應用信息化手段實現工程建設安全動態監控

◎ 住房和城鄉建設部標準定額研究所 王 芬

國內外建筑業都是事故多發的行業。世界大多數國家，建筑業是重要的國民經濟生產部門。但是由于建筑業的特殊性，其安全形勢一直不能令人滿意，并且嚴重制約了建筑業勞動生產率和工程質量的改善與提高，影響了建筑業的可持續發展。有數據顯示，我國建筑行業工傷事故發生頻率很高，居非礦山企業首位，占35%左右。又值我國應對金融危機的大規模建設投資時期，必將帶來工程建設高速發展，這樣，施工現場積聚、匯集了大量的安全隱患。各種不安全因素和潛在的職業危害，隨時都有可能引發各類事故，危及作業人員生命安全，引起職業病，損害人身健康，造成火災和爆炸，給國家財產和人民的生命安全造成損害。因此，建筑施工企業安全生產工作是一項非常重要的工作。

建筑施工企業如何高效省時地開展安全評價，長期以來是困擾大家的難題。一般來講，這些企業是運用科學、規范的評價指標體系和評價方法，對企業安全管理水平和施工現場的安全現狀作出真實、客觀、公正的綜合評判，但經過廣泛調研，安全評價方法多停滯在定性的層面上，如何應用定量評價方法，進而應用信息化手段，實現工程建設安全動態監控是本文關注的焦點問題。

1 安全評價專家系統設計基礎

影響施工現場安全狀況的因素是多方面的，按照目標層、準則層、指標層設計出遞階層次結構施工現場安全評價指標體系，該指標體系呈現出多目標性，多層次性的特點，此特點決定評價方法應選擇綜合評判的方法。綜合評判方法有許多種，但都離不開確定各指標對目標的權重問題。通常采用AHP法來確定權重，進行方案比較與選擇。

AHP法作為一種定性與定量相結合的決策工具，在經濟、社會、政治等諸系統中得到了廣泛應用。但是，由于客觀事物的復雜性和人們認識的模糊性，如何更加客觀、確切地反映問題，一直備受關注。傳統的AHP法兩兩重要性的比較、判斷賦值時，即構造判斷矩陣時指派1－9之間整數及其倒數做為標度值，此標度值不考慮人的判斷的模糊性，并且其在方案比較重要性的賦值時只考慮了人的判斷的兩種可能的極端的情況：以隸屬度1選擇某個標度值，同時又以隸屬度1否定（或以隸屬度0選擇）其它標度值。這樣，雖然使本來模糊的量明確化了，但把它變成毫無彈性的硬指標的作法是不盡合理的。

有研究提出用三角模糊數表示Fuzzy比較判斷的方法，并利用模糊數比較大小的方法進行排序，形成了Fuzzy AHP法，比較好地解決了上述問題。本文采用Fuzzy AHP法求得各層指標對目標的綜合權重。

決策者實際操作過程中，如何使用三角模糊數，即三角模糊數中的三個數各代表什么含義，是正確運用三角模糊數的關鍵。如果不能較好地解釋這一關鍵概念，那么決策者將無法做出判斷。簡單地講，即怎樣使決策者明白打分含義。

在將各因素兩兩進行比較時，首先請一位專家給出一個比較區間，以100分制為例，區間最大不可超過20，即｜l-u｜≤20，以此確定l和u，比較區間確定依據可以參照表5-1；再請第二位專家打在此區間內給出比較得分，即確定隸屬度為1時的m值。因此，三角模糊數M（l,m,u）得以確定，也就得到了由決策者給出各層指標間的相對模糊判斷矩陣。

2 理論應用示范

這里以評價指標體系中的某層四因素為例。

首先，由各位專家給出相對模糊判斷矩陣，其中打分結果已轉換成5分制，如圖1所示。圖1由三位專家，四個因素給出了相對模糊判斷矩陣。如專家1將因素1與因素2比較，用三角模糊數表示為（1.33，2，2.63），見圖中第3行，第6，7，8列。而專家1將因素2與因素1比較，用三角模糊數表示為（0.38，0.5，0.75），見圖中第6行，第3，4，5列。可見，因素1與因素2的比較和因素2與因素1的比較互為倒數，實際應用時給出一種即可，另一個可計算得到。另外因素自身比較恒為1，所以對角線元素為1，不需給出。

表1 比較區間參照表

圖1

圖2

其次，計算模糊判斷矩陣，即對所有專家的判斷進行平均。所得4*4的矩陣如圖2所示。

接下來，計算各因素間的相對重要性程度，如圖3所示。如V(S2>=S1)=0.347，見圖中第3行，第2列。

最后計算權重并歸一化，結果如圖4所示。

3 安全評價專家系統設計

無論是層次分析法還是三角模糊數層次分析法，都存在一個問題，即專家數量較少，其打分具有片面性和模糊性，因此小樣本量專家打分是模糊不精確的，針對這一問題，我們可以應用專家系統來解決。

專家系統(Expert System,ES)是人工智能(Artificial Intelligence,AI)的一個最為重要的應用領域，在特殊的專業任務方面具有人類專家的效能。ES把AI的程序設計技術與特定的、較窄領域的專家知識結合起來，把專家的啟發式知識同他們的非形式化推理風格結合起來，力圖模仿專家們的思維、技術和直覺，重復專家們的決策過程。ES的應用，使得處理以上問題具有了新的思路。

圖3

圖4

基于數據庫的專家系統以成熟的數據庫技術為載體，利用專家系統的思想方法來進行推理演繹，充分利用專家系統和關系數據庫技術兩者所具有的優點，以數據庫為基礎，易于通過人機對話實現簡單的學習功能，以關聯建立知識庫，引導推理，以過濾機制和索引技術加快搜索，使推理更加簡單、高效。

本文使用VB6設計出施工安全評價專家系統框架，該系統可對施工安全進行評價、打分，可用于各類建設工程，具有廣泛的應用前景。下面我們以路基工程為例介紹知識庫的建立和推理機的設計。

以路基工程部分指標內容為例。指標體系如下：

3.1 安全評價專家系統的組成

專家系統具有記憶性，聯想性的特點，應用數據庫可以實現對多個專家打分的積累，建立相應的數學模型，使新的專家打分與模型進行擬合，其結果則更符合實際。

基于計算機的專家系統中儲存著大量的專家知識和經驗，該程序系統應用了人工智能技術來模仿人的決策行為，通過比較由一個或多個專家提供的某專業領域內的知識和經驗進行推理和判斷。因此，這種方法適用于解決由專家來決策的復雜問題。

實際操作的結果顯示這個系統的決定過程類似于有關的領域的專家。專家系統的結構如圖5。

3.2 知識庫的建立

這里所談的知識概念是知識處理的特殊對象，與日常生活中所談的知識有較大的區別。為此，將“知識”定義為：“知識是以各種不同方式把多個信息關聯在一起的信息結構”。知識庫概念是數據庫概念在知識處理領域的拓廣和延伸。在知識庫中可存放各種數據，組織、管理和維護數據庫的方法對知識庫來說可以繼續使用。但是，知識庫的主要任務還是存儲大量的知識，因此，可將知識庫定義為經過分類組織的“知識的一個集合”。

由于access具有較強的數據庫維護與管理功能，故暫可使用access對知識庫的維護與管理。

在本系統中，用access建立數據庫safety.mdb

其中包括: lib0RB2.def，用來存貯RB21、RB22…RB25權重；

lib0RB21.def，用來存貯RB211、RB212、RB213的權重；

lib0RB22.def，用來存貯RB221、RB222、RB223的權重；

lib0RB23.def，用來存貯RB231、RB232、RB233的權重；

然而access功能強大，但操作復雜，在日后的程序完善過程中，應添加一個模塊，在本系統中實現對知識庫維護的日常工作，包括修改、查詢工作。

此模塊應界面簡單、明了，易于使用。

知識庫的建立與維護見圖6。

用VB編程實現對知識庫查詢，并可讀取知識庫中的權重值，在后續完善工作中，應加入專家姓名等查詢功能。

用VB語言實現人機交互界面，分別將專家對RB21…RB25等給出的相對比較得分及評分結果錄入知識庫中，并將結果進行存儲。

路基工程部分指標內容

圖5 專家系統結構圖

3.3 推理機的設計

在知識集合上進行各種推理是知識運用最重要的一種形式。它的主要特征表現為前提與結論之間的邏輯關系，前提給結論提供理由或證據。從已有的知識前提出發，根據各種推理法則，可以推出種種新知識，是開拓知識領域的重要方法。在專家系統中，除了研究推理的理論與方法外，更重要的是研究如何在計算機上實現推理。推理機就是基于知識推理的計算機實現。它的主要任務是選擇知識和應用知識。

本系統的推理過程如所設計的推理機所示：

（1）由知識庫中取出RB21到RB23的相對權重。

（2）可由現場專家確定RB21到RB23的相對權重是否符合當前工程施工現狀，如符合或無專家在場可直接進行第8步。

（3）由專家按APH方法給出RB21到RB23的比較得分。

（4）將此得分存入知識庫中。

（5）計算RB21到RB23的相對權重。

（6）顯示此權重，并將此相對權重存入知識庫中。

（7）采用遺產算法或神經網絡等優化算法將以前存儲的所以權重做優化，得出一個合理的相對權重。當無專家在場時可使用此相對權重。

（8）由知識庫中取出RB211到RB213的相對權重。

（9）可由現場專家確定RB211到RB213的相對權重是否符合當前工程施工現狀，如符合或無專家在場可直接進行第15步。

（10）由專家按APH方法給出RB211到RB213的比較得分。

（11）將此得分存入知識庫中。

（12）計算RB211到RB213的相對權重。

（13）顯示此權重，并將此相對權重存入知識庫中。

（14）采用遺產算法或神經網絡等優化算法將以前存儲的所以權重做優化，得出一個合理的相對權重。當無專家在場時可使用此相對權重。

（15）請專家或進行安全評價的人員對RB211到RB213評分。

（16）計算加權平均分數。

（17）重復此過程，分別計算RB22、RB23等的加權平均分數。

（18）從知識庫中取出RB21到RB23的權重，計算加權平均分數。

（19）將此結果輸出，完成此次推理運算。

該系統的優點在于可以對多個專家打分進行模型擬合，達到與實際更接近的目的。該系統經過對路基工程安全評價測試，證明系統是有效的。

4 小結

本文首次成功嘗試運用三角模糊數層次分析法模型在安全評價領域的應用，拓展了安全評價的定量化研究方法。針對層次分析法中的普遍問題，利用信息化手段，建立了施工現場安全評價專家系統，該系統對工業企業的管理現代化、經營決策的科學化具有重要意義，但今后還有待于對該系統做進一步的完善，增加模型庫中的模型，進一步改善信息輸出方式和功能。總之，從工程建設行業管理的角度，建立了覆蓋面全的建設工程施工現場安全評價專家系統，為施工企業高效省時地開展安全評價，為工程建設安全的動態監控提供了更科學的方法和手段。