基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風險預測研究

劉旭陽

(山西應用科技學院，山西 太原 030062)

建筑工程在施工中的安全問題屬于一門涉及管理學、心理學、工程學等多學科為一體的綜合學科。盡管已有科研單位從個體認知層面，挖掘并深度探索了建筑工程在施工中存在安全風險或發生安全事故的原因，但誘發施工中安全風險的因素是多樣化的，并不是由某一種行為或一種獨立因素造成的。從單一層面解決此種問題基本是不可行的，為此，在后續的研究中，施工方嘗試了從建立AHP評價體系、LEC評價模型等角度，進行施工安全風險的預測與評價。但無論現有的任何一項研究成果，都需要在預測與評價中，通過大量數據進行演算與推理，不僅無法實現對數據的有效推理，也無法深入闡述不同安全風險因素之間的傳導關系。因此，本文將基于DEMATELBN模型的應用，設計一種針對建筑工程施工中安全風險的全新預測方法，通過對風險的高精度預測，做好對風險的規避，實現將安全事故的發生概率降至最低。

1 基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風險預測方法設計

1.1 提取建筑工程施工安全風險因素

開展相關研究前，對工程施工安全風險進行針對性提取。本次提取施工風險的主要手段為WSR技術，此項技術是一項基于物理—事理—人理的技術，從提出的三個角度對施工安全風險進行深度分析。在此過程中，需要基于WSR理論，構建建筑工程安全施工模型。

在不同的施工環節，作業人員對于工程的管理是相對獨立的，但通過風險傳導，可以實現將不同作業環節建立空間聯系，以此種方式，保證工程各個步驟之間存在銜接。

根據施工中不同作業環節與施工作業空間的特點，從施工作業現場、施工材料運輸、施工作業行為三個方面，進行施工安全風險的提取。如下表1所示。

表1 建筑工程施工安全風險提取

按照上述方式，提取M、T、C等不同方面的施工安全風險因素，初步定位可能造成施工安全風險的因素。

1.2 基于DEMATEL-BN模型的風險演化傳導分析

完成上述研究后，考慮到大部分建筑工程在施工中存在交叉施工作業，且施工行為具有多維度并行特點，因此，可以認為施工中的安全風險不僅存在單向傳導現象，也存在多項風險并行傳導的特點。為了進一步感知風險在工程施工中的傳導與演化形式，下述將引進DEMATEL-BN模型，對風險演化傳導過程進行分析。將此過程描述成下述圖1。

圖1 風險演化傳導過程

從上述圖1所示的流程可以看出，建筑工程施工安全風險將在最終體現在施工作業現場，因此，在進行建筑安全風險的預測時，可以在掌握前端傳導的單一風險后，進行風險的體現形式分析，根據風險的最終體現結果，進行風險描述。在此過程中，可以使用DEMATEL-BN模型，進行不同施工單元之間安全風險因素關系的分析，構建單元施工安全風險影響矩陣，將矩陣表示為A，對A的描述可以用下述計算公式表示。

公式（1）中：a表示為在施工過程中，安全風險因素i對安全風險因素j所造成的影響；n表示為安全風險因素數量。對矩陣A進行規范化處理，得到矩陣B，對矩陣B的描述如下。

公式（2）中：i的取值應控制在1～n之間。通過對矩陣A與矩陣B的描述，得到一個針對建筑工程安全施工的風險綜合影響矩陣，將綜合影響矩陣表示為T，對矩陣T的描述如下。

公式（3）中：E表示為施工單元風險矩陣。設定風險影響程度表示為R，施工現場被影響的程度表示為D，影響程度的中心值表示為e，造成或誘發安全風險的原因影響程度表示為f，對多種參數的計算可用下述公式組表示。

公式（4）中：R表示為在施工全過程中，第i個因素對工程中其他安全風險因素的綜合影響程度；D表示為在施工全過程中，其他安全風險因素對第i個因素的綜合影響程度；e表示為中心值，也可以降低定義為風險指標/因素的重要程度；f的取值應>0，當f的取值<0時，計算無意義。根據上述計算公式，可以精準描述在施工中不同安全風險因素之間的邏輯關系，根據邏輯結構之間的傳導，掌握風險的遞進過程中的變化，以此種方式，為建筑工程施工安全風險的精準預測提供決策支持。

1.3 工程施工節點事故發生概率計算與預測

上述基于DEMATEL-BN模型，完成了對風險傳導的分析，為了進一步實現對風險發生概率的精準預測，需要在完成基于DEMATEL方法的使用后，定位建筑工程施工節點，進行風險因果關系的輸出。在此過程中，需要將所有提取的風險因素以統計樣本數據的方式導入MATLAB環境中，調用Mapmin-max函數，對風險因素進行歸一化處理。選擇在此過程中的RBF核函數，構建高風險施工節點模型，使用K折交叉驗算法，確定模型中的參數。并以此為依據，根據已知不同風險項目的發生可能性或風險造成的后果，定位影響程度最大的風險因素，將此過程表示為下述計算公式。

2 實例應用分析

為了滿足實驗的真實性需求，選擇某地區土建工程項目作為研究的工程實例.分析前，需要先與工程施工方簽署合作協議，并在征求業主方的同意后，進行工程項目技術交底。此次開挖的基坑呈矩形形狀，基坑的長度約為98.0m，基坑的寬度約為82.0m，占地面積約為7880.0m，頂面標高-0.5m，設計的開挖深度為20.0m。施工的內容包括人工作業可進行孔樁的開挖、攪拌樁的開挖、預應力錨桿的設計、混凝土內角支撐的施工、施工中余土的外運、排水等。

提取建筑工程施工安全風險因素，初步掌握工程中可能出現安全風險的施工節點，對施工節點進行反演推理，定位風險發生源。根據風險的傳導，對施工節點可能出現安全事故概率進行計算。以本文研究的工程項目為例，將工程數據導入模型后，主動設定事故發生概率值為1.0（即100.0%），將提取的工程節點信息輸入GeNie軟件中進行二次計算，得到在基坑開挖工程中，混凝土內角支撐施工環節可能出現的安全風險因素。整理風險因素與不同因素可能發生的概率，將概率表示為P（計算公式參照1.3中的（5）公式），提取結果如下表2所示。

表2 混凝土內角支撐施工環節的安全風險因素與概率

從上述表2中可以看出，Z>Z>Z>Z>Z，證明在施工步驟中，施工中支撐構件連接強度不足是造成工程施工安全風險的主要因素。定位工程施工中的安全風險審查重點后，在模型中輸入工程參數，對工程支撐構件的連接進行重點核查。由工程監理人員進行此種工作，核查后發現，在混凝土內角支撐施工環節中，施工技術人員由于施工操作行為不達標，出現了多點支撐力不足的現象。由此證明了本文設計的預測方法可以在工程實際應用中，起到精準定位施工異常點的作用。

完成對本文設計方法可行性的分析后，將工程整體作為預測對象，按照本文設計的流程，對工程施工全過程中的安全風險進行預測。將安全施工風險根據實際情況，量化為五個風險等級。I級代表低風險（不需要采取工程控制措施，可忽略此方面風險）、II級代表較低風險（需要人工留意此方面施工行為，保證施工的順利實施）、III級代表中等風險（存在一定的風險，需要由技術人員進行風險源的定位，并采取技術整改或工程管理等方式，進行風險處理與規避）、IV級代表較高風險（應啟動工程緊急預案，避免不規范施工行為造成經濟方面的額外支出與人員傷亡）、V級代表超高風險（需要即刻采取停工的方式進行工程整頓，否則將出現施工中的安全事故）。

完成對預測安全風險等級的量化后，將此次工程施工劃分為50.0個節點，按照本文設計的方式，對各節點在施工中出現安全風險的概率進行計算。匹配計算結果與安全風險等級，輸出施工中安全風險的預測，將預測結果與真實風險結果進行對比，如下圖2所示。

圖2 建筑工程施工安全風險預測結果

從上述圖2所示的實驗結果中可以看出，真實值與預測值兩條折現幾乎重合，超過95.0%的施工節點安全風險預測值與真實值吻合。因此，在完成實驗后，得出對應的實驗結果：本文設計的基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風險預測方法，在工程實際應用中，可以實現對建筑工程施工安全風險的有效預測，預測結果與真實結果匹配度超過95.0%，說明預測結果精準度較高。

3 結語

本文從提取建筑工程施工安全風險因素、基于DEMATEL-BN模型的風險演化傳導分析、工程施工節點事故發生概率計算與預測三個方面，設計了一種針對建筑工程施工中安全風險的全新預測方法。完成設計后，通過實例應用的方式，證明了本文設計的方法在工程實際應用中，預測結果與真實結果匹配度超過95.0%，說明預測結果精準度較高。在后續的施工作業中，可以將設計的方法應用到真實工程實例中，根據不同工程的需求，進行工程施工中不同風險因素的提取，根據對應因素的傳導關系，進行工程施工的整改。為了解決此方面問題，降低工程在施工中的風險，可在后續的施工中，做好對工程的勘查，并預測不同施工行為可能造成的后果，及時做好對風險的規避，降低工程施工額外支出，實現為施工方創造更高的收益。