陳曉明，宋致科，浦學(xué)明，蔡 晶

（1.中信建設(shè)有限公司 云南分公司，云南 昆明 650000；2.昆明理工大學(xué) 交通工程學(xué)院，云南 昆明 650500，E-mail：puxueming25@foxmail.com）

高速公路建設(shè)具有建設(shè)難度大、施工復(fù)雜、技術(shù)要求高等特點(diǎn)，導(dǎo)致高速公路建設(shè)的事故率一直居高不下，嚴(yán)重阻礙了公路建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。從國(guó)內(nèi)外事故統(tǒng)計(jì)分析得出，人的不安全行為是導(dǎo)致事故的主要源頭[1]。建筑業(yè)中超過(guò)80%的死亡是由工人的不安全行為造成的[2]。相關(guān)研究表明，人的不安全行為的根本原因在于沒(méi)有形成良好的安全意識(shí)[3]。要控制事故的發(fā)生，重點(diǎn)在于管理人的行為，而防止不安全行為發(fā)生的重點(diǎn)在于提高施工工人的安全意識(shí)，針對(duì)高速公路施工人員安全意識(shí)展開(kāi)研究，可有效減少不安全行為，進(jìn)而降低安全事故的發(fā)生概率。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)安全意識(shí)展開(kāi)了一定深度的研究。Conrad 等[4]對(duì)安全意識(shí)與事故之間的關(guān)系展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)安全意識(shí)的提高會(huì)降低事故的發(fā)生概率。Meng X 等[5]驗(yàn)證了中國(guó)建筑行業(yè)工人安全意識(shí)與安全行為呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。裴子平等[6]通過(guò)文獻(xiàn)和訪談法凝練出影響礦工安全意識(shí)的13 個(gè)影響因素，運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程研究各級(jí)影響因素間的關(guān)系。姜沁瑤等[7]從個(gè)體、外部環(huán)境和組織管理3 個(gè)層面探索了建筑工人安全意識(shí)的影響因素。趙雙靜[8]運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程構(gòu)建了建筑工人安全意識(shí)模型，分析各影響因素之間的相互關(guān)系，對(duì)建筑工人安全意識(shí)進(jìn)行了靜態(tài)評(píng)價(jià)。曹書平[9]對(duì)安全意識(shí)進(jìn)行了探討，提出了安全意識(shí)具有動(dòng)態(tài)性的特征。Shire 等[10]論述了SD 模型在分析安全科學(xué)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的可行性和有效性。劉炳勝等[11]嘗試將SEM 與SD 結(jié)合對(duì)中國(guó)建筑和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行仿真，模擬出未來(lái)中國(guó)區(qū)域建筑產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展趨勢(shì)。王軍武等[12]采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)地鐵施工人員的安全能力進(jìn)行仿真模擬，提出了提高地鐵施工人員安全能力的優(yōu)化策略。

上述對(duì)于建筑工人安全意識(shí)的研究停留在靜態(tài)角度，并且針對(duì)高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)動(dòng)態(tài)演化研究較少，未能對(duì)安全意識(shí)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示，導(dǎo)致無(wú)法根據(jù)相關(guān)因素的變化情況提供干預(yù)措施。本文從動(dòng)態(tài)角度探究高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)變化，運(yùn)用AMOS 軟件構(gòu)建高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)的結(jié)構(gòu)方程模型，得到建筑工人安全意識(shí)仿真初始參數(shù)，通過(guò)Vensim PLE構(gòu)建高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)SD 仿真模型并進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果分析高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)的動(dòng)態(tài)規(guī)律，并針對(duì)性提出有效的干預(yù)措施，以期提高施工工人安全意識(shí)，減少人為的不安全行為，從根本上降低安全事故的發(fā)生率。

1 安全意識(shí)及影響因素體系

1.1 安全意識(shí)概念及活動(dòng)過(guò)程

安全意識(shí)是指施工工人為免受施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)因素影響，在進(jìn)行施工過(guò)程中，通過(guò)認(rèn)知自我安全而產(chǎn)生的心理狀態(tài)，其所持有的潛在身心條件與狀態(tài)的心理活動(dòng)總和。

安全意識(shí)的活動(dòng)過(guò)程包括，感知階段：通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官器官感知外界的危險(xiǎn)，這些危險(xiǎn)信息被傳遞到大腦中的感覺(jué)區(qū)域進(jìn)行初步的加工和處理；認(rèn)知階段：將所感知到的危險(xiǎn)與已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和情境聯(lián)系起來(lái)，對(duì)感知到的危險(xiǎn)進(jìn)行分析、推理和判斷；決策和行動(dòng)：基于感知和認(rèn)知階段的信息，做出決策或采取行動(dòng)，以應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)情況；反思階段：做出行動(dòng)后，會(huì)對(duì)其行動(dòng)效果進(jìn)行評(píng)估和反思。

1.2 安全意識(shí)影響因素體系

安全人機(jī)工程學(xué)認(rèn)為，“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中人的操作主要受到心理、生理、操作能力及外部環(huán)境和管理等因素的影響[13]，在高速公路建筑工地的“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)中，工人的安全意識(shí)也會(huì)受到自身及管理和外部施工環(huán)境因素等的影響，因此本文從個(gè)體、組織管理、施工環(huán)境3 個(gè)層面選取影響高速公路安全意識(shí)因素。參考建筑行業(yè)[7，8，14，15]與其他行業(yè)[6，16~19]對(duì)安全意識(shí)的研究成果及與建筑一線專家訪談，最終建立高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)影響因素體系，如表1 所示。

表1 高速公路施工工人安全意識(shí)影響因素體系

2 安全意識(shí)的SEM 模型

2.1 研究數(shù)據(jù)收集

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于G56 楚雄（廣通）—大理高速公路擴(kuò)容工程9 個(gè)項(xiàng)目工區(qū)，調(diào)查問(wèn)卷題項(xiàng)采用Likert5 級(jí)量表評(píng)價(jià)，采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查方式進(jìn)行問(wèn)卷收集。共發(fā)放問(wèn)卷294 份，回收有效問(wèn)卷236 份，回收有效率為80.3%，所調(diào)查樣本滿足結(jié)構(gòu)方程要求[20]。樣本基本信息如表2 所示。

表2 樣本基本信息

2.2 問(wèn)卷信效度檢驗(yàn)

采用SPSS26.0 軟件進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷數(shù)據(jù)的信度和效度檢驗(yàn)。信度采用Cronbach′s α 系數(shù)表征，效度檢驗(yàn)采用KMO 和Bartlett 檢驗(yàn)[12]。得到問(wèn)卷數(shù)據(jù)的Cronbach’s α=0.860>0.7，KMO=0.878>0.6，一般情況下KMO>0.6 表明適合做因子分析。結(jié)果表明問(wèn)卷數(shù)據(jù)的可靠性強(qiáng)、效度高，適合做因子分析。

2.3 結(jié)構(gòu)方程（SEM）構(gòu)建

根據(jù)影響因素指標(biāo)，提出以下6 個(gè)假設(shè)：

H1：個(gè)人特質(zhì)會(huì)影響施工工人安全意識(shí)；

H2：組織管理會(huì)影響施工工人安全意識(shí)；

H3：外部施工環(huán)境會(huì)施工工人安全意識(shí)；

H4：外部施工環(huán)境會(huì)影響施工工人個(gè)人特質(zhì)；

H5：組織管理會(huì)影響外部施工環(huán)境；

H6：組織管理會(huì)影響施工工人個(gè)人特質(zhì)。

構(gòu)建高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)SEM 模型，如圖1 所示，4 個(gè)潛變量分別為：安全意識(shí)、施工工人特質(zhì)、組織管理、外部施工環(huán)境，施工工人個(gè)體特質(zhì)、組織管理、外部施工環(huán)境的觀測(cè)變量為二級(jí)影響因素，安全意識(shí)的觀測(cè)變量為自我效能（Y1）、安全理智感（Y2）、預(yù)判傷害發(fā)生能力（Y3）。其中ei表示誤差變量（i=1，2，…，22）。假設(shè)如下：

圖1 SEM 模型

2.4 模型擬合檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)整體模型和樣本數(shù)據(jù)的匹配程度，通常采用卡方值（χ2）、卡方自由度比（χ2/df）、擬合優(yōu)度指數(shù)（CFI）、調(diào)整后擬合優(yōu)度指數(shù)（AGFI）、增值擬合指數(shù)（IFI 和TFI）和近似誤差均方根（RMSEA）等7 個(gè)常用擬合指數(shù)反映結(jié)構(gòu)方程模型的擬合程度。對(duì)模型進(jìn)行修正后測(cè)量模型擬合指數(shù)如表3 所示。修正后模型擬合各項(xiàng)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)，因此認(rèn)為模型通過(guò)檢驗(yàn)。

表3 測(cè)量模型擬合結(jié)果

各假設(shè)之間的參數(shù)與顯著性水平P 值如表4 所示。P 值均低于0.05，說(shuō)明假設(shè)可接受，同時(shí)，臨界值CR均大于參考值1.96。因此，模型通過(guò)了參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)。利用AMOS軟件采用極大似然法（ML）對(duì)結(jié)構(gòu)方程進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析，最終得到模型各變量間的路徑系數(shù)，如表5 所示。

表4 參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)

表5 各變量間路徑系數(shù)

3 安全意識(shí)SD 模型構(gòu)建

3.1 模型邊界和基本假設(shè)

本文研究的主體是高速公路施工工人個(gè)體安全意識(shí)的變化趨勢(shì)。為了使系統(tǒng)更加清晰明確，做出如下假設(shè)：

（1）本文的高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)仿真模型中影響子系統(tǒng)為個(gè)體層面、組織層面和施工環(huán)境層面3 個(gè)子系統(tǒng)，故僅考慮這3 個(gè)影響子系統(tǒng)中的因素，暫不考慮其他因素的影響干擾。

（2）問(wèn)卷測(cè)量出的安全意識(shí)變化數(shù)值是無(wú)量綱，只研究其具體變化趨勢(shì)，然后進(jìn)行定量分析。

（3）施工工人安全意識(shí)所體現(xiàn)的是普遍情況。

3.2 模型因果關(guān)系分析

根據(jù)圖1 中高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)與各影響因素之間的影響關(guān)系，構(gòu)建3 個(gè)安全意識(shí)影響系統(tǒng)，分別是個(gè)體特征影響系統(tǒng)、組織管理影響系統(tǒng)和施工環(huán)境影響系統(tǒng)。通過(guò)分析，得到影響系統(tǒng)的3 個(gè)主要反饋回路及安全意識(shí)系統(tǒng)關(guān)系圖，如圖2 所示。

圖2 高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)因果關(guān)系圖

主要反饋路徑如下：①安全意識(shí)水平→+個(gè)體特質(zhì)水平→+安全意識(shí)水平；②安全意識(shí)水平→－不良施工環(huán)境水平→+安全意識(shí)水平；③安全意識(shí)水平→－組織管理水平→－安全意識(shí)水平；④安全意識(shí)水平→－不良施工環(huán)境水平→+個(gè)體特質(zhì)水平→+安全意識(shí)水平；⑤安全意識(shí)水平→－組織管理水平→+不良施工環(huán)境水平→－安全意識(shí)水平；⑥安全意識(shí)水平→－不良施工環(huán)境→+個(gè)人特質(zhì)水平→－組織管理水平→－安全意識(shí)水平；⑦安全意識(shí)水平→+個(gè)人特質(zhì)水平→－組織管理水平→－安全意識(shí)水平。

3.3 SD 模型構(gòu)建

在圖2 的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理建立如圖3 所示的高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)SD 仿真模型，由于該模型中的絕大部分變量為定性變量，為確保模型的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，該模型的變量全部為無(wú)量綱。

圖3 高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)SD 仿真模型

4 參數(shù)設(shè)定及仿真分析

4.1 影響因素賦權(quán)

本文所研究的高速公路施工人工安全意識(shí)影響因素較多，同時(shí)也需要探究各潛在變量之間的相關(guān)性，因此適合采用因子分析法對(duì)各項(xiàng)影響因素指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。具體方法如下：

（1）潛在變量賦權(quán)。

式中，Ki為第i項(xiàng)潛在變量權(quán)重；Ri為第i項(xiàng)潛在變量標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)。

（2）對(duì)觀測(cè)變量在各潛變量下的影響因素進(jìn)行賦權(quán)。

式中，eij為第j項(xiàng)歸一化后的路徑系數(shù)；Mij為第j項(xiàng)權(quán)重；Uij為觀察變量在整體模型中的影響權(quán)重。

根據(jù)上述方法進(jìn)行計(jì)算，得出安全意識(shí)影響因素權(quán)重系數(shù)如表6 所示。

表6 安全意識(shí)影響因素權(quán)重表

4.2 參數(shù)初始化設(shè)定

根據(jù)安全等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將正向指標(biāo)分為7 個(gè)等級(jí)：非常好（≥90）、好（80~89）、較好（70~79）、尚可（60~69）、較差（50~59）、差（40~49）、很差（<40），負(fù)向指標(biāo)分為7 個(gè)等級(jí)：非常高（≥90）、高（80~89）、較高（70~79）、尚可（60~69）、較低（50~59）、低（40~49）、很低（<40）。選取20 名經(jīng)驗(yàn)豐富的施工工人和一線專家進(jìn)行打分賦值取均值，結(jié)果如表6 所示。

狀態(tài)變量初始值結(jié)合專家打分和評(píng)價(jià)矩陣計(jì)算得出，如狀態(tài)變量個(gè)體特質(zhì)水平初始值計(jì)算如下：

個(gè)體特質(zhì)各觀測(cè)變量的評(píng)價(jià)矩陣：

可得個(gè)體特質(zhì)水平初始值：

同理可得組織管理水平和不良施工環(huán)境水平的初始值分別為70.51、66.43，安全意識(shí)初始值為62.95。

4.3 初始狀態(tài)仿真分析

運(yùn)用Vensim PLE 仿真軟件進(jìn)行仿真，基于系數(shù)、狀態(tài)變量初始值和輔助變量的取值，設(shè)置TIME STEP=1，UNITS for TIME=Hour，ININTIALTIME=0，F(xiàn)INAL TIME=9，即仿真步長(zhǎng)為1 hour，時(shí)間單位為hour，初始時(shí)間為0 小時(shí)。仿真一個(gè)工作日的高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)水平隨時(shí)間的變化情況，運(yùn)行仿真結(jié)果如圖4 所示、安全意識(shí)水平變化率如圖5 所示。

圖4 初始狀態(tài)仿真結(jié)果

圖5 安全意識(shí)水平變化率

由圖4 仿真結(jié)果可知，施工工人安全意識(shí)水平呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。主要分為兩個(gè)階段，第一階段：施工前7 小時(shí)，施工工人的安全意識(shí)水平提高，且在第7 小時(shí)安全意識(shí)水平達(dá)到峰值，這是因?yàn)樵绯渴侨梭w最活躍的時(shí)段，工人在睡眠后醒來(lái)的時(shí)候，身體和精神狀態(tài)都比較好，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)。這種狀態(tài)可以幫助他們更加專注于工作，另外剛開(kāi)始的工作環(huán)境比較輕松和安靜，這可以讓工人更加專注和集中精力，從而減少工作中的錯(cuò)誤和事故。進(jìn)行施工時(shí)，因?yàn)楣と嗽诿咳帐┕で捌谛枰贫üぷ饔?jì)劃和準(zhǔn)備工作所需的材料和設(shè)備，這些計(jì)劃和準(zhǔn)備幫助工人更好地了解工作任務(wù)的細(xì)節(jié)和要求，因此施工初期對(duì)所處崗位的風(fēng)險(xiǎn)和隱患更加了解，工人接受早晨的班前培訓(xùn)和教育不斷產(chǎn)生作用，不斷使工人的安全意識(shí)提高，另外，在施工初期管理水平較高，這些促使施工工人安全意識(shí)呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。第二階段：下降階段為后2個(gè)小時(shí)，持續(xù)進(jìn)行施工作業(yè)后，施工工人感到疲勞，生理和心理水平降低，在組織管理層面出現(xiàn)懈怠，環(huán)境層面，施工后期會(huì)有更多的噪音和干擾等，因此呈現(xiàn)施工工人安全意識(shí)快速下降的趨勢(shì)。

由圖5 可得，初始狀態(tài)下工人安全意識(shí)變化率分為3 個(gè)階段：第一階段前2 小時(shí)、第2 小時(shí)至第7 小時(shí)、后2 小時(shí)；初始狀態(tài)下施工工人安全意識(shí)變化率在前2 小時(shí)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，在第2 小時(shí)的增長(zhǎng)率最大。由于早晨工人身體和精神狀態(tài)都比較好，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，另外剛開(kāi)始的工作環(huán)境比較輕松和安靜。使得安全意識(shí)水平的增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，在第2 小時(shí)達(dá)到最大；第二階段是施工第2小時(shí)~7 小時(shí)，這個(gè)階段工人安全意識(shí)的增長(zhǎng)率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這個(gè)階段工人的安全意識(shí)提升主要依靠組織管理的監(jiān)管和班前教育和培訓(xùn)知識(shí)的理解付諸于實(shí)踐等；第三階段后2 小時(shí)安全意識(shí)水平的增長(zhǎng)率為負(fù)，直至第9 小時(shí)，安全意識(shí)水平增長(zhǎng)率降至最低。這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的工作導(dǎo)致出現(xiàn)疲勞，使得個(gè)人特質(zhì)水平下降，另外臨近下班，組織管理方面出現(xiàn)懈怠，以及不良外部施工環(huán)境水平升高導(dǎo)致。

4.4 不同子系統(tǒng)同等力度下干預(yù)效果對(duì)比分析

根據(jù)高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)，在不同階段采取針對(duì)性的措施以便有效提高施工工人安全意識(shí)。通過(guò)設(shè)定3 種情景策略與初始狀態(tài)下的施工工人安全意識(shí)進(jìn)行對(duì)比。

情景一：施工工人個(gè)體特質(zhì)水平增加20%。

情景二：組織管理水平增加20%。

情景三：不良施工環(huán)境水平降低20%。

觀察施工工人安全意識(shí)的變化趨勢(shì)，仿真趨勢(shì)如圖6 所示。

圖6 不同子系統(tǒng)干預(yù)策略仿真對(duì)比

（1）在前2 小時(shí)內(nèi)，4 種情景策略下的施工工人安全意識(shí)變化曲線基本重合，都處于上升趨勢(shì)，但是3 種情景策略下的施工工人安全意識(shí)差異不明顯，表明在這個(gè)階段，對(duì)高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)的干預(yù)效果相似。

（2）在第2 小時(shí)至第7 小時(shí)段內(nèi)，3 種干預(yù)措施對(duì)高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)的干預(yù)效果由大到小依次為：情景二>情景三>情景一，因?yàn)殡S著組織管理水平的提高，也在加強(qiáng)個(gè)人特質(zhì)水平的提高和不良施工環(huán)境水平的降低，最終綜合影響著工人的安全意識(shí)，因此情景二的干預(yù)效果最佳。

（3）在第7 小時(shí)至第9 小時(shí)段內(nèi)，干預(yù)措施情景二對(duì)高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)的提升效果最佳，干預(yù)效果均大于另外兩個(gè)干預(yù)策略。干預(yù)措施情景一在第7 小時(shí)與初始狀態(tài)曲線產(chǎn)生了交點(diǎn)，并且第7 小時(shí)至第9 小時(shí)時(shí)間段內(nèi)，干預(yù)措施情景一出現(xiàn)消極影響，安全意識(shí)水平均低于初始狀態(tài)的安全意識(shí)水平，這是因?yàn)樵诤? 個(gè)小時(shí)，施工工人出現(xiàn)疲勞和厭倦等問(wèn)題，所以產(chǎn)生該現(xiàn)象。在第9 小時(shí)，干預(yù)策略情景三的曲線與初始狀態(tài)下安全意識(shí)水平的變化曲線產(chǎn)生了重合，說(shuō)明在施工第9小時(shí)改變施工環(huán)境對(duì)施工工人的安全意識(shí)提升效果較小，前期對(duì)施工環(huán)境的改善對(duì)施工工人安全意識(shí)的提升效用增大，隨著工人不斷適應(yīng)施工環(huán)境，施工環(huán)境對(duì)施工工人安全意識(shí)的影響作用逐漸降低。

5 結(jié)語(yǔ)

高速公路施工人員的安全意識(shí)水平是動(dòng)態(tài)變化的，本文基于安全人機(jī)工程學(xué)理論從個(gè)人、組織、施工環(huán)境3 個(gè)方面篩選出影響高速公路施工人員安全意識(shí)的因素體系。借助結(jié)構(gòu)方程模型建立高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)結(jié)構(gòu)方程模型，研究各影響因素與施工工人安全意識(shí)之間的關(guān)系，根據(jù)影響因素之間的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)求得影響因素的權(quán)重，為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真提供參數(shù)依據(jù)。在高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)結(jié)構(gòu)方程模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。分析模擬了不同情景策略干預(yù)方案下施工工人安全意識(shí)的變化趨勢(shì)，得出提高高速公路建設(shè)施工工人安全意識(shí)水平的最佳策略：在每日施工前期側(cè)重于提高施工工人特質(zhì)水平和降低不安全施工環(huán)境水平，在每日施工后期側(cè)重于組織管理水平的提高，為降低高速公路施工事故提供可行性方案。該研究為地鐵、房屋建設(shè)等其他種類工程施工工人的安全意識(shí)研究提供了參考依據(jù)。