基于物元可拓理論的道路施工安全測度模型及其應用

■馬悅 張曉

(新疆路橋建設集團有限公司，昌吉 831100)

基于物元可拓理論的道路施工安全測度模型及其應用

■馬悅 張曉

(新疆路橋建設集團有限公司，昌吉 831100)

道路施工安全評價作為工程安全管理的重要依據，是施工企業進行事故預防與控制的重要參考。本文基于物元可拓集合理論，在確定道路施工現場安全影響因素的基礎上，建立了道路施工現場安全測度的多維可拓物元模型；然后通過最大關聯度準則對安全水平進行評價分級；最后通過實證分析驗證了所建立模型的可行性和有效性，為道路施工企業進行施工現場安全性評價提供了依據。

道路施工安全 物元模型 可拓集合 關聯度

1 引言

在我國道路建設事業快速發展的背景下，道路施工作業的安全問題也越來越突出。確保道路作業安全，有效地預防和控制道路施工事故的發生，已成為道路工程安全管理中的重要任務，道路施工安全評價作為道路工程安全管理的重要依據，對有效預控與控制道路施工事故尤為重要。

目前國內外學者針對道路施工安全評價做了大量大研究，Zhu Z B等[1]在運用問卷調查方法確定影響道路工程施工安全的潛在風險因素的基礎上，通過WBS-RBS與模糊綜合評價法對道路施工安全進行評價；Hong-Tao W等[2]利用多層次灰色評價方法評估了永濟市的道路施工安全；金宏雷[3]從系統工程思想出發，研究了模糊綜合評價方法在道路施工安全評價中的應用；吳忠廣等[4-5]在分析公路建設施工現場安全影響因素模糊、不確定性特點的基礎上，綜合模糊綜合分析方法與集對分析方法的優點，提出了道路施工安全評價的模糊-集對分析模型，并通過實證驗證該模型的有效性。以上關于道路施工安全的研究大多集中于道路施工安全指標的確定和權重分析、安全性評價上，所采用的方法主要包括模糊綜合評價法、模糊-集對分析法、多層次灰色評價法等。

前人從不同角度研究了道路施工安全評價方法，并取得一定的效果。但由于道路施工安全的影響因素眾多，作用關系復雜，有些因素可以度量，有些因素卻難以度量，在進行道路施工工程安全性評價的過程中，不僅需要定性描述各影響指標，還要定量刻畫各指標對道路施工安全的影響程度，最終得到更加合理的評價結果。

物元可拓方法能夠很好的解決此類問題，其可以從定性和定量兩個角度來對問題進行研究，目前可拓物元理論已經在綜合評價[6]和決策[7]等領域得到應用。鑒于此，本文利用物元可拓理論，結合最大關聯度原則建立道路施工工程安全評價的物元可拓模型并進行實證分析。

2 模型構建

2.1 指標確定

對道路施工安全進行評價是一項復雜的系統工程，評價指標的選擇和量化是建立評價模型的基礎，也是決定評價質量優劣的核心步驟。本文依據系統全面、簡明科學協調一致、可比分析等原則，并參考國內外相關文獻，構建了道路施工安全評價指標體系。包括：人員素質x1、機械水平x2、作業環境x3、安全管理水平x4、應急救援x5五個指標。

2.2 模型建立

(1)經典域物元矩陣建立

設道路安全水平的影響因素有m個，即x1，x2，…xm(在本文中)，以該指標為基礎，通過專家或統計聚類分析，將道路施工現場的安全水平定量地分為 級，建立經典域物元矩陣為：

其中Roj表示道路施工安全水平處于Noj級時的物元模型；表示第j級安全水平；Noj=(aojk,bojk)表示在道路施工安全評價中第k個指標xk處于第j級時的取值范圍；j=1,2,…n;k=1,2,…m。

(2)節域物元矩陣建立

道路施工安全評價中各因素指標允許取值的范圍形成的矩陣即為節域物元矩陣。

其中RP表示道路施工安全水平綜合測度物元模型的節域；NP表示道路施工安全水平全體等級；Vpk=(apk,bpk)表示 NP中第 k個指標 xk的取值范圍；Vojk?Vpk，j=1,2,…n;k=1,2,…m。

(3)待評價道路施工工程項目模型建立

對待評價道路施工工程項目安全水平的各個評價指標所檢測得到的數據用下面的物元矩陣表示：

其中N表示待評價道路施工工程安全等級；vk表示待評價道路施工工程的第k個指標xk的評價值(k=1,2,…m)。

2.3 模型求解

(1)接近度概念界定

假定1：Vpk=(apk,bpk)表示道路施工安全評價中第k個指標xk處于第1級到第n級的取值范圍。

假定2：Vojk=(aojk,bojk)表示道路施工評價中第k個指標xk處于第j級的取值范圍。

假定3：vk表示待評價道路項目的第k個指標xk的評價值。

則將

分別稱為點 vk(評價值)與區間Vojk、Vpk的“接近度”。

(2)道路施工安全水平關聯度建立

假定1：Vpk=(apk,bpk)表示道路施工安全評價中第k個指標xk處于第1級到第n及的取值范圍。

假定2：Vojk=(aojk,bojk)表示道路施工安全評價中第k個指標xk處于第j級的取值范圍。

假定3：vk表示待評價道路施工項目的第k個指標xk的評價值。

假定 4：p(vk,Vojk)，p(vk,Vpk)分別表示點 vk(評價值)與區間 Vojk、Vpk的“接近度”。

則將

稱為待評價道路施工工程的第k個指標xk關于第j級安全水平的關聯度。

(3)道路施工工程安全等級確定

由式(6)計算出待評價道路施工工程的各評價指標與各安全等級的關聯度矩陣

根據關聯度矩陣K=［Kj(vk) ］m*n計算

則關聯度最大值為

即待評價道路施工工程的安全等級為j0級。

3 實證研究

本文以新疆省某道路施工公司X道路施工工程為例進行安全水平評價，我們將道路施工安全水平劃分為四個等級：一級(安全)，二級(較為安全)，三級(一般)，四級(不安全)。道路施工安全評價包括5個因素 (見文中2.1部分)。當道路施工安全評價指標 處于一級安全水平(高)，二級安全水平(較高)，三級安全水平(一般)，四級安全水平(低)時，其評價值(取值范圍)分別為 v1、v2、v3、v4，其中 v1∈[0,1]、v2∈(1,2]、v3∈(2,3]、v4∈(3,4]。

3.1 確定經典域物元矩陣和節域物元矩陣

根據道路施工安全評價指標 處于不同等級的取值范圍，得到道路施工工程安全水平測度的經典域物元矩陣為：

綜合道路施工安全評價各因素指標的取值范圍，形成道路施工安全測度的節域物元矩陣為：

3.2 確定待評價道路施工工程的物元矩陣

邀請15位相關專家對安全評價指標xk評分，設第i(i=1,2,…15)位專家對指標xk的評分值為ui，則該指標xk的評價值為

根據上述方法得到該道路施工工程安全評價各個指標的評價值。其物元矩陣為：

3.3 綜合安全測度

首先應求出待評價工程的安全關聯度矩陣；其次根據關聯度矩陣計算綜合關聯度，進而測定其安全等級。

根據式(6)計算待評價道路施工工程各個因素指標與各個安全等級的管理度矩陣其計算結果如下：

根據專家調研和AHP方法，可以確定道路施工工程安全評價中各個因素xk的權重wk(k=1,2,…,5)為W=(w1,w2,…w5)=(0.213,0.195,0.178,0.189,0.225)。

將各因素權重和關聯度矩陣中的數據帶入式 (9)，計算可得

則

由此可知，該道路施工工程的安全級別為3級，即一般水平。主要制約因素是該工程安全的因素是機械化水平偏低，施工機械過于老舊，同時，對突發事件的應急管理能力有待提高，即該道路施工工程的機械化水平和應急管理水平是其安全水平提升的限制因子。

4 結論

道路施工工程的安全評價是一項復雜活動，影響著其安全管理戰略的制定，科學全面地進行道路施工安全評價是眾多學者研究的一個難題。本文在物元可拓理論的基礎上，構建了道路施工安全測度的多維可拓物元模型，研究表明該方法能夠綜合考慮道路施工安全評價中的各種主觀和客觀因素，有利于施工單位全面認知其施工現場安全水平，有針對性的采取相應措施打破限制，為道路施工安全評價提供了新的途徑，具有廣闊的應用前景。

[1]Zhu Z B，Chang-Fei M A，Wang B，et al.Safety Risk Evaluation of Construction of Pingtan Straits Rail-cum-Road Bridge[J].Bridge Construction，2017.

[2]Hong-Tao W，He-Lin F，Wen-Xuan P，et al.Application of multilevel grey evaluation model and risk evaluation in Yongji highway construction [J].Electronic Journal of Geotechnical Engineering，2014，19：685-692.

[3]金宏雷，許孛皋，黃瑞三.基于模糊綜合評價法的道路施工安全評價[J].低溫建筑技術，2012，34(10)：121-123.

[4]吳忠廣，李秀芳.基于模糊—集對分析模型的公路建設施工安全評價研究[J].公路，2012(5)：243-247.

[5]吳忠廣.基于模糊-集對分析的公路施工安全評價模型[J].中國安全生產科學技術，2012，8(11)：156-160.

[6]HE Yong-xiu，DAI Ai-ying，ZHU Jiang，et al．Risk assessment of urban network planning in China based on the matter-element model and extension analy-sis[J]．Electrical Power and Energy Systems，2011，33(3)：775-782．

[7]JUN Ye．Application of extension theory in misfire fault diagnosis of gasoline engines[J]．Expert Systems with Applocation，2009，36(2)：1217-1221．