基于区间直觉模糊集的施工项目安全风险评价

温国锋,卓卫卫,赵 娜

(山东工商学院 管理科学与工程学院,山东 烟台 264005)

一、引言

建筑业是我国国民经济发展的重要支柱产业。近年来,建筑业频发的安全事故引起了广泛关注。我国政府相继出台《生产安全事故应急预案管理办法》《住房城乡建设部办公厅关于进一步加强建筑施工安全生产工作的紧急通知》等文件防控施工项目安全事故的发生,安全生产形势仍然很严峻。2018年上半年,全国建筑业安全事故死亡1 752人,相当于在建筑行业每天都有近10起安全事故发生、近10人死亡[1]。为了有效降低施工项目安全风险水平、减少安全事故的发生,需要对建筑施工项目的安全风险进行有效分析与评价。可根据评价结果了解施工项目当前所处安全状态,针对薄弱环节采取预防措施,及时消除安全隐患。由此可见,做好安全风险的分析与评价尤为重要。

目前,国内外学者采用不同方法评价施工项目安全风险。赵挺生等采用熵权法—CIM模型对高速公路施工临近房屋安全风险进行评价[2]。李聪将集对分析理论引入到物元模型中,构建了五元关联系数物元模型与偏联系物元模型进行建筑安全评价[3]。Z.Z.Wang采用贝叶斯网络研究地铁施工项目安全风险评估[4]。评价信息为精确的数字是这些方法的一个共同特点,但是决策环境的复杂性和决策者思维的模糊性导致决策信息经常是模糊和不确定的[5],这是精确的数字难以充分体现的。为了使评价信息更准确地描述客观事实、更充分地表达决策者的偏好信息,模糊集[6]、直觉模糊集[7]被相继提出。模糊集理论通过隶属度和隶属函数模拟和描述不确定信息,尤其是与人类语言有关的不确定信息[8]。直觉模糊集在模糊集的基础上,考虑了包含隶属度在内的非隶属度和犹豫度,因此处理不确定信息更具有灵活性和强大的功能[9]。

区间直觉模糊集不仅具有直觉模糊集好的性质,还拥有其自身优越的特性,主要通过区间直觉模糊数,即区间直觉模糊集的基本组成部分,表达决策者的决策信息。由于在实际决策过程中,决策环境的复杂性、决策者的知识结构、决策时间等现实因素使决策者很难提供精确地偏好信息,存在一定的犹豫度[10]。此时,区间直觉模糊数能够提供一种更合理、更实用的数学框架处理不确定和不完善的信息,能够更有效反映真实情况[11]。本文基于区间直觉模糊集对施工项目安全风险进行评价,利用区间直觉模糊数体现决策者在决策过程中可能存在犹豫的心理状态,更好地描述客观现实,充分表达决策者的偏好信息。但是,采用区间直觉模糊集方法在结果的表达上更多的是多方案的排序和择优[12-13],不符合本文对单个施工项目安全风险等级评价的研究目的,因此需要对其结果的表达进行改进。传统区间直觉模糊集方法是根据多个方案的群决策区间直觉模糊数与正理想解的贴近度或给定的排序函数的得分进行排序和择优[5,8],在本文的研究中,需要确定单个施工项目安全风险等级,因此,在改进区间直觉模糊集方法时,首先将各评价等级转换为相应的区间直觉模糊数,通过计算其与评价结果的相似度进行单方案风险等级划分,确定施工项目安全风险等级。

二、评价指标体系的建立

(一)影响施工项目安全风险水平的因素的识别

根据我国2010年以来房屋市政重大施工安全事故的发生类型(见表1)可以看出,高空坠落事故、物体打击事故、坍塌事故、起重伤害事故以及机具伤害事故是最主要的安全事故类型。为了减少这些事故的发生,需要找到其产生的原因,采用因果分析法识别表1中重大安全事故发生的主要原因,结合ISO核心认证业务中OHSAS18001的相关要求[14],例如要至少每年对员工进行一次安全培训,对突发事件和意外采取及时的应急措施等等,通过对事故原因的分析整理和归纳总结,以及对相关标准的研究识别施工项目安全风险的影响因素。

表1 2010年以来房屋市政重大施工安全事故情况

(二)施工项目安全风险评价指标体系的建立

为了保证施工项目安全风险评价指标体系的科学性、全面性,采用5M1E分析法[15]从人员、机器、原料、方法和环境对施工安全风险的影响因素进行识别、整理和归纳(见图1)。

通过问卷调查法收集指标信息,并采用相关性分析法对指标进行筛选,从而建立施工项目安全风险评价指标体系,如图2所示。该评价指标体系主要分为三层:目标层A=(施工项目安全风险);准则层Ci=(C1,C2,C3,C4,C5,C6)=(人员,机械设备,原料,方法,环境,管理);子准则层Cij=(C11,C12,C13,…,C63,C64)。

人员风险主要指人的不安全行为风险。包括人员安全意识水平、人员作业规范化程度和人员操作技术水平。人员安全意识风险表现为工作者缺乏安全意识,工作不谨慎,出现疏忽和精力不集中。人员作业规范化程度主要表现为人员作业时违反安全制度规定和纪律,以及没有按照规定的步骤和程序工作而造成意外事故。人员操作技术水平表现在操作人员没有取得资格证书或对操作过程不熟练,紧急情况下无法采取正确措施应对。

图1施工安全风险因果分析图

图2 施工项目安全风险评价指标体系

机械设备风险是指风险源来自设备的安全风险。包括设备安全装置完备程度、机械作业的规范化程度和设备故障风险。设备安全装置完备程度表现为设备配套的安全装置缺失或无法及时启用,不能起到避免伤害的作用。机械作业规范化程度表现为机械超负荷工作、超长时间连续工作等没有按照安全生产制度规定进行工作。设备故障风险表现为设备没有及时进行检查,无法识别潜在的不安全因素而在工作时出现故障,或者设备已经老化,一些功能丧失而没有及时换新使得设备在工作时发生事故。

原料风险指使用不合格或不适用的原材料而产生的风险。在施工过程中使用不合格材料大大提高了安全事故的发生率,尤其是工作人员防护用品的强度和刚性不达标。

方法风险是指风险来源于施工工艺或为安全生产采取的措施。包括安全目标的实施情况、安全风险防范机制的健全程度、方案变更风险和设计缺陷风险。安全目标的实施情况主要表现在没有设立安全目标、设立了安全目标但是没有为实现这个目标而采取措施或者采取了不恰当的措施。安全风险防范机制的健全程度表现为没有建立具有针对性的安全风险防范机制,或者安全风险防范机制不健全,存在漏洞。方案变更风险表现为施工方案变更的频率大或风险应对方案改动频繁。设计缺陷风险表现为方案设计存在漏洞。

环境风险指来自自然环境和社会环境的风险。包括作业面的条件、恶劣的天气条件、现场的地质条件和法律法规及政策风险。作业面的条件表现为作业面狭小但人员较集中,雨天作业面湿滑等。恶劣的天气条件指暴雨、冰冻、积雪、大雾等恶劣的作业天气。现场的地质条件表现在地质构造不合理、水文条件差、不良的地质作用等。法律法规及政策风险表现在对合同中的法律法规条件不理解,国家对工资、税率等的调整等。

管理风险指在施工项目的管理过程中产生的风险。包括组织工作的协调程度、安全管控的执行力度、应急及事故处理措施、与相关方的沟通。组织工作的协调程度表现在组织工作不协调,一些工序产生冲突而产生安全事故。安全管理松懈,控制不到位不及时。应急及事故处理表现为没有应急措施或采取应急措施不及时,耽误了最佳救济时间。与相关方沟通表现为沟通不融洽,导致资金无法到位、相关方不协助工作等。

三、施工项目安全风险评价模型的构建

(一)区间直觉模糊集的基本概念

由此可知,区间直觉模糊集的基本组成部分,即X中的元素x属于X的隶属度区间和非隶属度区间组成的有序区间对,称为区间直觉模糊数[16]。

为了有效处理上述的有序区间对信息,选取了区间直觉模糊数加权算术平均集成算子IIWAA对评价信息进行有效集成。

根据区间直觉模糊数的运算法则[8],函数IIWAA可进一步推导为:

(1)

在信息集成过程中,需要确定各个评价指标权重,因此采用熵函数对指标进行赋权。

(2)

公式(2)所示的区间直觉模糊集熵函数弥补了现有熵函数的缺点,考虑了区间直觉模糊集的所有要素,即区间直觉模糊隶属度、区间直觉模糊非隶属度和区间直觉模糊犹豫度,体现了区间直觉模糊信息不确定性,即模糊性和直觉性,与其他熵函数相比更加直观合理。

设专家ek(k=1,2,…,t),利用区间直觉模糊数对施工项目安全风险按照评价指标进行评价。基于以上熵函数,则指标Cj的权重可按照以下定义求出:

定义4[18]:指标Cj的权重可以表示为

(3)

依据决策者信息确定指标权重,减少决策的主观性,不仅充分地表达了决策者的意愿,而且减少了评价信息的缺失。

(4)

(二)施工项目安全风险分析问题描述

针对施工项目安全风险评价指标权重完全未知的情况,运用区间直觉模糊信息集成的方法来解决施工项目安全风险分析问题。拟对某施工项目安全风险进行分析,确定其风险等级。根据项目特点,邀请了该领域内3位经验、学历、背景等均不相同的专家构成了专家集e={e1,e2,e3},由管理层根据专家的综合素质及其对项目的了解程度确定其权重λ={0.3,0.5,0.2}。施工项目安全风险评价问题本质是多属性群决策问题,根据职业健康安全管理体系实施指南(GB/T28002-2011)和已有研究,将风险划分为五个风险等级,用ν=(ν1,ν2,…,ν5)=(极低风险,较低风险,一般风险,较高风险,极高风险)表示。借鉴戚筱雯提出的语言评价集转化为区间直觉模糊数的办法[20],将五级的语言评价集转化为有序的区间集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])表示极低风险,v2=([0.16,0.25],[0.64,0.75])表示较低风险,v3=([0.4,0.5],[0.4,0.5])表示一般风险,v4=([0.632 5,0.707 1],[0.225 4,0.292 9])表示较高风险,v5=([0.736 8,0.733 7],[0.156 6,0.206 3])表示极高风险。然后计算转化的区间直觉模糊数和对应等级的区间直觉模糊数的相似度,通过比较相似度的大小确定项目的安全水平。

(三)施工项目安全风险评价模型

基于上述理论分析,给出在评价指标权重完全未知的情况下,基于区间直觉模糊集的施工项目安全风险分析方法,具体步骤如下:

步骤7:根据公式4计算目标层的评价值与各个等级的区间直觉模糊数的相似度S,通过比较相似度的大小,确定施工项目安全风险所处的等级。

四、算例分析

拟对某施工项目安全状态进行评价,确定其安全风险等级,具体评价步骤如下:

表2 子准则层指标区间直觉模糊决策矩阵及其权重

表3 指标区间直觉模糊群决策矩阵及其权重

步骤3:根据定义5和定义6计算各指标的权重ωij(i=1,2,…,6),如表2所示。

步骤7:根据公式4得到评价结果S=(0.263 9,0.404 8,0.762 3,0.797 7,0.682 0)。根据计算结果可以得出该施工项目安全风险更接近于较高的风险水平。

评价结果不仅能得出施工项目安全风险水平,还能看出,人员的风险和管理风险存在的问题较严重,能应采取加强安全意识和安全教育培训,提高技术操作水平,建立健全安全风险的监控机制等措施减少安全事故的发生,降低人员伤亡和财产损失,缓和建筑业安全生产形势,促进建筑业健康持续发展。

五、结束语

本文通过5M1E分析法、整理归纳法等方法建立施工项目安全风险评价指标体系。基于区间直觉模糊集建立施工项目安全风险评价模型,并采用区间直觉模糊数加权算术平均算子IIWAA对评价信息进行集成,评价施工项目安全风险等级。由于区间直觉模糊集传统的结果表达方式不合符本文的研究目的,因此在结果的表达上对其进行改进,使得评价结果更加合理和准确。

由于本文在对结果的改进上,将语言评价值转化为区间直觉模糊数的过程中存在一定的信息丢失,今后研究中拟采用基于语言评价法或对区间直觉模糊数的结果表达进一步改进来弥补这一不足。