基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風(fēng)險預(yù)測研究

劉旭陽

(山西應(yīng)用科技學(xué)院，山西 太原 030062)

建筑工程在施工中的安全問題屬于一門涉及管理學(xué)、心理學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合學(xué)科。盡管已有科研單位從個體認(rèn)知層面，挖掘并深度探索了建筑工程在施工中存在安全風(fēng)險或發(fā)生安全事故的原因，但誘發(fā)施工中安全風(fēng)險的因素是多樣化的，并不是由某一種行為或一種獨立因素造成的。從單一層面解決此種問題基本是不可行的，為此，在后續(xù)的研究中，施工方嘗試了從建立AHP評價體系、LEC評價模型等角度，進行施工安全風(fēng)險的預(yù)測與評價。但無論現(xiàn)有的任何一項研究成果，都需要在預(yù)測與評價中，通過大量數(shù)據(jù)進行演算與推理，不僅無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效推理，也無法深入闡述不同安全風(fēng)險因素之間的傳導(dǎo)關(guān)系。因此，本文將基于DEMATELBN模型的應(yīng)用，設(shè)計一種針對建筑工程施工中安全風(fēng)險的全新預(yù)測方法，通過對風(fēng)險的高精度預(yù)測，做好對風(fēng)險的規(guī)避，實現(xiàn)將安全事故的發(fā)生概率降至最低。

1 基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風(fēng)險預(yù)測方法設(shè)計

1.1 提取建筑工程施工安全風(fēng)險因素

開展相關(guān)研究前，對工程施工安全風(fēng)險進行針對性提取。本次提取施工風(fēng)險的主要手段為WSR技術(shù)，此項技術(shù)是一項基于物理—事理—人理的技術(shù)，從提出的三個角度對施工安全風(fēng)險進行深度分析。在此過程中，需要基于WSR理論，構(gòu)建建筑工程安全施工模型。

在不同的施工環(huán)節(jié)，作業(yè)人員對于工程的管理是相對獨立的，但通過風(fēng)險傳導(dǎo)，可以實現(xiàn)將不同作業(yè)環(huán)節(jié)建立空間聯(lián)系，以此種方式，保證工程各個步驟之間存在銜接。

根據(jù)施工中不同作業(yè)環(huán)節(jié)與施工作業(yè)空間的特點，從施工作業(yè)現(xiàn)場、施工材料運輸、施工作業(yè)行為三個方面，進行施工安全風(fēng)險的提取。如下表1所示。

表1 建筑工程施工安全風(fēng)險提取

按照上述方式，提取M、T、C等不同方面的施工安全風(fēng)險因素，初步定位可能造成施工安全風(fēng)險的因素。

1.2 基于DEMATEL-BN模型的風(fēng)險演化傳導(dǎo)分析

完成上述研究后，考慮到大部分建筑工程在施工中存在交叉施工作業(yè)，且施工行為具有多維度并行特點，因此，可以認(rèn)為施工中的安全風(fēng)險不僅存在單向傳導(dǎo)現(xiàn)象，也存在多項風(fēng)險并行傳導(dǎo)的特點。為了進一步感知風(fēng)險在工程施工中的傳導(dǎo)與演化形式，下述將引進DEMATEL-BN模型，對風(fēng)險演化傳導(dǎo)過程進行分析。將此過程描述成下述圖1。

圖1 風(fēng)險演化傳導(dǎo)過程

從上述圖1所示的流程可以看出，建筑工程施工安全風(fēng)險將在最終體現(xiàn)在施工作業(yè)現(xiàn)場，因此，在進行建筑安全風(fēng)險的預(yù)測時，可以在掌握前端傳導(dǎo)的單一風(fēng)險后，進行風(fēng)險的體現(xiàn)形式分析，根據(jù)風(fēng)險的最終體現(xiàn)結(jié)果，進行風(fēng)險描述。在此過程中，可以使用DEMATEL-BN模型，進行不同施工單元之間安全風(fēng)險因素關(guān)系的分析，構(gòu)建單元施工安全風(fēng)險影響矩陣，將矩陣表示為A，對A的描述可以用下述計算公式表示。

公式（1）中：a表示為在施工過程中，安全風(fēng)險因素i對安全風(fēng)險因素j所造成的影響；n表示為安全風(fēng)險因素數(shù)量。對矩陣A進行規(guī)范化處理，得到矩陣B，對矩陣B的描述如下。

公式（2）中：i的取值應(yīng)控制在1～n之間。通過對矩陣A與矩陣B的描述，得到一個針對建筑工程安全施工的風(fēng)險綜合影響矩陣，將綜合影響矩陣表示為T，對矩陣T的描述如下。

公式（3）中：E表示為施工單元風(fēng)險矩陣。設(shè)定風(fēng)險影響程度表示為R，施工現(xiàn)場被影響的程度表示為D，影響程度的中心值表示為e，造成或誘發(fā)安全風(fēng)險的原因影響程度表示為f，對多種參數(shù)的計算可用下述公式組表示。

公式（4）中：R表示為在施工全過程中，第i個因素對工程中其他安全風(fēng)險因素的綜合影響程度；D表示為在施工全過程中，其他安全風(fēng)險因素對第i個因素的綜合影響程度；e表示為中心值，也可以降低定義為風(fēng)險指標(biāo)/因素的重要程度；f的取值應(yīng)>0，當(dāng)f的取值<0時，計算無意義。根據(jù)上述計算公式，可以精準(zhǔn)描述在施工中不同安全風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系，根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)之間的傳導(dǎo)，掌握風(fēng)險的遞進過程中的變化，以此種方式，為建筑工程施工安全風(fēng)險的精準(zhǔn)預(yù)測提供決策支持。

1.3 工程施工節(jié)點事故發(fā)生概率計算與預(yù)測

上述基于DEMATEL-BN模型，完成了對風(fēng)險傳導(dǎo)的分析，為了進一步實現(xiàn)對風(fēng)險發(fā)生概率的精準(zhǔn)預(yù)測，需要在完成基于DEMATEL方法的使用后，定位建筑工程施工節(jié)點，進行風(fēng)險因果關(guān)系的輸出。在此過程中，需要將所有提取的風(fēng)險因素以統(tǒng)計樣本數(shù)據(jù)的方式導(dǎo)入MATLAB環(huán)境中，調(diào)用Mapmin-max函數(shù)，對風(fēng)險因素進行歸一化處理。選擇在此過程中的RBF核函數(shù)，構(gòu)建高風(fēng)險施工節(jié)點模型，使用K折交叉驗算法，確定模型中的參數(shù)。并以此為依據(jù)，根據(jù)已知不同風(fēng)險項目的發(fā)生可能性或風(fēng)險造成的后果，定位影響程度最大的風(fēng)險因素，將此過程表示為下述計算公式。

2 實例應(yīng)用分析

為了滿足實驗的真實性需求，選擇某地區(qū)土建工程項目作為研究的工程實例.分析前，需要先與工程施工方簽署合作協(xié)議，并在征求業(yè)主方的同意后，進行工程項目技術(shù)交底。此次開挖的基坑呈矩形形狀，基坑的長度約為98.0m，基坑的寬度約為82.0m，占地面積約為7880.0m，頂面標(biāo)高-0.5m，設(shè)計的開挖深度為20.0m。施工的內(nèi)容包括人工作業(yè)可進行孔樁的開挖、攪拌樁的開挖、預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計、混凝土內(nèi)角支撐的施工、施工中余土的外運、排水等。

提取建筑工程施工安全風(fēng)險因素，初步掌握工程中可能出現(xiàn)安全風(fēng)險的施工節(jié)點，對施工節(jié)點進行反演推理，定位風(fēng)險發(fā)生源。根據(jù)風(fēng)險的傳導(dǎo)，對施工節(jié)點可能出現(xiàn)安全事故概率進行計算。以本文研究的工程項目為例，將工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型后，主動設(shè)定事故發(fā)生概率值為1.0（即100.0%），將提取的工程節(jié)點信息輸入GeNie軟件中進行二次計算，得到在基坑開挖工程中，混凝土內(nèi)角支撐施工環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險因素。整理風(fēng)險因素與不同因素可能發(fā)生的概率，將概率表示為P（計算公式參照1.3中的（5）公式），提取結(jié)果如下表2所示。

表2 混凝土內(nèi)角支撐施工環(huán)節(jié)的安全風(fēng)險因素與概率

從上述表2中可以看出，Z>Z>Z>Z>Z，證明在施工步驟中，施工中支撐構(gòu)件連接強度不足是造成工程施工安全風(fēng)險的主要因素。定位工程施工中的安全風(fēng)險審查重點后，在模型中輸入工程參數(shù)，對工程支撐構(gòu)件的連接進行重點核查。由工程監(jiān)理人員進行此種工作，核查后發(fā)現(xiàn)，在混凝土內(nèi)角支撐施工環(huán)節(jié)中，施工技術(shù)人員由于施工操作行為不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)了多點支撐力不足的現(xiàn)象。由此證明了本文設(shè)計的預(yù)測方法可以在工程實際應(yīng)用中，起到精準(zhǔn)定位施工異常點的作用。

完成對本文設(shè)計方法可行性的分析后，將工程整體作為預(yù)測對象，按照本文設(shè)計的流程，對工程施工全過程中的安全風(fēng)險進行預(yù)測。將安全施工風(fēng)險根據(jù)實際情況，量化為五個風(fēng)險等級。I級代表低風(fēng)險（不需要采取工程控制措施，可忽略此方面風(fēng)險）、II級代表較低風(fēng)險（需要人工留意此方面施工行為，保證施工的順利實施）、III級代表中等風(fēng)險（存在一定的風(fēng)險，需要由技術(shù)人員進行風(fēng)險源的定位，并采取技術(shù)整改或工程管理等方式，進行風(fēng)險處理與規(guī)避）、IV級代表較高風(fēng)險（應(yīng)啟動工程緊急預(yù)案，避免不規(guī)范施工行為造成經(jīng)濟方面的額外支出與人員傷亡）、V級代表超高風(fēng)險（需要即刻采取停工的方式進行工程整頓，否則將出現(xiàn)施工中的安全事故）。

完成對預(yù)測安全風(fēng)險等級的量化后，將此次工程施工劃分為50.0個節(jié)點，按照本文設(shè)計的方式，對各節(jié)點在施工中出現(xiàn)安全風(fēng)險的概率進行計算。匹配計算結(jié)果與安全風(fēng)險等級，輸出施工中安全風(fēng)險的預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果與真實風(fēng)險結(jié)果進行對比，如下圖2所示。

圖2 建筑工程施工安全風(fēng)險預(yù)測結(jié)果

從上述圖2所示的實驗結(jié)果中可以看出，真實值與預(yù)測值兩條折現(xiàn)幾乎重合，超過95.0%的施工節(jié)點安全風(fēng)險預(yù)測值與真實值吻合。因此，在完成實驗后，得出對應(yīng)的實驗結(jié)果：本文設(shè)計的基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全風(fēng)險預(yù)測方法，在工程實際應(yīng)用中，可以實現(xiàn)對建筑工程施工安全風(fēng)險的有效預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與真實結(jié)果匹配度超過95.0%，說明預(yù)測結(jié)果精準(zhǔn)度較高。

3 結(jié)語

本文從提取建筑工程施工安全風(fēng)險因素、基于DEMATEL-BN模型的風(fēng)險演化傳導(dǎo)分析、工程施工節(jié)點事故發(fā)生概率計算與預(yù)測三個方面，設(shè)計了一種針對建筑工程施工中安全風(fēng)險的全新預(yù)測方法。完成設(shè)計后，通過實例應(yīng)用的方式，證明了本文設(shè)計的方法在工程實際應(yīng)用中，預(yù)測結(jié)果與真實結(jié)果匹配度超過95.0%，說明預(yù)測結(jié)果精準(zhǔn)度較高。在后續(xù)的施工作業(yè)中，可以將設(shè)計的方法應(yīng)用到真實工程實例中，根據(jù)不同工程的需求，進行工程施工中不同風(fēng)險因素的提取，根據(jù)對應(yīng)因素的傳導(dǎo)關(guān)系，進行工程施工的整改。為了解決此方面問題，降低工程在施工中的風(fēng)險，可在后續(xù)的施工中，做好對工程的勘查，并預(yù)測不同施工行為可能造成的后果，及時做好對風(fēng)險的規(guī)避，降低工程施工額外支出，實現(xiàn)為施工方創(chuàng)造更高的收益。