多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究

胡長明，段東東，袁一力

(西安建筑科技大學土木工程學院， 陜西西安710055)

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多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究

胡長明，段東東，袁一力

(西安建筑科技大學土木工程學院， 陜西西安710055)

摘要：針對目前缺少對多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究，以致于當施工項目發(fā)生重大安全事故后就對大范圍內(nèi)項目停工整改的問題，提出了多個項目并行施工的安全事故因素相關性指標體系，建立基于信息熵與D-S證據(jù)理論的相關性評價模型。以銅川市某小區(qū)建設項目為背景，對小區(qū)建設過程中多個項目并行施工的安全事故相關性進行分析。在采用德爾菲法跟模糊分析法基礎上，使用信息熵確定指標的權重，并引入D-S證據(jù)算法，從而得出多個項目并行施工的安全事故相關性等級。計算結果表明，模型可以準確地計算出多個項目并行施工的安全事故相關性等級，能更好地滿足多項目管理的需求，從而降低不必要的人力、財力的浪費。

關鍵詞：多項目；并行施工；相關性；信息熵

0引言

伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，施工項目建設的規(guī)模越來越大，建設速度也越來越快，在施工過程中安全事故的發(fā)生率居高不下，對自然環(huán)境、人民生活及其社會經(jīng)濟都產(chǎn)生了極大的影響[1-5]。2012年10月9日的下午，西安市一在建項目發(fā)生了作業(yè)平臺的垮塌事故，其中5名工人高空墜落，當場死亡。10月10日凌晨5時許，引漢濟渭工程項目部生活區(qū)職工宿舍發(fā)生火災，造成12人死亡，24人受傷。事故發(fā)生后，市政府開展了全市建筑施工領域安全生產(chǎn)大檢查。2013年5月6日，西安一地鐵施工現(xiàn)場突然出現(xiàn)了頂部塌方，導致5名工人不幸遇難，市政府決定從5月6日起至5月8日，西安全市范圍內(nèi)停工，開展建設工程安全生產(chǎn)大檢查活動。經(jīng)查閱大量事故資料后發(fā)現(xiàn)，每次重大安全事故的發(fā)生,上到國家，下到當?shù)卣紩δ硡^(qū)域內(nèi)大范圍的項目進行停工檢查，從而造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，如何對多個項目并行施工的安全事故因素相關性進行分析，以便判斷當一個項目發(fā)生事故時是否需要對多個項目同時進行停工檢查，是一個急需解決的問題。

安全事故的發(fā)生是由多種因素共同引起的，而不同事故的這些因素之間又存在著一定的相關性。目前國內(nèi)外的學者對安全事故發(fā)生的根本原因和影響因素分別從不同的角度進行研究。Sawacha等[6]研究了影響施工現(xiàn)場安全的因素，包括程序因素、心理因素、組織因素、歷史因素、技術因素、環(huán)境因素和經(jīng)濟因素。Fang等[7]提出，在施工現(xiàn)場安全管理過程中，績效與施工人員、管理者、經(jīng)濟因素和組織因素之間關系的相關度很高。Fang等[1]指出了影響施工現(xiàn)場日常的安全管理績效的危險源并對其進行了分類，提取了11個關鍵因素并其進行了解釋及說明。楊德欽[8]從工效學系統(tǒng)的角度出發(fā)，指出施工安全一級影響因子是施工主體、施工對象、施工條件和施工環(huán)境。姚慶國等[9]提出事故的發(fā)生可概括為物的不安全狀態(tài)、管理不善、人的不安全行為和環(huán)境的不安全因素等四個方面。

從目前的研究成果看出，對安全事故發(fā)生的影響因素主要從單項目角度進行考慮，缺乏對于多項目并行施工安全事故發(fā)生因素的相關性研究。鑒于此，本文提出了多個項目并行施工的安全事故因素相關性指標體系，在采用德爾菲法跟模糊分析法基礎上，使用信息熵確定指標的權重，在確定權重之后引入D-S證據(jù)算法，建立基于信息熵與D-S證據(jù)理論的評價模型，以期為施工安全評估提供參考和理論支撐。

1相關性評價指標體系

根據(jù)施工現(xiàn)場情況，與專家和現(xiàn)場高級管理人員商量以及查閱到的大量資料[6-9]，本文擬建立兩層評價指標體系，如圖1所示。

圖1　多個項目并行施工的安全事故因素相關性指標體系

2評價理論

2.1基于信息熵的權重確定

由于影響施工的安全事故的相關性因素之間并非全部同等重要，因此，我們應該對不同的因素進行權重確定。為了避免傳統(tǒng)方法中主觀因素跟客觀因素之間相互獨立缺陷，本文提出以信息熵為基礎的結構熵權法，并把德爾菲法跟模糊分析相結合，對權重排序結構不確定性采用熵理論進行定量的分析，對同一層次各個因素之間重要性進行排序和“盲度”分析，確定各個層次中同類因素重要程度值，即各因素權重[10-12]。

2.1.1收集意見

首先設計《多個項目并行施工的安全事故影響因素的相關性權重調(diào)查表》，采用德爾菲法給專家組發(fā)放問卷。為了保證權重的準確性，專家組包括現(xiàn)場高級技術、管理人員及安全方面專家。各位專家依據(jù)經(jīng)驗跟現(xiàn)場情況對各個因素的重要度，給出合理排序。

2.1.2專家排序

由于專家對各因素排序會因為不同原因產(chǎn)生潛在不確定性及偏差，因此，為降低其中的不確定性，利用熵理論再對結果進行處理。

假設有l(wèi)位專家參與問卷調(diào)查，得到l張調(diào)查表，對應有l(wèi)個因素指標集，記U={u1，u2，…，un}。與因素指標集相對應的排序組為(ai1，ai2，……，ain)，由l張調(diào)查表獲得的因素指標排序矩陣記做R，即：

(1)

其中，aij表示第i位專家對第j個因素指標作出的評價，n為指標集中的指標數(shù)。

2.1.3“盲度”的分析

對上述的排序結果作定量轉換，定義轉換隸屬函數(shù)[12]為：

χ(I)=-λPn(I)lnPn(I)，

(2)

其中，

(3)

式中，I是排序數(shù)，若某一因素為“第一選擇”，I取值 1，為“第二選擇”，I取值2，其他的依次類推；m是轉化參數(shù)量，m=j+2，j為指標數(shù)，若3個指標進行排序，則j=3。若定義：

(4)

則

(5)

將I代入式(5)，得aij的轉化值bij，bij為I的隸屬度。矩陣B=(bij)l×n為隸屬度矩陣。若專家對各指標評價同等的重要，則把l位專家對因素指標uj隸屬度的平均值作為指標uj平均認識度，記為bj，則：

(6)

定義由于專家對指標uj認知而產(chǎn)生的不確定性稱為“認識盲度”[12]，記作σj，令：

(7)

明顯地，σj≥0。對于每個指標uj，l位專家對于uj的總體認識度記為xj，則：

xj=bj(1-σj)，xj>0，

(8)

從而得到指標U評價向量X =(x1，x2，…，xn)。

2.1.4歸一化處理

得到各因素的指標權重xj后，要對其作歸一化處理，即：

(9)

2.2D-S證據(jù)理論

證據(jù)理論由Dempster[13-14]提出，Shafer對其進行完善，是不確定性推理方法[15]。

定義1假設有個問題要解決，其所有答案采用集合表示為Θ={θ1，θ2，…，θn}，Θ中的元素為相互互斥，把Θ記作識別框。2Θ為Θ的冪集，元素個數(shù)為2n。

定義2基本概率分配函數(shù)m：2Θ→[0,1]滿足：

(10)

m是證據(jù)觀測之后對Θ的子集可能性比較，給其賦權的函數(shù)。m(A)﹥0的子集為Θ中焦元，所有焦元的集合稱為核。

定義3信任函數(shù)Bel:2Θ→[0,1]滿足：

(11)

定義4似然函數(shù)PL:2Θ→[0,1]滿足：

(12)

Bel(A)和PL(A)為證據(jù)對A的信任度及懷疑度。

定義5n個相互獨立的證據(jù)在Θ上的基本概率分配函數(shù)為m1，m2，…，mn，其焦元為Aij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，si；si表示證據(jù)i信度結構中焦元數(shù)量)。Dempster合成法則：

(13)

3相關性評價模型

3.1模型的建立

在建立多個項目并行施工安全事故影響因素相關性指標體系的基礎上，以相關性等級集合為識別框，把評價指標當做證據(jù)，逐層融合指標的mass函數(shù)，然后根據(jù)計算結果作出決策。模型建立步驟如下：

①確定相關性等級的識別框

②確定相關性等級的判斷證據(jù)

因為多個項目并行施工的安全事故因素的相關性和相關性評價指標相關，所以將相關性評價指標作為識別框上構成mass函數(shù)的證據(jù)。

③合成指標的mass函數(shù)

據(jù)圖1中多個項目并行施工的相關性評價指標體系，所有指標證據(jù)結合后的mass函數(shù)為：

(14)

其中，B是Θ中的子集，m(B)是全部指標賦予給B的概率，mij(B)為第一層因素指標i的下層指標j賦予B的概率，wi為第一層因素指標權重，wij是第一層的指標i下層的指標j權重，ni是第一層的指標i下層指標個數(shù)。

3.2指標權重的確定

根據(jù)“2.1節(jié)”，通過專家調(diào)查可以獲得多個項目并行施工的安全事故因素相關性評價指標體系的權重。

3.3指標mass函數(shù)的確定

假設有k位專家對項目的相關性進行評價，若對于指標Aij，有khij位專家認為其相關性屬于Rh，則指標Aij相關性為等級Rh的mass函數(shù)為:

(15)

考慮到評價可靠性，引入了折扣系數(shù)法對指標的mass函數(shù)修正[16]，折扣系數(shù)采用指標Aij的絕對權重的2%。修正后的指標mass函數(shù)為:

(16)

4案例分析

本文以銅川市某小區(qū)建設項目為例[17]。小區(qū)建設中共設12個項目部。該小區(qū)是銅川市委、市政府響應國家號召,以改善礦區(qū)棚戶區(qū)職工居住、生活環(huán)境的一項重大民生工程，工期比較緊[5]。其中，C項目部在建設期間由于深基坑護壁強度不夠而出現(xiàn)倒塌事故，從而造成了嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。本文為便于說明問題，選取其中5個項目部為例，記為C1、C2、C3、C4、C5，從這5個項目與C項目的相關性進行分析，從而說明是否需要對這5個項目全部進行停工整改。

4.1權重的確定

根據(jù)圖1中的指標體系，設計多個項目并行施工的安全事故因素相關性分析權重咨詢表，選取4位施工安全管理方面的專家進行問卷調(diào)查。收集4位專家的評價結果，整理得專家的排序矩陣如下：

根據(jù)式(2)～(9)可以得到得到一級指標與二級指標的相對權重向量，第一層指標的權重向量A=(0.2290.2410.1780.1390.213)，二級指標的權重向量分別為：A1=(0.3620.3890.249)，A2=(0.1640.3060.2370.293)，A3=(1)，A4=(0.3620.3890.249)，A5=(0.5320.468)。進而得到其絕對權重向量為：W′=(0.0830.0890.0570.040.0740.0570.070.1780.050.0540.0350.1130.1)。

4.2指標mass函數(shù)

向20位專家及現(xiàn)場高級管理人員發(fā)放調(diào)查問卷，讓每個專家對指標Aij作出評價，根據(jù)公式(15)計算指標Aij的相關性屬于等級Rh的mass函數(shù)，根據(jù)公式(16)對其進行修正，最后得到修正后指標Aij的相關性屬于等級Rh的mass函數(shù)。由于篇幅有限，本文以項目C1與C項目的相關性分析的計算過程為例，其他4個項目與C項目的相關性分析的計算過程與C1相同，在此不再列出，只列出計算結果。經(jīng)計算后整理得項目C1與C項目的相關性指標的mass函數(shù)如表1所示。

表1　指標mass函數(shù)

4.3相關性的評價

以表1中指標為證據(jù)，以(R1，R2，R3，R4，R5)為識別框，采用公式(14)及指標的權重，將表1中指標mass函數(shù)合成，計算結果如表2所示。

表2　指標mass函數(shù)的合成

同理可以計算出項目C2，C3，C4，C5與C項目的相關性，結果如表3所示。

表3　各項目指標mass函數(shù)的合成

由結果可以看出，C1，C2，C5與C項目的相關性等級屬于R1，相關性為小，可忽略，加強日常管理即可，不用對其進行停工整改。C3與C項目的相關性等級屬于R4，相關性較大，需要對其進行停工整改，其相關性大的原因是因為C3與C項目采用的勞務公司、材料供應商、設計單位均相同，而且兩個項目離得比較近，所以需要對C3項目的工人進行教育培訓，對其材料、施工工藝及技術、管理制度進行檢查與整改。C4與C項目的相關性等級屬于R2，相關性為較小，可容許但需要注意，加強日常管理即可，不需要對其進行停工整改。

5結論

①針對目前重大事故發(fā)生后對于大范圍內(nèi)的項目進行停工整改，而缺少對多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究，本文提出了多個項目并行施工的安全事故因素相關性指標體系，建立基于信息熵與D-S證據(jù)理論的相關性評價模型，為多個項目事故的預防提供了理論依據(jù)，減少了對項目不必要的停工整改，起到了節(jié)約人力、財力的作用。

②將此模型應用于銅川市某小區(qū)多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究中，計算結果表明，C1，C2，C5與C項目的相關性等級屬于R1，相關性為小，可忽略，加強日常管理即可，不用對其進行停工整改；C3與C項目的相關性等級屬于R4，相關性較大，需要對其進行停工整改；C4與C項目的相關性等級屬于R2，相關性為較小，可容許但需要注意，加強日常管理即可，不需要對其進行停工整改。其結果與工程實施過程中的反饋信息基本一致。

③由于項目的差異性，對于多個項目并行施工的安全事故因素相關性指標體系，可以根據(jù)具體的項目再進一步進行詳細的劃分。

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(責任編輯唐漢民裴潤梅)

Research on correlation among safety factors in parallel construction of multi-project

HU Chang-ming, DUAN Dong-dong, YUAN Yi-li

(School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055,China)

Abstract:There was a lack of research on the correlation of safety factors in parallel construction of multi-project. When a serious accident happened to a construction project, a wide range of the project would be stopped to readjust. Therefore, a correlation index of safety factors in parallel construction of multi-project was put forward. A correlation evaluation model was established based on Information Entropy Theory and D-S evidence theory. Based on the parallel construction of a residence in Tongchuan, the correlation of safety factors in the construction was analyzed. On the basis of Delphi Method and Fuzzy Analysis Theory, the weight of each index was determined by the Information Entropy Theory. Moreover, the D-S evidence theory was introduced to obtain the correlation level of the safety factors in the parallel construction. Analysis results show that the correlation level of the safety factors obtained from the model is accurate and can better meet the needs of multi project management, which reduces the unnecessary waste of human resources and funds.

Key words:multi-project; parallel construction; correlation; information entropy theory

中圖分類號：TU714

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7445(2016)01-0276-08

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0276

通訊作者：胡長明(1963—)，男，河南信陽人，西安建筑科技大學教授，博士生導師；E-mail:hu.tm@163.com。

基金項目：住房和城鄉(xiāng)建設部科學技術項目計劃(2012-R3-17)

收稿日期：2015-10-07；

修訂日期：2015-12-12

引文格式：胡長明，段東東，袁一力.多個項目并行施工的安全事故因素相關性研究[J].廣西大學學報(自然科學版)，2016，41(1)：276-283.