設(shè)備，此類器械設(shè)備在使用過程中，需要同步安全管理，避免因機械故障或人員操縱失誤造成損失。

施工作業(yè)人員安全意識因素（X2）：智慧工地安全管理系統(tǒng)需要施工現(xiàn)場各級人員互相配合，很多工程管理人員及施工人員安全意識薄弱，容易忽視智慧工地安全管理的重要性，導(dǎo)致智慧工地安全管理系統(tǒng)在施工現(xiàn)場得不到充分利用，從而未起到提升安全管理水平的作用。

企業(yè)投入的資金情況（X3）：相對于傳統(tǒng)的工程項目建設(shè)，智慧工地的建設(shè)需要企業(yè)投入大量的資金，當(dāng)企業(yè)資金緊張，則打造智慧工地過程中資金流將會受到限制，那么該因素在一定程度上也影響著智慧工地的安全管理。

施工現(xiàn)場用電安全管理因素（X4）：根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在各類施工事故中，因用電不當(dāng)所引發(fā)的安全事故不在少數(shù)，用電安全隱患一直是項目現(xiàn)場需要重點控制的，通過改善項目現(xiàn)場的用電安全水平，在一定程度上也能提高項目的收益水平。

政府相關(guān)政策、規(guī)范的引導(dǎo)（X5）：由于智慧工地的開展雖然在一定程度上可以減少安全風(fēng)險的發(fā)生，但同時也消耗企業(yè)的人力、物力，因此在推廣智慧工地的使用中，政府可以對積極推廣智慧工地的企業(yè)給予適當(dāng)?shù)馁Y金獎勵，對于不按規(guī)定執(zhí)行的企業(yè)采取相應(yīng)的懲罰措施。

施工現(xiàn)場作業(yè)人員流動性大（X6）：在一個項目的建設(shè)過程中通常會涉及土建、安裝、裝飾等分項工程，尤其對于較大規(guī)劃的項目而言還會劃分不同的作業(yè)標(biāo)段，所以導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)人員多、人員流動性大，從而加大現(xiàn)場的管理難度。

現(xiàn)場技術(shù)處理水平因素（X7）：智慧工地安全管理系統(tǒng)在使用過程中需要一定的技術(shù)支持，在智慧工地安全管理系統(tǒng)的使用過程中，需要配備相應(yīng)的技術(shù)人員，以便施工現(xiàn)場系統(tǒng)出現(xiàn)相關(guān)技術(shù)問題時，可以及時提出解決方案，避免因技術(shù)問題處理不當(dāng)而釀成施工安全事故。

施工作業(yè)現(xiàn)場人車管理因素（X8）：工地施工作業(yè)人員繁多，各類車輛進(jìn)出門檻低，無法形成有序管理，給施工現(xiàn)場增添了許多安全隱患，降低了工程管理效率，加大了現(xiàn)場管理難度，不利于智慧工地的開展。

3 模型建立

本文擬采用AHP-灰色關(guān)聯(lián)法計算綜合權(quán)重，運用主客觀賦權(quán)的方式，克服指標(biāo)評價過程中主觀方法的片面性以及客觀方法信息不對稱的缺陷。

3.1 灰色關(guān)聯(lián)法分析步驟

確定關(guān)聯(lián)系數(shù)：根據(jù)上述闡述的智慧工地應(yīng)用系統(tǒng)中存在的八個問題，由于各問題存在主次關(guān)系，在智慧工地管理系統(tǒng)應(yīng)用分析中，對各問題進(jìn)行賦值，可得到有序數(shù)列為XK={Xk1，Xk2，Xk3，…，Xkn}，如施工機械設(shè)備管理問題X1={X11，X12，X13,…,X1n}、人員管理系統(tǒng)性問題X2={X21，X22，X23，…,X2n}等。將此數(shù)據(jù)數(shù)列作為比數(shù)列，同時設(shè)參考數(shù)列X0={X01，X02，X03，…，X0n}，初始矩陣如下：

進(jìn)行無量綱化處理：根據(jù)所選取的主要問題各量綱與單位均不同，不能直接進(jìn)行比較，所以現(xiàn)對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，處理后的矩陣為Yi(k)，計算公式如下：

計算關(guān)聯(lián)系數(shù)：

其中，ρ為分辨系數(shù)，通常在（0,1）之間取值。為使所選取的數(shù)據(jù)具有說服力，本文通過查閱相關(guān)書籍，借鑒學(xué)者鄧聚龍教授[8]的研究，最終確定分辨系數(shù)取值為0.5。

3.2 AHP層次分析法模型建立步驟

構(gòu)造判斷矩陣：對各元素進(jìn)行賦值，采用1 標(biāo)度法進(jìn)行打分，然后兩兩進(jìn)行比較。

計算影響因素權(quán)重：通過上述的判斷矩陣，將各行相乘再開n次方根，即可得到一個新的向量，最后將其歸一化處理，即為影響因素權(quán)重。具體表達(dá)式如公式（4）所示。

3.3 建立灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)模型

通過上述求得的關(guān)聯(lián)系數(shù)i(k)和影響因素權(quán)重Wi，通過計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度可以得出各影響因素關(guān)聯(lián)度的大小，其中Ri越大，表明其對智慧工地的安全管理影響越大。

4 實證分析

4.1 計算智慧工地安全管理因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場走訪與文獻(xiàn)研究，邀請了現(xiàn)場項目管理工作人員4 名、高校教研工作人員4名，共計邀請8名專家對上述影響智慧工地系統(tǒng)的問題進(jìn)行打分，并采取十分制，最終將打分結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 專家打分記錄表

通過運用公式（2），進(jìn)行無量綱化處理，得到表2。

表2 無量綱化處理后數(shù)據(jù)

運用公式（3）計算差序列與關(guān)聯(lián)度系數(shù)，結(jié)果如表3、表4所示。

表3 差序列

4.2 影響因素權(quán)重的計算

同時邀請上述專家，對各指標(biāo)的重要性進(jìn)行打分，采用1 標(biāo)度法對各因素進(jìn)行對比，通過整理最終得到的數(shù)表如表5 所示，經(jīng)過計算判斷矩陣的系數(shù)如表6所示。

表5 判斷矩陣原始數(shù)表

表6 判斷矩陣的權(quán)重

根據(jù)表6 數(shù)據(jù)，可以計算出λmax=8.3396，根據(jù)3.2 章節(jié)的公式，計算出CI=0.0485，當(dāng)n=8 時，通過查表RI=1.41。所以，CR=0.034＜0.1，通過一致性檢驗。

4.3 灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)上述灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度公式，可以計算出對智慧工地管理影響因素的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)系數(shù)，R=（0.924，0.912，0.791，0.829，0.703，0.780，0.712，0.674）。通過關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小，可以達(dá)到的序列關(guān)系為R1＞R2＞R4＞R3＞R6＞R7＞R5＞R8，分別對應(yīng)的影響因素為施工機械設(shè)備管理因素、施工作業(yè)人員安全意識因素、施工現(xiàn)場用電安全管理因素、企業(yè)投入的資金情況等。

5 加強智慧工地安全管理的對策建議

針對上述研究知道目前智慧工地在安全管理應(yīng)用過程中還存在較大的問題，鑒于此，本文針對上述研究要素提出針對性意見和方法，旨在促進(jìn)智慧工地安全管理系統(tǒng)發(fā)展。

5.1 加強設(shè)備機械安全管理，提高智慧工地安全生產(chǎn)水平

對于工程項目來說，部分大型機械設(shè)備的監(jiān)管始終是重要問題，因機械設(shè)備監(jiān)管不當(dāng)引發(fā)的安全事故十分常見，例如塔吊、升降機、地磅、卸料平臺等設(shè)備，推薦使用“人-機”雙測模式[9]?？稍谥腔酃さ叵到y(tǒng)的塔吊界面增添監(jiān)測、預(yù)警模塊，對塔機的載重情況以及人員的操作進(jìn)行全過程實時監(jiān)測[10]，預(yù)警模塊可以切實防范意外發(fā)生。升降機結(jié)合人臉識別技術(shù)，記錄操作人員和班次，同時在每臺施工升降機上安裝重量感應(yīng)器實現(xiàn)對施工升降機載重的監(jiān)控。另外，加裝智能地磅方便車輛進(jìn)場時完成毛重稱重后將數(shù)據(jù)自動存入系統(tǒng)，減少人力資源消耗的同時也避免人為記錄可能造成的誤差，方便管理者審核、監(jiān)督稱重車輛及事故追溯[11]。當(dāng)車輛存在異常行為，系統(tǒng)將暫停卸貨，確保人員與貨物的安全，從而降低人身傷害及經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險。

5.2 提高施工作業(yè)人員安全意識，加強現(xiàn)場安全防范管理

施工人員的安全意識是影響安全事故發(fā)生頻率的重要影響因素之一。目前智慧工地系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，仍存在許多管理問題[12]，施工作業(yè)人員對安全管理不以為然，需要通過一些信息手段提高作業(yè)人員安全意識。推薦使用“2h 虛擬-現(xiàn)實”的教育管理方法，即在工人的實名制的基礎(chǔ)上建立VR 視頻安全教育專區(qū)[13]，將虛擬視頻與文字結(jié)合形成常規(guī)安全教育、相關(guān)工程安全案例視頻及安全注意事項，此方式讓工人可以更好地吸收和內(nèi)化安全教育。通過互聯(lián)網(wǎng)記錄數(shù)據(jù)可以實時查詢個人安全意識程度，安全員也可直接從系統(tǒng)上觀察工人學(xué)習(xí)情況，保證施工人員安全意識強度。此外，可以在系統(tǒng)上及時更新國家及地方地區(qū)相關(guān)安全管控法律法規(guī)，便于規(guī)范各類安全管理問題。

5.3 加強施工現(xiàn)場用電安全管理，助力項目平穩(wěn)健康發(fā)展

建筑項目施工現(xiàn)場往往存在電氣設(shè)備安裝不恰當(dāng)、使用不合理、維修不及時等問題，這不僅會造成資源浪費，甚者會引發(fā)電氣火災(zāi)事故，造成人員傷亡，帶來重大損失，故將“24h-EM”模式引入到智慧工地安全監(jiān)管系統(tǒng)中意義重大。通過用電安全智能設(shè)備實現(xiàn)24h 對電氣線路的電壓、電流、功率、漏電情況等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測[14]，系統(tǒng)可根據(jù)提前設(shè)置好的閾值進(jìn)行安全預(yù)警，通過聲光報警、短信報警、手機APP 端、電話通知等方式提醒用戶用電系統(tǒng)安全狀況，實現(xiàn)用電安全隱患事前預(yù)警、事中報警、事后管理。管理員也可隨時通過手機或電腦等移動端了解關(guān)聯(lián)設(shè)備的用電情況，有效預(yù)防用電安全事故發(fā)生，以實現(xiàn)智慧工地用電安全的動態(tài)監(jiān)管。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段智慧工地安全管理系統(tǒng)雖然在建筑項目現(xiàn)場逐步開始使用，但是仍有很多亟待完善的地方，例如大數(shù)據(jù)背景下智慧云服務(wù)、運營管理等，而建設(shè)單位正需要一個能夠不斷完善和建立信息化、數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)?；诖?，本文通過建立灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)模型，找出智慧工地安全管理系統(tǒng)中存在的影響因素，在原有智慧工地的基礎(chǔ)上提出部分改進(jìn)優(yōu)化意見，旨在進(jìn)一步推動傳統(tǒng)建筑施工安全管理。未來會保持對智慧工地系統(tǒng)的持續(xù)關(guān)注，對安全管理方面存在問題進(jìn)行更加系統(tǒng)的分析研究，為建設(shè)項目人員安全、設(shè)備安全、環(huán)境安全和工程安全等保駕護(hù)航，助力推動建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。