基于系统共协效应的建筑工人安全行为能力评价方法.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：为科学有效地进行建筑工人安全行为能力评估，提出一种基于系统共协效应的安全行为能力评价方法。首先，基于工人行为安全链与SHEL模型理论构建安全行为能力系统模型与评价指标体系；其次，基于系统共协效应框架，引入序相关法（G1）与基于组合数的有序加权平均算子（C-OWA）进行指标主客观赋权，并运用可视化的云图配合云相似度来判定安全行为能力等级。通过实例分析表明：该评价方法可从安全准备能力、风险阻止能力、危害预防能力、安全响应与学习能力五个维度对建筑工人安全行为能力深入评价，验证方法的有效性。关键词：安全行为能力；建筑工人；系统共协效应；云模型中图分类号：TU714文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0531-06DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1531Evaluation Method of Safety Behavior Competency of Construction Workers Based on System Synergy EffectCHENG Lianhua1，ZHAO Xudong1，SHI Junsheng2，LI Nan1，LI Gang1（1.College of Safety Science and Engineering，Xi an University of Science&Technology，Xi an 710054，China；2.China MCC20 Group Co.，Ltd，Shanghai 201999，China）Abstract：In order to evaluate the safety behavior competency of construction workers scientifically and effectively，this proposes an evaluation method of safety behavior ability based on system synergy effect.Firstly，based on the safety chain of workers behavior and SHEL model theory，the system model and evaluation index system of safety behavior competency are constructed；Secondly，based on the framework of system synergy effect，order correlation method（G1）and ordered weighted average operator（C-OWA）based on combination number are introduced to give subjective and objective weights to indicators，and visual cloud pictures are used to determine the level of safe behavior competency with cloud similarity.The example analysis shows that the evaluation method can deeply evaluate the safety behavior competency of construction workers from five dimensions of safety preparation competency，risk prevention competency，hazard prevention competency，safety response and learning competency，which verifies the effectiveness of the method.Keywords：safety behavior competency；construction workers；system synergy effect；cloud model1引言建筑业施工安全事故一直备受关注。大量事故调查结果表明建筑工人的不安全行为是导致事故的主要原因，然而建筑工人不安全行为的产生是安全行为能力不足的外在表现。对建筑工人安全行为能力进行及时、准确评价，并根据评价结果快速采取相应的提升策略，对预防建筑事故具有重要意义。目前，已有多种研究方法和数学模型在工人安全行为能力评价中得到应用。ZHOU等基于项目反应理论作者简介：成连华，博士，教授，主要从事安全管理与安全系统工程领域的教学与科研工作。赵旭东，硕士研究生，主要研究方向：安全管理与人的不安全行为。基于系统共协效应的建筑工人安全行为能力评价方法成连华1，赵旭东1，石军胜2，李楠1，李刚1（1.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.中国二十冶集团有限公司，上海 201999）建 筑 经 济2023年532（IRT），通过自我报告方式对施工人员安全行为能力进行测定与评价；陈娜等结合建筑工人安全行为能力要求与安全人机基础实验构建指标层次结构模型；余保华运用网络层次分析法明晰因素间依存关系并计算指标全局权重；王喜梅等采用模糊综合分析法确定指标的隶属关系，并建立起重机驾驶员的安全行为能力研究模型；王永刚等通过建立了基于层次分析法的模糊综合评价模型，对民航管制员安全行为能力进行定量化评价；胡喆等构建了基于认知方式的工人安全行为能力模型，通过数值仿真的形式探究能力水平的变化趋势。然而，现有研究指标体系构建大多依据以往经验及专家访谈，形成过程受主观因素影响较大；评价过程中大多认为指标间为简单线性互补关系，忽略了安全行为能力是其系统要素复杂耦合后的综合能力，同时采用精确的数学函数对指标数据进行筛选和剔除，削弱了评价的模糊性和随机性。因此，针对安全行为能力评价指标间的复杂耦合关系，以及指标评价的模糊性与随机性，本文基于系统共协效应框架，引入组合赋权与云模型理论，进行多维安全行为能力综合评价，以期为一线建筑工人的安全行为能力培训工作提供指导和依据。2建筑工人安全行为能力系统模型安全链的内涵是将会产生风险或事故的安全要素的工作内容按照一定逻辑顺序串联形成闭环工作流程链条。基于安全链理论中对于安全工作流程的描述，结合安全行为能力相关研究，对工人安全行为能力的定义如下：在建筑工地中，建筑工人在从事施工活动时，为尽可能地预防和减少施工过程中的伤害并保证生产活动的正常进行，而要完成安全准备、风险控制、危害阻止、现场响应与善后工作所需要具备的综合能力。基于以上分析，结合SHEL模型理论，以工人为核心，系统其他要素与工人相互影响，构建了由五个行为与能力维度和软件（Soft），硬件（Hard），环境（Environment），人（Litigant）等14个要素组成的环形嵌套式安全行为能力系统模型如图1所示。其中，不同维度安全行为能力解释如表1所示。建筑工人的安全行为能力是一个多要素、多层次且相互联系的系统。工人的内在特质要素经过复杂耦合形成不同维度的安全行为能力，进而对安全行为结果产生影响；安全行为方式及其行为结果通过安全信息形式反馈于工人，从而促进工人完善或改良自身安全行为能力以及内在特质。3建筑工人安全行为能力评价方法基于系统共协效应框架，引入G1-C-OWA的权重算法与基于云模型相似度的评级算法，构建建筑工人安全行为能力评价模型，具体流程如图2所示。3.1基于系统共协效应的评价模型系统共协理论认为系统要素间的共协及要素与环境间的共协反应形成系统的稳定状态。基于此，建筑工人的安全行为能力各维度与相应描述因素之间主要体现为协同与共生效应：在每个维度内部主要体现为各因素间协同补偿效应，而在各维度之间则体现为共生抑制关系。综合以上分析，评价建模步骤如下：步骤1：确定标准指标权重。采用序关系法（G1）结合基于组合数的有序加权平均算子（C-OWA）来确定建筑工人安全行为能力评价指标权重取值，减少由主观偏好造成的赋分偏差。1）邀请m位专家分别将各维度内部指标按重要度表1安全行为能力维度及解释安全行为能力维度能力解释安全准备能力 工人预先对生产系统中风险源进行评估和处置能力风险阻止能力在施工作业过程中，工人控制环境中的风险以降低事故发生的几率的能力伤害预防能力在事故发生前或发生时，工人最大程度避免或减轻事故所造成伤害的能力安全响应能力在事故发生过程中，工人对现场的有效组织和应对能力安全学习能力 工人对事故的整个处置过程进行学习和总结能力图1基于安全链的工人安全行为能力系统模型第 44 卷第 S1 期533升序规则排列得到集结数列F*=（F1*，F2*，Ft*，Fs*）。rt=Ft*/F*t-1（t=1，2，s）（1）式中：s表示维度内指标数；rt1，2表示任意序邻指标Ft*与F*t-1的相对重要度。2）推导第x位专家对Fj在维度内的权重决策数据wjx：wjx=wxFt*=?se=1（st=ere）tg=1rg-1（2）式中：wxFt*表示序数为t对应的指标Fj在维度内权重。3）将m位专家对指标Fj的决策数据按降序规则集结为wFj=（w0*，w1*，wh*，w*m-1），基于组合数的有序加权算子（C-OWA）确定标准权重：h+1=Chm-1m-1h=0Chm-1=Chm-12m-1（h=0，1，m-1）（3）wj=m-1h=0h+1 Wh*st=1m-1h=0h+1 Wh*（FjK（Fi）（4）wj=wjsj=1wj（j=1，2，s）（5）式中：h+1为集结数据wFj的加权向量；Chm-1为m-1个数据中选取h个数据的组合数；wj表示指标Fj在维度内的标准权重。步骤2：协同补偿效应下工人的第i个安全行为能力维度所得评分约束域PXi：PXi=sj=1Pjxiwj（Pjxi=（Bjmin，Bjmax）；?sj=1wj=1）（6）式中：Pjxi、wj分别表示第i个安全行为能力维度内第j个指标等级约束域和标准权重；Bjmax、Bjmin分别表示指标j的约束域上下限。步骤3：共生抑制效应下工人的第i个安全行为能力维度权重动态调整i与最大偏离度max计算。i=iPXiki=1iPXi（?ki=1i=1）（7）max=max（1，i，k）（i=i-ii）（8）式中：i表示G1-C-OWA算法下第i个安全行为能力维度标准权重；k表示安全行为能力维数。步骤4：对各维度安全行为能力评价得分进行修正，过滤能力维度中由于共生抑制作用而失效的部分，得到被测工人安全行为能力的水平域PX：PX=?ki=1i2 PXi*（9）式中：*表示最大偏离度max所对应的能力维度标准权重。3.2基于云相似度的安全行为能力评级云模型是一种定性概念与其定量数值表示之间的不确定性转换模型，它可以解决安全行为能力安全综合成连华，等基于系统共协效应的建筑工人安全行为能力评价方法图2建筑工人安全行为能力评价流程图建 筑 经 济2023年534评价过程中的模糊性和随机性问题，并对定性基础转化而来的安全行为能力评价数据借助正态云模型相似度来计算评价等级，进行较客观有效的评价。3.2.1指标水平域云化。云模型是通过期望Ex、熵En和超熵He三个数字特征整体表征一个概念。期望Ex是其约束域的中心值；En和He分别为期望和熵的不确定程度的度量。将建筑工人安全行为能力评价指标等级范围作为一个双约束域Bmin，Bmax处理，则指标的约束域云化数字特征可表 示为：Ex=（Bmax+Bmin）/2（10）En=（Bmax-Bmin）/3（11）He=l（12）式中：Bmax与Bmin分别表示某一等级标准的最大与最小边界值；l通常取0.1。3.2.2正态云模型相似度计算利用获取的安全行为能力的云模型数字特征（Ex，En，He），与各等级标准云模型数字特征（Ex，En，He）间相似度确定综合评价等级。y=2|Ex-Ex|En2+He2+En2+He2（13）（x）=x-12e-t22dt（14）=12+12（y）-（y）（15）式中：（，）表示标准云级数。4实例分析以某建设项目一线建筑工人为调研对象，工人主要以混凝土工、钢筋工、木工等施工班组形式存在。由于工种的不同，评价指标及权重倾向性存在差异，本文选取建筑施工室内装修木工进行实例评价验证。4.1构建安全行为能力评价指标体系基于所建立的建筑工人安全行为能力系统模型，依据 建筑装饰装修职业技能标准 JGJ/T315-2016和实地调研，对室内装修工安全行为能力评价指标进行识别，结合专家咨询意见进行修改与补充，构建如表2所示的装修工安全行为能力综合评价指标体系。4.2划分安全行为能力等级根据建筑工程施工职业技能标准 JGJ/T314-2016与专家咨询意见，将装修工安全行为能力评价等级划分为-级，分别对应强、较强、较弱及弱，能力水平递减，评定标准如表3所示。4.3指标评级标准依据建筑工程施工职业技能标准 JGJ/T314-2016、建筑装饰装修职业技能标准 JGJ/T315-2016等规范标准和已有的建筑工人安全行为能力研究成果，考虑影响安全行为能力多方面因素，制定如表4所示的评价指标评级标准及约束域，-级表示安全行为能力 递减。指标评级数据主要来源于笔试、情景模拟测验以及群体评议。主要有以下几种：1）安全基本常识、安全操作规程等知识类技能评级，结合装修木工职业技能表2装修木工安全行为能力综合评价指标体系目标层安全行为能力维度指标层工人软件（W-S）工人硬件（W-H）工人环境（W-E）工人人（W-L）建筑工人安全能力X安全准备能力X1安全基本常识x11木工器具选购x21施工作业环境x31安全技能培训x41风险阻止能力X2安全操作规程x12木工设备维护x22安全警示标志x32班组安全监督x42危害预防能力X3事故预防措施x13劳动防护用品x23安全防护设施x33班组安全示范x43安全响应能力X4安全应急预案x14医疗消防器具x24安全应急标识x34应急协调处理x44安全学习能力X5安全整改通知x15设备设施优化x25施工环境改善x35安全事故教育x45表3装修木工安全行为能力评价等级能力等级及约束域评定标准I级（75，100能够熟练安全完成装修职业中的复杂且非常规性的工作，独立处理工作中的高难度安全问题II级（50，75能够熟练安全完成装修职业中的较为复杂的工作，独立处理工作中的中等难度安全问题III级（25，50能够熟练安全完成装修职业的简单工作，独立处理工作中的低难度安全问题IV级0，25仅能够安全完成装修职业中的简单工作，及在他人帮助下处理工作中的低难度安全问题第 44 卷第 S1 期535要求设置问卷得到。2）木工器具选购、木工设备维护等操作类技能评级，通过设置情景模拟测验获得。3）班组安全监督、班组安全示范等群体影响指标评级则是通过组织群体评议得到。4.4建筑工人安全行为能力综合评价邀请5位安全管理领域的专家对指标升序集结与赋分，按照式（2）（5）计算指标标准权重，同时获取指标评级结果如表5所示。为验证建筑工人安全行为能力评价方法的合理性，利用公式（6）（9）分别计算了系统共协效应与常态（无系统共协效应）下的评价结果。借助MATLAB软件绘制综合评价云如图3所示，并计算评价云与等级标准云相似度如表6所示。4.5结果分析由图3可知，该装修木工综合安全行为能力水平处于级和之间，且偏向级。结合表6可知，根据云模型最大相似度原则，该工人综合安全行为能力较弱（0.480.07），存在较大的人为因素安全隐患。同理可知，安全准备能力水平较弱，而其他各维度能力皆处于较强的水平。结合实际情况分析，该工人的安全基本常识与安全意识淡薄且多次缺席安全技能培训，使用的作业器具多数不符合安全规定，对作业场所存在的安全隐患不甚了解。安全管理者若不对该工人的安全基本常识、木工器具选购、施工作业环境、安全技能培训等指标进行重点关注，工人将产生不安全行为甚至导致事故发生，影响建设工程的施工进度。由不同方法评价结果对比可知：1）系统共协效应成连华，等基于系统共协效应的建筑工人安全行为能力评价方法图3安全行为能力综合评价云模型表4指标评级标准及约束域（部分）评价指标评价等级及约束域级（75，100级（50，75级（25，50级0，25x11在建筑安全基本知识测试中取得90分以上在建筑安全基本知识测试中取得75-90分在建筑安全基本知识测试中取得60-75分在建筑安全基本知识测试中仅取得60分以下x12选购与使用的木工器具完全符合安全要求选购与使用的木工器具基本符合安全要求选购与使用的木工器具存在一定的安全隐患选购与使用的木工器具存在严重的安全隐患x14每月一次安全技能培训每季一次安全技能培训每半年一次安全技能培训几乎不参加安全技能培训x22能够独立的进行复杂木工设备的维护与保养能够独立的进行较复杂木工设备的维护与保养仅能够独立的进行简单木工设备的维护与保养仅能够在他人帮助下进行简单木工设备的维护与保养x24能够在班组中起到好的安全监督作用能够在班组中起到较好的安全监督作用仅能够在班组中起到较低安全监督作用在班组中基本没有起到安全监督作用表5指标赋权与评级结果评价指标组合赋权wj标准权重wj指标评级Pxijx110.6390.334x120.4360.228x130.3390.177x140.5010.262x210.4190.225x220.6620.355x230.3020.162x240.4820.259x310.3420.181x320.6220.329x330.5100.270 x340.4180.221x410.3320.177x420.4360.231x430.5030.267x440.6120.325x510.6870.362x520.3900.206x530.3090.163x540.5120.270建 筑 经 济2023年536下的工人安全行为能力各维度水平均高于常态，表明各维度内因素发挥出较强的协同补偿作用，共同促进能力的形成。2）系统共协效应下的工人安全行为能力综合水平低于常态，表明各维度间由于共协抑制效应，最大偏离度所对应的安全准备能力较弱，尽管多数维度安全行为能力处于较强水平，仍对综合安全行为能力产生的增量贡献较小。3）该建筑工人应针对性地提高安全准备能力，强化预先对生产系统中风险源进行评估和处置，促进各维度能力平衡发展，从而提高自身综合安全行为能力水平。5结论（1）基于安全链与SHEL模型理论将建筑工人安全行为能力解构为安全准备能力、风险阻止能力、危害预防能力、安全响应与学习能力，并构建了安全行为能力系统模型。（2）综合应用系统共协效应与云模型理论，提出了建筑工人安全行为能力评价方法，根据能力结构与共协效应对实际能力进行修正，得到有效安全行为能力水平，提高了评价结果的准确性。（3）应用评价方法对某装修木工进行安全行为能力评价，并得到该工人综合安全行为能力处于较弱的状态，并提出了针对性建议，验证了方法的科学性、适用性。（4）在具体应用此评价方法时，需要根据建筑工人岗位需求对评价指标及权重进行适当调整，以适应不同工种建筑工人安全行为能力评价。参考文献1 Zhou Z，Guo W.Applications of item response theory to measuring the safety response competency of workers in subway construction projectsJ.Safety Science，2020，127：104704.2 Bohm Jonathan，Harris Don.Risk perception and risk-taking behavior of construction site dumper driversJ.International journal of occupational safety and 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贺金凤，李义军，徐松杰，等.基于云模型相似度的基本概率指派生成方法J.统计与决策，2020（10）：51-54.表6装修木工安全行为能力综合评价结果评价指标指标标准权重i系统共协效应下指标水平域PXi约束域云化的特征值（Ex，En，He）系统共协效应下云相似度常态下云相似度IIIIIIIVIIIIIIIVX1（33.143，54.468）（43.81，7.11，0.1）00.070.48000.310.220X10.258（29.271，54.833）（42.05，8.52，0.1）00.070.620.0100.010.530.06X20.226（42.483，69.079）（55.78，8.87，0.1）0.010.490.10000.340.210X30.233（44.119，69.706）（56.91，8.53，0.1）0.010.550000.430.030X40.151（42.994，69.797）（56.40，8.93，0.1）0.010.530.09000.390.140X50.132（60.626，85.989）（73.31，8.45，0.1）0.180.29000.010.370.020