水电站施工现场人员安全管理水平的系统动力学分析

鲍 威，陶 玲

(河海大学商学院，江苏南京211100)



水电站施工现场人员安全管理水平的系统动力学分析

鲍 威，陶 玲

(河海大学商学院，江苏南京211100)

为了动态、有效地分析水电站施工现场人员伤亡事故发生的机理，以人员伤亡事故率作为施工现场人员安全管理水平的指标，识别出关键影响因素，利用VENSIM建模软件构建一个施工现场人员安全管理系统动力学流图。从系统的角度出发，对人员伤亡事故进行探讨，研究引起人员伤亡事故的主要因素，分析水电站施工现场人员安全管理水平提升路径，以期通过不同安全投入方案与安全管理水平的反馈形成系统的良性循环机制。

水电站；施工现场；安全管理；系统动力学

0 引 言

系统动力学(system dynamics SD)是美国麻省理工学院福瑞斯特(J.W.Forrester) 教授提出来的研究系统动态行为的一种计算机仿真技术[1- 2]。系统动力学以系统理论为基础，适宜处理高阶次、非线性、多重反馈的时变动态系统，其最大优点是可以将定性和定量方法相结合[3]。一般而言，SD的建模过程就是一个学习、调研的过程，其模型的主要功用在于向人们提供一个进行学习与政策模拟分析的工具，使决策群体或组织成为一种学习型和创新性的组织[4]。自20世纪70年代末引入我国，系统动力学在企业安全管理系统方面的研究较深入[5- 10]。

水电站施工现场人员安全管理整体系统的安全目标是降低人员伤亡事故的发生率，目前国内外对企业人员伤亡事故的研究主要采用系统工程理论与基于事故树的方法[11]，由于此类方法对于安全系统的动态变化过程控制不足，无法有效地控制施工现场人员伤亡事故的频发[6]。为了能动态、有效地分析水电站施工现场人员伤亡事故发生的机理，分析水电站施工现场人员安全管理水平提升路径，本文试图从系统的角度出发，对人员伤亡事故进行系统动力学的探讨，研究引起人员伤亡事故的主要因素。

1 系统动力学模型概述

安全系统工程是以“人-机-环境”系统为研究对象，运用系统工程的理论与方法，辨识、分析、评价、控制系统或生产中的危险性或安全性[12]。水电站施工现场是由一个“人-机-环境”相互依存、相互制约的复杂的非线性动态系统，由彼此联系和彼此作用的要素组成。

1.1 系统关键要素的识别

根据安全系统工程理论，研究相关文献，本文将研究对象划分为人员因素子系统、机械因素子系统、环境因素子系统3个子系统。由系统动力学的反馈原理人员因素水平、机械因素水平、环境因素水平构成了整个系统的子系统，形成了一个有机的统一体。根据SD的分解原理把系统S按其内部特点与性质划分成若干个相互关联的子系统(子结构)P[4]。

S=(P，Rjk)，P={Pi|i∈I} ，Rjk={rjk|j∈J，k∈K且J+K=I}

式中，S代表整个系统；P代表子系统；Rjk为关系矩阵。其中S={人员因素，机械因素，环境因素}。子系统即影响施工现场人员伤亡事故的关键因素，子系统之间相互影响，每个子系统的内部各因素之间也相互影响，共同形成一个动态的、相互影响的系统。

1.2 要素子系统分析

水电站施工现场人员安全管理需以降低人员伤亡事故的发生率为整体系统的安全目标。根据GB6441—86《企业职工伤亡事故分类标准》解释，伤亡事故指企业职工在生产劳动过程中发生的人身伤害、急性中毒，共可分为20类。本文选取近年来我国发生的较大及以上人员伤亡事故(一次死亡3人及3人以上事故)做相关统计分析，总结主要的施工现场人员伤亡事故以高处坠落、坍塌、物体打击、起重伤害、触电、机械伤害等六大类型为主。对主要事故进行分析，识别出各子系统的组成要素如下图1所示。

图1 施工现场人员安全管理主要影响因素

2 水电站施工现场安全管理水平的系统动力学因果关系

因果关系图是真实反映系统内部结构的描述，根据上面分析出的子系统各因素，可构建系统各因素的因果关系图，该系统因果关系图共有3条因果关系回路：

(1)决策层安全理念→管理层安全态度→机械设备投入→季节性施工决策层安全理念。

(2)机械设备维修与保养→临时用电系统→安全防护设施和保护装置→操作层安全意识→脚手架工程→高处作业→施工技术成熟度→决策层安全理念→机械设备维修与保养。

(3)工程的复杂程度→政府监管→安全管理规则制度→监理方监督安全防护设施和保护装置→工程的复杂程度。

3 水电站施工现场人员安全管理水平的系统动力学评价模型构建

3.1 施工现场人员安全管理水平的系统动力学流图

分析上述3个因果关系回路，该系统中安全事故发生的关键主导因素包括管理层安全态度(Tag1)、操作层安全意识(Tag2)、监理方监督(Tag3)、安全防护设施和保护装置(Tag4)。

考虑到构建系统动力学流图和动力学方程的需要，从各因素中抽象出能描述系统概貌的具有代表性的变量，建立如下变量集：①系统。系统安全水平指标(Stag)。②因素指标值Tagi(i=1，2，3，4)。③因素权重值符号用Ri表示(i=1，2，3，4)。④因素正面影响程度变化率用Si表示(i=1，2，3，4)。⑤因素负面影响程度变化率(Ti)(i=1，2，3，4)。⑥因素影响系数(Qi)(i=1，2，3，4)。⑦因素安全投入增长率(Ui)(i=1，2，3，4)。⑧因素安全投入水平(Pi)(i=1，2，3，4)。根据上面因果关系图和给出的变量集，通过系统动力学建模软件VENSIM得到系统动力学流如图2所示。

图2 施工现场人员安全管理系统动力学流示意

3.2 水电站施工现场人员安全管理水平的系统的动力学方程

3.2.1 系统动力学方程

(1)水平方程

Tagi.K=Tag1.J+(DT)×(Si.JK-Ti.JK)

P1.K=Pi.J+(DT)×(Ui.JK)

式中，Tagi.K为现在时刻该因素安全水平指标的值，i=1，2，3，4 ，下同；Tagi.J为过去时刻该因素安全水平指标的值；DT为仿真时间步长变量；JK为过去到现在的时间间隔；Si.JK为在JK时间区间中该因素正面影响程度变化率；Pi.K为现在时刻该因素安全投入指标值；Pi.J为过去时刻该因素安全投入指标值；Ui.JK为JK时间间隔中该因素投入增长率。

(2)辅助方程

式中，Stag.K为现在时刻系统安全水平指标的值；∑ωi=1 ，其他符号含义同上。

(3)速率方程

Si.KL=Q×(Pi.K)

式中，Si.KL为在KL时间区间中该因素安全水平的增加率；Q为KL的时间间隔常量；Pi.K为现在时刻该因素安全投入指标值。

(4)初值变量方程

Tagi=(初始值)

Pi=(初始值)

(5)常数方程

Ri=(常数)

Ui=(常数)

Qi=(常数)

Ti=(常数)

3.2.2 系统指标值的确定

(1)系统安全管理水平Stag；设Stag={stag1，stag2，stag3，stag4}，安全管理水平分为(很好、好、一般、差)4个等级，且Stag所处的等级通过专家打分法确定。

(2)系统动力学方程中初始值和常量的确定。采用安全检查表法，分析系统安全管理水平实际情况确定初始值；其他初始值和常量通过选取具有丰富施工现场安全管理经验的专家，利用专家打分法，经过详细的分析与论证确定。

通过VENSIM软件构建水电站施工现场人员安全管理系统动力学流图以及方程的假设，进一步通过数据的仿真来分析水电站施工现场人员安全管理水平提升路径，最终通过不同安全投入方案与安全管理水平的反馈形成系统的良性循环机制。

4 结 论

本文通过对人员伤亡事故做相关统计分析，总结出施工现场主要的六大人员伤亡事故类型。对主要事故进行分析，识别出系统的12个主要因素，由因果循环图分析出该系统中安全事故发生的关键主导因素，找出水电站施工现场人员伤亡事故发生机理。通过构建4个关键主导因素的相关指标变化的动力学方程，识别安全投入与安全管理水平的关系，以期通过两者的反馈建立系统的良性循环机制。

[1]FORRESTER J W. Industrial Dynamics: A Major Breakthrough for Decision Makers[J]. Harvard Business Review， 1985， 36(4)： 37- 66．

[2]FORRESTER J W. Industrial Dynamics[M]. Cambridge， MA: Productivity Press， 1968．

[3]王萁藩. 系统动力学[M]. 北京： 清华大学出版社， 1994．

[4]王其藩. 系统动力学理论与方法的新进展[J]. 系统管理学报， 1995(2)： 6- 12．

[5]唐谷修， 周科平， 邓红卫， 等. 系统思考在企业安全管理中的应用探讨[J]. 安全与环境工程， 2006， 13(4)， 81- 83， 87.

[6]唐谷修， 周科平， 高峰， 等. 基于系统动力学的安全管理思考[J]. 中国矿业， 2007， 16(2)： 21- 23．

[7]张进春， 吴超， 侯锦秀， 等. 石化企业伤亡事故率的系统动力学仿真[J]. 安全与环境学报， 2006， 6(6)： 107- 112．

[8]何刚， 张国枢， 陈清华， 等. 煤矿安全生产中人的行为影响因子系统动力学(SD)仿真分析[J]. 中国安全科学学报， 2008， 18(9)： 43- 47．

[9]李晓东， 陈琦. 我国建筑生产安全事故的主要类型及其防范措施[J]. 土木工程学报， 2012， 45(2)： 245- 248．

[10]林陵娜， 苏振民， 王先华. 基于系统动力学的建筑施工项目安全状态识别模型构建[J]. 中国安全生产科学技术， 2011， 7(12)： 80- 86．

[11]伍爱友， 王从陆， 肖国清. 事故树分析方法在建筑物火灾人员伤亡中的应用[J]. 中国安全科学学报， 2005， 15(5)： 92- 95．

(责任编辑 焦雪梅)

System Dynamics Analysis of Personnel Safety Management Level in Construction Site of Hydropower Station

BAO Wei, TAO Ling

(Business School of Hohai University, Nanjing 211100, Jiangsu, China)

In order to get a dynamic and effective analysis on casualties mechanism of hydropower station construction site, the casualties rate is taken as the indicator of construction site personnel safety management level to identify key influence factors, and then a system dynamics flow diagram construction site personnel safety management level is constructed by using VENSIM modeling software. From the view of system point, the mechanism of casualties is explored to find the main factors causing casualties. By analyzing the upgrade path of personnel safety management level at the construction site of hydropower station, a virtuous circle mechanism system through the feedback of different investment in safety programs and safety management level is expected to be formed．

hydropower station; construction site; safety management; system dynamics

2015- 07- 27

国家自然科学基金资助项目(71271107)；国家社科基金资助项目(15BGL094)

鲍威(1989—)，男，浙江湖州人，硕士研究生，主要研究方向为工程管理．

X915.4；TV74

A

0559- 9342(2016)06- 0077- 03