基于組合賦權－物元可拓的建筑施工安全管理水平評價

程方明，王琛琛，邱靜雯，劉標標

（1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 西安市城市公共安全與消防救援重點實驗室，陜西 西安 710054；3.西安捷銳消防科技有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

近些年來，隨著建筑業的發展，帶動了大量關聯產業，對經濟社會發展、城鄉建設和民生改善發揮著重要作用，但同時建筑施工中的安全問題層出，建筑施工過程中事故發生頻率呈現不斷增加的趨勢，工傷事故、意外事故的發生愈發頻繁［1－2］，暴露出建筑安全管理存在不足。因此做好建筑施工過程的安全管理工作，有效辨別現場潛在風險和隱患，明確安全管理工作的改進方向，對預防事故的發生、推進建筑施工項目進展有著重要意義。

學者們相繼提出諸多評價方法用于建筑領域，并取得較為可觀的效果。盧嵐、魏茜茜等利用模糊層次分析方法對建筑施工過程進行安全評價［3－4］；李磊等基于模糊綜合評價法評估建筑施工項目事故應急能力［5］；姜秀慧依據《施工企業安全生產評價標準》的取值方法和權重標準從人、機、環、法、料5個方面對建筑施工項目安全生產能力進行綜合評價［6］；LIU采用云計算對在建工程進行安全評價［7］；馮亞娟等基于集對分析法構建裝配式建筑施工安全評價模型［8］；DEJOY提出分配理論模型對建筑施工現場進行安全評價［9］；成連華基于AHP-DEMATEL的評價模型評估建筑施工項目安全風險［10］；DUFF提出將安全管理評價和工人行為評價相結合的觀點［11］；陳紅衛提出建立以人為本的現代安全管理思想［12］；LIN等通過建立ICM（智能建設管理）成熟度評價體系評估建筑企業［13］；范賢賢運用變異系數法－灰色綜合評價模型評價建筑施工安全［14］；DUAN等探討綠色建筑施工管理，指出建筑施工環境管理的重要性［15］；PARSAMEHR基于進度、成本、質量和安全管理考慮建立施工決策框架［16］；ZHONG等將BIM 技術運用在施工進度、現場材料、施工人員安全的管理中［17］。

綜上，目前對于建筑施工的評價研究多關注于風險因素的評價和改進，缺少從全流程管理角度出發探索安全管理詬病。因此文中著眼于建筑施工安全管理水平，運用PDCA循環管理方法探究建筑施工安全管理影響因素，構建建筑施工安全管理評價體系，建立物元可拓評價模型，實現對建筑施工項目安全管理綜合評價，以期為建筑行業的安全施工提供參考。

1 建筑施工安全管理評價指標

1.1 確定評價體系指標因素

PDCA管理循環［18］是全面管理應遵循的基本程序，具有全面性和系統性的特點，包括策劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）和改進（Action）4個工作階段。基于PDCA管理理論確定各指標因素，通過文獻查閱［19］及現場調研，分析PDC三階段建筑施工安全管理工作要點，確定評價指標要素。

1.1.1 策劃（P階段）

對整個建設工作的安排和依據，即在項目開展前，在明確安全管理目標的基礎上所確定的安全措施，主要包括：制度安全生產責任制度，安全檢查制度，現場施工人員勞動防護用品使用規章，施工地的氣候、照明、噪聲管理規定以及現場工作面管理方案，包含風險識別評估及事故分級處置的事故應急預案等。

1.1.2 實施（D階段）

計劃執行和落實，主要通過宣傳、培訓及檢查、考核獎懲等手段進行日常安全管理工作，包括：成立自上而下、分級負責的安全管理機構，落實安全生產責任制度，對安全管理及現場施工人員的崗前培訓，推進日常安全宣傳及教育，監督施工人員勞動防護用品使用以及對錯誤使用或規范操作時的獎懲，購置和更新設備工具，對設備工器具定期檢查及檢測維護，以及氣候、照明、噪聲、工作面等施工環境的日常巡查工作等。

1.1.3 檢查（C階段）

對所實施的各項工作落實情況檢查，發現管理工作中的問題并督促整改，主要工作包括：對項目工作人員技術素質、文化程度、安全意識、心理狀況等的考核和檢查，對設備完備性、先進性的考量檢查。

綜上，分析明確建筑施工安全管理在PDC三階段的主要工作內容，同時可以看出其安全管理工作主要是對人員、制度、設備及環境的管理，圖1是PDCA各循環階段的工作內容及其與人員、制度、設備和環境管理的關系（其中A是基于評價結果給出的改進目標）。

圖1 PDC階段建筑施工安全管理工作要點及管理對象Fig.1 Key points and management objects of construction safety management in PDC

1.2 建立指標體系

在前文分析得到的指標因素的基礎上，征求專家意見進行指標確定，最終梳理為人員、設備、制度及環境管理4方面，具體對應關系，如圖2所示。

圖2 管理對象與各指標因素對應關系Fig.2 Corresponding relationship between management objects and different indicator factors

其中氣候、照明、噪聲、現場工作面管理方案同時涉及制度、環境管理，通過咨詢專家，氣候、照明、噪聲及現場工作面管理方案在應急預案內有所體現，因此不單獨作為制度管理下的指標項，而施工現場巡查與人員、設備、環境檢查工作重復將其剔除，梳理改進后的安全管理評價指標體系，如圖3所示。

圖3 建筑施工安全管理指標體系Fig.3 Index system for construction safety management

2 建筑施工安全管理綜合評價模型

2.1 評價方法

2.1.1 權重確定方法

指標權重的確定對于評價工作起著至關重要的作用。目前常見的賦權方法有Delphi法、層次分析法、二項系數法、熵權法、變異系數法、主成分分析法等，主要分為主觀賦權法及客觀賦權法。主觀賦權更能表現決策者意圖并且計算相對簡便，但是主觀因素太重；而客觀賦權能夠有效避免主觀信息的干擾，但不能反映決策者對不同指標的重視程度，可能造成結果失真。因此選用G1－熵權法結合的組合賦權法進行權重確定，G1法是對傳統的AHP改進后的一種主觀評價法，較其他主觀計算法更簡便［20］；熵權法通過信息熵的方法確定權重，能避免人為主觀因素和客觀樣本差異大小的不確定性影響而導致的誤差［21－22］。因此G1－熵權法的組合賦權法計算簡便的同時能夠有效削弱主觀性因素。組合賦權法結合可讓二者形成互補，突出二者優點，保證指標權重客觀性的同時利用專家經驗彌補數據不足的缺陷，使結果更加合理可靠。

2.1.2 綜合評價方法

綜合評價方法多種多樣，主要有模糊綜合評價法、灰色聚類分析法、云模型評價法，物元可拓模型評價法等，建筑施工安全管理涉及指標因素較多，且其評價結果需要更直觀地展現。因此選用物元可拓法［23］建立綜合評價模型，物元可拓模型是基于可拓法理論將不相容的矛盾轉化為相容關系，能夠將實際問題轉化為形式化的問題模型，能夠抓住關鍵策略，最大限度地滿足主系統，從而實現全局性最佳決策目標，具有客觀準確、簡潔易行的特點，適用于多指標因素，能夠對待評價事物進行系統、全面的評價，且依據等級劃分的評價結果更為直觀。

因此在各指標因素確定的基礎上，采用G1法進行指標主觀權重計算，熵權法計算客觀權重，運用拉格朗日乘子法結合主客觀權重得到組合權重，通過物元可拓理論進行指標關聯度計算和指標評價等級確定，綜合評價流程如圖4所示。

圖4 建筑施工安全管理水平評價流程Fig.4 Evaluation process of construction safety management level

2.2 指標權重確定

2.2.1 G1法確定主觀權重

G1法是對傳統層次分析法改進后的主觀賦權法，計算量較小，簡便易操作，不需要一致性檢驗，其步驟如下。

1）確定序關系。通過專家經驗判斷進行各指標重要度排序。

2）對得到排序后的指標進行重要度的量化。相鄰評價指標的重要度比值Rj（Ri＝wj－1／wj，j＝n，n－1，…，3，2），Rj取值見表1，表中Xj指重要度排序后的各指標因素。

表1 Rj取值參考Table 1 Rj value reference

3）計算各指標權重。第k項指標的權重值Wk為

2.2.2 熵權法確定客觀權重

熵權法利用熵值確定指標的離散程度，熵值越小，離散度越大，權重越大，其步驟如下。

1）指標熵值計算。

式中 pij為第i個評價項目第j個評價指標的指標比值；珓rij為第i位專家對第j個指標的評分值；n為評價指標個數。

2）指標權重計算如下

2.2.3 確定指標組合權重

運用拉格朗日乘子法得到組合權重如下

2.3 物元可拓理論的綜合評價模型

2.3.1 評價等級設定

根據專家意見及相關規定，結合大量相關文獻的分析［24－25］對建筑施工安全管理水平量化分級，采用百分制進行評價等級劃分，依次為優秀、良好、一般、較差及極差5個等級，詳細劃分情況見表2。

表2 管理水平評價等級劃分Table 2 Evaluation grade for management level evaluation

2.3.2 經典域、節域及待測物元確定

根據等級劃分，二級指標的經典域矩陣為

式中 Nj為第j個評價等級；Ci為評價指標因素；Vj為Nj關于Ci所確定的量值范圍；Vj＝（ajk，bjk）為經典域取值范圍。

根據經典域矩陣及指標等級劃分確定節域

式中 N指待評估對象影響因素的全集；C為評價指標集；VP為指標評價值范圍即為節域取值范圍。

待測物元

式中 NZ為待測物元；CZ為NZ的物元特征集合；VZ為物元特征值。

2.3.3 指標關聯度的確定

利用物元可拓理論將問題由定性向定量轉化［26］，物元分析中涉及到關聯函數的計算，構造關聯函數Kj（Ci）其計算公式如下

式中 ρ為指標經典域或節域的距離函數，｜Vj｜＝｜aji－bji｜。

綜合關聯度

式中 ωi為指標組合權重；Kj（Ci）為指標關聯度。

2.3.4 綜合評價等級的確定

目標在某一等級下關聯度最大，則其處于該等級水平的可能性最大，依據表3關聯度評判標準，遵循隸屬度最大原則進行評價等級判定。

表3 關聯度判斷標準Table 3 Judgment criteria for correlation

3 實例研究

以西安市2處建筑施工項目為例，運用文中構建的評價指標體系和評價模型進行施工安全管理水平評價。項目A由地方建筑集團承接，建筑面積20萬m2，施工安全監督管理人員占比1.3%，施工人員多以項目駐地附近務工人員為主，現場機械設備均以滿足現場需要為主，并未優先考慮其先進性。項目B省屬重點工程，由中建集團承接，建筑面積約70萬m2，安全管理機構完善政策齊全，安全管理人員占比3%，并致力于打造智慧建造、數字化管理模式，以科技創新手段提升項目安全管理，同時注重施工人員培訓考核，為全體員工開展沉浸式體驗區，且全體施工人員實名制管理，以安全管理及生產兩手抓為建設目標。

3.1 指標權重計算

邀請建筑施工單位項目經理、監理單位項目經理、安環部長等10位相關專家分別依據上述評價指標進行重要度排序，并對項目中各指標實際情況進行打分，評分范圍為（0，100］，分值越高該指標管理越到位。在確定序關系的基礎上依據式（1）和（2）計算指標主觀權重，以各指標打分的算術平均值作為初始數據利用式（3）～（5）計算客觀權重，最后通過式（6）計算指標組合權重，按照重要度排序后的各指標權重結果見表4、表5。

表4 項目A建筑施工安全管理水平評價指標權重Table 4 Evaluation index weight of the construction safety management level of Project A

表5 項目B建筑施工安全管理水平評價指標權重Table 5 Evaluation index weight of the construction safety management level of Project B

3.2 物元可拓理論的安全管理水平評估

依據物元可拓理論利用式（7）～（12）進行各指標關聯度計算，以項目A人員管理各指標為例，其經典域為R1（A1）、R2（A1）、R3（A1）、R4（A1）、R5（A1）、R6（A1），節域為RP。

待測物元表示為

通過關聯度函數計算得到A12各等級下關聯度值，K1＝－0.379 2，K2＝－0.181 5，K3＝0.43，K4＝－0.143 3，K5＝－0.357 5。其等級結果為Ⅲ級。同理一二級指標關聯度計算結果見表6。

表6 一、二級指標關聯度Table 6 Correlation of primary and secondary indicators

基于表6中指標層各指標關聯度及等級判定的結果，可知指標A14、指標A24及指標A43等級為Ⅱ級。而指標A12及指標A44等級最低為Ⅳ級。一級指標A1～A4的指標關聯度的等級評判均為Ⅲ級。根據式（13）計算綜合關聯度。

依據等級判定標準項目A的安全管理水平為Ⅲ級，即其安全管理水平一般。同理，項目B各指標計算結果見表7。

表7 項目B各指標關聯度計算結果Table 7 Correlation of indicators of Project B

K綜B＝［－0.041 7，0.067 0，－0.081 3，－0.138 4，－0.167 0］，依據等級判定標準項目B的安全管理水平為Ⅱ級，即其安全管理水平良好，而且大多指標為良好水平，B21、B22、B24、B41達到優秀水平。

3.3 評價結果分析

綜合評價結果表明，建設項目A整體評價等級為Ⅲ級，整體安全管理水平有待提高。其中指標崗前培訓狀況（A14）、事故應急預案（A24）以及現場照明（A43）達到良好狀況，是該項目完成度較高的3項指標；指標安全素質和意識（A12）及現場噪聲（A44）的評估結果狀況較差，是該項目后期整改工作的重點；其他各項指標均屬于Ⅲ級，處于一般狀況均需要進一步加強。項目B整體評價等級為Ⅱ級，安全管理水平良好，需在項目進行中持續保持其安全管理狀態。其中指標安全管理機構（B21）、安全生產責任制（B22）、事故應急預案（B24）及現場工作面情況（B41）評估結果達到優秀水平，項目B安全管理工作明顯較項目A更好，評價結果符合項目實際情況。

3.4 改進目標

為準確分析項目中各指標現實狀況并針對性地提出改進方向，在已得出的權重結果的基礎上，以各項指標權重和打分結果為軸，繪制指標安全管理水平分布圖，分布圖分為4個不同區域，如圖5所示。區域Ⅰ指標權重高、得分低，此區域指標重要度高且管理成效較差，需優先進行整改；區域Ⅱ指標權重及得分均較高，此區域指標安全管理水平較好，僅需對其稍作改善；區域Ⅲ指標權重及得分均較低，此區域指標重要度較低，但其安全管理成效較差，仍是整改工作的重點；區域Ⅳ指標權重低、得分高，此區域指標重要度較低但安全管理成效顯著，需在項目施工中繼續保持管理現狀。該施工項目需制定專項的整改方案，無指標處于區域Ⅰ，優先對區域Ⅲ內指標進行整改，對區域Ⅱ指標進一步加強，同時對區域Ⅳ中指標稍作改善。

圖5 指標區域分布Fig.5 Distribution of indicator areas

4 結論

1）基于PDCA管理循環思想明確建筑施工安全管理工作中的指標因素，從人員、制度、設備和環境管理4個方面構建安全管理評價指標體系。

2）依據建筑施工安全管理評價特點，構建起基于組合賦權的物元可拓綜合評價模型，滿足評價要求的同時，使得評價工作更系統、全面和客觀，提高評價工作的準確性和科學性。

3）A、B兩項目安全管理評價等級分別為Ⅲ級、Ⅱ級，評價結果與實際情況相符，驗證了體系模型的有效性和實用性。同時依據評價結果提出改進目標，完成PDCA管理循環中A階段，并進入下一個循環，為建筑施工安全管理提升工作提供理論參考，也為進一步的建筑施工安全管理研究提供思路。