基于组合赋权－物元可拓的建筑施工安全管理水平评价

程方明，王琛琛，邱静雯，刘标标

（1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.西安科技大学 西安市城市公共安全与消防救援重点实验室，陕西 西安 710054；3.西安捷锐消防科技有限责任公司，陕西 西安 710000）

0 引言

近些年来，随着建筑业的发展，带动了大量关联产业，对经济社会发展、城乡建设和民生改善发挥着重要作用，但同时建筑施工中的安全问题层出，建筑施工过程中事故发生频率呈现不断增加的趋势，工伤事故、意外事故的发生愈发频繁［1－2］，暴露出建筑安全管理存在不足。因此做好建筑施工过程的安全管理工作，有效辨别现场潜在风险和隐患，明确安全管理工作的改进方向，对预防事故的发生、推进建筑施工项目进展有着重要意义。

学者们相继提出诸多评价方法用于建筑领域，并取得较为可观的效果。卢岚、魏茜茜等利用模糊层次分析方法对建筑施工过程进行安全评价［3－4］；李磊等基于模糊综合评价法评估建筑施工项目事故应急能力［5］；姜秀慧依据《施工企业安全生产评价标准》的取值方法和权重标准从人、机、环、法、料5个方面对建筑施工项目安全生产能力进行综合评价［6］；LIU采用云计算对在建工程进行安全评价［7］；冯亚娟等基于集对分析法构建装配式建筑施工安全评价模型［8］；DEJOY提出分配理论模型对建筑施工现场进行安全评价［9］；成连华基于AHP-DEMATEL的评价模型评估建筑施工项目安全风险［10］；DUFF提出将安全管理评价和工人行为评价相结合的观点［11］；陈红卫提出建立以人为本的现代安全管理思想［12］；LIN等通过建立ICM（智能建设管理）成熟度评价体系评估建筑企业［13］；范贤贤运用变异系数法－灰色综合评价模型评价建筑施工安全［14］；DUAN等探讨绿色建筑施工管理，指出建筑施工环境管理的重要性［15］；PARSAMEHR基于进度、成本、质量和安全管理考虑建立施工决策框架［16］；ZHONG等将BIM 技术运用在施工进度、现场材料、施工人员安全的管理中［17］。

综上，目前对于建筑施工的评价研究多关注于风险因素的评价和改进，缺少从全流程管理角度出发探索安全管理诟病。因此文中着眼于建筑施工安全管理水平，运用PDCA循环管理方法探究建筑施工安全管理影响因素，构建建筑施工安全管理评价体系，建立物元可拓评价模型，实现对建筑施工项目安全管理综合评价，以期为建筑行业的安全施工提供参考。

1 建筑施工安全管理评价指标

1.1 确定评价体系指标因素

PDCA管理循环［18］是全面管理应遵循的基本程序，具有全面性和系统性的特点，包括策划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）和改进（Action）4个工作阶段。基于PDCA管理理论确定各指标因素，通过文献查阅［19］及现场调研，分析PDC三阶段建筑施工安全管理工作要点，确定评价指标要素。

1.1.1 策划（P阶段）

对整个建设工作的安排和依据，即在项目开展前，在明确安全管理目标的基础上所确定的安全措施，主要包括：制度安全生产责任制度，安全检查制度，现场施工人员劳动防护用品使用规章，施工地的气候、照明、噪声管理规定以及现场工作面管理方案，包含风险识别评估及事故分级处置的事故应急预案等。

1.1.2 实施（D阶段）

计划执行和落实，主要通过宣传、培训及检查、考核奖惩等手段进行日常安全管理工作，包括：成立自上而下、分级负责的安全管理机构，落实安全生产责任制度，对安全管理及现场施工人员的岗前培训，推进日常安全宣传及教育，监督施工人员劳动防护用品使用以及对错误使用或规范操作时的奖惩，购置和更新设备工具，对设备工器具定期检查及检测维护，以及气候、照明、噪声、工作面等施工环境的日常巡查工作等。

1.1.3 检查（C阶段）

对所实施的各项工作落实情况检查，发现管理工作中的问题并督促整改，主要工作包括：对项目工作人员技术素质、文化程度、安全意识、心理状况等的考核和检查，对设备完备性、先进性的考量检查。

综上，分析明确建筑施工安全管理在PDC三阶段的主要工作内容，同时可以看出其安全管理工作主要是对人员、制度、设备及环境的管理，图1是PDCA各循环阶段的工作内容及其与人员、制度、设备和环境管理的关系（其中A是基于评价结果给出的改进目标）。

图1 PDC阶段建筑施工安全管理工作要点及管理对象Fig.1 Key points and management objects of construction safety management in PDC

1.2 建立指标体系

在前文分析得到的指标因素的基础上，征求专家意见进行指标确定，最终梳理为人员、设备、制度及环境管理4方面，具体对应关系，如图2所示。

图2 管理对象与各指标因素对应关系Fig.2 Corresponding relationship between management objects and different indicator factors

其中气候、照明、噪声、现场工作面管理方案同时涉及制度、环境管理，通过咨询专家，气候、照明、噪声及现场工作面管理方案在应急预案内有所体现，因此不单独作为制度管理下的指标项，而施工现场巡查与人员、设备、环境检查工作重复将其剔除，梳理改进后的安全管理评价指标体系，如图3所示。

图3 建筑施工安全管理指标体系Fig.3 Index system for construction safety management

2 建筑施工安全管理综合评价模型

2.1 评价方法

2.1.1 权重确定方法

指标权重的确定对于评价工作起着至关重要的作用。目前常见的赋权方法有Delphi法、层次分析法、二项系数法、熵权法、变异系数法、主成分分析法等，主要分为主观赋权法及客观赋权法。主观赋权更能表现决策者意图并且计算相对简便，但是主观因素太重；而客观赋权能够有效避免主观信息的干扰，但不能反映决策者对不同指标的重视程度，可能造成结果失真。因此选用G1－熵权法结合的组合赋权法进行权重确定，G1法是对传统的AHP改进后的一种主观评价法，较其他主观计算法更简便［20］；熵权法通过信息熵的方法确定权重，能避免人为主观因素和客观样本差异大小的不确定性影响而导致的误差［21－22］。因此G1－熵权法的组合赋权法计算简便的同时能够有效削弱主观性因素。组合赋权法结合可让二者形成互补，突出二者优点，保证指标权重客观性的同时利用专家经验弥补数据不足的缺陷，使结果更加合理可靠。

2.1.2 综合评价方法

综合评价方法多种多样，主要有模糊综合评价法、灰色聚类分析法、云模型评价法，物元可拓模型评价法等，建筑施工安全管理涉及指标因素较多，且其评价结果需要更直观地展现。因此选用物元可拓法［23］建立综合评价模型，物元可拓模型是基于可拓法理论将不相容的矛盾转化为相容关系，能够将实际问题转化为形式化的问题模型，能够抓住关键策略，最大限度地满足主系统，从而实现全局性最佳决策目标，具有客观准确、简洁易行的特点，适用于多指标因素，能够对待评价事物进行系统、全面的评价，且依据等级划分的评价结果更为直观。

因此在各指标因素确定的基础上，采用G1法进行指标主观权重计算，熵权法计算客观权重，运用拉格朗日乘子法结合主客观权重得到组合权重，通过物元可拓理论进行指标关联度计算和指标评价等级确定，综合评价流程如图4所示。

图4 建筑施工安全管理水平评价流程Fig.4 Evaluation process of construction safety management level

2.2 指标权重确定

2.2.1 G1法确定主观权重

G1法是对传统层次分析法改进后的主观赋权法，计算量较小，简便易操作，不需要一致性检验，其步骤如下。

1）确定序关系。通过专家经验判断进行各指标重要度排序。

2）对得到排序后的指标进行重要度的量化。相邻评价指标的重要度比值Rj（Ri＝wj－1／wj，j＝n，n－1，…，3，2），Rj取值见表1，表中Xj指重要度排序后的各指标因素。

表1 Rj取值参考Table 1 Rj value reference

3）计算各指标权重。第k项指标的权重值Wk为

2.2.2 熵权法确定客观权重

熵权法利用熵值确定指标的离散程度，熵值越小，离散度越大，权重越大，其步骤如下。

1）指标熵值计算。

式中 pij为第i个评价项目第j个评价指标的指标比值；珓rij为第i位专家对第j个指标的评分值；n为评价指标个数。

2）指标权重计算如下

2.2.3 确定指标组合权重

运用拉格朗日乘子法得到组合权重如下

2.3 物元可拓理论的综合评价模型

2.3.1 评价等级设定

根据专家意见及相关规定，结合大量相关文献的分析［24－25］对建筑施工安全管理水平量化分级，采用百分制进行评价等级划分，依次为优秀、良好、一般、较差及极差5个等级，详细划分情况见表2。

表2 管理水平评价等级划分Table 2 Evaluation grade for management level evaluation

2.3.2 经典域、节域及待测物元确定

根据等级划分，二级指标的经典域矩阵为

式中 Nj为第j个评价等级；Ci为评价指标因素；Vj为Nj关于Ci所确定的量值范围；Vj＝（ajk，bjk）为经典域取值范围。

根据经典域矩阵及指标等级划分确定节域

式中 N指待评估对象影响因素的全集；C为评价指标集；VP为指标评价值范围即为节域取值范围。

待测物元

式中 NZ为待测物元；CZ为NZ的物元特征集合；VZ为物元特征值。

2.3.3 指标关联度的确定

利用物元可拓理论将问题由定性向定量转化［26］，物元分析中涉及到关联函数的计算，构造关联函数Kj（Ci）其计算公式如下

式中 ρ为指标经典域或节域的距离函数，｜Vj｜＝｜aji－bji｜。

综合关联度

式中 ωi为指标组合权重；Kj（Ci）为指标关联度。

2.3.4 综合评价等级的确定

目标在某一等级下关联度最大，则其处于该等级水平的可能性最大，依据表3关联度评判标准，遵循隶属度最大原则进行评价等级判定。

表3 关联度判断标准Table 3 Judgment criteria for correlation

3 实例研究

以西安市2处建筑施工项目为例，运用文中构建的评价指标体系和评价模型进行施工安全管理水平评价。项目A由地方建筑集团承接，建筑面积20万m2，施工安全监督管理人员占比1.3%，施工人员多以项目驻地附近务工人员为主，现场机械设备均以满足现场需要为主，并未优先考虑其先进性。项目B省属重点工程，由中建集团承接，建筑面积约70万m2，安全管理机构完善政策齐全，安全管理人员占比3%，并致力于打造智慧建造、数字化管理模式，以科技创新手段提升项目安全管理，同时注重施工人员培训考核，为全体员工开展沉浸式体验区，且全体施工人员实名制管理，以安全管理及生产两手抓为建设目标。

3.1 指标权重计算

邀请建筑施工单位项目经理、监理单位项目经理、安环部长等10位相关专家分别依据上述评价指标进行重要度排序，并对项目中各指标实际情况进行打分，评分范围为（0，100］，分值越高该指标管理越到位。在确定序关系的基础上依据式（1）和（2）计算指标主观权重，以各指标打分的算术平均值作为初始数据利用式（3）～（5）计算客观权重，最后通过式（6）计算指标组合权重，按照重要度排序后的各指标权重结果见表4、表5。

表4 项目A建筑施工安全管理水平评价指标权重Table 4 Evaluation index weight of the construction safety management level of Project A

表5 项目B建筑施工安全管理水平评价指标权重Table 5 Evaluation index weight of the construction safety management level of Project B

3.2 物元可拓理论的安全管理水平评估

依据物元可拓理论利用式（7）～（12）进行各指标关联度计算，以项目A人员管理各指标为例，其经典域为R1（A1）、R2（A1）、R3（A1）、R4（A1）、R5（A1）、R6（A1），节域为RP。

待测物元表示为

通过关联度函数计算得到A12各等级下关联度值，K1＝－0.379 2，K2＝－0.181 5，K3＝0.43，K4＝－0.143 3，K5＝－0.357 5。其等级结果为Ⅲ级。同理一二级指标关联度计算结果见表6。

表6 一、二级指标关联度Table 6 Correlation of primary and secondary indicators

基于表6中指标层各指标关联度及等级判定的结果，可知指标A14、指标A24及指标A43等级为Ⅱ级。而指标A12及指标A44等级最低为Ⅳ级。一级指标A1～A4的指标关联度的等级评判均为Ⅲ级。根据式（13）计算综合关联度。

依据等级判定标准项目A的安全管理水平为Ⅲ级，即其安全管理水平一般。同理，项目B各指标计算结果见表7。

表7 项目B各指标关联度计算结果Table 7 Correlation of indicators of Project B

K综B＝［－0.041 7，0.067 0，－0.081 3，－0.138 4，－0.167 0］，依据等级判定标准项目B的安全管理水平为Ⅱ级，即其安全管理水平良好，而且大多指标为良好水平，B21、B22、B24、B41达到优秀水平。

3.3 评价结果分析

综合评价结果表明，建设项目A整体评价等级为Ⅲ级，整体安全管理水平有待提高。其中指标岗前培训状况（A14）、事故应急预案（A24）以及现场照明（A43）达到良好状况，是该项目完成度较高的3项指标；指标安全素质和意识（A12）及现场噪声（A44）的评估结果状况较差，是该项目后期整改工作的重点；其他各项指标均属于Ⅲ级，处于一般状况均需要进一步加强。项目B整体评价等级为Ⅱ级，安全管理水平良好，需在项目进行中持续保持其安全管理状态。其中指标安全管理机构（B21）、安全生产责任制（B22）、事故应急预案（B24）及现场工作面情况（B41）评估结果达到优秀水平，项目B安全管理工作明显较项目A更好，评价结果符合项目实际情况。

3.4 改进目标

为准确分析项目中各指标现实状况并针对性地提出改进方向，在已得出的权重结果的基础上，以各项指标权重和打分结果为轴，绘制指标安全管理水平分布图，分布图分为4个不同区域，如图5所示。区域Ⅰ指标权重高、得分低，此区域指标重要度高且管理成效较差，需优先进行整改；区域Ⅱ指标权重及得分均较高，此区域指标安全管理水平较好，仅需对其稍作改善；区域Ⅲ指标权重及得分均较低，此区域指标重要度较低，但其安全管理成效较差，仍是整改工作的重点；区域Ⅳ指标权重低、得分高，此区域指标重要度较低但安全管理成效显著，需在项目施工中继续保持管理现状。该施工项目需制定专项的整改方案，无指标处于区域Ⅰ，优先对区域Ⅲ内指标进行整改，对区域Ⅱ指标进一步加强，同时对区域Ⅳ中指标稍作改善。

图5 指标区域分布Fig.5 Distribution of indicator areas

4 结论

1）基于PDCA管理循环思想明确建筑施工安全管理工作中的指标因素，从人员、制度、设备和环境管理4个方面构建安全管理评价指标体系。

2）依据建筑施工安全管理评价特点，构建起基于组合赋权的物元可拓综合评价模型，满足评价要求的同时，使得评价工作更系统、全面和客观，提高评价工作的准确性和科学性。

3）A、B两项目安全管理评价等级分别为Ⅲ级、Ⅱ级，评价结果与实际情况相符，验证了体系模型的有效性和实用性。同时依据评价结果提出改进目标，完成PDCA管理循环中A阶段，并进入下一个循环，为建筑施工安全管理提升工作提供理论参考，也为进一步的建筑施工安全管理研究提供思路。