成連華，薛思婷，郝 杰

(1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安，710054；2.中國二十冶集團(tuán)有限公司，上海 201900)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，建筑施工安全管理體系在發(fā)展中日趨完善，但是重大事故依然時(shí)有發(fā)生，安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015—2019年期間房屋市政工程事故由442起上升至773起，死亡人數(shù)由554人增加至904人[1]，由此可見建筑施工安全狀況較為嚴(yán)峻。因此，對建筑施工安全系統(tǒng)的安全現(xiàn)狀進(jìn)行評估，確定存在的薄弱環(huán)節(jié)是十分必要的。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從不同方面對建筑施工安全評估進(jìn)行了研究，NICOLE等[2]以參與施工的承包商、分包商和項(xiàng)目部為對象進(jìn)行評價(jià)；PATRICK等[3]基于建筑項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)和利益相關(guān)者的關(guān)系構(gòu)建評價(jià)體系；張俊等[4]利用德爾菲法和AHP層次分析法對建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素評價(jià)體系進(jìn)行定量分析；王英等[5]基于多層次房屋綜合評估模型對房屋安全進(jìn)行了評價(jià)；楊莉瓊等[6]通過二元決策圖對建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估；成連華等[7]構(gòu)建了基于AHP-DEMATEL的評價(jià)模型對建筑施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。現(xiàn)有研究多從建筑施工風(fēng)險(xiǎn)簡單線性因果關(guān)系出發(fā)構(gòu)建體系進(jìn)行研究，無法有效反應(yīng)多重交互關(guān)系下系統(tǒng)自身的反饋規(guī)律，若將風(fēng)險(xiǎn)視為危險(xiǎn)源與載體脆弱性共同作用下的產(chǎn)物，以脆弱性為切入點(diǎn)可以很好的解決此問題。

國外學(xué)者對于脆弱性的研究起步較早，國內(nèi)對脆弱性的研究規(guī)模還沒有形成，多圍繞生態(tài)、經(jīng)濟(jì)以及城市交通展開脆弱性研究。黃曉軍等[8]認(rèn)為在外界擾動作用下會使社會系統(tǒng)產(chǎn)生薄弱點(diǎn)，即社會脆弱性；佟瑞鵬等[9]通過社區(qū)安全脆弱性評估模型對社區(qū)安全脆弱性進(jìn)行深入研究；宋守信等[10]通過脆弱性3大特征要素相互之間呈現(xiàn)的遞次關(guān)系對城市軌道交通脆弱性進(jìn)行探討；田水承等[11]提出脆弱性“玻璃心”模型并對火災(zāi)事故進(jìn)行分析；姜盛玉等[12]利用系統(tǒng)動力學(xué)模型對海洋平臺脆弱性進(jìn)行分析；孫劍等[13]分析城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)脆弱性的內(nèi)涵，利用ISM分析實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)脆弱性和故障率的目的。

因此將建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性作為研究對象，鑒于建筑施工存在復(fù)雜的交互關(guān)系，引入社會技術(shù)系統(tǒng)理論對建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性因素進(jìn)行分析，構(gòu)建基于脆弱性的建筑施工安全系統(tǒng)評價(jià)體系，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)進(jìn)行定量分析，以期為建筑施工安全管理提供科學(xué)思路。

1 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性內(nèi)涵及其概念模型

1.1 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性內(nèi)涵

脆弱性英文為vulnerability，中文意思可譯為薄弱點(diǎn)或缺點(diǎn)，即資產(chǎn)或資產(chǎn)組面對外部攻擊侵害時(shí)而產(chǎn)生易損失的薄弱環(huán)節(jié)。關(guān)于脆弱性特征要素的研究中，三因素[14]的觀點(diǎn)在安全領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可，以暴露度、敏感度以及適應(yīng)度3個特征要素來反映系統(tǒng)脆弱性：暴露度指因擾動使承載體暴露于危險(xiǎn)中的程度，即事故隱患程度，暴露度越高，系統(tǒng)受風(fēng)險(xiǎn)影響的概率越高，脆弱性相應(yīng)越高；敏感度指承載體應(yīng)對擾動產(chǎn)生不利影響的程度，敏感度越高，系統(tǒng)抗沖擊能力越弱，脆弱性相應(yīng)越高；適應(yīng)度指承載體在擾動帶來的負(fù)面影響中的恢復(fù)能力，適應(yīng)度越高，系統(tǒng)對風(fēng)險(xiǎn)的反應(yīng)時(shí)間越快，脆弱性相對越低。

依據(jù)脆弱性的概念和特征要素，通過狀態(tài)曲線圖1對系統(tǒng)受擾動后的變化進(jìn)行呈現(xiàn)，通過變化過程對建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性豐富內(nèi)涵進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。

圖1 擾動下系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化曲線

在曲線A點(diǎn)之前系統(tǒng)處于平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，A點(diǎn)之后系統(tǒng)受到擾動的影響，進(jìn)而破壞系統(tǒng)內(nèi)部的有序穩(wěn)定狀態(tài)，使得系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在A點(diǎn)時(shí)突然大幅度下降，系統(tǒng)內(nèi)部變成無序波動狀態(tài)。作用于系統(tǒng)的擾動通過系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的相互作用，進(jìn)一步傳遞向其他各處，對整個系統(tǒng)造成更嚴(yán)重的影響后果。同時(shí)，不同的系統(tǒng)面對同一種強(qiáng)度下的客觀擾動，系統(tǒng)內(nèi)部作用機(jī)制及傳遞的信息也是不一樣的。

系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到B點(diǎn)時(shí)是系統(tǒng)狀態(tài)最低點(diǎn)，從A點(diǎn)下降到B點(diǎn)即敏感度作用階段，反應(yīng)時(shí)間為T1，反應(yīng)幅度為L0，反應(yīng)限度為L1。T1時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)通過自身的一些防御功能機(jī)制，對擾動進(jìn)行反饋，逐漸減小了擾動對于系統(tǒng)的影響，從A點(diǎn)到B點(diǎn)系統(tǒng)狀態(tài)下降趨勢逐漸減緩。B點(diǎn)之后即適應(yīng)度作用階段，系統(tǒng)逐漸適應(yīng)擾動后的狀態(tài)，從B點(diǎn)上升到C點(diǎn)的恢復(fù)時(shí)間為T2，恢復(fù)程度為L2。T2時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)逐漸從無序波動過渡到有序穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到C點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)維持另一個穩(wěn)定狀態(tài)。因擾動對系統(tǒng)造成了一定的損失，所以最終形成的穩(wěn)定狀態(tài)無法達(dá)到之前的狀態(tài)水平。如果系統(tǒng)自身的防御機(jī)制無法抵消擾動，即擾動程度過大，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下降到閾值以下，則系統(tǒng)將崩潰，無法達(dá)到運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。

通過上述系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化曲線表現(xiàn)出的特性即系統(tǒng)脆弱性，可將建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性定義為：受到不良擾動時(shí)，對建筑施工安全系統(tǒng)發(fā)生偏離正常安全狀態(tài)的程度或遭受損害的程度，以及從擾動的不利影響中恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)程度的綜合考量。

1.2 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性概念模型

建筑施工系統(tǒng)是一個復(fù)雜、動態(tài)的開放系統(tǒng)，且風(fēng)險(xiǎn)因素之間存在相互作用，以社會技術(shù)系統(tǒng)理論為依據(jù)[15]，將建筑施工系統(tǒng)劃分為個人子系統(tǒng)、技術(shù)子系統(tǒng)、組織管理子系統(tǒng)和內(nèi)外部環(huán)境子系統(tǒng)。該理論更加詳實(shí)的劃分了子系統(tǒng)，且認(rèn)為子系統(tǒng)之間存在著高接觸和緊耦合性，更適用于系統(tǒng)動力學(xué)，將決定一個系統(tǒng)能否成功運(yùn)行。

在對建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性進(jìn)行研究之前，需要先對其所面臨的外部擾動進(jìn)行確定，將工期進(jìn)度變化、工程施工質(zhì)量、自然環(huán)境變化和經(jīng)濟(jì)成本變動視為擾動類型，以此通過提升建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性，提高系統(tǒng)自身抵御擾動的能力?；谏鐣夹g(shù)系統(tǒng)理論和脆弱性的3個特征要素，加入擾動類型形成建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性概念模型如圖2所示，以此反映建筑施工安全系統(tǒng)在擾動中的變化程度和恢復(fù)能力。

2 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性評價(jià)體系

2.1 脆弱性的3個特征要素

暴露度是產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)、造成事故的重要脆弱性因素，擾動強(qiáng)度會通過暴露于擾動下的人員、設(shè)施比例的加大而增強(qiáng)。暴露度會受到承載體距離擾動的暴露位置的影響，同時(shí)擾動隨時(shí)間的變化而變化，不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)承載體受擾動影響的幾率不一樣，承載體之所以會受到擾動影響，是因?yàn)槎咧g存在著某種傳遞風(fēng)險(xiǎn)的介質(zhì)。故而暴露度因素主要取決于暴露位置、暴露時(shí)間和傳遞介質(zhì)。

敏感度不同的承載體面對擾動產(chǎn)生的影響程度也是有明顯差異的。承載體受到擾動影響后到達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)的這段時(shí)間就是擾動影響承載體的時(shí)間，承載體從系統(tǒng)初始狀態(tài)達(dá)到擾動影響后的穩(wěn)定狀態(tài)的過程變化是擾動影響承載體的程度，同時(shí)系統(tǒng)存在可運(yùn)行狀態(tài)的絕對閾值，一旦達(dá)到或超過該閾值則系統(tǒng)發(fā)生崩潰癱瘓的現(xiàn)象。故而敏感度因素主要取決于反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)幅度和反應(yīng)限度。

適應(yīng)度即系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力，決定了系統(tǒng)受擾動程度，系統(tǒng)的恢復(fù)速度對于系統(tǒng)從無序狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)起到關(guān)鍵作用，恢復(fù)速度又與恢復(fù)時(shí)間相關(guān)，經(jīng)過擾動影響并進(jìn)行自我調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)形成的最終穩(wěn)定狀態(tài)與受影響前的初始狀態(tài)相比之間的差值稱之為恢復(fù)程度。故而適應(yīng)度因素主要取決于恢復(fù)速度、恢復(fù)時(shí)間和恢復(fù)程度。

基于上述可將脆弱性的3個特征要素作為劃分特征維，結(jié)合社會技術(shù)系統(tǒng)理論，將個人、技術(shù)、組織管理和內(nèi)外部環(huán)境構(gòu)成組元維，形成分析建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)的二維交叉矩陣如圖3所示。最終識別出的脆弱性指標(biāo)[16-22]如表1所示。

表1 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)體系

圖3 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)二維交叉矩陣

3 基于ANP法的建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性評價(jià)模型

3.1 構(gòu)建ANP典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)是適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多準(zhǔn)則決策方法，作為AHP的拓展延伸，ANP 針對性的解決了結(jié)構(gòu)具有依賴性和反饋性的情況[23]。在建筑施工系統(tǒng)中存在相互依賴和相互反饋的關(guān)系，通過網(wǎng)絡(luò)層次分析法不僅能有效反映出建筑施工系統(tǒng)內(nèi)在及外在聯(lián)系，同時(shí)能計(jì)算出各指標(biāo)的相對系數(shù)和絕對系數(shù)。根據(jù)建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)之間的關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)ANP結(jié)構(gòu)

3.2 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)權(quán)重確定

ANP的原理和過程十分復(fù)雜，故計(jì)算過程需基于ANP專有軟件Super Decision進(jìn)行，該軟件解決了ANP計(jì)算過程復(fù)雜的問題，使ANP的應(yīng)用更加便利[24]。在軟件中構(gòu)建該評價(jià)模型如圖5所示，根據(jù)1～9標(biāo)度法對建筑施工系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)的重要性進(jìn)行判斷，形成脆弱性指標(biāo)判斷矩陣。將判斷矩陣輸入Super Decision軟件中，依次通過超矩陣、加權(quán)超矩陣、極限超矩陣三次計(jì)算，最終得出各指標(biāo)的相對系數(shù)和絕對系數(shù)如表2所示。

圖5 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)ANP評價(jià)模型

表2 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)權(quán)重

3.3 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級劃分

建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)種類繁多，同時(shí)因素相互之間存在復(fù)雜關(guān)系，用來劃分等級的傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)矩陣是將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和損失程度作為矩陣兩個維度，顯然此矩陣并不適用于存在復(fù)雜交互關(guān)系指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級劃分，無法確保劃分的合理性。因此，結(jié)合建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)的交互特點(diǎn)，在考慮指標(biāo)權(quán)重的同時(shí)也對交互關(guān)系進(jìn)行考慮，即以建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)對脆弱性的影響程度(指標(biāo)權(quán)重)和指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)數(shù)量為維度形成風(fēng)險(xiǎn)矩陣，形成的風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖6所示。

圖6 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)矩陣

(1)在象限Ⅰ中，表示此區(qū)域內(nèi)的脆弱性影響因素對系統(tǒng)的影響程度較高，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)與此因素存在交互關(guān)系的因素?cái)?shù)量較多，為高風(fēng)險(xiǎn)因素。說明高風(fēng)險(xiǎn)因素在建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理中處于重要位置，且對整體系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生較大影響作用。因此，房屋建筑企業(yè)在管理過程中應(yīng)優(yōu)先關(guān)注高風(fēng)險(xiǎn)影響因素，并將主要的資源、精力放在該影響因素上，重點(diǎn)采取管理措施以降低脆弱性，進(jìn)而促進(jìn)建筑施工安全系統(tǒng)整體水平的提升。

(2)在象限Ⅱ中，表示此區(qū)域內(nèi)的脆弱性影響因素對系統(tǒng)的影響程度較低，而系統(tǒng)內(nèi)與此因素存在交互關(guān)系的因素?cái)?shù)量較多，為中風(fēng)險(xiǎn)因素。說明中風(fēng)險(xiǎn)因素在建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理中雖然對整體系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生的影響作用與高風(fēng)險(xiǎn)因素相比較低，但是其在系統(tǒng)交互關(guān)系中還是處于關(guān)鍵的位置。因此，房屋建筑企業(yè)在管理過程中可以通過輔助管理手段對此類影響因素進(jìn)行控制，同時(shí)時(shí)刻對其保持關(guān)注，防止通過此類因素形成風(fēng)險(xiǎn)傳遞鏈，而加劇對系統(tǒng)脆弱性的影響。

(3)在象限Ⅲ中，表示此區(qū)域內(nèi)的脆弱性影響因素對系統(tǒng)的影響程度較低，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)與此因素存在交互關(guān)系的因素?cái)?shù)量較少，為低風(fēng)險(xiǎn)因素。說明低風(fēng)險(xiǎn)因素在建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理中的重要性相對較低，且對整體系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生的影響較弱。因此，房屋建筑企業(yè)在管理過程中可以適當(dāng)?shù)慕档痛祟愑绊懸蛩胤矫娴馁Y源和精力，在對系統(tǒng)的脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理效果達(dá)到一定預(yù)期結(jié)果時(shí)，結(jié)合相關(guān)現(xiàn)狀對其進(jìn)行管理，進(jìn)而優(yōu)化建筑施工安全系統(tǒng)整體水平。

(4)在象限Ⅳ中，表示此區(qū)域內(nèi)的脆弱性影響因素對系統(tǒng)的影響程度較高，而系統(tǒng)內(nèi)與此因素存在交互關(guān)系的因素?cái)?shù)量較少，此區(qū)域也為中風(fēng)險(xiǎn)因素。此類中風(fēng)險(xiǎn)因素與象限Ⅱ中的中風(fēng)險(xiǎn)因素相比，在建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理中雖然影響關(guān)系簡單，但是其對系統(tǒng)可以產(chǎn)生較大的影響力。因此，房屋建筑企業(yè)在管理過程中可以對此類影響因素采取針對性較強(qiáng)的管理措施，并維持管理后的現(xiàn)狀，將更多的資源和精力放在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，降低脆弱性風(fēng)險(xiǎn)管理的復(fù)雜性。

由圖6可知，S24位于兩個象限的交界處，三者在關(guān)聯(lián)因素相同的情況下，由于施工設(shè)備材料質(zhì)量S24的影響程度相對較小，故將S24劃分為低風(fēng)險(xiǎn)因素，最終建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級劃分結(jié)果如表3所示。這些風(fēng)險(xiǎn)等級偏高的指標(biāo)正是造成建筑施工過程存在薄弱環(huán)節(jié)的原因，需要采取更為完善的管理措施來提升安全系統(tǒng)的整體性能。

表3 建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級

4 結(jié)論

(1)在建筑施工風(fēng)險(xiǎn)研究中引入脆弱性相關(guān)概念，同時(shí)與社會技術(shù)系統(tǒng)的概念相結(jié)合，形成了適用于建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性的概念模型，對建筑施工安全系統(tǒng)的脆弱性進(jìn)行分析，為建筑施工安全評價(jià)提供了新的解決思路。

(2)以脆弱性的3個特征要素劃分為特征維，個人、技術(shù)、組織管理和內(nèi)外部環(huán)境構(gòu)成組元維，形成二維交叉矩陣，基于二維交叉矩陣識別了建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性評價(jià)指標(biāo)，包括10個“暴露度”評價(jià)指標(biāo)、15個“敏感度”評價(jià)指標(biāo)、11個“適應(yīng)度”評價(jià)指標(biāo)。

(3)結(jié)合各脆弱性指標(biāo)之間的交互關(guān)系，通過構(gòu)建建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性ANP評價(jià)模型確定指標(biāo)的局部權(quán)重和全局權(quán)重。利用以影響程度(影響權(quán)重)和關(guān)聯(lián)的因素?cái)?shù)量為維度的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，將建筑施工安全系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)劃分為6個高風(fēng)險(xiǎn)因素、15個中風(fēng)險(xiǎn)因素和15個低風(fēng)險(xiǎn)因素。