申商坤，陳 浩

(1.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450064;2.上海中建申拓投資發(fā)展有限公司，上海 200120)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)建筑業(yè)蓬勃發(fā)展，導(dǎo)致建筑施工安全生產(chǎn)問(wèn)題日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年，全國(guó)共發(fā)生房屋市政建設(shè)工程生產(chǎn)安全事故734起、死亡840人，同比，事故起數(shù)增加42起、上升6.1%，死亡人數(shù)增加33人、上升4.1%。建筑施工安全事故頻頻發(fā)生，不僅帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，更是影響了家庭的正常生活和社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。

對(duì)于建筑項(xiàng)目施工進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，能有效地預(yù)防和減少事故的發(fā)生。目前，對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全狀況評(píng)估主要基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法[1]、可拓云理論[2]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[3]、相互作用矩陣[4]、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法[5-11]等。我國(guó)學(xué)者普遍采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法，從不同的角度和方向，對(duì)建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了研究。杜婷等[5]從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”5個(gè)角度構(gòu)建了16個(gè)建筑項(xiàng)目施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)建筑項(xiàng)目的施工安全進(jìn)行了研究；孫波等[6]從安全生產(chǎn)管理制度、安全技術(shù)管理、設(shè)備與設(shè)施管理及資質(zhì)、機(jī)構(gòu)與人員管理4方面構(gòu)建了20個(gè)3級(jí)指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)分析法對(duì)建筑企業(yè)安全管理進(jìn)行了評(píng)價(jià)；宋艷紅[7]以事故致因理論和危險(xiǎn)源理論為基礎(chǔ)，建立了16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行建筑施工項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)研究；單仁亮等[8]從施工現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)、文明施工、安全管理四個(gè)方面構(gòu)建了12個(gè)指標(biāo)；杜景峰[9]從社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)方面構(gòu)建施工項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定性分析。

我國(guó)學(xué)者對(duì)建筑施工安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了全面的分析，而這些建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，存在著評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)多的問(wèn)題，這不僅導(dǎo)致了指標(biāo)的冗余性，更增加了評(píng)價(jià)工作的重復(fù)性。因此，在保證評(píng)價(jià)結(jié)果合理性的前提下，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行約簡(jiǎn)，找出其中重要的影響指標(biāo)，不僅能分極大程度地減輕評(píng)價(jià)工作，也能為建筑施工安全控制提供重點(diǎn)。粗糙集理論作為對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行約簡(jiǎn)和分類的一種新的數(shù)學(xué)理論，對(duì)于處理不完整、不確定信息有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[12，13]。而粗糙集約簡(jiǎn)[14，15]是在保留基本知識(shí)(或信息)，同時(shí)保證對(duì)象分類能力不變的基礎(chǔ)上，消除重復(fù)、冗余的屬性和屬性值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的壓縮和再提煉。本文擬采用粗糙集Skowron差別矩陣[16-18]對(duì)建筑施工項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行約簡(jiǎn)，降低安全評(píng)價(jià)的維度，從而減少安全評(píng)價(jià)的工作量。

1 建筑施工項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

建立一套合理的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。造成事故發(fā)生的原因包括引起事故的人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的狀態(tài)以及管理上的缺陷四方面，因此建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)也從影響項(xiàng)目施工安全的人、所用的材料和機(jī)械設(shè)備、環(huán)境及管理四個(gè)因素進(jìn)行選取三級(jí)指標(biāo)。本文在JGJ59-2011《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》、《施工企業(yè)安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，參考大量專家學(xué)者的文獻(xiàn)，以及結(jié)合調(diào)研施工現(xiàn)場(chǎng)的情況選取指標(biāo)，如表1所示。

1.1 人的因素

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在安全生產(chǎn)類事故的直接原因中，人的不安全行為約占80%。而影響人行為的因素主要包括人的安全意識(shí)、生理和心理素質(zhì)、日常習(xí)慣以及人的知識(shí)和技能水平。

(1) 工人的安全意識(shí)。安全意識(shí)，指的是工人對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度，安全意識(shí)越高，則在工作中更加重視安全，否則，常常會(huì)馬虎大意，造成安全事故的發(fā)生。由于工人的成長(zhǎng)環(huán)境以及地域差異等等，導(dǎo)致工人的安全意識(shí)參差不齊，在工作中，極易忽略安全的重要性。

(2) 工人的生理和心理素質(zhì)。工人的生理行為指的是工人的機(jī)體機(jī)能，包括情緒反應(yīng)、四肢協(xié)調(diào)、內(nèi)分泌等，工人的心理素質(zhì)主要包括情感、意志力、抵抗力等等的心理行為，二者對(duì)人的行為有著極其重要的作用。有的工人往往容易急躁、有的工人從事不了高空作業(yè)、有的工人四肢不夠協(xié)調(diào)等都容易引起不安全行為，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

(3) 工人的日常習(xí)慣。工人的不良日常習(xí)慣也屬于不安全行為，對(duì)建筑施工安全也有一定的影響。

(4) 工人的安全知識(shí)和技能水平。工人的安全知識(shí)和技能水平的高低不僅影響工人操作的安全性，也影響工人在自我保護(hù)、處理緊急突發(fā)情況的能力，對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全起著重要的作用。

1.2 物的因素

隨著建筑施工的復(fù)雜化和機(jī)械化，施工現(xiàn)場(chǎng)除了更多的材料外，還需要大量的施工機(jī)械和設(shè)備，這些建筑材料和施工機(jī)械、設(shè)備的安全性能和日常維護(hù)保養(yǎng)對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全起著重要的作用。

(1) 機(jī)械設(shè)備的安全性能。機(jī)械設(shè)備本身的安全性能越高，在施工過(guò)程中，因機(jī)械設(shè)備發(fā)生的事故就越少，越能保證現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全性。

(2) 設(shè)備的維護(hù)及保養(yǎng)。機(jī)械設(shè)備的維護(hù)及保養(yǎng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量十分重要。由于維護(hù)和保養(yǎng)不善容易導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量下降，導(dǎo)致事故的發(fā)生。

(3) 建筑材料的質(zhì)量可靠性。建筑材料的質(zhì)量可靠性，對(duì)施工過(guò)程的安全起著重要的作用。建筑材料的質(zhì)量影響因素主要包括使用材料供應(yīng)商的選擇、材料的檢驗(yàn)、材料的儲(chǔ)存于保護(hù)等。

1.3 環(huán)境因素

建筑施工活動(dòng)大都處于露天環(huán)境下，受各種環(huán)境因素影響較大。

(1) 自然環(huán)境。自然環(huán)境主要包括施工現(xiàn)場(chǎng)的地工程質(zhì)條件、天氣氣候等。對(duì)工程建筑有影響的因素主要包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等，對(duì)場(chǎng)址選擇、總平面布置等都有密切的關(guān)系；天氣氣候主要包括季節(jié)、溫度、濕度等因素，對(duì)工人的行為有極大的影響。

(2) 生活環(huán)境。生活環(huán)境主要指生活區(qū)的環(huán)境，包括工人的住宿條件、飲食條件等。

(3) 施工環(huán)境。施工環(huán)境主要包括施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵、噪音、光等條件。

1.4 管理因素

施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理主要是為了是控制人的不安全行為、物的安全狀態(tài)和環(huán)境因素，以減少現(xiàn)場(chǎng)存在的危險(xiǎn)源和隱患，減少事故的發(fā)生率和損失量。

(1) 安全事故預(yù)警及應(yīng)急處理。應(yīng)急預(yù)案及現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急處理作為安全管理必要的組成部分之一，主要為了降低事故所造成的后果，減少不必要的損失，對(duì)安全評(píng)價(jià)起著重要的作用。

(2) 施工現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)投入。安全生產(chǎn)投入作為企業(yè)安全生產(chǎn)專用的費(fèi)用，不僅能反映企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的重視程度，也能反映企業(yè)的安全防治能力。

(3) 現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督檢查?，F(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督檢查作為預(yù)防事故的最基本的手段，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)所存在的安全隱患和危險(xiǎn)源，以及人的不安全行為，及時(shí)進(jìn)行處理，減少事故的發(fā)生。

(4) 施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理和技術(shù)措施。施工現(xiàn)場(chǎng)的安全和管理措施主要包括操作規(guī)程、規(guī)章制度、作業(yè)票、技術(shù)交底等，能有效地預(yù)防事故的發(fā)生。

(5) 安全防護(hù)用品配備。安全防護(hù)用品的配備是保障工人在施工過(guò)程中的一種防御性裝備，主要包括安全帽、防護(hù)手套、防滑鞋等。

表1 建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 Skowron差別矩陣基本理論

差別矩陣在粗糙集上的運(yùn)用是波蘭研究者A.Skowron教授在二十世紀(jì)九十年代初提出，主要求取知識(shí)系統(tǒng)中的核、約簡(jiǎn)、相對(duì)約簡(jiǎn)等信息，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域[14-18]。

首先建立一個(gè)知識(shí)系統(tǒng)S，且該系統(tǒng)表示為：

S=(U，R，V，f)

(1)

式中：U為非空的有限論域；R為非空的屬性集，且R=C∪D，C表示條件屬性集，D表示決策屬性集；V為各屬性值的集合；f為信息函數(shù)，為每個(gè)屬性賦予一個(gè)信息值。

任取非空子集P?R，如果對(duì)xi，xj∈U，?r∈P，f(xi，r)=f(xj，r)均成立，則P為不可分辨關(guān)系，記作ind(P)。

假設(shè)M、N是論域U中的兩個(gè)等價(jià)關(guān)系族，在M?N條件，如ind(M)=ind(N)，且M是獨(dú)立的，則M稱為N的一個(gè)約簡(jiǎn)。

定義

(2)

為決策表的差別矩陣，其中i，j=1，2，3，…，n。

(3)

式中，f(x，c)表示數(shù)據(jù)對(duì)象x在條件屬性c上的取值，f(x，D)表示數(shù)據(jù)對(duì)象x在決策屬性D上的取值，“∧”表示二者關(guān)系是合取關(guān)系，意為“并且”，即必須兩個(gè)條件同時(shí)滿足。

從式中可以看到，差別矩陣在第i行第j列處的元素為條件屬性構(gòu)成的集合或數(shù)值0。當(dāng)個(gè)體Ui與Uj的決策屬性值不同時(shí)，就把決策表中的第i行和第j行數(shù)值不同的條件屬性集合作為差別矩陣(i，j)位置的差別元素，這些條件屬性之間屬于析取關(guān)系，用符號(hào)“∨”表示，其含義為差別元素中的任意一個(gè)條件屬性即可將Ui與Uj區(qū)分開(kāi)；如果個(gè)體Ui與Uj的決策屬性值不同時(shí)，決策表中第i行和第j行的所有條件屬性值都相同，則差別元素為空集φ，此時(shí)的決策表為不一致決策表，說(shuō)明只有部分的決策屬性D依賴于條件屬性C。對(duì)于決策屬性相同的個(gè)體，無(wú)法去區(qū)分個(gè)體條件屬性的影響，所以，對(duì)于個(gè)體Ui與Uj的決策屬性值相同的情況下，差別元素值取0，表示沒(méi)有考慮的必要。又因?yàn)椴顒e矩陣主對(duì)角線上的元素值相等，必有Ui=Uj，所以主對(duì)角線上的元素取值也為0。

差別矩陣的目的主要是為了發(fā)現(xiàn)能區(qū)分論域中屬性值不同的個(gè)體條件屬性。運(yùn)算過(guò)程為：先根據(jù)差別矩陣定義求出差別矩陣，然后根據(jù)邏輯學(xué)中的析取、合取關(guān)系構(gòu)建差別函數(shù)，再利用邏輯運(yùn)算規(guī)律化簡(jiǎn)差別函數(shù)，最終得到差別函數(shù)的最小析取范式。該范式中的每一個(gè)析取項(xiàng)都是原有知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)約簡(jiǎn)，然后根據(jù)具體的要求和規(guī)定，找到所需要的約簡(jiǎn)結(jié)果。

3 實(shí)例分析

依據(jù)所建立的建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，組織10名專家小組，對(duì)河南省10家建筑施工單位中每個(gè)單位選取一個(gè)工地進(jìn)行調(diào)研，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分，根據(jù)粗糙集理論的差別矩陣進(jìn)行對(duì)建筑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的約簡(jiǎn)，找出影響的關(guān)鍵因素，以期對(duì)以后的建筑施工安全評(píng)價(jià)提供指導(dǎo)。

(1) 數(shù)據(jù)處理

在該實(shí)例中，10個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)成該信息系統(tǒng)的論域U(U1，U2，……，U10)，表1中的15個(gè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)組成條件屬性C(C11，C12，……，C45)，建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)則為決策屬性D={y}。(寫(xiě)法不符合規(guī)范要求，請(qǐng)?jiān)敿有薷?

為了保證數(shù)據(jù)的精確性，采用傳統(tǒng)的“截尾平均數(shù)”法進(jìn)行處理(請(qǐng)查證科學(xué)名詞)。即對(duì)每一項(xiàng)10名專家的打分中，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，然后，取剩下8位專家打分的平均數(shù)作為該項(xiàng)的分值。同時(shí)，運(yùn)用粗糙集理論時(shí)，決策表中的值必須用離散值表達(dá)。因此，根據(jù)專家的打分結(jié)果，將條件屬性分值劃分為[0，80)，[80，90)，[90，100]區(qū)間，對(duì)應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為弱、一般、強(qiáng)，并用0，1，2來(lái)表示，處理后的數(shù)據(jù)如表2。

表2 決策表

(2) 差別矩陣約簡(jiǎn)

根據(jù)差別矩陣的定義，對(duì)表2進(jìn)行處理得到表3，由于差別矩陣元素關(guān)于對(duì)角線對(duì)稱，因此只表示下三角矩陣是科學(xué)的。

表3 差別矩陣

由于，差別矩陣中的每一條件屬性的關(guān)系屬于析取關(guān)系，因此，差別矩陣中所有元素的合取范式即為差別函數(shù)f(M)：

f(M)=C11∧(C14∨C32∨C42)∧(C21∨C32∨C33)∧(C14∨C21∨C31∨C33∨C43∨C45)∧(C11∨C21∨C31∨C42∨C43∨C45)∧(C11∨C14∨C31∨C32∨C43∨C45)∧(C11∨C14∨C21∨C31∨C33∨C41∨C43∨C45)∧C41∧(C11∨C14∨C21∨C32∨C33∨C42)∧(C21∨C32)∧(C14∨C42)∧(C11∨C31∨C32∨C41∨C43∨C45)∧(C14∨C32∨C33∨C42)∧(C11∨C21∨C31C32∨C42∨C43∨C45)∧C21∧(C11∨C14∨C21∨C32∨C33)∧(C21∨C32∨C42)∧C14∧(C11∨C31∨C32∨C41∨C43∨C45)∧(C21∨C42)∧(C14∨C21∨C32∨C33∨C44)∧(C11∨C31∨C32∨C43∨C44∨C45)∧(C42∨C44)∧C44

根據(jù)邏輯運(yùn)算定律，可將上述合取范式差別函數(shù)簡(jiǎn)化為：

f(M)=C11∧C41∧C21∧C14∧C44

(4)

因此，{C11，C14，C21，C41，C44}為所求決策表的一個(gè)約簡(jiǎn)。在不影響評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，從原先的15個(gè)指標(biāo)約簡(jiǎn)成5個(gè)主要指標(biāo)，大大降低了以后安全評(píng)價(jià)工作的復(fù)雜性。該結(jié)果可為以后建筑施工安全評(píng)價(jià)提供參考和依據(jù)，也可為以后預(yù)防施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故提供指導(dǎo)。

4 結(jié)論

(1) 約簡(jiǎn)后的條件屬性集為{C11，C14，C21，C41，C44}，即{工人的安全意識(shí)、工人的安全知識(shí)和技能水平、機(jī)械設(shè)備的安全性能、安全事故預(yù)警及應(yīng)急處理和施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理和技術(shù)措施}。在不影響評(píng)價(jià)結(jié)果的前提下，將原來(lái)的15個(gè)指標(biāo)縮減成了5個(gè)指標(biāo)，大大減少了后續(xù)的安全評(píng)價(jià)任務(wù)量。

(2) 該評(píng)價(jià)約簡(jiǎn)結(jié)果也可為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)防安全事故標(biāo)明重點(diǎn)。可以通過(guò)安全教育培訓(xùn)提高工人的安全意識(shí)和知識(shí)技能水平，選擇性能優(yōu)良的機(jī)械設(shè)備增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的安全性能，優(yōu)化和加強(qiáng)安全事故應(yīng)急預(yù)案，完善施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理和技術(shù)措施，切實(shí)做好建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理，減少事故的發(fā)生。