基于AHP-DEMATEL的智慧工地安全管理影響因素研究

摘要：隨著智慧工地的逐漸普及，施工現場的安全管理水平得到了極大的提高。通過對工地的智能化實時監控，大幅降低了施工安全事故的發生概率，但運用智慧工地進行現場管理的過程依然存在大量的安全問題。通過總結歸納得到7個一級指標，24個二級指標，并建立智慧工地安全管理影響因素評價指標體系，運用AHP法計算評價指標的權重，運用DEMATEL法計算指標的中心度。將AHP與DEMATEL相結合計算評價指標的綜合權重，找出智慧工地安全管理的關鍵影響因素，并提出相應的建議。

關鍵詞：智慧工地；影響因素；安全管理；AHP-DEMATEL

0 引言

隨著建筑業的蓬勃發展，智慧工地的應用不斷普及，極大地加快了施工進度。但是，隨著施工復雜程度的提高，施工現場的安全管理難度不斷增加，施工現場的安全事故發生頻率逐年增長。為了清晰識別智慧工地施工現場的不安全因素，規避施工過程中的安全問題，進行智慧工地安全管理影響因素研究至關重要。山東省住房和城鄉建設廳印發的《全省房屋建筑和市政工程智慧工地建設指導意見》提出，到2023年底全省將全面實行三星級智慧工地^［1］。隨著智慧工地的不斷完善和發展，其將實現普遍應用，為施工現場安全管理提供大量先進有效的科學技術支持，將會大大提高施工安全，保障施工人員的安全，保證施工作業的順利進行，為提高施工現場安全管理做出重要貢獻。

國內外學者在該領域進行了大量研究。Demirkesen等^［2］通過對美國大型建筑企業的采訪與調查，得出安全教育培訓是施工安全管理工作的重點所在。金占勇等^［3］通過AHP和DEMATEL的方式構建了人的不安全行為傳播影響因素模型，探究各因素間的影響關系。李強年等^［4］通過文獻調查等方法得到建筑工人不安全行為的19個影響因素并利用AHP-DEMATEL-ISM模型，從多方面分析了不同因素，對工人不安全行為的影響。宋志雷等^［5］總結了16個建筑施工安全風險因素，運用對抗解釋結構法（DEMATEL-AISM），理清了施工安全風險因素層次，確定了安全風險因素之間的影響關系和因果屬性。Guo等^［6］通過探討韌性安全文化對新生代建筑工人不安全行為的矯正機制，為有效矯正新生代建筑工人不安全行為尋找新的路徑。

目前，已有不少國內外學者對智慧工地的安全管理進行了單因素的定性分析，但幾乎很少涉及多因素的定量研究。基于此，本文將定性與定量分析相結合，使用層次分析法AHP建立智慧工地安全管理影響因素的指標層次分析模型，并引進決策實驗室分析法DEMATEL計算各影響因素間的內部關系及重要程度，找出智慧工地安全管理的關鍵影響因素，為解決施工現場安全問題提出建議，進一步提高智慧工地的安全管理水平。

1 構建智慧工地安全管理影響因素評級指標體系

本文通過文獻分析等方式，將智慧工地安全管理影響因素劃分為7個一級指標，綜合考慮與7個一級指標關聯程度較高的影響因素，繼續將一級指標分為24個二級指標，構建智慧工地安全管理影響因素評價指標體系如圖1所示。

2 影響因素評價指標權重計算方法

2.1 層次分析法

層次分析法（AHP）將影響因素分為目標層、準則層和方案層，運用9級標度理論建立比較矩陣，通過定量和定性分析，將復雜的系統進行分解，把多目標、多準則又難以全部量化處理的決策問題化為多層次、單目標問題，量化每個因素的影響程度，所得結果簡單明確。

2.2 決策實驗室分析法

決策實驗室分析法（DEMATEL）是運用圖論與矩陣工具進行系統因素分析的方法，通過系統中各影響因素之間的邏輯關系與直接影響矩陣，計算各因素對其他因素的影響度及被影響度，從而計算各因素的中心度及原因度。該方法能夠考慮多個因素對決策結果的影響，提高決策的準確性^［7］。

3 構建AHP-DEMATEL評價模型

3.1 AHP法計算指標權重

（1）建立評價指標。將影響因素分為目標層、準則層和方案層，根據指標體系建立結構層次模型。

（2）通過評價指標體系構建判斷矩陣。根據9級標度法進行要素間的兩兩比較，并按重要性程度評定等級，最后通過兩兩比較的結果構建判斷矩陣。判斷矩陣A為

式中，a_ij為i相對j的重要度。

（3）計算初始權重并進行一致性檢驗。計算判斷矩陣A的最大特征根λ_max和其對應的經歸一化后的特征向量W=（w₁， w₂，…，w_n）^T，公式如下

AW=λ_maxW（1）

歸一化后的特征向量W=（w₁，w₂，…，w_n）^T即為各評價因素對于總目標的權重w_i，公式如下

λ_max為判斷矩陣的最大特征值根，公式如下

式中，（AW）_i表示AW的第i個元素。

對矩陣A進行一致性檢驗。當a_ij=a_ik/a_jk時，判斷矩陣為一致性矩陣。判斷一致性的指標為CR的取值，公式如下

RI為隨機一致性指標，其值是通過多次重復進行隨機判斷矩陣特征值計算后得到的，隨機一致性RI見表1。

（4）層次結構總排序及一致性檢驗。首先，對每一個評價指標的相對重要程度進行評估，構建評價矩陣，從而得出各指標的權重及判斷矩陣的最大特征根；其次，為確保評價結果的準確性，對判斷矩陣進行一致性檢驗；最后，根據指標權重結果，計算組合權重，并進行層次結構總排序。

3.2 DEMATEL法計算影響因素

（1）建立評價指標體系。

（2）通過對指標之間的關系進行分析，指標之間的量化評分可分為5個等級，0表示沒有影響，1表示稍微有影響，2表示有一定影響，3表示影響一般，4表示影響較大，5表示影響很大。通過量化評分結果構建直接影響矩陣A。

（3）通過對直接影響矩陣A進行規范化處理，得到標準化矩陣B，公式如下

式中，a_ij為矩陣A的矩陣元素。

（4）計算綜合影響矩陣。

綜合影響矩陣T體現系統中各個元素間影響的綜合效應，公式如下

式中，I為單位矩陣。

（5）計算各因素的影響度、被影響度、中心度和原因度。目前運用DEMATEL計算權重的方式有三種：瞿英等^［8］認為指標權重為影響度與被影響度的乘積；李四光等^［9］及蔡彬清等^［10］認為中心度為影響度與被影響度之和，將中心度作為指標權重；吳明智等^［11］認為指標作為坐標軸中一點，指標到原點的距離為指標權重。本文參考李四光團隊及蔡彬清團隊的研究結果，以中心度作為指標的權重。影響度指矩陣T中各行之和，表示各行要素對其他所有要素的綜合影響值，記作D_i，公式如下

被影響度指矩陣T中各列之和，表示各列要素對其他所有要素的綜合影響值，記作C_i，公式如下

中心度表示因素在評價體系中的位置及其所起作用的大小，某要素的中心度為其影響度與被影響度之和，記作M_i，公式如下

M_i=D_i+C_i（9）

原因度由某元素的影響度和被影響度相減得到，記作R_i，公式如下

R_i=D_i-C_i（10）

4 案例分析

為檢驗上述模型的可行性及有效性，以山東省近年來的三個大型智慧工地施工現場為例，運用調查問卷及德爾菲法，由土木工程相關專業的學生、老師、教授及相關從業人員對智慧工地安全管理影響因素指標進行重要度評價（共收回有效問卷201份），并邀請5名土木工程領域專家進行打分。

4.1 AHP法計算權重

使用AHP法進行初始權重的計算，首先對指標體系中準則層進行權重計算，AHP法分析結果見表2。

針對人員、物料、環境、設備機械、安全管理、施工技術、企業資金投資7個因素構建7階判斷矩陣。并進行層次分析，得到矩陣的特征向量為（1.699，0.772，0.736，1.740，1.395，0.324，0.334），對應的權重值分別是：24.276%、11.028%、10.518%、24.854%、19.927%、4.622%、4.774%。此外，結合特征向量可計算出最大特征根（7.761），利用最大特征根值計算得到CI值（0.127）。

通過公式計算CR值，并且進行一致性判斷。計算得到CR值為0.009 3lt;0.1，表明本次研究判斷矩陣滿足一致性檢驗，計算所得權重具有一致性。同理，計算指標層的權重，AHP初始權重結果見表3。

4.2 DEMATEL法計算結果

計算影響因素的權重及“四度”，DEMATEL計算結果見表4，并根據中心度進行排名。根據計算的原因度及中心度得到因果關系象限圖，影響因素因果圖如圖2所示。

4.3 計算綜合總權重

根據公式計算綜合總權重，AHP-DEMATEL綜合總權重表見表5。計算公式如下

式中，m_i為DEMATEL法計算權重。

根據計算的綜合權重結果可知，對智慧工地安全管理影響權重較大的前6個因素分別為施工人員行為X₁₂、施工場地X₃₄、機械設備使用X₄₂、施工人員技能資質X₁₃、施工安全管控制度X₅₃，以及施工人員安全意識X₁₁。

5 建議

根據基于AHP-DEMATEL模型結構的分析結果，對影響智慧工地安全管理的關鍵因素提出如下相應建議，將有效改善智慧工地中常見的安全問題。

（1）規范施工人員行為。施工人員的行為是影響智慧工地安全管理的最關鍵的影響因素，因此施工前應做好施工安全教育，確保所有施工人員明白安全意識的重要性，遵守安全規程，保證施工人員遵守施工現場的規章制度和安全標準，嚴格執行相關操作程序。使用電子考勤系統記錄施工人員上下班時間和工作情況，減少人為操控和作弊的可能性，提高考勤效率的準確性。建立數據分析和預警系統，對施工人員的行為數據進行分析和監控，及時發現異常行為并進行預警，減少安全事故發生概率。

（2）施工場地環境優化。采用智能環保設備，實時監測空氣質量、噪聲等環境指標，實施污染治理，減少對施工場地環境的影響。采用智能淋噴系統或霧炮等設備，對施工場地的揚塵進行有效控制，減少空氣污染及其對施工人員健康的影響。建立智能廢棄物分類和回收系統，方便施工人員進行廢棄物分類處理，最大限度地減少對施工場地環境的影響。建立智能環境檢測系統，實施監測施工現場的環境指標，并向相關部門和居民反饋，加強環境管理和保護。

（3）規范機械設備的使用。操作人員應嚴格遵守機械設備的操作手冊和安全規程，正確操作設備，避免因操作不當導致的事故和損壞。根據施工需要，合理選擇和使用機械設備，避免過度使用或使用不當導致的資源浪費和設備損壞。安裝智能監控和報警系統，對機械設備進行實時監測，及時發現設備異常情況并采取措施，確保設備隱形安全。制定合理的機械設備調度計劃和維護計劃，避免設備過度使用和頻繁維修，保證施工進度和質量。定期對機械設備使用情況進行評估和改進，總結經驗教訓。

（4）加強施工人員技能資質培訓。建議施工人員持續參加相關技能培訓和課程學習，包括安全培訓、技術培訓、管理培訓等，不斷提升自身的專業知識和技能水平。鼓勵施工人員積極參與相關考試，取得相關崗位所需要的資質證書。建立科學的績效評估體系，定期對施工人員的技能水平和表現進行評估，及時發現問題并提供改進措施，鼓勵施工人員之間的團隊合作和知識分享，通過相互學習和交流共同提高整個團隊的技能水平。

（5）完善施工安全管控制度。建立反饋機制，定期評估安全管理制度的執行情況，根據評估結果進行調整和改進，不斷提升安全管理水平。制定明確的安全政策，確立其對施工安全的重要程度，并將其落實到具體的安全政策和目標中。加強危險源識別和風險評估，對施工過程中可能存在的各類危險源進行全面識別和評估，并采取相應的控制措施，降低施工風險。

（6）提高施工人員安全意識。提供在線培訓，開發智能手機應用程序或網絡平臺，提供隨時隨地的安全培訓課程，讓施工人員能夠方便地獲取安全知識和技能。實施安全警示系統，在工地中設置安全警示系統，通過聲光、震動等方式向施工人員發出安全警報，提醒施工人員注意安全。定期舉辦安全知識宣傳活動，利用演講、視頻、海報等形式向施工人員普及安全知識，增強施工人員安全意識。

6 結語

本文針對智慧工地安全管理，通過文獻分析法查找出了七大類、24小類智慧工地安全管理影響因素，并在此基礎上建立智慧工地安全管理影響因素評價指標體系，將AHP及DEMATEL兩種方法相互結合，構建了智慧工地安全管理影響因素的結構模型，揭示了各因素間相互影響的關系。根據模型找出影響施工安全管理最主要的6個因素，并針對6個影響因素提出相應的建議，以期減少安全管理中遇到的問題。研究成果對認識和控制安全管理中遇到的各種問題具有現實指導意義。

參考文獻

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收稿日期：2024-03-27

作者簡介：

王禹杰（通信作者）（1970—），男，博士，教授，研究方向：管理科學與工程。

趙寧（2000—），男，研究方向：土木水利。

卜甜甜（2000—），女，研究方向：土木水利。