基于結(jié)構(gòu)方程的水利水電工程施工安全分析研究

，，

(三峽大學 水利與環(huán)境學院，湖北 宜昌 443002)

1 研究背景

在工程施工中，由于施工作業(yè)在時間上比較集中，在空間上的相互干擾性大，加上現(xiàn)場施工作業(yè)的種類較多的因素，施工作業(yè)中存在較多的不安全因素 。施工作業(yè)人員的人身安全，施工設備和各種設施經(jīng)常受到不安全因素的威脅，水利水電工程施工的安全管理一直受到工程管理者的高度重視[1]。因此，對工程系統(tǒng)進行安全分析的研究十分必要。

目前，國內(nèi)外針對水利水電工程施工安全分析方面的研究主要集中于:基于事故致因原理對事故的分析與預測[2]；利用層次分析法的施工危險源評價[3]；基于工作經(jīng)驗的對于安全規(guī)范的制定等[4]。主要是針對一些具體安全問題的討論，而針對施工系統(tǒng)各個方面的總體上的關聯(lián)性分析不多，本文應用結(jié)構(gòu)方程對水利水電工程施工中與安全有關的各個單元進行分析，從而對工程施工安全在整體上有一個把握，為建立合理的安全評價指標提供參考。

2 結(jié)構(gòu)方程模型理論引導及方法

2.1 理論引導

結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Modeling，簡稱SEM)是一種驗證型的方法通常必須要有理論或者經(jīng)驗法則支持，有理論來引導，在理論的引導下才能構(gòu)建假設模型圖。

在進行分析之前，要對具體的工程有一個大致了解，有必要進行工程有關資料的收集，并結(jié)合已有的施工經(jīng)驗得出一些綜合性的影響因子。本文在已有的施工安全研究的基礎上結(jié)合人為因素分析框架HFACS(Human Factors Analysis and Classification System)[5]，得出組織機構(gòu)、安全生產(chǎn)投入、 機械設備、技術措施、材料、教育培訓、作業(yè)技能、操作違規(guī)、事故分析總結(jié)、應急能力、重大危險源監(jiān)控、安全監(jiān)督12個影響因子。其中，將組織機構(gòu)和安全生產(chǎn)投入歸為企業(yè)影響的范疇；將機械設備、技術措施和材料歸為施工現(xiàn)場的范疇；將教育培訓、作業(yè)技能和操作違規(guī)歸為人員素質(zhì)的范疇；將事故分析總結(jié)、應急能力、重大危險源監(jiān)控和安全監(jiān)督歸為安全管理的范疇。

2.2 討論結(jié)構(gòu)方程的方法

SEM整合了因素分析與路徑分析2種統(tǒng)計方法[6]。不同于傳統(tǒng)的回歸分析，結(jié)構(gòu)方程能同時分析多個因素之間的關系，方程通過估計參數(shù)，獲得自變量對因變量的影響，達到分析的目的。方程一般包含的變量有觀測變量、潛在變量、誤差變量。觀測變量也可稱為顯變量，是實際中能夠準確測量或觀察到的變量；潛在變量也稱為潛變量或因子，是實際當中無法直接測量到的變量，包括比較抽象的概念和種種原因不能準確測量的變量。一個潛變量往往對應著若干個觀測變量，潛變量可以看作是其對應觀測變量的抽象和概括[7]。如下圖1所示，其中橢圓形代表潛變量，方形代表觀測變量，圓形代表誤差變量，單箭頭代表因果關系，雙箭頭代表共變關系[8]。

圖1 橫型結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)方程的分析分為探索型和驗證型類，本文運用的是驗證型結(jié)構(gòu)方程。結(jié)構(gòu)方程的聯(lián)立方程組包括以下的2類方程:

測量方程

y=Λyη+ε ;

(1)

x=Λxξ+δ 。

(2)

結(jié)構(gòu)方程

η=Bη+Γξ+ζ 。

(3)

式中:y,x為觀測變量;η,ξ為潛變量;ε,δ,ζ為誤差變量，Λy,Λx,B,Γ為系數(shù)矩陣。

方程參數(shù)估計方法常用的有ML(Maximum Likelihood),PLS(Partial Least Squares),GLS(Generalized Least Squares)等[9]，本文采用AMOS 17.0進行結(jié)構(gòu)方程的運算，下面簡要介紹ML(極大似然估計法)。獲得的擬合函數(shù)為

FML=log|Σ(θ)|+tr[SΣ-1(θ)]-log|S|-p。

(4)

擬合函數(shù)中

(5)

(6)

其中:Σ(θ)為結(jié)構(gòu)模型的協(xié)方差矩陣;S為觀測數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣;p是觀測變量的個數(shù)。下面簡要介紹Σ(θ)中各個協(xié)方差矩陣的推導過程

(7)

同理可得Σyyθ,Σxyθ,Σxxθ 。對擬合函數(shù)FML關于8個參數(shù)矩陣Λy,Λx,B,Γ,Φ,ψ,Θε,Θδ進行求導。其中: Φ是潛變量ξ的協(xié)方差矩陣，ψ是ζ的協(xié)方差矩陣， Θε, Θδ分別是ε,δ的協(xié)方差矩陣。 FML是基于概率原理的非線性函數(shù)，不容易獲得參數(shù)解，需依賴迭代的程序來獲得參數(shù)最后估計值[10]。

3 工程實例研究

本文運用結(jié)構(gòu)方程進行分析分為3步。

第1步，就是根據(jù)已有理論或模型建立人的經(jīng)驗定義各個變量之間的因果關系或者相關關系并畫出模型結(jié)構(gòu)圖。

第2步，根據(jù)已建立起來的模型結(jié)構(gòu)，針對建模者所設定的觀測變量，進行數(shù)據(jù)的收集。

第3步，運用AMOS 17.0，進行模型參數(shù)的估計，并對模型做出相應調(diào)整，最后對所得參數(shù)針對實際所要解決的問題進行分析。

圖2 模型框架

本文采用結(jié)構(gòu)方程這一統(tǒng)計分析手段，對某水利水電工程施工部門進行基礎性的安全分析，主要目的是對施工各單位間的關系有一個整體的了解。結(jié)合以往的水利水電工程施工安全分析經(jīng)驗，建立以下模型，如圖2。設4個潛在變量：企業(yè)影響、施工現(xiàn)場、人員素質(zhì)、安全管理。其對應的觀測變量依次為：組織結(jié)構(gòu)，安全生產(chǎn)投入；機械設備，技術措施，材料；教育培訓，作業(yè)技能，操作違規(guī)；事故的分析總結(jié)，應急能力，重大危險源監(jiān)控，安全監(jiān)督。e1,e2,e3,…，e9代表方程計算產(chǎn)生的誤差變量。

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)，設計對應的調(diào)查問卷，此次收回500份問卷，選取其中的300份作為樣本進行參數(shù)分析，觀測數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣如表1。將所得數(shù)據(jù)代入以下結(jié)構(gòu)方程得到如圖3所示的結(jié)果圖。

表1 觀測數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣

圖3 問卷調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果

從以上路徑系數(shù)可以看出，本模型有4個潛變量、12個觀測變量。其中，潛變量與觀測變量之間的路徑系數(shù)越大，說明其影響越大。如圖中的企業(yè)影響與組織機構(gòu)，施工現(xiàn)場與技術措施，人員素質(zhì)與教育培訓，安全管理與安全監(jiān)督之間的路徑系數(shù)分別為3.03，1.36，1.36，1.00，可見其兩兩之間有較大影響?？梢缘贸?，增強企業(yè)影響力，完善企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)十分重要，在企業(yè)管理方面要做到信息傳達通暢，指令執(zhí)行快速有力，建立自己的企業(yè)文化，增強企業(yè)自身凝聚力，企業(yè)管理者在工程施工過程中制定政策及提供經(jīng)費，管理者首先要確定此次安全生產(chǎn)的目標，不僅要滿足預訂的功能，也要降低成本，同時保證質(zhì)量；安全監(jiān)督是安全管理的主要工作，必須建立完善的監(jiān)督機制，并對施工人員進行嚴格的安全培訓，增強職工的安全意識和安全防護能力，所有職工必須做到先培訓后上崗，定期識別安全教育需求制定各類人員培訓計劃，通過考核的人員才具有上崗資格。

各個潛變量之間都是正相關，說明其中一項潛變量的情況都會對另一項潛變量產(chǎn)生正面的影響。其中，施工現(xiàn)場與安全管理，人員素質(zhì)與安全管理的協(xié)方差分別為0.17，0.09，相對較大，說明對于安全管理來說施工現(xiàn)場對其有較大影響。由此可得，施工安全依賴于施工現(xiàn)場的技術指導，而施工技術又有賴于人員素質(zhì)的提高， 因此有必要對工地施工人員進行施工前的集體培訓，一方面加強安全方面的教育，提高施工人員的安全意識，另一方面要使施工人員對所使用的施工方法、施工機械有一定程度的認識，提高整體的施工技術水平。

4 結(jié) 語

在對水利水電工程施工安全應用結(jié)構(gòu)方程進行分析時，采用設定潛變量與觀測變量將復雜的施工系統(tǒng)簡明化，把各變量之間的關系用確定的數(shù)值表示，建立一個以施工安全為目的的清晰體系，是有利于工程管理者對施工安全做出合理評價。但其作為驗證型結(jié)構(gòu)方程的應用，建立結(jié)構(gòu)者必須具備一定的施工經(jīng)驗并根據(jù)數(shù)據(jù)與方程的擬合程度進行適當?shù)恼{(diào)整。由于此次采用ML法進行參數(shù)估計，對數(shù)據(jù)的要求較高，如果是小樣本建模，建議采用PLS法進行參數(shù)估計。

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