基于模糊ISM?DEMATEL的地鐵施工安全氛圍形成模型研究

李瑚均，陳輝華，程保全，戶曉棟，蔡茜

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙410075；2. 河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作454003)

地鐵交通系統(tǒng)可有效緩解地面交通緊張，且運(yùn)營階段具有安全、平穩(wěn)、節(jié)能和環(huán)保等特點(diǎn)，近年來我國各大城市積極推進(jìn)地鐵工程建設(shè)。然而因大部分地鐵工程深埋地下，施工過程中受到復(fù)雜水土環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)管理的多重影響，安全事故時(shí)有發(fā)生，給國家、社會(huì)、企業(yè)和個(gè)人帶來嚴(yán)重的有形和無形損失[1?2]。施工安全事故的管控一直是業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)問題，國內(nèi)外學(xué)者多從技術(shù)與管理2個(gè)層面探究安全事故的致因機(jī)理與規(guī)避策略。技術(shù)層面的研究主要集中在BIM、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、計(jì)算機(jī)視覺(CV)、可穿戴設(shè)備等方面[3?4]；而管理層面的研究更多以施工安全氛圍(文化)為關(guān)注點(diǎn)[5]。施工安全氛圍是指施工作業(yè)人員共享的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全管理的認(rèn)知，該認(rèn)知表征了項(xiàng)目管理組織對(duì)施工安全的重視程度[5]。施工安全氛圍源自ZOHAR在1980年提出的安全氛圍[6]，對(duì)該構(gòu)念最早的研究是 在1991 年，DEDOBBELEER 等[7]嘗 試 探 究BROWN 等[8]提出的組織安全氛圍因子模型是否適用于建筑業(yè)，研究否定了BROWN & HOLMES 的因子結(jié)構(gòu)模型在建筑業(yè)的適用性，提出了經(jīng)典的雙因子施工組織安全氛圍結(jié)構(gòu)模型，即安全管理承諾和工人安全參與。施工安全氛圍是工程安全績效的顯著影響因素，積極的施工安全氛圍有利于激勵(lì)工人形成良好的安全行為，進(jìn)而降低安全事故的發(fā)生頻率，那么如何在現(xiàn)場(chǎng)營造積極的施工安全氛圍是現(xiàn)場(chǎng)管理者急需解決的現(xiàn)實(shí)問題，而解決此問題的關(guān)鍵是需要系統(tǒng)了解施工安全氛圍的形成過程。然而綜合分析現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，研究人員主要聚焦該構(gòu)念的測(cè)度方法、要素結(jié)構(gòu)、前置變量以及其與其他安全相關(guān)變量(比如安全行為)的關(guān)系等方面[9?10]。雖有部分學(xué)者強(qiáng)調(diào)了單變量(比如管理者能力等)對(duì)施工安全氛圍具有顯著影響，但仍缺乏施工安全氛圍的形成模型研究。特別是針對(duì)地鐵工程，特殊的施工環(huán)境導(dǎo)致安全事故極易發(fā)生，更需要開展施工安全氛圍的形成過程分析。綜上，本文以地鐵工程為載體，對(duì)施工安全氛圍的形成模型開展深入研究。首先基于文獻(xiàn)分析識(shí)別地鐵施工安全氛圍的影響因素，然后通過訪談地鐵工程安全管理專家完善地鐵施工安全氛圍影響因素清單，后運(yùn)用模糊ISM-DEMATEL方法分析影響因素間的關(guān)系，構(gòu)建地鐵施工安全氛圍的多層結(jié)構(gòu)形成模型，最后選用案例驗(yàn)證該模型的適用性。本研究揭示地鐵施工安全氛圍的多層結(jié)構(gòu)形成過程，可有效指導(dǎo)地鐵工程安全管理人員通過采取安全策略提升施工安全氛圍，進(jìn)而降低甚至規(guī)避施工安全事故發(fā)生。

1 地鐵施工安全氛圍影響因素識(shí)別

1.1 基于文獻(xiàn)識(shí)別施工安全氛圍影響因素

通過綜合檢索國內(nèi)外的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，為保證完備性，文獻(xiàn)檢索不限定地鐵工程。選擇知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫檢索中文相關(guān)文獻(xiàn)，檢索詞為“建筑安全氛圍”“施工安全氛圍”“項(xiàng)目安全氛圍”和“建筑安全氣候”，文獻(xiàn)來源限制為EI，CSSCI和CSCD，檢索得到16 篇中文文獻(xiàn)。選擇Scopus 數(shù)據(jù)庫檢索英文文獻(xiàn)，檢索主題為“construct* safety cli‐mate”，篩選后獲得138篇英文文獻(xiàn)。后以上述154篇文章為數(shù)據(jù)集，經(jīng)過認(rèn)真閱讀和整理，識(shí)別文獻(xiàn)中的工程施工安全氛圍影響因素(見表1)。

1.2 基于專家訪談完善地鐵施工安全氛圍影響因素

為了更深入挖掘地鐵施工安全氛圍影響因素，分別訪問了20 位地鐵安全管理專家(6 名教授和14名地鐵工程安全管理人員)。所選專家均在地鐵安全領(lǐng)域有多年的科研或工作經(jīng)驗(yàn)，他們被邀請(qǐng)對(duì)從文獻(xiàn)中識(shí)別的施工安全氛圍影響因素進(jìn)行評(píng)估，并基于工作經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充以往研究未涉及的影響因素。

綜合文獻(xiàn)分析與專家訪談結(jié)果，共識(shí)別27 個(gè)地鐵施工安全氛圍影響因素(如表2 所示)。表2 中帶“*”的影響因素為基于專家訪談獲得。此外，經(jīng)過專家訪談后，表1 中“工作準(zhǔn)備會(huì)議”并入“安全規(guī)則與程序”；“工程安全風(fēng)險(xiǎn)”被細(xì)化為“復(fù)雜地層”、“復(fù)雜水環(huán)境”和“既有工程構(gòu)筑物”3 類地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)。復(fù)雜地層指代區(qū)間經(jīng)過軟土地層、砂土地層、復(fù)合地層或者存在孤石等風(fēng)險(xiǎn)因素，復(fù)雜水環(huán)境指代臨近或下穿地表水、地下水位高等風(fēng)險(xiǎn)因素，既有工程構(gòu)筑物指代下穿地表建筑物、臨近地下隧道和地下管線等風(fēng)險(xiǎn)因素。

表1 基于文獻(xiàn)識(shí)別的施工安全氛圍影響因素Table 1 Influential factors of construction safety climate based on literature

表2 地鐵施工安全氛圍影響因素Table 2 Influential factors of subway construction safety climate

2 地鐵施工安全氛圍形成模型構(gòu)建

2.1 構(gòu)建模糊ISM-DEMATEL方法

本文構(gòu)建的模糊ISM-DEMATEL 方法包括以下步驟。

步驟1：構(gòu)建由l,m,r表示的三角模糊數(shù)(l,m,r)，其中l(wèi)≤m≤r。并設(shè)計(jì)語言算子和三角模糊數(shù)間的映射關(guān)系(如表3所示)。

表3 語言算子和三角模糊數(shù)Table 3 Language operators and triangular fuzzy numbers

步驟2：邀請(qǐng)專家評(píng)估表2 中影響因素Fi與Fj間的影響關(guān)系，并基于評(píng)估結(jié)果構(gòu)建三角模糊關(guān)系矩陣E?k，如式(1)所示。

步驟3：運(yùn)用CFCS 方法[24]處理模糊數(shù)據(jù)，求出影響因素的直接關(guān)系矩陣E，如公式(2)～(7)所示。

上述式子中：

p為專家的總?cè)藬?shù)。

步驟4：規(guī)范化直接影響矩陣，得到規(guī)范化矩陣S(S=[sij]n×n)，如式(8)所示。

式中：maxeij為矩陣E中的最大值。

步驟5：計(jì)算因素系統(tǒng)間的綜合影響矩陣T(T=[tij]n×n)，如式(9)所示。

其中I為單位矩陣。

步驟6：選擇合適的λ對(duì)T進(jìn)行刪減得到關(guān)聯(lián)矩陣R(R=[rij]n×n)，如式(10)所示。

步驟7：在關(guān)聯(lián)矩陣R的基礎(chǔ)上求解元素的可達(dá)集合Qr和前項(xiàng)集合Qa，逐次去掉可達(dá)集合與前項(xiàng)集合交集為空集的元素，求解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次。

地鐵施工安全氛圍的形成是影響因素相互作用的系統(tǒng)過程，應(yīng)運(yùn)用系統(tǒng)分析方法研究地鐵施工安全氛圍的形成模型。ISM-DEMATEL 結(jié)合了ISM 與DEMATEL方法，該方法可通過分析影響因素間的關(guān)系建構(gòu)研究系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，從系統(tǒng)角度梳理關(guān)注問題的形成過程，并且計(jì)算過程較傳統(tǒng)的ISM 方法簡(jiǎn)便，是剖析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)方法[25]。模糊ISM-DEMATEL 方法是模糊理論與ISM-DEMATEL 方法的集成，將模糊集引入ISMDEMATLE方法可以有效降低人因決策導(dǎo)致的模糊誤差[24]。因此，模糊ISM-DEMATEL方法可解決系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)問題，又可降低操作過程的人因誤差，適用于地鐵施工安全氛圍的形成分析。

2.2 地鐵施工安全氛圍形成模型

基于本文3.1，選取20 位地鐵施工安全管理專家進(jìn)行問卷調(diào)查。收集和整理訪談數(shù)據(jù)，獲得模糊關(guān)系矩陣。然后運(yùn)用MATLAB 按照式(2)～(9)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求得綜合影響矩陣T。基于式(10)，選取λ=0.2刪減綜合影響矩陣T，得到地鐵施工安全氛圍影響因素關(guān)聯(lián)矩陣R(見圖1)。

圖1 地鐵施工安全氛圍影響因素關(guān)聯(lián)矩陣Fig.1 Relationship matrix of the influential factors of subway construction safety climate

以關(guān)聯(lián)矩陣R為基礎(chǔ)，計(jì)算各地鐵安全氛圍影響因素的可達(dá)集合(見表4)，然后逐次刪掉可達(dá)集合與前項(xiàng)集合為空集的影響因素，可得到地鐵施工安全氛圍的多層結(jié)構(gòu)形成模型(如圖2)。經(jīng)過模糊ISM-DEMATEL 運(yùn)算可得到一個(gè)8層的初始系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過充分討論合并相關(guān)層級(jí)，形成最終的地鐵施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型，包括社會(huì)基礎(chǔ)層、組織?工程中間層、管理者?工人交互層和地鐵施工安全氛圍層(頂層)。

圖2 地鐵施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型Fig.2 Multi-tier model for formation of subway construction safety climate

表4 地鐵施工安全氛圍影響因素可達(dá)集合Table 4 Reachable set of the influential factors of subway construction safety climate

社會(huì)基礎(chǔ)層是地鐵施工安全氛圍形成的根本原因，此部分對(duì)應(yīng)前文的社會(huì)類影響因素。組織-工程中間層包括了工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和工程參與組織的因素。除3 類工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和安全心理契約外，組織層面因素細(xì)分為兩小層級(jí)：企業(yè)的安全文化與組織價(jià)值、制度壓力分別從主動(dòng)和被動(dòng)2路徑激勵(lì)企業(yè)開展安全管理，是組織層面的深層次原因；安全政策、安全規(guī)則與程序、安全培訓(xùn)與教育、安全資源投入等安全管理系統(tǒng)要素是企業(yè)開展安全管理的表征。且工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也促使管理組織重視安全管理系統(tǒng)要素。

管理者?工人交互層是地鐵施工安全氛圍形成的關(guān)鍵層。管理者是現(xiàn)場(chǎng)安全管理的直接負(fù)責(zé)人，施工安全氛圍多是通過工人與管理者間的安全交互形成的。管理者可通過多路徑影響施工安全氛圍。管理者的能力、領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格和安全承諾可通過和諧工作環(huán)境和工人心理因素(個(gè)人組織適配、社會(huì)認(rèn)同和工作滿意度)影響安全溝通效果，進(jìn)而提升工人安全知識(shí)水平并最終提升施工安全氛圍水平；同時(shí)管理者能力與安全承諾也可直接影響溝通效果；此外，管理者安全承諾可直接激勵(lì)施工安全氛圍(比如，管理者加大現(xiàn)場(chǎng)安全檢查力度，工人可認(rèn)知到項(xiàng)目部對(duì)安全管理特別重視)。工人自身的因素對(duì)施工安全氛圍的作用邏輯也不同，知識(shí)水平、個(gè)人特質(zhì)和工作壓力是施工安全氛圍的近端影響因素；而個(gè)人組織適配、社會(huì)認(rèn)同和工作滿意度是更為遠(yuǎn)端的影響因素，通過作用管理者與工人溝通過程進(jìn)而影響施工安全氛圍。

地鐵施工安全氛圍的直接影響因素包括安全資源投入、管理者安全承諾、業(yè)主主動(dòng)參與、安全知識(shí)水平、個(gè)人特質(zhì)和工作壓力，其中工人因素占比較大，一定程度說明工人自身的屬性或特征對(duì)地鐵施工安全氛圍的影響較為顯著，管理者安全承諾處于核心位置(入向線與出向線較多)。除此之外，安全溝通、管理者領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格、安全培訓(xùn)與教育、制度壓力、安全文化和組織價(jià)值在地鐵施工安全氛圍形成過程中也具有顯著的作用。

3 案例應(yīng)用

3.1 案例概況

CS 地鐵4 號(hào)線HF 標(biāo)段(后續(xù)稱X 項(xiàng)目)采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間工程地質(zhì)包括泥灰?guī)r、砂巖和復(fù)合地層。工程項(xiàng)目緊鄰湘江，地下水位受氣候和湘江水位影響在0～9.6 m 波動(dòng)。工程項(xiàng)目下穿地表建筑物7 座。整體而言，X 項(xiàng)目施工面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為更好地開展施工安全管理，項(xiàng)目總承包方欲通過構(gòu)建積極的施工安全氛圍進(jìn)而提高工程現(xiàn)場(chǎng)安全績效。在項(xiàng)目前期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工人的安全氛圍認(rèn)知進(jìn)行抽樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)整體項(xiàng)目施工安全氛圍水平不高。

3.2 X項(xiàng)目施工安全氛圍關(guān)鍵影響因素識(shí)別

為找出X 項(xiàng)目施工安全氛圍水平不高的原因，并為后續(xù)提升施工安全氛圍的提供思路，項(xiàng)目部與課題組就如何提升施工安全氛圍的問題展開合作。課題組即組織團(tuán)隊(duì)成員識(shí)別前文所述的施工安全氛圍影響因素(如表2)，并構(gòu)建了地鐵施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型(如圖2)。

基于此，課題組與項(xiàng)目總承包方對(duì)X 項(xiàng)目的施工安全氛圍開展了深入的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和多輪專家討論，識(shí)別了X 項(xiàng)目施工安全氛圍的關(guān)鍵影響因素及其水平(如表5所示)。

表5 X項(xiàng)目施工安全氛圍的關(guān)鍵影響因素Table 5 Key influential factors of construction safety climate of X project

3.3 X項(xiàng)目安全管理措施制定及效果

在識(shí)別X 項(xiàng)目施工安全氛圍的關(guān)鍵影響因素的基礎(chǔ)上，安全管理措施的制定依托于前文構(gòu)建的地鐵施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型和項(xiàng)目總承包方的管理經(jīng)驗(yàn)。首先基于模型中關(guān)鍵影響因素所在的因果鏈路確定應(yīng)考慮的調(diào)整因素，確定原則為“前因原則”和“截?cái)嘣瓌t”。“前因原則”是指關(guān)注關(guān)鍵影響因素的前因(只考慮一階前因)控制根源；“截?cái)嘣瓌t”是指通過控制關(guān)鍵影響因素的后果(只考慮一階后果)來截?cái)嘁蚬溌贰１热玑槍?duì)安全規(guī)則與程序不統(tǒng)一，通過“前因原則”可識(shí)別制度壓力、安全文化和組織價(jià)值等，而通過“截?cái)嘣瓌t”可識(shí)別管理者領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格和管理者安全承諾。然后依據(jù)應(yīng)考慮的調(diào)整因素結(jié)合X 項(xiàng)目總承包方的管理經(jīng)驗(yàn)制定對(duì)應(yīng)的安全管理措施。經(jīng)過多輪專家討論后，最終確定適合X 項(xiàng)目的施工安全氛圍提升措施(如表6所示)。

表6 X項(xiàng)目采取的管理措施Table 6 Management measures of X project

管理措施實(shí)施3個(gè)月后，總承包方再次對(duì)作業(yè)工人的安全氛圍進(jìn)行抽樣調(diào)研，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目整體的施工安全氛圍有明顯增強(qiáng)。且X 項(xiàng)目在工程施工階段未發(fā)生任何安全事故，未出現(xiàn)工人嚴(yán)重傷害的安全事件。

4 結(jié)論

1)基于文獻(xiàn)分析與專家訪談識(shí)別出27 個(gè)地鐵施工安全氛圍的影響因素，這些影響因素可劃分為5類：社會(huì)環(huán)境因素、工程環(huán)境因素、組織或團(tuán)隊(duì)因素、管理者因素和工人因素。

2) 集成模糊理論和ISM-DEMATEL 方面構(gòu)建了模糊ISM-DEMATEL 方法，并運(yùn)用該方法構(gòu)建了施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型，該模型包括4個(gè)層級(jí)：社會(huì)基礎(chǔ)層、組織?工程中間層、管理者?工人交互層和頂層。在眾多地鐵施工安全氛圍影響因素中，管理者安全承諾為核心影響因素，安全溝通、管理者領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格、安全培訓(xùn)與教育、制度壓力、安全文化和組織價(jià)值為顯著影響因素。

3) 選用X 項(xiàng)目驗(yàn)證了本文構(gòu)建的地鐵施工安全氛圍多層結(jié)構(gòu)形成模型的可用性，結(jié)果表明該多層結(jié)構(gòu)形成模型可以有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員識(shí)別關(guān)鍵的施工安全氛圍影響因素和制定管理措施培育積極的施工安全氛圍，進(jìn)而提升項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安全水平。