翟 瑞， 張云寧， 仲 冉

(1. 河海大學(xué) 商學(xué)院， 江蘇 南京 211100； 2.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

基于AHP和VPRS建筑施工安全風(fēng)險評價體系及其權(quán)重

翟 瑞1， 張云寧1， 仲 冉2

(1. 河海大學(xué) 商學(xué)院， 江蘇 南京 211100； 2.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

建筑施工過程中安全事件多發(fā)情況不僅會對企業(yè)的信譽、盈利能力和社會穩(wěn)定帶來負(fù)面影響，也對施工人員的人身安全和財產(chǎn)損失帶來極大傷害。保證建筑施工安全氛圍是我國建筑企業(yè)發(fā)展的重要條件。本文以準(zhǔn)確、科學(xué)、簡潔為目標(biāo)構(gòu)建了三層次建筑施工安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，綜合利用層次分析法和變精度粗糙集對風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重進行計算。最終結(jié)合實際案例，對風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重進行排序，結(jié)果表明該方法具有一定實用性和有效性，可致力于減少安全事故的發(fā)生。

建筑施工； 安全評價； AHP； 變精度粗糙集

經(jīng)濟體制改革以來我國經(jīng)濟保持快速發(fā)展，未來較長的時間內(nèi)全社會固定資產(chǎn)投資仍將保持穩(wěn)定增長，我國建筑業(yè)正處于較快發(fā)展進程之中，為國民經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大貢獻。伴隨著建筑工程的復(fù)雜性和多樣性提高，施工過程中不確定的安全風(fēng)險因素數(shù)量和影響程度也逐漸增加。建筑工程施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，人、機流動性大，生產(chǎn)條件惡劣，施工周期較長，危險源多且不確定，施工過程中存在的許多不安全因素直接關(guān)系到人員的生命財產(chǎn)安全，有必要對這些安全風(fēng)險因素進行精確的識別和分析，并制定相應(yīng)的應(yīng)對和防范措施，爭取將工程項目的風(fēng)險損失降到最低水平。

安全風(fēng)險研究起源于20世紀(jì)90年代。國外學(xué)者Eybpoosh等[1]利用解釋結(jié)構(gòu)模型分析了土耳其項目的36個安全風(fēng)險之間的相互關(guān)系及影響路徑；Schatteman 等[2]建立了風(fēng)險記錄數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以此來分析和量化項目全壽命周期過程中的主要風(fēng)險因素和發(fā)生概率；Maria-Sanchez[3]利用 Neural-Risk Assessment System 對項目中常見的安全風(fēng)險因素進行量化，并以此來分析該風(fēng)險因素對承包商利潤的影響大?。晃墨I[4]通過“Universal Risk Project”項目建立了一個適用于多數(shù)項目的安全領(lǐng)域風(fēng)險清單，為政府機構(gòu)、工業(yè)和商業(yè)等企業(yè)進行風(fēng)險管理提供了參考；國內(nèi)祝迪飛[5]等對2008奧運場館建設(shè)目標(biāo)，進行了風(fēng)險識別并建立風(fēng)險分解結(jié)構(gòu)；趙挺生[6]等利用分層分析方法計算各安全風(fēng)險因素對施工傷害事故的影響頻率。但目前的指標(biāo)評價和計算方法缺少主客觀指標(biāo)的劃分，指標(biāo)的說服力較低。本文在采用多位專家進行打分的基礎(chǔ)上，結(jié)合AHP和VPRS模型對指標(biāo)進行權(quán)重計算，建立一種更為科學(xué)可靠的評價數(shù)學(xué)模型，對建筑企業(yè)安全進行綜合評價。

1 建筑施工安全風(fēng)險評價體系構(gòu)建

在對相關(guān)建筑企業(yè)安全評價指標(biāo)研究成果[7,8]分析的基礎(chǔ)上，本文以準(zhǔn)確、科學(xué)和簡潔為目標(biāo)建立了一個初始的建筑施工安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 建筑施工安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系

為防止由于各安全風(fēng)險指標(biāo)間存在相互性而降低評價結(jié)果的真實有效性，可以通過SPSS分析軟件分析計算以上指標(biāo)之間的相關(guān)性，刪除相互性較強的安全指標(biāo)，從而提高指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

使用SPSS軟件對從90家上市建筑企業(yè)相關(guān)年報所采集的指標(biāo)體系數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，臨界值取0.65[9]。在相關(guān)系數(shù)矩陣中共有7個評價指標(biāo)相關(guān)系數(shù)大于0.65，如表2所示。通過表2可以分析出每個指標(biāo)與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)大小，刪除系數(shù)值相對較大的安全風(fēng)險指標(biāo)，得到最終科學(xué)合理的安全風(fēng)險評價指標(biāo)見圖1所示。

圖1 建筑施工安全評價指標(biāo)體系

2 建筑施工安全評價指標(biāo)綜合權(quán)重確定

2.1 變精度粗糙集理論簡介

在粗糙集[10,11]模型的基礎(chǔ)上進行擴充可得到變精度粗糙集，通過預(yù)置取值介于0.5與1之間的近似精度因子β(0.5<β≤1)，使得粗糙集嚴(yán)格的邊界定義得到一定程度的放松，從而賦予了該模型抗噪聲能力[12]，有利于解決屬性間無函數(shù)或不確定關(guān)系的數(shù)據(jù)分類問題。由于變精度粗糙集特有的抗噪聲能力可以有效消除安全風(fēng)險指標(biāo)之間的分類誤差，而此能力正好可以消除專家在打分決策時存在的主觀誤差，從而提高對安全風(fēng)險指標(biāo)重要性排序的科學(xué)合理性。

變精度粗糙集計算過程中假設(shè)C為條件屬性集，D為決策屬性集，且C,D?A，條件屬性集和決策屬性集都隸屬于有限屬性集A。如果U是所有評分對象的集合，那么當(dāng)集合Z和集合P分別隸屬于集合U和集合C時，可將Z劃分為三個區(qū)間：

(1)

(2)

(3)

式中：E(P)是基于P的條件類，且表示的是一個等價類集合。P相對于D的QoC定義為：

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣

(4)

式中：card(U)為被打分對象(建筑企業(yè)項目)的數(shù)量，利用變精度粗糙集分類質(zhì)量(Quality of Classification,QoC)數(shù)值大小體現(xiàn)了條件屬性間的重要性，此重要性大小可用來構(gòu)建判斷矩陣，進一步確定各風(fēng)險要素在項目整體風(fēng)險中的重要度[13]；γβ(P,D)為P在正確分類率β的條件下，劃入決策屬性D的數(shù)量，而且γβ(P,D)數(shù)值大小與D對于P的重要性程度成正比，根據(jù)此屬性可推測QoC也可用于表示條件類P相對決策屬性D的重要性[14]。

2.2 建筑施工安全評價指標(biāo)綜合權(quán)重確定

2.2.1 評價指標(biāo)權(quán)重確定

利用變精度粗糙集理論可將QoC概念運用到對建筑施工安全評價指標(biāo)權(quán)重的確定上。在對建筑施工的安全評價過程中涉及到以上幾方面，Pi表示體系中第i(i=1,2,3,4,5)個指標(biāo)，且各個指標(biāo)之間具有相對獨立性；群決策Pki相對于Dk的重要性可以通過專家對各個樣本建筑企業(yè)及其相關(guān)指標(biāo)進行打分獲得，具體如下：

(5)

構(gòu)造基于AHP方法的矩陣集合B={B1,B2,…,Bk,…,Bm}，其中Bk是判斷矩陣，決定于第k個評估專家對建筑企業(yè)的打分。

式中：bk,ij為第k個專家確定出的指標(biāo)體系Pi相對于Pj的重要程度，即

(6)

因為bk,ij×bk,jh=bk,ih，所以bk為完全一致判斷矩陣。變精度粗糙集計算過程中的此判斷結(jié)果可以有效解決判斷矩陣不一致的問題。條件屬性Pki特征值可以通過幾何平均法得到：

(7)

(8)

歸一化處理后可得出判斷矩陣Bk中指標(biāo)權(quán)重向量如下：

(9)

(10)

2.2.2 專家權(quán)重確定

2.2.1節(jié)對各安全風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重進行了計算，本節(jié)將對建筑施工安全評價指標(biāo)從客觀和主觀兩方面評價，各角度對應(yīng)權(quán)重分別用Ok和Sk表示。在群決策表基礎(chǔ)上，結(jié)合AHP和VPRS方法來確定專家對建筑企業(yè)安全評價指標(biāo)中要素的權(quán)重，從而有效消除專家打分中存在一定的主觀性和隨意性。

m個專家判斷矩陣的集合用B來表示；Bk與其他判斷矩陣之間的相似性可反映第k個專家的客觀權(quán)重大小，相似性越低則該專家權(quán)重越低，反之亦然。判斷矩陣Bk定義如下：

bk,j=(bk,1j,bk,2j,…,bk,nj)

(11)

vec(Bk)=(bk,1,bk,2,…,bk,j,…,bk,n),j=1,2,…,n

(12)

專家i和專家j之間的相似性定義如下：

(13)

式中：0

(14)

Bk的可信度隨著bk單調(diào)遞增，所以對第k個專家的客觀權(quán)重作如下定義：

可得出結(jié)論，杉木樣品包括未處理在內(nèi)，在熱處理過程中，樣品表面的裂縫因為熱處理的原因而逐漸變小，樣品表面層次感變低，紋理也越來越清晰。即隨著熱處理時間的增加，樣品表面越光滑。即未處理、熱處理1 h、熱處理2 h、熱處理4 h的粗糙度逐漸變小。

(15)

專家權(quán)重可以定義為：

γk=cSk+dOk

(16)

(17)

3 建筑施工安全評價指標(biāo)權(quán)重算例

某建筑企業(yè)主要從事住宅小區(qū)和商業(yè)項目的開發(fā)，現(xiàn)對其安全評價指標(biāo)及其指標(biāo)權(quán)重進行打分計算。經(jīng)過專家組(4人組成)現(xiàn)場對15個安全評價指標(biāo)要素重要程度進行打分，1為較為重要；2為重要；3為很重要；4為非常重要，得到建筑企業(yè)安全體系要素評價決策表，見表3所示。

表3 由屬性組成的決策表

對R4、R5、R6和C2，R7、R8、R9和C3，R10、R11、R12和C4，R13、R14、R15和C5，以及C1、C2、C3、C4、C5和G等5個組分別進行評估，得到如表4～8所示的決策表。

表4 由屬性R4、R5、R6、C2組成的決策表

表5 由屬性R7、R8、R9、C3組成的決策表

表6 由屬性R10、R11、R12、C4組成的決策表

表7 由屬性R13、R14、R15、C5組成的決策表

表8 由屬性C1、C2、C3、C4、C5、G組成的決策表

本文基于VPRS模型的分類質(zhì)量提出了一種判斷矩陣構(gòu)造方法，它不需要對各判斷對象直接進行成對比較，而是由專家組的決策方案來確定判斷矩陣。設(shè)Ei的分類精度為βk(Ei表示第i個專家組，i=1,2,3,4)，由公式(5)可得Cki相對于G的重要度為：

(18)

式中：Gkj為U/Gk的一個決策類，U/Gk={Gk1,Gk2,…,Gkp},p=card(U/Gk)。

式中：bk,it表示Cki相對于C的重要度。

取β=0.2，通過上層要素、下層要素以及同層要素之間的相對重要度的計算來建立判斷矩陣。由表3可得判斷矩陣為：

由B1可得，特征向量W1=(0.12,0.23,0.05)。同理，對E2、E3、E4求解判斷矩陣可得對應(yīng)特征向量分別為：

W2=(0.31,0.18,0.43)；W3=(0.08,0.62,0.23)；W4=(0.56,0.07,0.30)。

因此可以得到分析對象集U中各樣本安全評估指標(biāo)綜合重要度見表9所示。

表9 建筑企業(yè)施工安全指標(biāo)要素綜合重要度

通過表9計算出的各安全風(fēng)險指標(biāo)要素的最后綜合重要度結(jié)果，按各安全風(fēng)險指標(biāo)重要度從大到小排序可得到排序如下：

R13?R14?R1?R3?R7?R9?R8?R15?R2?R6?R10?R5?R4?R12?R11

從排序結(jié)果二級指標(biāo)可以看出，管理、環(huán)境、技術(shù)、設(shè)備、人五大管理要素中，最重要的是人的因素，人的技術(shù)水平對于建筑施工這樣復(fù)雜系統(tǒng)的重要性不言而喻，這表明涉及到人的安全因素都需要高度重視，這是保障建筑施工安全的前提。AHP和VPRS算法結(jié)合計算最終二級指標(biāo)重要度排序為人員因素?管理因素?技術(shù)因素?環(huán)境因素?設(shè)備因素，此二級指標(biāo)排序與賈旭陽[15]、宋飛[16]、楊莉瓊[17]等文獻中對于施工安全因素排序一致，排序結(jié)果符合實際認(rèn)知且科學(xué)可靠。

各大因素包含指標(biāo)內(nèi)部排序重要度也不盡相同。人員因素中，操作層安全技術(shù)水平是最重要指標(biāo)，提高施工人員操作能力對提高施工安全至關(guān)重要；管理因素中，安全檢查占首要位置，安全檢查的重點是勞動條件、機械設(shè)備、現(xiàn)場管理、安全衛(wèi)生設(shè)施以及人的工作狀態(tài)等等。通過查思想、查管理、查制度、查現(xiàn)場、查隱患、查危險源、查事故處理、使安全管理自始自終貫穿在整個工程施工過程中；技術(shù)因素中施工組織設(shè)計權(quán)重高達0.0713，因為良好的施工組織設(shè)計可以有效地避免很多建筑施工安全事故的發(fā)生；環(huán)境因素中三要素重要性相當(dāng)，自然環(huán)境無法改變，但是要做好項目前期氣候以及地質(zhì)條件的勘察，做好充分應(yīng)對準(zhǔn)備避免出現(xiàn)安全事故；施工設(shè)備因素中相對重要的是設(shè)備安全管理因素，它直接影響工程的施工質(zhì)量以及施工進度，必須把控好工程機械設(shè)備的使用、維修和保養(yǎng)，保障設(shè)備正常運行，安全高效地完成建筑工程施工任務(wù)。

4 模型討論

本文綜合利用層次分析法和變精度粗糙集方法對建筑施工安全風(fēng)險體系各指標(biāo)要素重要度進行排序分析，此排序分析建立在多位相關(guān)專家對指標(biāo)評價結(jié)果平衡分析基礎(chǔ)之上。結(jié)合AHP和VPRS方法，可有效消除評分過程中主觀因素影響，使得計算結(jié)果更為科學(xué)精確。本節(jié)將以AHP和VPRS的計算過程為依據(jù)對模型進行討論分析。

(1)AHP和VPRS結(jié)合應(yīng)用。在本文分析過程中，將建筑施工安全風(fēng)險評價體系分為三個層次指標(biāo)，在利用AHP方法分析出各下層指標(biāo)要素對上層指標(biāo)要素的相對重要性基礎(chǔ)上，通過算術(shù)平均值得出各指標(biāo)重要程度。

由于常用的層次分析法習(xí)慣僅僅將相對重要度劃分成1、3、5、7、9五個不同等級，而沒有將其再繼續(xù)細(xì)分。本文的數(shù)據(jù)均利用VPRS方法進行過預(yù)處理，除了可以簡化整個計算過程之外，還可以有效提升重要度計算結(jié)果的精確性，具有較強的實踐指導(dǎo)性，可為決策者提供一定的參考價值。

(2)多專家評估。當(dāng)建筑企業(yè)安全評級體系指標(biāo)較多時，個別專家在評價某些評價要素時可能會產(chǎn)生判斷偏差，這些偏差很多是由專業(yè)性限制導(dǎo)致。本文采用多專家評價的方法，為了減少因?qū)＜抑饔^性而帶來的負(fù)面影響，對專家的評價結(jié)果取均值計算。每個專家的打分最后結(jié)果為專家決策打分?jǐn)?shù)值與專家重要權(quán)數(shù)相乘的結(jié)果，專業(yè)能力認(rèn)定更強，其賦予的專家重要權(quán)數(shù)更大，此方法可有效增加專家組打分的科學(xué)合理性，各指標(biāo)重要程度得分最終由各專家打分加權(quán)平均值計算得出。本文評價的前提是每個專家的能力相同，所以他們的權(quán)數(shù)也都是相同取值。

(3)β值的選取。將AHP和VPRS模型相結(jié)合可有效減少由于專家行業(yè)的片面性而帶來的計算結(jié)果誤差。VPRS算法計算過程中最終結(jié)果計算精確度也與β值的取值大小有關(guān)，若取值不當(dāng)同樣也會影響最終計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，β值的選取要結(jié)合實際計算過程決策表中的數(shù)據(jù)情況。當(dāng)數(shù)據(jù)分布較為均勻且系統(tǒng)并不完備時，取較大的β值，相反取較小的β值。

(4)數(shù)據(jù)的處理。當(dāng)變精度粗糙集在計算各安全風(fēng)險指標(biāo)要素相對于上層指標(biāo)存在依賴性，全部打分專家對其取值打分均為零時，該項指標(biāo)依賴性數(shù)值計算結(jié)果為零。值得注意的是，在VPRS模型求解判斷矩陣過程中，所有要素的取值均應(yīng)為正數(shù)且服從一定的取值要求。為避免出現(xiàn)依賴性取值為零情況的發(fā)生，在構(gòu)建判斷矩陣之前就應(yīng)將此類安全風(fēng)險要素指標(biāo)刪除。但如果此要素因其重要度無法將其刪除，則說明各專家在打分決策過程中的計算結(jié)果存在誤差，需要對此要素對上層指標(biāo)依賴性以及重要性重新進行打分評價。

5 結(jié) 語

建筑施工過程安全體系評價由于主觀性的因素，存在許多不確定性的問題，將AHP模型和VPRS模型相結(jié)合可有效合理地解決不精確的信息分類問題，有效消除數(shù)據(jù)噪聲。最終計算出的指標(biāo)重要程度對項目決策者有一定的參考價值。

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Construction Safety Risk Evaluation System and Its’ Weight Based on AHP and VPRS

ZHAIRui1,ZHANGYun-ning1,ZHONGRan2

(1.Business School, Hohai University, Nanjing 211100, China;2.School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Construction process multiple cases of security incidents would not only corporate reputation, profitability and adversely affect social stability, but also the safety of construction workers and property damage caused great harm.Ensure construction safety climate is an important condition for the development of our enterprise architecture. Based on the accurate, scientific and simple as the goal to build a three level building construction safety risk evaluation index system, comprehensive use of analytic hierarchy process and variable precision rough set of risk index weight to calculate. Finally combining with actual cases, the risk rank index weight, the results show that the method has a certain practicality and effectiveness, which can be committed to reducing the occurrence of safety accidents.

building construction; safety evaluation; AHP; VPRS

2016-03-23

2016-06-03

翟 瑞(1993-)，女，安徽蕪湖人，碩士研究生，研究方向為工程項目管理與項目安全評價 (Email: hehaidaxuezr@163.com)

TU714

A

2095-0985(2016)06-0109-06