Study on Safety Evaluation of High-speed Reconstruction Construction Based on
Fuzzy Grey Comprehensive Evaluation
王炳淳 WANG Bing-chun；姜铭 JIANG Ming；黄海 HUANG Hai；
曲云鹤 QU Yun-he；常宽宽 CHANG Kuan-kuan
（中建七局安装工程有限公司，郑州 450000）
（Installation Engineering Co.，Ltd. of CSCEC 7th Division，Zhengzhou 450000，China）
摘要：目前中国高速正在高速发展，部分老旧高速已不能满足当前车流量要求，需要对原有老旧高速进行改建。高速改建是典型的人-机-环境系统，传统安全研究主要集中在机械设备的可靠性方面，成果也是讨论如何提高设备的可靠性上。为弥补传统研究的不足，提高高速改建过程中安全评估准确性，本文以高速改建人因事故这一事件作为研究对象。在对高速改建施工现状和安全评价方案的研究后，针对高速改建施工事故发生的人因机理，提出了基于模糊灰色综合评价模型的高速改建人因安全评价方法。利用该方法对高速改建施工过程中的各种人为因素进行综合评估，建立了高速改建安全评价指标体系，能够快速有效的对高速改建人因事故进行评价、处理，达到减少和预防安全事故的目的，为我国高速施工灾害防范提供理论参考。
Abstract: At present, China's high-speed is developing at a high speed. Some old high-speed can not meet the current traffic demand, so it is necessary to rebuild the old high-speed. High-speed renovation is a typical man-machine-environment system. Traditional safety research mainly focuses on the reliability of mechanical equipment. The results also discuss how to improve the reliability of equipment. In order to make up for the shortcomings of traditional research and improve the accuracy of safety assessment in the process of high-speed reconstruction, this paper takes the human-caused accident of high-speed reconstruction as the research object. After researching the present situation of high-speed reconstruction construction and safety evaluation scheme, aiming at the human factor mechanism of high-speed reconstruction construction accidents, a human factor safety evaluation method of high-speed reconstruction based on fuzzy grey comprehensive evaluation model is proposed. By using this method, various human factors in the process of high-speed reconstruction are comprehensively evaluated, and a safety evaluation index system for high-speed reconstruction is established. It can quickly and effectively evaluate and deal with human-caused accidents in high-speed reconstruction, achieve the purpose of reducing and preventing safety accidents, and provide a theoretical reference for disaster prevention of high-speed construction in China.
关键词：高速改建；人因事故；安全评价；模糊灰色关联理论
Key words: high-speed reconstruction；accidents due to human factor；safety assessment；fuzzy grey relational theory
中图分类号：X947 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）27-0110-04
0 引言
目前，我国正在进行大规模的高速改建施工，施工安全问题在建设过程中至关重要。高速改建施工主要受到组织因素和施工环境的影响，一旦出现安全事故，必然造成大规模的人员伤亡。据初步统计：2010-2019年期间，高速公路建设共发生事故126起，其中施工事故占80%以上。所以，人因事故安全评价可以为高速改建施工事故的预防提供依据，同时可以提高高速公路施工的安全水平，对消除施工安全隐患具有重要意义。
1 高速改建施工人因事故致因机理研究
在高速改建施工过程中，随着各种安全操作规程和作业方法的实施，人们原以为可以避免事故的发生，但事实并非如此。人的行为虽然受到周围各种环境因素的影响，但归根到底是人思想的反映，无论周围环境多么复杂，这些行为都是经过人的思考所做出。所以要控制事故的发生，首先要塑造人的思想意识，只有安全的思想意识才能指导人的行为，进而减少事故的发生。研究人员进一步指出，随着科学技术的不断进步，各行业的施工人员尤其是高危行业，不再像原来那样独立的完成工作，或只是简单的与机械设备打交道。目前的实际情况是，他们以团队系统的形式通过相互合作完成工作，那么系统的安全对整个施工过程的安全有着重要影响。
海因里希通过统计方法对50000起事故进行调查得出了致因理论中著名的多米诺骨牌理论。他通过统计得出著名的1:29:300法则。就是说无论事故多么严重，都遵循同样的成因轨迹：环境和社会因素导致了人的缺陷，人的缺陷又导致了人的不安全行为和机械设备的危险，进而导致事故的发生并造成严重的后果。基于这样的假设，无论事故后果的严重程度，所有事故的防范措施应该是同样的。但事实并非如此，上述假设只是考虑的事故的成因构成，而忽略了事故发生的系统结构。由于高速改建施工人因事故各要素之间存在很强的耦合作用，各要素之间的细微变化在系统上反映的可能就是突变。由于这种人因事故敏感性的存在，虽然导致事故的致因因素是相同的，但事故的发生有很强的环境依赖性，各要素之间很小的波动就会造成整个系统的耦合、放大，最终导致系统功能的突变。所以在高速改建事故预警过程中，不但要考虑致因因素，还有考虑事故的系统结构，如图1。
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如果要一个系统的功能实现，需要系统各要素和系统结构的正向作用，即发挥有利于系统功能实现的作用。但系统各要素和系统结构在发挥正向作用的同时，也存在着反向作用，他们存在于一个系统中。高速改建事故的发生就是反向作用的结果，表现在时间轴上就是任何时刻都有可能发生事故。系统状态曲线是穿过安全区偶尔到达事故易发区甚至事故区，我们用中心线表示绝对安全线（在理论是存在的）是为了方便分析问题假设的一条线，系统动态行为如图2。
高速改建施工人因事故可以表示为随着时间变化的系统行为状态变化过程，系统状态的变化是构成其各要素耦合的结果。一般情况下，系统处于相对安全区域，系统中各要素的相互作用会造成系统在安全区域内的微小波动，但如果各要素之间耦合作用造成了系统波动过大，那么系统可能穿过相对安全区，到达事故易发区甚至事故区。系统动态行为曲线偏离绝对安全线的程度显示了系统的危险程度。当系统动态行为曲线突破事故易发区并到达事故区时，其偏离程度表现了事故的大小，偏离事故区和事故易发事故区越远，说明事故越强烈。
高速改建施工事故从表面上看是由于施工人员的不安全行为、疏忽、错误和违章操作所致，但人的不安全行为只是引起事故的表面现象，是引发事故的第一层面。根据研究，我们可以把人因事故分为4个层次，分别是组织因素、不安全监督、不安全行为前提条件和不安全行为。其中，前三种因素的相互作用最终导致了人的不安全行为，造成高速改建施工事故。为了方便的寻找造成事故的人因因素，我们把4个层次进行分级，详见图3。
如图3所示，根据引起高速改建施工的人因事故危险源的划分，从组织因素，监督因素，不安全行为和不安全行为的前提条件四个方面进行评价。通过建立高速改建施工安全管理指标体系，利用模糊灰色关联方法对影响施工安全的人因因素进行评价。
2 模糊灰色综合评价模型的建立
在高速改建施工过程中引起高速改建施工事故的人因因素众多，通过灰色关联理论确定人因因素的权重，赋予各种指标权重系数。在评判过程考虑到评判专家的能力和风险偏好不同，造成了评判信息的模糊与灰性，因此根据三角白化权函数灰色评估原理，建立白化函数，利用三角白化函数进行评估，进而构造模糊隶属矩阵，将模糊评价方法与灰色理论结合，最终算出项目的总体风险，为高速改建施工事故防范提供数据支持。
2.1 评价指标集建立
假设高速改建施工项目人因风险（x）由n个影响因素组成，而每一个因素后面又有若干二级影响因素，设一级指标为（x1，x2，…，xi，…，xm），二级指标为（xi1，xi2，…），i取1，2，3，…，m，如图4所示。
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2.2 确定各影响因素的权重
在高速改建施工过程中影响施工安全的人因因素很多，因此，要请一组专家对已经建立的指标进行权重的赋值，然后利用灰色关联理论确定权重系数。设确定后因素层的权重向量为（u1，u2，u3，…，ui，…，un），指标层的权重向量为（ui1，ui2，ui3，…，uii，…uij），i=1，2，…，m[11]。
2.3 确定评价矩阵σ
2.3.1 确定风险评价准则
一般可以建立如表1所示的评价准则。风险系数是指评价指标j对上一级因素的影响程度。例如，如果评价系数为0.1，则评价指标j对上一级因素的影响很小；风险系数为0.5时，评价指标j对上一级因素影响为中等；如果风险系数为0.9，则评价指标j对上一级因素影响程度为高。
■
2.3.2 确定样本评价矩阵
假设有r位专家对指标层进行了评价，则i因素中第j个指标的评价向量为（x’ij1，x’ij2，…x’ijk，…，x’ijr），那么i因素的第j个指标综合评价向量为：
■
式中l表示i因素中第j个评价指标为d’ijk的个数。所以，i因素的第j评价指标向量为（xi1，xi2，…，xij）。
2.3.3 确定评语集
高速改建施工安全的评语集一般可分为：低、中、高。通常来说，低风险的风险系数为（0.1-0.3），中度风险的风险系数为（0.3-0.7），高风险的风险系数为（0.7-0.9）。
2.3.4 确定评价灰性
通过三角白化权函数灰色评估理论，建立j种指标第k个灰类的白化函数：
■（1）
（1）式中，将j的取值域扩展到X■■=0，X■■=1则x■■，x■■，x■■，x■■为“低风险”“中风险”“高风险”，即取x■■=0.1，x■■=0.3，x■■=0.7，x■■=0.9。取λ■■等于x■■和x■■的平均值，
■
根据评语集，可以在测度评价时建立3种白化权函数：
■（2）
■（3）
■（4）
计算风险测度时，公式（2）为低风险白化权函数；公式（3）为适中风险的白化权函数；公式（4）为高风险的白化权函数。
2.3.5 构建模糊隶属度矩阵
构造i的模糊隶属度矩阵
■（5）
式（5）为i因素j指标风险为低、中、高的模糊隶属度矩阵，σ■■是i属于k的灰类综合聚类系数，■；■是j指标k类的权重，
■
2.4 模糊评价
对因素i进行评价，因素i的综合评价值为■（°为加权运算）
（6）
根据■，来计算i是否属于灰类k*，即
当B1=max{B1，B2，B3}时，项目为低风险
（7）
当B2=max{B1，B2，B3}时，项目为中等风险
（8）
当B3=max{B1，B2，B3}时，项目为高风险
（9）
3 模糊灰色综合评价方法在高速改建施工人因事故的实际应用
在高速改建施工过程中存在较多且复杂的危险源[12-13]，因此在专家进行评价时由于自身的能力和风险偏好不同，导致评价结果带有一定灰度。因此，通过建立风险指标，运用模糊灰色评价法对高速改建施工人因因素风险进行评估是可行的。
①建立评价指标，通过专家打分法对风险系数进行打分，风险系数控制在（0，1）内，详细数据见表2。
■
②确定各人因风险因素权重。通过一组专家对各因素的判断和打分，得到因素层权重向量[u1，u2，u3，u4]=[0.4，0.2，0.2，0.2]，指标层权重向量[u11，u12，u13]=[0.25，0.35，0.4]，[u21，u22，u23，u24]=[0.2，0.2，0.2，0.4]，[u31，u32，u33]=[0.4，0.4，0.2]，[u41，u42，u43，u44]=[0.15，0.2，0.1，0.55]。
③计算指标灰度以及构建模糊隶属度矩阵。根据上述（3）、（4）、（5）公式给出的高、中、低风险的白化权函数，计算每个指标的灰色统计量，构建模糊隶属度矩阵，求出评判结果。
依据公式（5）得：
■
④进行模糊综合评价。根据公式（6）得B=[0.394，0.271，
0.335]，根据公式（7）（8）（9）判断，施工处于低风险。
4 结语
在高速改建施工人因事故可控度分析的过程中，影响高速改建施工安全的因素复杂多样，这些因素并不遵循某一特定的规律或函数关系，具有非线性的特征。因此，利用模糊灰色关联理论可以很好的度量这些非线性因素，并把这些因素定量化处理，通过专家评价打分的灰性与模糊度，突破了传统的单一的机械可靠度研究的局限性。评价结果与实际情况基本一致，使高速改建施工中的安全评价更加有效。因此，在高速改建施工中，将模糊评价和灰色理论结合，建立一种综合评价的方法是可行的，能够很好的解决高速改建施工中的安全问题。
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