基于模糊ISM−DEMATEL的地铁施工安全氛围形成模型研究

李瑚均，陈辉华，程保全，户晓栋，蔡茜

(1. 中南大学 土木工程学院，湖南 长沙410075；2. 河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作454003)

地铁交通系统可有效缓解地面交通紧张，且运营阶段具有安全、平稳、节能和环保等特点，近年来我国各大城市积极推进地铁工程建设。然而因大部分地铁工程深埋地下，施工过程中受到复杂水土环境和现场管理的多重影响，安全事故时有发生，给国家、社会、企业和个人带来严重的有形和无形损失[1−2]。施工安全事故的管控一直是业内的热点问题，国内外学者多从技术与管理2个层面探究安全事故的致因机理与规避策略。技术层面的研究主要集中在BIM、虚拟现实(VR)、计算机视觉(CV)、可穿戴设备等方面[3−4]；而管理层面的研究更多以施工安全氛围(文化)为关注点[5]。施工安全氛围是指施工作业人员共享的对现场安全管理的认知，该认知表征了项目管理组织对施工安全的重视程度[5]。施工安全氛围源自ZOHAR在1980年提出的安全氛围[6]，对该构念最早的研究是 在1991 年，DEDOBBELEER 等[7]尝 试 探 究BROWN 等[8]提出的组织安全氛围因子模型是否适用于建筑业，研究否定了BROWN & HOLMES 的因子结构模型在建筑业的适用性，提出了经典的双因子施工组织安全氛围结构模型，即安全管理承诺和工人安全参与。施工安全氛围是工程安全绩效的显著影响因素，积极的施工安全氛围有利于激励工人形成良好的安全行为，进而降低安全事故的发生频率，那么如何在现场营造积极的施工安全氛围是现场管理者急需解决的现实问题，而解决此问题的关键是需要系统了解施工安全氛围的形成过程。然而综合分析现有研究发现，研究人员主要聚焦该构念的测度方法、要素结构、前置变量以及其与其他安全相关变量(比如安全行为)的关系等方面[9−10]。虽有部分学者强调了单变量(比如管理者能力等)对施工安全氛围具有显著影响，但仍缺乏施工安全氛围的形成模型研究。特别是针对地铁工程，特殊的施工环境导致安全事故极易发生，更需要开展施工安全氛围的形成过程分析。综上，本文以地铁工程为载体，对施工安全氛围的形成模型开展深入研究。首先基于文献分析识别地铁施工安全氛围的影响因素，然后通过访谈地铁工程安全管理专家完善地铁施工安全氛围影响因素清单，后运用模糊ISM-DEMATEL方法分析影响因素间的关系，构建地铁施工安全氛围的多层结构形成模型，最后选用案例验证该模型的适用性。本研究揭示地铁施工安全氛围的多层结构形成过程，可有效指导地铁工程安全管理人员通过采取安全策略提升施工安全氛围，进而降低甚至规避施工安全事故发生。

1 地铁施工安全氛围影响因素识别

1.1 基于文献识别施工安全氛围影响因素

通过综合检索国内外的文献数据库，为保证完备性，文献检索不限定地铁工程。选择知网数据库检索中文相关文献，检索词为“建筑安全氛围”“施工安全氛围”“项目安全氛围”和“建筑安全气候”，文献来源限制为EI，CSSCI和CSCD，检索得到16 篇中文文献。选择Scopus 数据库检索英文文献，检索主题为“construct* safety cli‐mate”，筛选后获得138篇英文文献。后以上述154篇文章为数据集，经过认真阅读和整理，识别文献中的工程施工安全氛围影响因素(见表1)。

1.2 基于专家访谈完善地铁施工安全氛围影响因素

为了更深入挖掘地铁施工安全氛围影响因素，分别访问了20 位地铁安全管理专家(6 名教授和14名地铁工程安全管理人员)。所选专家均在地铁安全领域有多年的科研或工作经验，他们被邀请对从文献中识别的施工安全氛围影响因素进行评估，并基于工作经验补充以往研究未涉及的影响因素。

综合文献分析与专家访谈结果，共识别27 个地铁施工安全氛围影响因素(如表2 所示)。表2 中带“*”的影响因素为基于专家访谈获得。此外，经过专家访谈后，表1 中“工作准备会议”并入“安全规则与程序”；“工程安全风险”被细化为“复杂地层”、“复杂水环境”和“既有工程构筑物”3 类地铁工程风险。复杂地层指代区间经过软土地层、砂土地层、复合地层或者存在孤石等风险因素，复杂水环境指代临近或下穿地表水、地下水位高等风险因素，既有工程构筑物指代下穿地表建筑物、临近地下隧道和地下管线等风险因素。

表1 基于文献识别的施工安全氛围影响因素Table 1 Influential factors of construction safety climate based on literature

表2 地铁施工安全氛围影响因素Table 2 Influential factors of subway construction safety climate

2 地铁施工安全氛围形成模型构建

2.1 构建模糊ISM-DEMATEL方法

本文构建的模糊ISM-DEMATEL 方法包括以下步骤。

步骤1：构建由l,m,r表示的三角模糊数(l,m,r)，其中l≤m≤r。并设计语言算子和三角模糊数间的映射关系(如表3所示)。

表3 语言算子和三角模糊数Table 3 Language operators and triangular fuzzy numbers

步骤2：邀请专家评估表2 中影响因素Fi与Fj间的影响关系，并基于评估结果构建三角模糊关系矩阵E͂k，如式(1)所示。

步骤3：运用CFCS 方法[24]处理模糊数据，求出影响因素的直接关系矩阵E，如公式(2)～(7)所示。

上述式子中：

p为专家的总人数。

步骤4：规范化直接影响矩阵，得到规范化矩阵S(S=[sij]n×n)，如式(8)所示。

式中：maxeij为矩阵E中的最大值。

步骤5：计算因素系统间的综合影响矩阵T(T=[tij]n×n)，如式(9)所示。

其中I为单位矩阵。

步骤6：选择合适的λ对T进行删减得到关联矩阵R(R=[rij]n×n)，如式(10)所示。

步骤7：在关联矩阵R的基础上求解元素的可达集合Qr和前项集合Qa，逐次去掉可达集合与前项集合交集为空集的元素，求解系统结构层次。

地铁施工安全氛围的形成是影响因素相互作用的系统过程，应运用系统分析方法研究地铁施工安全氛围的形成模型。ISM-DEMATEL 结合了ISM 与DEMATEL方法，该方法可通过分析影响因素间的关系建构研究系统的层级结构，从系统角度梳理关注问题的形成过程，并且计算过程较传统的ISM 方法简便，是剖析系统结构的先进方法[25]。模糊ISM-DEMATEL 方法是模糊理论与ISM-DEMATEL 方法的集成，将模糊集引入ISMDEMATLE方法可以有效降低人因决策导致的模糊误差[24]。因此，模糊ISM-DEMATEL方法可解决系统的层级结构问题，又可降低操作过程的人因误差，适用于地铁施工安全氛围的形成分析。

2.2 地铁施工安全氛围形成模型

基于本文3.1，选取20 位地铁施工安全管理专家进行问卷调查。收集和整理访谈数据，获得模糊关系矩阵。然后运用MATLAB 按照式(2)～(9)进行矩阵运算，求得综合影响矩阵T。基于式(10)，选取λ=0.2删减综合影响矩阵T，得到地铁施工安全氛围影响因素关联矩阵R(见图1)。

图1 地铁施工安全氛围影响因素关联矩阵Fig.1 Relationship matrix of the influential factors of subway construction safety climate

以关联矩阵R为基础，计算各地铁安全氛围影响因素的可达集合(见表4)，然后逐次删掉可达集合与前项集合为空集的影响因素，可得到地铁施工安全氛围的多层结构形成模型(如图2)。经过模糊ISM-DEMATEL 运算可得到一个8层的初始系统结构。经过充分讨论合并相关层级，形成最终的地铁施工安全氛围多层结构形成模型，包括社会基础层、组织−工程中间层、管理者−工人交互层和地铁施工安全氛围层(顶层)。

图2 地铁施工安全氛围多层结构形成模型Fig.2 Multi-tier model for formation of subway construction safety climate

表4 地铁施工安全氛围影响因素可达集合Table 4 Reachable set of the influential factors of subway construction safety climate

社会基础层是地铁施工安全氛围形成的根本原因，此部分对应前文的社会类影响因素。组织-工程中间层包括了工程环境风险和工程参与组织的因素。除3 类工程环境风险和安全心理契约外，组织层面因素细分为两小层级：企业的安全文化与组织价值、制度压力分别从主动和被动2路径激励企业开展安全管理，是组织层面的深层次原因；安全政策、安全规则与程序、安全培训与教育、安全资源投入等安全管理系统要素是企业开展安全管理的表征。且工程环境风险也促使管理组织重视安全管理系统要素。

管理者−工人交互层是地铁施工安全氛围形成的关键层。管理者是现场安全管理的直接负责人，施工安全氛围多是通过工人与管理者间的安全交互形成的。管理者可通过多路径影响施工安全氛围。管理者的能力、领导风格和安全承诺可通过和谐工作环境和工人心理因素(个人组织适配、社会认同和工作满意度)影响安全沟通效果，进而提升工人安全知识水平并最终提升施工安全氛围水平；同时管理者能力与安全承诺也可直接影响沟通效果；此外，管理者安全承诺可直接激励施工安全氛围(比如，管理者加大现场安全检查力度，工人可认知到项目部对安全管理特别重视)。工人自身的因素对施工安全氛围的作用逻辑也不同，知识水平、个人特质和工作压力是施工安全氛围的近端影响因素；而个人组织适配、社会认同和工作满意度是更为远端的影响因素，通过作用管理者与工人沟通过程进而影响施工安全氛围。

地铁施工安全氛围的直接影响因素包括安全资源投入、管理者安全承诺、业主主动参与、安全知识水平、个人特质和工作压力，其中工人因素占比较大，一定程度说明工人自身的属性或特征对地铁施工安全氛围的影响较为显著，管理者安全承诺处于核心位置(入向线与出向线较多)。除此之外，安全沟通、管理者领导风格、安全培训与教育、制度压力、安全文化和组织价值在地铁施工安全氛围形成过程中也具有显著的作用。

3 案例应用

3.1 案例概况

CS 地铁4 号线HF 标段(后续称X 项目)采用盾构法施工，区间工程地质包括泥灰岩、砂岩和复合地层。工程项目紧邻湘江，地下水位受气候和湘江水位影响在0～9.6 m 波动。工程项目下穿地表建筑物7 座。整体而言，X 项目施工面临巨大的安全风险。为更好地开展施工安全管理，项目总承包方欲通过构建积极的施工安全氛围进而提高工程现场安全绩效。在项目前期对现场作业工人的安全氛围认知进行抽样调查，发现整体项目施工安全氛围水平不高。

3.2 X项目施工安全氛围关键影响因素识别

为找出X 项目施工安全氛围水平不高的原因，并为后续提升施工安全氛围的提供思路，项目部与课题组就如何提升施工安全氛围的问题展开合作。课题组即组织团队成员识别前文所述的施工安全氛围影响因素(如表2)，并构建了地铁施工安全氛围多层结构形成模型(如图2)。

基于此，课题组与项目总承包方对X 项目的施工安全氛围开展了深入的现场调查和多轮专家讨论，识别了X 项目施工安全氛围的关键影响因素及其水平(如表5所示)。

表5 X项目施工安全氛围的关键影响因素Table 5 Key influential factors of construction safety climate of X project

3.3 X项目安全管理措施制定及效果

在识别X 项目施工安全氛围的关键影响因素的基础上，安全管理措施的制定依托于前文构建的地铁施工安全氛围多层结构形成模型和项目总承包方的管理经验。首先基于模型中关键影响因素所在的因果链路确定应考虑的调整因素，确定原则为“前因原则”和“截断原则”。“前因原则”是指关注关键影响因素的前因(只考虑一阶前因)控制根源；“截断原则”是指通过控制关键影响因素的后果(只考虑一阶后果)来截断因果链路。比如针对安全规则与程序不统一，通过“前因原则”可识别制度压力、安全文化和组织价值等，而通过“截断原则”可识别管理者领导风格和管理者安全承诺。然后依据应考虑的调整因素结合X 项目总承包方的管理经验制定对应的安全管理措施。经过多轮专家讨论后，最终确定适合X 项目的施工安全氛围提升措施(如表6所示)。

表6 X项目采取的管理措施Table 6 Management measures of X project

管理措施实施3个月后，总承包方再次对作业工人的安全氛围进行抽样调研，发现项目整体的施工安全氛围有明显增强。且X 项目在工程施工阶段未发生任何安全事故，未出现工人严重伤害的安全事件。

4 结论

1)基于文献分析与专家访谈识别出27 个地铁施工安全氛围的影响因素，这些影响因素可划分为5类：社会环境因素、工程环境因素、组织或团队因素、管理者因素和工人因素。

2) 集成模糊理论和ISM-DEMATEL 方面构建了模糊ISM-DEMATEL 方法，并运用该方法构建了施工安全氛围多层结构形成模型，该模型包括4个层级：社会基础层、组织−工程中间层、管理者−工人交互层和顶层。在众多地铁施工安全氛围影响因素中，管理者安全承诺为核心影响因素，安全沟通、管理者领导风格、安全培训与教育、制度压力、安全文化和组织价值为显著影响因素。

3) 选用X 项目验证了本文构建的地铁施工安全氛围多层结构形成模型的可用性，结果表明该多层结构形成模型可以有效指导现场安全管理人员识别关键的施工安全氛围影响因素和制定管理措施培育积极的施工安全氛围，进而提升项目现场安全水平。