楊永杰，孫震，陳芝琦，2，謝洪棟，2，彭國平，2，王廣興，2

（1.瑞森新建筑有限公司，山東 濟南 250101，E-mail：chen651758102@163.com；2.瑞森高性能建筑研究院，山東 濟南 250101）

建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，對社會經(jīng)濟發(fā)展及城鄉(xiāng)建設(shè)具有重要的作用。然而，在建設(shè)施工過程中安全問題層出不窮，事故的發(fā)生頻率呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢[1]，暴露出在建筑安全管理方面存在嚴(yán)重不足。因此，有必要對建筑施工現(xiàn)場的安全工作進行深入研究。而作為提高安全水平的重要手段，構(gòu)建科學(xué)、有效的建筑施工安全評價方法對預(yù)防安全事故的發(fā)生及推進建筑施工項目的進展具有重要意義[2]。

國內(nèi)外眾多學(xué)者相繼提出了各類評價方法對建筑領(lǐng)域中的施工管理安全進行評價研究。李成華等[3]通過分析影響建筑企業(yè)安全的因素，建立了一個適用于評價施工安全績效的指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法和三角模糊數(shù)，提出了一種模糊層次分析模型，可以對建筑企業(yè)的安全績效進行多準(zhǔn)則實時評價。盧錫雷等[4]基于熵權(quán)理論與層次分析法的有機結(jié)合提出了主客觀安全評價模型，并對江西某施工項目的施工安全狀況進行了實證分析，最終得出項目施工安全等級良好的結(jié)論。Liang B等[5]針對建筑施工現(xiàn)場的高風(fēng)險性，采用層次分析法（AHP）建立了兩級綜合評價指標(biāo)體系，并對某住宅樓進行了安全評價分析，為建設(shè)項目施工階段的安全風(fēng)險管理提供了參考。李聰?shù)萚6]在建筑安全評價中，將集對分析理論應(yīng)用于物元模型，建立了五元聯(lián)系數(shù)物元模型和偏聯(lián)系數(shù)物元模型。通過將確定性分析和不確定性分析結(jié)合起來，實現(xiàn)了對建筑施工項目的安全評價和風(fēng)險預(yù)測。Gao H等[7]基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了以專家評分為基礎(chǔ)的建筑施工安全評價模型，對某建筑項目進行評價，研究結(jié)果表明評價結(jié)果與該建筑項目的實際情況相符合。Liu J等[8]基于層次分析法和熵權(quán)法，提出了一種基于云模型的裝配式結(jié)構(gòu)安全性能評價方法，為客觀評價裝配式工程的安全性提供了一種新的途徑。鹿中山等[9]運用灰色關(guān)聯(lián)法評價建筑施工現(xiàn)場的安全，并通過計算得出的灰色關(guān)聯(lián)度來確定建筑施工現(xiàn)場安全水平的優(yōu)劣。

綜上所述，目前的評價方法多集中于AHP法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]和灰色關(guān)聯(lián)分析法等。上述研究方法雖然都能對施工安全效果進行綜合評判，但難免存在一些局限性。例如灰色關(guān)聯(lián)法、層次分析法存在評價精度不高、權(quán)重確定存在主觀誤判性等缺陷；而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法結(jié)構(gòu)精度容易受樣本容量限制，容易陷入局部最優(yōu)解。所以，為了解決現(xiàn)有施工安全效果評價中存在的主觀性和不確定性問題。引入熵權(quán)理論及物元可拓理論，目前熵權(quán)-物元可拓理論在能源領(lǐng)域運用廣泛[11，12]。然而，也有部分學(xué)者將其應(yīng)用于建筑施工安全評價之中，并驗證了其合理性[13]?；诖?，本文基于熵權(quán)-物元可拓理論，對各評價指標(biāo)的相對重要性進行合理評判；建立出系統(tǒng)、科學(xué)的評價體系及評價模型，對建筑施工安全性進行評價。

1 建筑施工安全評價體系及評價標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建

1.1 建筑施工安全評價體系構(gòu)建

評價體系的構(gòu)建關(guān)系到施工安全評價效果的科學(xué)性和全面性。參考現(xiàn)有規(guī)范及研究成果[14~17]對影響建設(shè)項目施工安全的因素進行歸納分析，總結(jié)出對建筑項目施工安全有影響的5個主要因素，即安全生產(chǎn)制度管理B1、施工設(shè)備與建筑材料B2、施工專業(yè)技術(shù)管理B3、施工現(xiàn)場環(huán)境管理B4及人員管理B5，這五部分為準(zhǔn)則層指標(biāo)。如圖1所示，根據(jù)準(zhǔn)則層的5個指標(biāo)，進一步細(xì)分出了20個二級評價指標(biāo)，從而形成了完整的建筑項目施工安全評價指標(biāo)體系。

圖1 建筑項目施工安全指標(biāo)體系

1.2 施工安全評價等級劃分

對建筑施工安全水平進行量化分級，從高到低分別為：Ⅰ級（理想安全）、Ⅱ級（安全）、Ⅲ級（臨界安全）、Ⅳ級（不安全）和Ⅴ級（極度不安全）5個等級。并且每項指標(biāo)采用百分制，詳細(xì)劃分情況如表1所示。

表1 施工安全水平評價等級劃分

2 施工安全評價模型構(gòu)建

2.1 經(jīng)典域、節(jié)域與待評物元的確定

物元可拓分析的核心思想是引入了物元的概念，物元是一種介于數(shù)學(xué)實體和模糊概念之間的數(shù)學(xué)對象。物元分析法的主要思想是將事物描述為有序三元組（N、C、V），其中N代表物元的事物，C代表物元的特征，V代表物元的量值。這樣的三元組被稱作物元[18]。他可以表示不確定性或模糊性的程度。通過使用物元，可以對模糊或不確定的數(shù)據(jù)進行建模和分析。具體步驟如下：

（1）確定物元。將項目安全評價記作N，其特征為C，特征C即評價指標(biāo)的量值記作V。假定N有多個特征或指標(biāo)（C1，C2，…，Cn），則這n個特征所對應(yīng)的各自的量值為（v1，v2，….，vn），則物元R可表示為：

式中，R為n維物元，包含項目所有評價指標(biāo)及數(shù)據(jù)；C為要評價物元的n個特征；V為n個特征的量值。

（2）確定經(jīng)典域。經(jīng)典域由要評價的物元特征（指標(biāo)）及其量值所在的區(qū)間組成。則同一等級所在的取值區(qū)間Vi構(gòu)成的經(jīng)典域為R0j（j=1，2，3，4，5）：

式中，N0j為項目N的所有指標(biāo)在第j安全等級下的數(shù)據(jù)集，（j=1，2，3，4，5）；Ci為N0j的特征；Vi為N0j關(guān)于指標(biāo)Ci所規(guī)定的量值區(qū)間，即各等級關(guān)于對應(yīng)指標(biāo)所取數(shù)據(jù)的范圍，用(a0jn，b0jn)來表示。

（3）確定節(jié)域。節(jié)域用Rp來表示，vpi=(apn，bpn)為節(jié)域物元關(guān)于特征Ci的量值區(qū)間，其中(apn，bpn)就是指標(biāo)各安全等級(a0jn，b0jn)區(qū)間的全部集合。

式中，Np為待評估項目影響因素的全集。

2.2 關(guān)聯(lián)函數(shù)的確定

所研究建筑施工對象安全的第k個指標(biāo)對于評價等級j的關(guān)聯(lián)函數(shù)計算如下：

式中，rjk(vk)為待評對象N的各項評價指標(biāo)與各個評價等級N0j之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)；vk到經(jīng)典域區(qū)間v0jk(a0jk，b0jk)的距ρ(vk，v0jk)和vk到節(jié)域區(qū)間vpk(apk，bpk)的距ρ(vk，vpk)計算式如下；其中|v0jk|=|b0jk-a0jk|。

式中，（k=1，2，…，n）（n=20）；（j=1，2，…，y）（y=5）。

式（5）、式（6）即為可拓理論引入的距的概念，用于描述評價指標(biāo)與評價等級之間的關(guān)聯(lián)程度。

2.3 熵權(quán)法確定權(quán)重

熵權(quán)法是一種用于多對象多指標(biāo)綜合問題的評價方法，是基于信息熵理論發(fā)展起來。熵權(quán)理論是一種客觀賦權(quán)的方式，通過實際數(shù)據(jù)和指標(biāo)等客觀信息來進行評估，避免了主觀賦權(quán)方式導(dǎo)致的指標(biāo)權(quán)重的主觀性，使得結(jié)果更加公正和可靠。并且能夠更好地反映指標(biāo)間的相對重要性；另外，客觀賦權(quán)可以適應(yīng)不同的環(huán)境和變化，例如數(shù)據(jù)的變化、新的指標(biāo)的引入等。熵是系統(tǒng)無序度的度量，熵權(quán)的確定步驟如下：

（1）構(gòu)建判斷矩陣R。該判斷矩陣即為上一步所確定的關(guān)聯(lián)函數(shù)矩陣：

（2）定義各評價指標(biāo)的熵Hk。

（3）計算各評價指標(biāo)的熵權(quán)wk。

2.4 確定施工安全綜合評價等級

在計算待判對象N與各個評價等級N0j的單項指標(biāo)關(guān)聯(lián)函數(shù)的基礎(chǔ)上，得出多項指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度rj(N)。待評價施工安全物元N關(guān)于等級j加權(quán)后的關(guān)聯(lián)度為：

根據(jù)關(guān)聯(lián)度最大識別原則，判定施工安全評價的綜合關(guān)聯(lián)度rj' (N)：

由式（12）可知，rj(N)的最大值為rj'(N)，則評定項目N的安全綜合評價等級為等級j。

3 項目實例分析

3.1 評價指標(biāo)得分

以濟南市的兩個某在建項目為例，采用上文所述的評價體系及評價模型進行施工安全水平評價分析。本文通過邀請來自設(shè)計單位、監(jiān)理單位及建設(shè)單位的8位專家根據(jù)上述評價指標(biāo)，對兩個建設(shè)項目的施工現(xiàn)場安全進行打分，以8位專家打分的平均值作為項目安全評價的初始數(shù)據(jù)，各項指標(biāo)的平均分如表2所示。

表2 評價指標(biāo)平均分

3.2 評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及權(quán)重計算

根據(jù)評價指標(biāo)體系及各等級的評分區(qū)間，可以確定其經(jīng)典域與節(jié)域。下式中R01、R05為經(jīng)典域中的其中兩項，Rp為節(jié)域。

以項目N1中的安全生產(chǎn)責(zé)任制度C1為例，根據(jù)式（4）~式（6）對其進行計算，因為C1的量值屬于(70，80]區(qū)間，所以C1對于第Ⅲ等級的關(guān)聯(lián)度為：

而C1不屬于(80，90]，所以C1對第Ⅱ等級的關(guān)聯(lián)度為：

計算其余指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)式（7）~式（10）對各指標(biāo)數(shù)值進行歸一化處理，得到施工安全各指標(biāo)的權(quán)重如表3所示。

表3 建設(shè)項目N1的評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及權(quán)重數(shù)據(jù)表

將各項指標(biāo)關(guān)于不同等級的關(guān)聯(lián)度的最大值進行標(biāo)注。同理，根據(jù)公式對項目N2的評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度及權(quán)重進行計算，結(jié)果如表4所示。

表4 建設(shè)項目N2的評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及權(quán)重數(shù)據(jù)表

3.3 評價結(jié)果分析

圖2、圖3分別表示為N1、N2兩個項目的各個評價指標(biāo)對于各評價等級之間的關(guān)聯(lián)度。由于各個指標(biāo)對施工安全效果的作用并不完全相同，且各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度離散程度較大。并且由圖2、圖3可知各評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度波峰主要集中于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級，單憑一個指標(biāo)無法確定施工安全效果的評價等級。因此，本文在確定評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度后，引入熵權(quán)法對各指標(biāo)的權(quán)重進行賦值，體現(xiàn)各個指標(biāo)重要程度的差異性，計算出指標(biāo)與評價等級之間的綜合關(guān)聯(lián)度，從而對施工安全進行綜合評價。

圖2 N1評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度與評價等級圖

圖3 N2評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度與評價等級圖

根據(jù)關(guān)聯(lián)度最大識別原則判斷出各單項指標(biāo)的施工安全等級，對于項目N1，其中C2、C4、C11、C12、C15、C17的安全等級是Ⅱ級，C1、C3、C7、C14、C19的安全等級是Ⅲ級，C5、C6、C8、C9、C10、C13、C16、C18、C20的安全等級是Ⅳ級。在20個評價指標(biāo)中，安全等級處于臨界安全及以上狀態(tài)的指標(biāo)共計11項。而在Ⅳ級（不安全）中C16的關(guān)聯(lián)程度最高，說明在施工現(xiàn)場環(huán)境管理B4這一準(zhǔn)則層中，現(xiàn)場噪音及揚塵是該項目后期整改工作的重點。同理，對于項目N2在Ⅳ級（不安全）中C20的關(guān)聯(lián)程度最高，即在人員管理B5這一準(zhǔn)則層中，施工人員參加安全活動的比率有待提高。

根據(jù)式（11）、式（12）得出綜合關(guān)聯(lián)度，如圖4所示為綜合關(guān)聯(lián)度與評價等級的折線圖，其中項目N1的最大值為-0.054，所以從整體水平分析，項目N1的施工安全等級為Ⅱ級（安全）；項目N2的最大值為0.007，即項目N2的施工安全等級為Ⅲ級（臨界安全），所以在施工過程中項目N1發(fā)生安全事故的風(fēng)險比N2低，該結(jié)論也與現(xiàn)場實際的施工檢查相一致。該現(xiàn)象表明所建立的熵權(quán)-物元可拓施工安全評價模型是合理的，并且該模型易于在實踐施工過程中進行運用。

圖4 綜合關(guān)聯(lián)度與評價等級折線圖

4 結(jié)語

為降低建筑工程施工過程中的安全隱患，提高施工現(xiàn)場安全評價的有效性及可靠性。本文通過對影響建設(shè)項目施工安全的因素進行歸納分析，建立了以安全生產(chǎn)制度管理、施工設(shè)備與建筑材料管理、施工專業(yè)技術(shù)管理、施工現(xiàn)場環(huán)境管理及人員管理為準(zhǔn)則層的建筑項目施工管理安全評價體系，并且基于熵權(quán)理論和物元可拓理論，建立了有機結(jié)合的熵權(quán)-物元可拓模型。通過對兩個在建項目的施工管理安全進行定量評價，得到了以下結(jié)論：項目N1、N2的施工安全等級分別為Ⅱ級（安全）、Ⅲ級（臨界安全），所以在施工過程中項目N1發(fā)生安全事故的風(fēng)險比N2低。并且通過與實際施工檢查情況相對照，發(fā)現(xiàn)評價結(jié)果與實際檢查情況一致，驗證了熵權(quán)-物元可拓模型的適用性及可行性。并根據(jù)兩個項目單項指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，提出了各項目的改進方向與重點：由于項目N1在Ⅳ級（不安全）中評價指標(biāo)C16的關(guān)聯(lián)程度最高，說明在施工現(xiàn)場環(huán)境管理B4這一準(zhǔn)則層中，現(xiàn)場噪音及揚塵是該項目后期整改工作的重點；同理，項目N2在Ⅳ級（不安全）中評價指標(biāo)C20的關(guān)聯(lián)程度最高，即在人員管理B5這一準(zhǔn)則層中，施工人員參加安全活動的比率有待提高。指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度離散程度較大，并且各評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度波峰主要集中于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等級。因此單憑一個指標(biāo)無法確定施工安全效果的評價等級；因此該模型使用熵值法賦權(quán)，體現(xiàn)各個評價指標(biāo)重要程度的差異性，計算出指標(biāo)與評價等級之間的綜合關(guān)聯(lián)度，從而對施工安全進行綜合評價，不易受主觀因素影響，提高了賦權(quán)的科學(xué)性和合理性。然而，熵權(quán)法對數(shù)據(jù)的敏感性較強，對數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高，數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定性會影響結(jié)果的可靠性。并且在實際應(yīng)用中，過多的指標(biāo)和評價對象會增加計算的復(fù)雜度，降低決策效率。另外，物元可拓模型既能對施工管理安全進行單指標(biāo)評價，也可以將多個指標(biāo)進行綜合評價，提高了模型的應(yīng)用范圍。