基于模糊决策的水利施工安全风险识别方法

朱以明 苏州明骏建设工程有限公司

陈允生 江苏祥通建设有限公司

陆红 苏州市宏大建设工程有限公司

水利工程项目与其他类型项目相比具有繁杂性和周期性的特点，在具体施工过程中包含的不确定因素众多，因此更加容易造成风险隐患的存在，引发严重的安全事故。为了能够确保水利工程项目顺利的实施，对施工过程中的安全风险进行有效识别是十分有必须要的。当前针对安全风险识别的方法包括层次分析法、聚类法、模糊决策法等。由于在水利施工过程中其安全风险受到技术问题、自然环境问题、组织管理问题等诸多方面的影响，因此采用前两种识别分析方法很难实现对其安全风险的高精度识别，无法为水利工程的安全施工提供保障。因此本文下述将开展基于模糊决策的水利施工安全风险识别方法设计研究。

1.基于模糊决策的水利施工安全风险识别方法设计

1.1 水利施工安全风险类型划分

由于水利项目施工是一项系统性的工程，因此在施工过程中会受到众多因素的影响，并且各项因素之间也会存在相互影响。为了能够实现对水利施工安全风险更加准确地划分，结合水利工程施工项目的实际情况以及施工经验，初步设计施工安全风险类型如图1所示。

从图1 可以看出，安全风险类型共分为五类，各个安全风险相互之间都存在一定关联，并且每一类安全风险自身内部因素也会相互影响。将图1中所有风险类型作为一级风险指标，其中建设风险是指在施工过程中由于建设施工本身存在问题而造成的安全事故，在这一类风险当中又可划分出施工周期、安全措施、运行对接等多个二级风险指标。其中部分二级指标可实现定量评价，部分可实现定性评价。自然风险又可称之为环境风险是指在施工过程中受到环境影响而造成的危险事故。这一类风险当中包含的二级风险指标有：周围道路环境风险、施工现场环境风险、周围居民环境风险等。在实际施工过程中，还存在占地和产权等方面的问题，对于施工而言会产生不同程度的负面影响，这一影响也属于自然风险范畴当中。

图1 水利施工安全风险类型划分示意图

1.2 基于模糊决策的安全风险因素汇总与权重确定

考虑到各项风险类型当中的风险因素涉及范围广且存在不确定性，因此引入模糊决策方法进行汇总，并针对不同风险因素的重要性对其权重进行明确。通过构建判断矩阵和隶属矩阵的方式，结合专家打分，针对所有安全风险类型，对其风险等级进行明确，风险等级的排序按照风险对水利施工安全的威胁程度从高到低依次划分为高等级、较高等级、中等级、较低等级和低等级，其对应的风险分值分别为0.8～1.0、0.6～0.8、0.4～0.6、0.2～0.4、0～0.2。对不同的安全风险因素进行赋值，表1为安全风险因素的赋值表。

表1 安全风险因素赋值表

为了进一步探究上述安全风险因素的权重，引入模糊决策，针对各个安全风险因素的关联程度以及重要程度进行评价，其表达式为：

公式（1）中，λ表示为不同安全风险因素的权重分配结果；n表示为所有安全风险因素数量；U表示为安全风险类型总数；w表示为某一安全风险类型i的关联度。根据上述公式，计算得出不同安全风险的权重。同时，在对权重进行分配时，分别从图1中五个不同安全风险类型分别进行，即每一项水利施工安全风险类型中对应的安全风险因素权重总和为1，权重分配数值越大，则说明该安全风险因素的重要程度越高，对安全风险的影响越大；反之，权重分配数值越小，则说明该安全风险因素的重要程度越低，对安全风险的影响越小。

1.3 构建水利施工安全风险模糊评价识别模型

根据上述论述，在明确水利施工安全风险类型和各个类型下的安全风险因素权重基础上，构建水利施工安全风险模糊评价识别模型。采用模糊决策计算方法，假设所有安全风险因素的集合为K，所有的权重数值为M。在计算的过程中，将其转换为评价识别集E上的模糊矢量，其计算公式为：

公式（2）中，B表示为评价识别集E上的模糊矢量；b表示为不同安全风险因素对应的模糊矢量，j的取值为1,2,3，……，n；R表示为各个安全风险因素的评判矩阵。公式（2）中〇的表示为综合评价合成算子，在上述公式当中，〇又可称之为矩阵乘法。在上述公式计算的基础上，构建识别模型的具体步骤如下：

第一步，根据上述模糊决策法确定的各项水利施工安全风险类型以及相应安全风险因素，利用公式（2）对各个评价指标作出在一级评价因素范围当中所有单个安全因素的综合评判；

第二步，再综合五个水利施工安全风险类型隶属度，完成对评判矩阵的构建，并根据这五个安全风险类型下不同安全风险因素的相应权重，同样按照上述公式（2）完成模糊决策计算，并给每一个安全风险因素一个明确的综合总评判结果，以此完成对水利施工安全风险模糊评价识别模型的构建。

1.4 安全风险层次排序与一致性检验

在上述水利施工安全风险模糊评价识别模型的基础上，还需要确定整个结构当中各个单项安全风险因素的得分，从而完成对安全风险的层次排序。将上述所有指标下的安全风险因素的综合评价结果进行量化处理和参数化处理，以此使其各个评价指标均能够实现量化评价。假设S表示为各个安全风险的总得分，C表示为在评价结合当中某一级别V上的综合设置分数。根据上述论述内容，得出各个安全风险总得分的计算公式应为：

公式（3）中，n表示为水利施工安全风险的类型数量，在本文水利施工安全风险识别当中，n的取值为5。根据上述公式可以进一步计算得出各个安全风险在水利施工当中的评价总得分。通过对比结果，得到其相应的安全风险等级，并实现对其每一层次的单独排序。在完成上述操作后，为了确保最终得出的识别结果具有更高的精度，还需要对识别结果进行层次检验。检验的主要内容是对识别结果的一致性进行分析，在检验的过程中可引入如下公式（4）：

公式（4）中，CI表示为通过本文上述提出的识别方法得出结果的一致性系数；χ表示为在判定矩阵当中最大的特征值。在计算的过程中，得出的结果CI值若小于0.1，则说明上述方法识别结果的一致性能够通过检验，识别结果能够应用到水利施工当中为其安全防护措施的提出提供依据；反之，若计算得出的结果CI值大于或等于0.1，则说明上述方法识别结果的一致性未通过检验，得出的识别结果不具有实际应用价值。

2.对比实验

综合本文上述论述，在完成对基于模糊决策的识别方法理论设计后，为了进一步验证该方法在实际应用中是否能够实现对水利施工安全风险的有效识别，选择将本文提出的识别方法与基于网络分析法的识别方法应用到某水利施工项目当中，并针对其存在的安全风险进行识别。水利工程施工项目无论是新建还是扩容都极易出现由于管理不当而造成项目失败的问题产生，其源头都可追溯到缺乏正确的安全风险识别方法上。针对这一问题，将两种识别方法应用到某水利施工企业当中，结合完整的工程项目信息资料，对其安全风险进行识别。综合本文上述识别思路，确定该工程项目当中各个风险类别下的二级指标包含施工周期、安全措施、运行对接、总体规划、设备技术、规划设计、资金可靠性以及投资回报率等。为了确保实验结果的客观性，在对安全风险进行划分时，均按照本文上述划分思路完成，对上述五种安全风险类型编号为风险I、风险II、风险III、风险IV和风险V，表2为五种安全风险类型对应的权重分配。

按照表2中的分配方式完成对五种安全风险类型权重划分，在上述实验基础上，将两种识别方法得出结果的一致性作为评价指标，通过计算两种识别方法对五种风险类型识别结果与实际情况的一致性系数，实现对其量化对比分析。一致性系数的计算公式（5）为：

表2 五种安全风险类型对应权重分配表

公式（5）中，λ表示为识别结果与真实情况的一致性系数；ε表示为各个风险类型的相对一致度，可通过风险类型权重与实际该风险影响程度的比值得出；y表示为各个识别指标的正理想解。根据上述公式（5），计算得出两种方法识别结果的一致性系数，并绘制成表3。

表3 两种识别方法一致性系数对比表

根据表3中数据对比分析得出，基于模糊决策的方法识别结果λ值均高于0.900，而基于网络分析法的方法识别结果λ值均未超过0.850。已知一致性系数越高，则该识别方法的识别结果与真实情况一致性越强；反之，一致性系数越低，则该识别方法的识别结果与真实情况一致性越差。因此，通过上述实验及得出的实验结果进一步证明，本文提出的基于模糊决策的风险识别方法在实际应用中一致性系数更高，识别结果与真实情况的一致性更强，识别精度更高。将本文提出的识别方法应用到实际水利施工当中，可以为水利施工安全决策的提出提供有利的依据条件，在促进水利施工质量提升的同时，保障施工人员的人身安全以及设备运行安全。

3.结束语

当前水利工程的规模得到了进一步地扩大，其风险问题也逐步得到了重视，本文针对水利施工中的常见风险进行研究，并提出了一种基于模糊决策的风险识别方法。将该方法应用于实际能够有利于水利工程的全面推进。同时，水利施工企业可结合本文方法的识别结果提出相应的安全风险防范策略，从而在风险未发生前实现对其控制，将影响范围和程度降低到最低，具有十分重要的现实意义。