Research on Construction Safety Management Based on Triangle Fuzzy Number Analytic Hierarchy Process
岳丽宏 YUE Li-hong；张果霞 ZHANG Guo-xia；姜芸 JIANG Yun；刘之涵 LIU Zhi-han
（青岛理工大学机械与汽车工程学院，青岛 266520）
（School of Mechanical and Automotive Engineering，Qingdao University of Technology，Qingdao 266520，China）
摘要：为提高施工安全管理水平，找出施工安全管理体系的主要影响因素，采用三角模糊数层次分析法，结合模糊综合评价对施工安全管理进行研究。以施工安全管理为研究对象，构建4个一级指标和16个二级指标的评价指标体系，通过三角模糊数层次分析法确定安全管理一级和二级影响因素的权重。结果表明：安全意识、管理制度、技术水平和监督机制是施工安全管理中的主要影响因素，进而有针对性地进行施工安全管理。
Abstract: In order to improve the construction safety management level and find out the main influencing factors of the construction safety management system, the triangular fuzzy number analytic hierarchy process is combined with the fuzzy comprehensive evaluation to study the construction safety management. Taking construction safety management as the research object, the evaluation index system of four first-level indicators and 16 second-level indicators is constructed, and the weights of the first- and second-level influencing factors of safety management are determined by triangular fuzzy number analytic hierarchy process. The results show that safety awareness, management system, technical level and supervision mechanism are the main influencing factors in construction safety management, and then construction safety management is carried out in a targeted manner.
关键词：施工安全；安全管理；三角模糊数；模糊综合评价
Key words: construction safety；safety management；triangular fuzzy number；fuzzy comprehensive evaluation
中图分类号：X92 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0075-04
0 引言
建筑施工行业安全事故频发，施工现场因高处坠落、施工坍塌、物体打击、机械伤害、触电等原因引起的安全事故更是逐年上升。据统计，2018年，全国共发生房屋市政工程生产安全事故734起、死亡840人，与上年相比，事故起数增加42起、上升6.1%，死亡人数增加33人、上升4.1%[1]。因此，分析施工安全管理中的瓶颈因素，将有助于预防事故，减少财产损失和人员伤亡，对提高施工安全管理水平具有重要现实意义。
国内外许多学者对施工安全管理进行了研究。Sangoub[2]等运用Delphi法，根据专家知识及经验，分析施工安全管理中存在的安全风险和安全隐患，并通过各因素之间的相互影响及作用来查找危险因素和安全隐患。Aneziris[3]等立足于施工人员的健康安全和风险，通过对施工人员的安全风险进行评价，并查找出安全风险的薄弱环节，从源头制止安全事故发生，从而有针对性地进行安全管理。刘玲[4]基于可拓云理论，构建施工安全可拓云模型，通过计算元模型之间的云关联度来评估施工安全等级，运用危险因子查找危险源信息，并引入置信度因子来检验结果的可信程度，结果证明其方法具有切实可行性。黄雄飞[5]采用G1赋权法建立模糊评价矩阵，利用模糊层次分析法实现对建筑施工安全管理评价的定量计算，并通过实例分析，证实了该方法对施工安全管理定量评价的合理性。陈舒馨[6]基于建筑施工的危险性，利用层次分析法对施工危险有害因素进行分析，并计算各危险有害因素指标权重，得出权重总排序，再利用预先危险性分析法对权重值较高的危险有害因素进行分析，为提高建筑施工安全管理水平提供了参考。这些方法虽各有优点，但涉及权重问题往往主观性较强，且计算过程复杂。三角模糊数能解决定性指标较多无法准确量化的问题，对同一层次指标能较准确地判断其重要程度，确定相对权重。
基于此，本文将三角模糊数与层次分析法结合，首先通过系统分析确定施工安全管理各个影响因素，构建施工安全管理评价指标体系；采用三角模糊数层次分析法，成对比较施工安全管理影响因素，并计算出影响施工安全管理的一级因素和二级因素的权重，依此识别出施工安全管理的主要影响因素，最后根据上述判断提出相对应的改进措施。
1 构建施工安全管理评价指标体系
在施工安全管理体系评价中，影响施工安全的因素较多，施工系统主要由人员、设备和环境三个要素组成，同时还要考虑管理因素等。本文综合考虑人、机、环、管等多个因素，参考施工安全管理规范标准[7]及相关文献[8-9]，将施工安全管理从4个方面进行分析，即人为因素、设备因素、环境因素、管理因素等方面，据此构建施工安全管理评价指标体系如图1。
本文以施工安全管理系统作为评价目标（A），以人为因素、设备因素、环境因素、管理因素作为一级指标（B1、B2、B3、B4），并以此为依据分别构建所对应的二级指标（C11、C12…C34、C44），据此建立了3个递阶层次的综合评价指标体系。
2 建立施工安全管理评价模型
施工工程存在较多不确定因素，影响建筑施工安全的评价指标同样模糊且复杂，目前常用的Delphi法、层次分析法在评估指标权重时，存在主观性强、模糊性大和一致性难以保证等问题，故加入三角模糊数，改进传统层次分析法，提高决策可靠性。
2.1 建立三角模糊数判断矩阵
首先建立三角模糊互补判断矩阵：
■（1）
其中■为三角模糊数，共有n项指标需要进行比较判断。
本次邀请多位专家对各项指标进行打分，通过每位专家对各层指标的两两比较，分别建立A-B层和B-C层三角模糊判断矩阵，以A-B层三角模糊判断矩阵为例：
■（2）
其中i和j表示进行对比判断的两项因素，■和■分别表示专家所作出判断的最小值、中间值和最大值，上标t表示该数据由第t位专家给出。
综合s位专家的模糊判断矩阵，分别建立A-B层和B-C层模糊综合判断矩阵。假定各位专家具有相近的知识量和判断水平，那么每位专家取相同的权重，因此可以采用算术平均的方法综合各位专家的评分信息。A-B层的模糊综合判断矩阵如下：
■（3）
在进行打分前，需要设置评分的标度。常用的1~9标度，难于构造一致性矩阵，故采用更为方便且更能反映专家真实估计的0.1~0.9标度法，则三角模糊数标度如表1所示。
2.2 模糊一致矩阵转换
在实际决策的过程中，由于客观事物的复杂性及人类思维的局限性，专家所给出的判断矩阵中某些因素之间可能存在着一定程度的前后判断不一致，因此需要对专家给出的判断矩阵的一致性进行检验。通常三角模糊数的去模糊化是先将其转化成精确数判断矩阵，继而按照经典层次分析法进行一致性检验，若精确数判断矩阵的前后判断具有一致性，那么也认为原三角模糊数判断矩阵近似具备一致性。肖钰[10]提出用模糊概率来处理模糊矩阵，提出了一种确定模糊概率的方法，通过获取三角模糊数的期望值来构建精确化的判断矩阵：
■（4）
其中，N表示确定结果是mij的可能性大小是lij的多少倍，M表示确定结果是mij的可能性大小是uij的多少倍。
汇总三角模糊数判断矩阵的期望值得到去模糊化的判断矩阵M′，近似认为三角模糊互补判断矩阵■具有和矩阵M′相同的一致性。
■（5）
精确数互补判断矩阵M′为加性一致判断矩阵的充分必要条件是其加性一致性指标?籽=0[11]。其中，
■（6）
一个精确数互补判断矩阵如果不满足加性一致性，它的加性一致性指标?籽＞0，而且?籽越大，一致性越差。设定一个阈值?着＞0（一般取0.2），如果一致性指标满足?籽＜?着，则认为判断矩阵具有满意的一致性；如果一致性指标?籽＞?着，则认为判断矩阵不满足一致性要求，此时可以通过调整判断矩阵的元素值来调整判断矩阵的一致性。
2.3 确定评价指标权重值
一致性检验通过后，需要确定各评价指标的权重值，同样可以以精确数互补判断矩阵M′计算出的各指标权重值近似代表模糊矩阵的结果。
■（7）
则■为所求的权重近似值。
2.4 多级模糊综合评价
设■因素集为一级指标，评价集为■，对应的权重值为■■为二级指标，对应的权重值为■Ui的单因素评价矩阵记Ri
①一级模糊综合评判。对于每个子因素集Ui分别作出综合评判，根据公式（8）进行一级评判。
■（8）
②二级模糊综合评判。利用一级评判结果Bi构成因素集U的单因素评判矩阵R，根据公式（9）进行二级综合评判。■（9）
3 实例分析
现以山东省青岛市某在建工程为例，首先运用系统安全分析方法，确定施工安全管理评价指标体系，然后由安全管理专家打分得到各指标值，采用三角模糊数层次分析法确定施工安全管理评价体系指标的权重，最后对施工安全管理现状进行综合评价。
3.1 构造因素集
首先，依据前文所构建的施工安全管理评价指标体系确定因素集。
一级指标因素集：
U={人为因素、设备因素、环境因素、管理因素}。
二级指标因素集：
U1={执业能力、安全意识、技术水平、业务知识}；
U2={装备配置、设备维修、机械化水平、设施备用}；
U3={地理环境、气象环境、社会环境、生产环境}；
U4={管理制度、监督机制、教育培训、安全投入}。
3.2 建立评价集
然后，确定评价集。评价集是评价者对评价对象可能评价结果的集合。用V表示：
V={非常安全，比较安全，一般安全，不太安全，很不安全}。
评价分为5个等级，采用满分10分制，如表2所示。
3.3 确定一、二级指标权重
3.3.1 准则层权重
制作问卷调查表，邀请5位专家进行打分，按公式（3）综合5位专家的模糊判断矩阵，建立准则层A-B模糊综合判断矩阵如表3所示。
根据专家对比较判断结果的确定程度以及三值估计法的经验值，认为式（4）中M和N均取值为2。并以此将模糊综合判断矩阵转化为非模糊矩阵M′，则：
■
根据公式（6）计算一致性指标?籽=0.12＜0.2，故矩阵具有一致性。
根据公式（7）计算准则层对应权重为：
■
3.3.2 指标层权重
依据专家对B-C层权重的三角模糊数判断矩阵赋值，重复上述步骤，计算得出指标层权重分别为：
■
3.4 模糊综合评价
根据评价施工的情况及相关资料，结合专家对二级指标层各个风险指标进行的综合评分，评分结果如表4所示。
由二级指标Wi权重和单因素矩阵Ri进行一级模糊综合评价，由公式（8）得：
■
根据一级模糊评价结果，进行二级模糊综合评价，由公式（9）得：
■
3.5 评价结果分析
3.5.1 安全等级评价分析
由上述计算可知，人员因素和设备因素对“差”等级的隶属度较高，因此，此两项是影响施工安全管理的主要因素。通过加权计算，综合评价结果为如下：
S=0.281×10+0.274×8.5+0.241×7.0+0.156×5.0+0.048×0.1=7.611
由于S∈（6，7.9），说明施工安全等级属于“一般”等级，仍需改进。如提高人员安全意识和设备保障等。
3.5.2 综合评价指标权重分析
通过上述分析，可对施工安全管理现状做出如下评价：施工安全管理的主要影响因素是安全意识、管理制度、技术水平和监督机制等。因此，首先施工单位应建立健全安全管理组织机构，加强安全生产制度、安全检查制度的制定、建设和落实，并加强相应监管能力，施工人员应遵守施工安全制度和方针。然后，单位组织安全培训，提高施工工作人员应急能力，加强管理人员和操作人员的安全教育和培训，增强全员安全意识。最后，施工单位要落实技术管理工作，编制合理的施工方案、安全技术措施、施工组织设计,定期进行设备更新和改造，提高工人技术操作水平，保证人员施工安全。
4 结论
建筑施工行业施工安全管理逐渐暴露诸多问题，其施工管理安全性直接关系到施工人员的财产和生命安全。针对此问题，本文运用三角模糊数层次分析法对施工安全管理进行综合评判。得到以下结论：首先，建立了施工安全管理指标体系和三角模糊数层次分析法确定权重的评估模型。其次，通过对某施工项目安全管理进行实例分析，得出施工风险等级评估结果为“一般”等级。施工安全管理主要影响因素为：安全意识、管理制度、技术水平和监督机制，提出了相应的管理措施，以期达到施工安全的目的。最后，研究成果有助于施工单位构建较为全面的安全管理系统，并辨识系统中的关键管理因素，从而有针对性地实行施工管理，为提高施工安全管理水平提供参考。
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