魏 濤,解萌玥,鮑 楓,陶敬兵
(1.中建安裝集團(tuán)有限公司華西公司,陜西 西安 710065;2.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054)
近年來,我國建筑施工領(lǐng)域安全生產(chǎn)事故居高不下,安全生產(chǎn)形勢依然嚴(yán)峻。據(jù)我國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì),自2015年來我國建筑領(lǐng)域安全生產(chǎn)事故數(shù)年均442起以上、死亡人數(shù)年均超過554人,且呈雙增長趨勢[1]。隨著勞務(wù)分包模式的普及,勞務(wù)分包風(fēng)險損失逐步加大。2019年由勞務(wù)分包引發(fā)的房屋建筑事故占總事故的20.6%,通過對事故原因進(jìn)行分析,由工人主體行為失誤引起事故占比為73.6%。傳統(tǒng)的事故致因理論認(rèn)為人的不安全行為是引起事故的主要原因[2-3],可見控制人的不安全行為能夠大幅度降低建筑安全生產(chǎn)事故的發(fā)生,建筑工人產(chǎn)生不安全行為的原因可以追溯至管理層、監(jiān)督層等,因而掌握安全管理者的行為動機(jī)也至關(guān)重要[4-5]。在實(shí)際施工過程中,由于信息不對稱導(dǎo)致安全管理者和建筑工人對行為決策的損益感知不同而做出對自己有益的決策,因此可將安全管理者的管理行為和建筑工人的安全作業(yè)行為視為一種博弈過程,可以從主體不同行為決策對應(yīng)的成本和收益角度出發(fā),對主體行為間的動態(tài)決策過程進(jìn)行客觀分析。
演化博弈論是生物進(jìn)化論和博弈論的結(jié)合,是一種運(yùn)用系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來分析博弈各主體的動態(tài)演化過程,存在于一定的群體規(guī)模中[6-7]??紤]到建筑施工安全管理系統(tǒng)中各主體行為決策之間的交互機(jī)理及動態(tài)調(diào)整,部分學(xué)者應(yīng)用演化博弈對此展開了研究。仇國芳等[8]建立了政府和建筑企業(yè)之間的演化博弈模型,研究政府補(bǔ)貼與稅收優(yōu)惠對建筑企業(yè)安全創(chuàng)新行為的意愿分析;高云莉等[9]、尹貽林等[10]通過研究業(yè)主和承包商在項(xiàng)目風(fēng)險管理中的博弈分析,發(fā)現(xiàn)風(fēng)險管理成本和損失分配機(jī)制是影響工程合作的主要因素;程敏等[11]、ZHAO等[12]通過研究規(guī)章制度成本、安全監(jiān)督成本等因素對建筑企業(yè)與政府監(jiān)管部門行為策略選擇的影響,引入了適當(dāng)?shù)耐獠勘O(jiān)督約束機(jī)制,進(jìn)而加強(qiáng)雙方對安全隱患的控制、提高施工安全監(jiān)督水平;楊世軍等[13]通過建立以監(jiān)管員和施工員為主體的安全行為演化博弈模型,從降低安全行為固定成本和變動成本,提高安全處罰等方面提出建議;高亞等[134]通過研究工程項(xiàng)目中監(jiān)理單位和承包商的博弈行為,從加大獎懲措施、控制安全投入成本等方面為我國建筑施工安全監(jiān)管提出建議;張攀等[15]運(yùn)用進(jìn)化博弈理論研究建設(shè)單位、監(jiān)理單位和施工單位三方的相互影響,發(fā)現(xiàn)通過設(shè)立監(jiān)管資金池等措施可以提高工程質(zhì)量監(jiān)管水平。雖然演化博弈理論打破了傳統(tǒng)博弈理論的完全理性假設(shè),但仍然缺乏對參與者主觀認(rèn)知層面的構(gòu)建。為彌補(bǔ)演化博弈中期望效用理論的局限性,一些學(xué)者結(jié)合前景理論和演化博弈來研究參與主體行為決策的演化過程。趙澤斌等[16]基于前景理論研究重大基礎(chǔ)設(shè)施工程中公告部門和私人部門的行為決策關(guān)系,發(fā)現(xiàn)可通過調(diào)節(jié)風(fēng)險管理成本、處罰、風(fēng)險損失及分擔(dān)比例等參數(shù)來改變風(fēng)險管理策略的演化結(jié)果和穩(wěn)定程度;呂云翔等[17]、仇國芳等[18]基于前景理論研究工程項(xiàng)目內(nèi)部監(jiān)管行為博弈分析過程,提出增加收益要素值和降低成本要素值等措施;馬光紅等[19]基于前景理論構(gòu)建了基礎(chǔ)設(shè)施工程中建設(shè)單位、監(jiān)理單位和總承包商三方的演化模型,認(rèn)為政府應(yīng)加大獎懲力度,通過提高監(jiān)理單位監(jiān)管效率來降低事故發(fā)生概率。這些研究雖打破了傳統(tǒng)期望效用的局限性,但忽略了心理因素對各主體行為決策的影響機(jī)理。因此,部分學(xué)者為進(jìn)一步探究人們真實(shí)的決策行為,引入心理賬戶理論對參與主體博弈行為進(jìn)行研究。目前心理賬戶理論主要應(yīng)用于消費(fèi)決策、交通出行和投資分析等領(lǐng)域[20-21]。
綜上所述,目前應(yīng)用演化博弈理論研究工程項(xiàng)目安全管理的文獻(xiàn)多聚焦政府部門、建筑企業(yè)及監(jiān)理單位等外部監(jiān)管層面,且在進(jìn)行博弈分析時多依賴期望效用理論,忽略了系統(tǒng)中各利益相關(guān)者的心理賬戶和價值感知。綜合考慮影響勞務(wù)分包作業(yè)下安全管理者和建筑工人行為策略的主要因素,將心理賬戶和前景理論引入雙方博弈過程,構(gòu)建感知收益矩陣,探究建筑施工工人不安全行為及安全管理者進(jìn)行消極管理的原因,基于MATLAB算法對不同因素對主體策略選擇的影響機(jī)理進(jìn)行仿真,使研究結(jié)果更貼近現(xiàn)實(shí)。
在勞務(wù)分包作業(yè)過程中,建筑工人為了獲得額外收益,在進(jìn)行建造時可能存在投機(jī)行為,這一行為會影響建造工程項(xiàng)目的安全性,損害業(yè)主權(quán)益,因此生產(chǎn)管理者有責(zé)任對建筑工人的不安全行為進(jìn)行積極管理。
假設(shè)1:博弈模型只考慮安全管理者和建筑工人兩方主體,且博弈雙方均為有限理性。各方進(jìn)行策略選擇都依據(jù)自身的感知損益,滿足心理賬戶和前景理論所構(gòu)建的價值函數(shù),價值函數(shù)的表達(dá)式為
(1)
式中:V(x)為行為效價賬戶的感知價值函數(shù);Z(x)為成本賬戶的感知價值;x為價值變量;U0為行為效價的參照點(diǎn);U1為支出參考點(diǎn);λ,δ分別為對效價和成本損失價值的規(guī)避程度;θ,β和ψ,σ分別為效價和成本對應(yīng)的損失-收益的風(fēng)險偏好系數(shù)。
(2)
式中:f+(ε),f-(ε)分別為面臨收益和損失時做的決策函數(shù);γ,i為決策影響系數(shù)。
假設(shè)2:安全管理者的策略集合為{積極管理,消極管理},建筑工人的策略集合為{安全作業(yè),違規(guī)作業(yè)}。安全管理者的“積極管理”策略指通過加大管理成本的方式對建筑工人進(jìn)行監(jiān)督和管理;“消極管理”則是不采取任何管理措施,管理成本可忽略不計(jì),建筑工人的“安全作業(yè)”策略指的是完全遵守作業(yè)規(guī)程,合規(guī)作業(yè);“違規(guī)作業(yè)”則是不遵守規(guī)則,不配帶安全裝備、不聽從領(lǐng)導(dǎo)私自作業(yè)等行為。
假設(shè)3:與建筑工人相關(guān)的假設(shè)。S為建筑工人獲得工資報酬的感知價值,I0為建筑工人安全作業(yè)時成本的感知價值(包括勞動成本和精神成本),I1為建筑工人違規(guī)作業(yè)時承擔(dān)心理成本的感知價值,W為建筑工人安全作業(yè)獲得效用,F(xiàn)為“積極管理”策略下建筑工人違規(guī)作業(yè)懲罰的感知價值。
假設(shè)4:與安全管理者相關(guān)的假設(shè)。S1為安全管理者獲得工資報酬的感知價值,C0為安全管理者進(jìn)行積極管理成本的感知價值(包括勞動成本和精神成本),C1為安全管理者消極管理承擔(dān)心理成本的感知價值,L為雙方在事故發(fā)生所需承擔(dān)風(fēng)險損失的感知價值,a為風(fēng)險分擔(dān)比例,P為發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率,h為一方采取不負(fù)責(zé)行為(消極管理或違規(guī)作業(yè))時,給另一方帶來的安全事故損失的轉(zhuǎn)移系數(shù),k為安全管理者的管理結(jié)果(罰款指標(biāo))與自身獎勵掛鉤系數(shù)。
假設(shè)5:安全管理者進(jìn)行積極管理的概率為x,消極管理的概率為1-x;建筑工人單位進(jìn)行安全作業(yè)的概率為y,進(jìn)行違規(guī)作業(yè)的概率為1-y,且x,y∈(0,1)。
根據(jù)上述假設(shè)與模型參數(shù)的設(shè)定,構(gòu)建安全管理者和建筑工人兩方的傳統(tǒng)博弈矩陣,見表1。由1.1節(jié)的基本假設(shè)可知,矩陣中W、S、S1屬于效價賬戶函數(shù)V(x),I0、I1、C0、C1、L、F屬于成本賬戶函數(shù)Z(x)。
表1 演化博弈感知收益矩陣
由表1可得建筑工人選擇安全作業(yè)和違規(guī)作業(yè)的期望收益函數(shù)R(1)、R(2)以及平均收益函數(shù)R為
R(1)=π(x)[V(S+W)-Z(I0)]+π(1-x)[V(S)-Z(I0+(1-a)hLπ(P))]
(3)
R(2)=π(x)[V(S)-Z(I1+(1-a)Lπ(P)+F)]+=π(1-x)[V(S)-Z(I1+(1-a)Lπ(P))]
(4)
R=yR(1)+(1-y)R(2)
(5)
同理,可得安全管理者選擇積極管理和消極管理的期望收益函數(shù)Q(1)、Q(2)以及平均收益函數(shù)Q為
Q(1)=π(y)[V(S1)-Z(C0+W)]+π(1-y)[V(S1+kF)-Z(C0+ahLπ(P))]
(6)
Q(2)=π(y)[V(S1)-Z(C1+aLπ(P))]+π(1-y)[V(S1)-Z(C1+aLπ(P))]
(7)
Q=xQ(1)+(1-x)Q(2)
(8)
復(fù)制動態(tài)方程是描述種群在演化博弈中使用特定策略頻率,建筑工人選擇策略的動態(tài)方程復(fù)制動態(tài)方程為
(9)
式中:A為安全管理者積極管理時,建筑工人選擇策略的價值函數(shù);B為安全管理者消極管理時,建筑工人選擇策略的價值函數(shù)。
同理,安全管理者選擇策略的動態(tài)方程復(fù)制動態(tài)方程為
(10)
式中:D為建筑工人安全作業(yè)時,安全管理者選擇策略的價值函數(shù);E為建筑工人違規(guī)作業(yè)時,安全管理者選擇策略的價值函數(shù)。
(11)
根據(jù)雅克比矩陣行列式可得矩陣的秩det(J)和矩陣的跡tr(J)。
(12)
(13)
當(dāng)矩陣滿足det(J)>0,tr(J)<0時,局部均衡點(diǎn)將成為演化均衡點(diǎn)(ESS)。通過計(jì)算可以得到4個點(diǎn)均衡狀態(tài),見表2。
(14)
(15)
由上述分析可知,當(dāng)且僅當(dāng)A>0,B>0且D>0,E>0時,系統(tǒng)演化的穩(wěn)定性最強(qiáng),達(dá)到最佳穩(wěn)定狀態(tài);無論安全管理者選擇積極管理還是消極管理,建筑工人對安全作業(yè)成本感知價值均小于對違規(guī)作業(yè)成本感知價值;無論建筑工人是否選擇安全作業(yè),安全管理者選擇積極管理的行為效價大于消極管理時的效價,且積極管理的成本感知小于消極管理的成本感知。建筑工人重視安全作業(yè)價值感知與安全管理者積極管理價值感知占據(jù)理性主導(dǎo)地位,建筑工人有100%的概率選擇安全作業(yè)行為策略,安全管理者同樣擁有100%的概率選擇積極管理行為策略。然而,工程項(xiàng)目建設(shè)過程中,建筑工人和安全管理者在進(jìn)行決策時僅具備有限理性,且會對不確定的損失和收益產(chǎn)生感知價值偏差,導(dǎo)致系統(tǒng)難以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),具體表現(xiàn)如下。
1)安全作業(yè)成本和積極管理成本感知價值較高。對于建筑工人而言,影響安全作業(yè)成本感知價值的因素主要包括安全認(rèn)知偏差、安全培訓(xùn)成本以及繁雜的規(guī)章制度,建筑工人若按照繁雜的規(guī)章制度進(jìn)行作業(yè),需要支付較高的安全成本。對于安全管理者來說,其積極管理成本也受多種因素影響:一是管理范圍大,建筑施工作業(yè)區(qū)域大,安全管理者以流動監(jiān)管的方式進(jìn)行管理,增加了時間成本;二是監(jiān)管難度大,施工作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境導(dǎo)致安全管理者往往難以做到全方位、無死角、不間斷的管理。
2)安全作業(yè)效價和積極管理效價較低。建筑工人安全作業(yè)的效價包括其對工資V(S)和獎勵V(W)的感知價值。安全管理者積極管理的效價感知包括工資V(S1)、社會聲譽(yù)、合作機(jī)會以及與積極管理掛鉤的獎勵V(kF)。
3)高效價參照點(diǎn)和低成本參照點(diǎn)。建筑工人與安全管理者對于效價感知賬戶和成本感知賬戶有不同的參考點(diǎn),但相同的是都想以較低的支付成本換取較高的行為效價,從而易形成高效價參考點(diǎn)和低支付成本參考點(diǎn),這也是目前建筑領(lǐng)域存在的普遍現(xiàn)象。較高的效價參考點(diǎn)會增加決策主體對效價差的感知,從而加大其對某種行為策略的選擇概率,所以高效價參考點(diǎn)會降低決策主體對安全行為策略的選擇。假設(shè)效價參考點(diǎn)U0=6,安全行為和不安全行為效價感知均為5時決策主體對效價差感知相同Δx=1,此時主體的決策會傾向于不安全行為。同理,低成本參照點(diǎn)也不利于決策主體策略傾向于安全行為,假設(shè)成本參考點(diǎn)U1=4,安全行為成本感知為4,不安全行為成本感知為5,即選擇安全行為需多支付1單位的成本,此時決策群體的選擇安全行為的策略大于不安全行為策略的概率。
應(yīng)用MATLAB軟件對上述模型進(jìn)行仿真分析,探究各關(guān)鍵因素如何影響建筑工人和安全群體的策略選擇。結(jié)合呂云翔等[17]、仇國芳等[18]和實(shí)際情況對參數(shù)進(jìn)行賦值,設(shè)I0=1,I1=0.5,a=0.5,L=4,p=0.5,F(xiàn)=2,h=0.1,C0=1,C1=0.5,W=0.4,S=1,S1=2,風(fēng)險偏好系數(shù)根據(jù)TVERSKY等[22]得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值,設(shè)β、θ為0.88,λ、δ為2,ψ、σ為0.98,將(x,y)的初始值分別取(0.1,0.6)、(0.3,0.5)、(0.5,0.1)、(0.4,0.9)、(0.6,0.5)、(0.9,0.3),雙方主體策略選擇隨時間變化的演化過程如圖1所示,結(jié)果表明當(dāng)參數(shù)滿足約束條件時,無論x、y初始值如何變化系統(tǒng)最終的演化結(jié)果均趨向于{積極管理,安全作業(yè)}。
圖1 博弈參與主體的動態(tài)演化過程
根據(jù)分析可知,安全行為成本通過影響雙方的期望收益進(jìn)而影響最終策略選擇,在保持其他參數(shù)不變的情況下分別改變I0、I1、C0及C1的數(shù)值,并觀察安全管理者和建筑工人的策略選擇演化過程,結(jié)果分別如圖2(a)~(b)和2(c)~(d)所示。
由圖2(a)和圖2(c)可知,改變不安全行為成本值I1和C1,使其從0.5逐漸增加,隨著I1的增加y逐漸收斂于1,隨著C1的增加x逐漸收斂于1,且I1和C1的增加能夠加快y、x收斂于1的速度;由圖2(b)可知,改變安全作業(yè)成本值I0,使其從1逐漸增加到6,隨著I0的增加y由1逐漸向0收斂,當(dāng)I0=6時建筑工人的策略選擇會傾向于違規(guī)作業(yè),且I0的增加能夠加快x收斂于0的速度;由圖2(d)可知,改變積極管理成本值C0,使其從1逐漸增加到9,隨著C0的增加x由1逐漸向0收斂,當(dāng)C0≥7時安全管理者的策略選擇會傾向于消極管理,并且C0的增加能夠加快x收斂于0的速度。因此,低成本參照有助于系統(tǒng)策略選擇趨向于(1,1),降低安全行為成本和提高不完全行為成本可促使安全管理者向“積極管理”策略演化,建筑工人向“安全作業(yè)”方向演化。
圖2 安全行為成本對策略演化過程的影響
保持其他參數(shù)不變,改變W、F及k的取值范圍,觀察雙方主體策略選擇的演化過程,結(jié)果如圖3所示。當(dāng)建筑工人違規(guī)作業(yè)被發(fā)現(xiàn)后,改變安全管理者對其處罰程度以及增加安全管理者積極管理結(jié)果與績效的掛鉤系數(shù),研究安全管理者和建筑工人群體行為策略演化過程。
如圖3(a)所示,保持其他參數(shù)情況不變,改變W的取值,隨著W的增加建筑工人獲得的安全作業(yè)行為效價隨之增加,會促使其策略趨向于安全作業(yè),且W越大,安全作業(yè)收斂于1的速度越快。改變懲罰值F和掛鉤系數(shù)k,F(xiàn)從2增加到14,k從0.1逐漸增加到0.9,從圖3(b)~(c)中可以看出,隨著F和k的增加,安全管理者向積極管理策略轉(zhuǎn)變,建筑工人向安全作業(yè)策略轉(zhuǎn)變,說明增加懲罰力度可以使建筑工人進(jìn)行安全作業(yè),提高安全管理者的掛鉤系數(shù)可以有效地激勵其向履行積極管理職責(zé)演化。
圖3 獎懲措施對策略演化過程的影響
假設(shè)其他參數(shù)保持不變,在系統(tǒng)基準(zhǔn)狀態(tài)的前提下依次改變事故發(fā)生概率p、風(fēng)險分擔(dān)比例a、風(fēng)險轉(zhuǎn)移系數(shù)h以及事故造成損失的感知價值L,觀察雙方策略的演化過程,結(jié)果如圖4所示。
圖4 事故風(fēng)險損失感知價值對策略演化過程的影響
在其他條件保持不變的情況下,分別取事故發(fā)生概率p=0.3、0.5、0.7,安全管理者和建筑工人選擇策略演化軌跡如圖4(a)所示,可以看出,隨著p的增加,x和y收斂于1的速度越來越快。在其他條件保持不變的情況下,分別取風(fēng)險分擔(dān)比例a=0.1、0.4、0.7、1.0,由圖4(b)可知,隨著a的增加,安全管理者需要分擔(dān)的風(fēng)險越來越大,基于對風(fēng)險的感知價值,其策略將趨于積極管理,同理建筑工人與安全管理者所需分擔(dān)風(fēng)險比例成反比,當(dāng)a越大,建筑工人需要分擔(dān)的風(fēng)險越小,基于僥幸心理其策略選擇更加傾向違規(guī)作業(yè)。由圖4(c)可知隨著風(fēng)險轉(zhuǎn)移系數(shù)h的增加,所需承擔(dān)由于對方不安全行為帶來的風(fēng)險越來越大,促使己方策略選擇傾向安全行為。由圖4(d)可知,當(dāng)所需承擔(dān)的事故風(fēng)險成本較高時,安全管理者策略選擇趨向于積極管理,且L越大,收斂于1的速度越快,同理,當(dāng)L較小時,建筑工人選擇安全作業(yè)的概率趨向于0,隨著L的增大,其策略選擇將由違規(guī)作業(yè)轉(zhuǎn)化為安全作業(yè)。因此,對事故風(fēng)險損失的感知價值越大,越容易促使安全管理者向“積極管理”策略演化,建筑工人向“安全作業(yè)”方向演化。
假設(shè)其他參數(shù)保持不變,在系統(tǒng)基準(zhǔn)狀態(tài)的前提下同時改變獎勵W和成本I0的參數(shù)值,觀察建筑工人策略的演化過程,結(jié)果如圖5(a)所示??梢钥闯?,當(dāng)安全行為效價大于安全成本時,建筑工人策略選擇傾向于安全作業(yè),隨著效價賬戶和成本賬戶差值的變化,當(dāng)成本賬戶大于效價賬戶,工人的策略選擇會逐漸傾向違規(guī)作業(yè)。
圖5 多因素耦合對策略演化過程的影響
假設(shè)其他參數(shù)保持不變,在系統(tǒng)基準(zhǔn)狀態(tài)的前提下同時改變事故發(fā)生概率p和事故風(fēng)險損失L的參數(shù)值,觀察建筑雙方策略的演化過程,結(jié)果如圖5(b)所示??梢钥闯?,當(dāng)面對低概率低損失的情況下,系統(tǒng)策略傾向于不理想狀態(tài),隨著概率和事故風(fēng)險損失的增加,主體的策略選擇會傾向積極安全行為。由于主體進(jìn)行決策時往往會低估高概率事件并且在面對成本賬戶時表現(xiàn)為風(fēng)險追求,當(dāng)選擇消極安全行為時僅有事故發(fā)生的概率p及承擔(dān)部分損失L,所以其選擇消極安全行為的概率較大。
針對以上分析,文中提出以下對策措施,以保證工程項(xiàng)目內(nèi)部安全管理系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
調(diào)節(jié)行為效價和成本參考點(diǎn),具體包括提高消極管理和違規(guī)作業(yè)成本參照點(diǎn),降低積極管理和安全作業(yè)效價參考點(diǎn)。
當(dāng)安全管理者積極管理時,提高建筑工人違規(guī)作業(yè)的處罰成本感知價值和安全生產(chǎn)事故發(fā)生后的事故損失成本感知價值,或提高建筑工人安全作業(yè)的行為效價,促進(jìn)系統(tǒng)向{安全作業(yè),積極管理}的穩(wěn)定狀態(tài)演化。
降低建筑工人安全作業(yè)成本和安全管理者對積極管理成本的感知價值,促進(jìn)系統(tǒng)向{安全作業(yè),積極管理}的穩(wěn)定狀態(tài)演化。
1)從風(fēng)險感知角度出發(fā)分析,結(jié)合前景理論和心理賬戶理論分析安全管理者和建筑工人的行為決策,運(yùn)用演化博弈理論分析了行為效價參數(shù)、成本參數(shù)及行為參照點(diǎn)等對雙方演化策略的影響機(jī)理。
2)應(yīng)用MATLAB數(shù)值模擬仿真驗(yàn)證了各參數(shù)對策略的改變。結(jié)果表明,當(dāng)且僅當(dāng)建筑工人安全作業(yè)且安全管理者積極管理,即A>0,B>0且D>0,E>0時,工程項(xiàng)目內(nèi)部安全管理系統(tǒng)將達(dá)到理想的穩(wěn)定狀態(tài)。