基于FAHP的建筑工人安全行为能力基础实验测评

陈 娜， 王世玲， 付登松， 赵 军

(郑州大学 力学与工程科学学院， 河南 郑州 450001)

建筑业从业人员多且流动性强，交叉作业普遍，属于事故高发行业。一系列事故致因理论都将人的不安全行为视作导致事故的直接原因[1]，而人的安全(行为)能力的匮乏，会导致其作出不安全行为，进而导致事故的发生[2～4]，因此研究人的安全(行为)能力具有重要的现实意义。目前，针对个体安全(行为)能力方面的测评指标较多，主要有安全技能、安全素质、安全生理、安全心理、安全意识等[5～7]。从安全人机工程学的角度来说，在优化设备与环境的同时，通过选拔挑选出当前环境下最适应设备和环境的工人，甚至在特殊场合，通过对人提出苛刻的要求去弥补设备的缺陷或适应恶劣的环境，也是预防事故的手段之一。本文拟结合安全人机工程学知识，基于安全和人机实验视角对个体的安全行为能力进行测评和研究，从而为建筑工人的选拔、作业安排、培训教育等提供依据和参考，进而有效地减少建筑人因事故的发生。

1 安全行为能力层次结构模型

安全(行为)能力的影响因素众多[8,9]，研究应从系统的角度出发。层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)即是把要处理问题的对象视为系统，通过定性分析与定量分析相结合，按照分解、比较、判断、综合的思维方式进行决策的重要工具[10]。而模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP)是在AHP的基础上，结合模糊综合评价法，进一步有效地解决AHP判断矩阵思维一致性较难保证的问题，同时减少权重确定时主观因素的影响。

1.1 构建层次结构模型

结合建筑安全相关规定，建筑工人要具备一定的学习能力和较强的空间感，以及准确的分析、判断、推理能力，手指、手臂、腿脚灵活性也要满足作业要求；此外，在紧急状况时还需有应对突发事件的能力。在遇到突发状况时，个体一般会产生紧张、焦虑、恐惧等一系列情绪和心理体验，会出现心率加快、皮电增加、血压升高等生理变化，进而影响其行为反应和应对能力[11～13]，因此，应急能力也是一个重要的安全行为能力考核指标。在此基础上，结合与建筑工人的实地交谈，笔者从以下三个层次构建建筑工人的安全行为能力结构模型(见图1)。

(1)目标层A是建筑工人的安全行为能力量化评估目标；

(2)分析层B是建筑工人的安全行为能力分析维度，包括建筑工人的安全行为技能指标B1和安全素质指标B2；

(3)因素层C是建筑工人的安全行为能力构成要素，是可测量、可获取、可对比的具体基本指标。本文设置手指灵活性C1、手腕灵活性C2、动作稳定性C3、动作协调性C4、疲劳程度C5、反应能力C6、注意力集中能力C7等7个安全行为技能指标，以及安全意识水平C8、应急能力C9、心理调节能力C10等3个安全素质指标。

图1 建筑工人安全行为能力层次结构模型

1.2 模糊判断矩阵及一致性检验

1.2.1模糊互补矩阵的建立

根据上述建筑工人安全行为能力层次结构模型，运用模糊层次分析法，构建模糊互补判断矩阵进行各因素的权重计算。运用模糊判断矩阵进行模糊层次分析时，通过对相同指标下的因素进行重要程度对比(通用的模糊标度见表1[3])，同时使矩阵满足条件aij=0.5，且aij+aji=1(i,j=1,2,…,n)，可构建该指标下各因素的模糊互补判断矩阵A=(aij)n×n。

表1 模糊标度及含义

在上述安全行为能力层次结构模型的基础上，结合表1提供的模糊标度及含义，建立针对建筑工人安全行为能力分析的模糊判断矩阵如下：

分析层-因素层：

1.2.2模糊互补矩阵的一致性检验

(1)

对于权重排序向量w，令

(2)

则称n阶矩阵w*=(wij)n×n为A的特征矩阵。

对于模糊判断矩阵A=(aij)n×n和B=(bij)n×n，相容性指标[3]为：

(3)

由式(1)可得建筑工人安全行为能力各层次因素的权重排序向量为：WA= (0.625, 0.375)；WB1=(0.136, 0.136, 0.156, 0.146, 0.136, 0.146, 0.146)；WB2=(0.297, 0.372, 0.335)。

经计算，各矩阵的相容性指标均小于决策者态度α=0.1，所以各层权重满足一致性检验，可以认为由本文图1结构模型计算出的因素层各指标权重具有合理性。

1.2.3计算各因素权重

由各层次的权重排序向量简单计算可得到最终权重数值。对安全行为技能指标B1下面因素C1～C7的权重为：

RB1=0.625wB1=0.625(0.136,0.136,0.156,0.146,0.136,0.146,0.146)=(0.085,0.085,0.0975,0.09125,0.085,0.09125,0.09125)。

同理，对安全素质指标B2下面因素C8～C10的权重计算为：

RB2=0.375wB2=0.375(0.297,0.372,0.335)=(0.1113,0.1395,0.1256)。

综上可得，因素层各指标从C1～C10的权重为：

R=(0.085,0.085,0.0975.0.09125,0.085,0.09125,0.09125,0.1113,0.1395,0.1256)。

2 安全人机基础实验及数据处理

2.1 安全人机基础实验的实施

在现有安全人机实验和设备的基础上，结合图1建筑工人安全行为能力层次结构模型，需要直接用安全人机实验测量的安全行为技能指标有7个。而安全素质指标中的应急能力指标可以用心率、皮电等生理变化来反映[13]，本文即通过测量实验对象的皮电、心率来量化图1中的应急能力和心理调节能力指标。实验用到的主要仪器如表2所示。

表2 安全人机实验名称及仪器

由于实验条件的局限性，选取安全工程专业在校本科男生共20人(大一到大四，每个年级各5人)为实验对象，其中大三、大四学生已经进行过安全专业知识的学习和安全人机实验的开展，大一、大二学生还没有学习过安全专业知识和进行过安全人机实验。为减小误差，除心率、皮电外，手指灵活性、手腕灵活性等C1～C7等7个安全人机实验均测量三次，以三次的算术平均值作为最终结果。心率和皮电的测量出现异常值时，也要重复测量以得到准确值。

2.2 实验数据的处理

为完成由简单的安全人机实验数据向各项安全行为能力指标的过渡，笔者以各项安全人机实验数据为基础，对其所对应的个体安全行为能力进行打分。手指灵活性C1、手腕灵活性C2、动作稳定性C3、注意力集中能力C7等4个指标均以实验直接得到的数据进行量化打分，前两个指标C1，C2完成时间越短，得分越高，后两个指标C3，C7在规定时间内出错次数越多，得分越低。疲劳程度指标C5以实验前后实验对象的闪光融合临界频率降低率进行量化打分，降低率越高，得分越低。动作协调性指标C4得到的实验数据为出错次数和完成时间，笔者按两者相乘除以100计算实验等效完成时间，并由此进行量化打分；反应能力指标C6以平均正确反应时间和出错次数为基数，笔者也自己设置公式计算等效反应时间，进而进行量化打分；等效完成(反应)时间越长，得分越低。

安全意识水平指标C8结合问卷结果进行量化打分(高、较高、一般、较低、低)。应急能力指标C9以皮电、心率应激前后的增长率为基数进行量化打分，增长率越高，得分越低。心理调节能力指标C10以个体应激后心率恢复到正常的时间长短进行量化打分，恢复时间越短，得分越高。

为统一评分标准，在实际打分中均以10分为最高分，6分为最低分，从10～6代表该项指标能力逐渐降低。由此形成实验对象的安全行为能力评分表(见表3)。

表3 安全行为能力评分

注：1～5号实验对象为大一学生，6～10号为大二学生，11～15号为大三学生，16～20号为大四学生

3 安全行为能力测评

基于以上计算的各项安全行为能力权重Ri及各项安全行为能力得分Ci，利用模糊层次分析法， 计算个体安全行为能力得分CI:

(4)

由式(4)计算出每位实验对象的最终安全行为能力得分，如表4所示。综合计算结果和企业操作可行性，参照以往研究，给出建筑工人安全行为能力等级标准(见表5[3])。

表4 实验对象安全行为能力得分

表5 建筑工人安全行为能力等级划分标准

由表4，5可知，安全行为能力总得分在9分以上，划分为Ⅰ级的实验对象共5人，编号分别为12，14，16，19，20；安全行为能力总得分在7～8之间，划分为Ⅲ级的实验对象共有2人，编号分别为9，10；其余13人的安全行为能力总得分均在8～9分之间、划分为Ⅱ级。

在实际生产中，建筑工人的安全行为能力测评除了以个体的安全行为能力总得分为依据外，还应考虑其安全行为技能指标、安全素质指标得分，以及各分项安全行为能力指标得分。以上面文中各层次所计算出的权重向量为标准，安全行为技能指标、安全素质指标的权重经计算后分别为0.625、0.375；根据计算结果，安全行为技能指标和安全素质指标的得分应同时分别在5分和3分以上才能视为符合危险程度和操作难度较高的工作岗位要求。如在表4中，1，2，4，8，15号实验对象安全行为能力总得分高于8分，但存在安全行为技能指标得分低于5分，或安全素质指标得分低于3分的情况，同样视作不能满足较高工作岗位的要求。另外，某些实验对象虽然安全行为能力总得分和安全行为技能、安全素质指标得分均超过8，5，3分，但存在部分分项安全行为能力得分较低(<8分)的情况，如3，5，7，11，17，18号实验对象，对于相应分项安全行为能力要求较高的岗位，也须慎重进行选拔和考虑。

以不同年级(高年级、低年级)为分组变量，使用IBM SPSS Statistics 22将实验对象的安全行为能力得分进行独立样本t检验(见表6，7)。由表6，7可知，实验对象的安全行为技能指标得分、安全素质指标得分、安全行为能力总得分在高年级和低年级中均存在显著性差异(p<0.05)，且各项指标得分的均值高年级均大于低年级，表明经受过专业知识培训和安全人机实验等实习实践的高年级学生的整体安全行为能力要较高于没有经过专业培训和安全人机实践的低年级学生。

表6 组统计量

注：年级编号1代表低年级(实验对象为大一、大二学生)，编号2代表高年级(实验对象为大三、大四学生)

表7 独立样本t检验

4 结论与展望

基于本文研究，得出如下结论：

(1)基于安全人机基础实验构建了建筑工人的安全行为能力层次结构模型，设置了手指灵活性、手腕灵活性、动作稳定性、动作协调性、疲劳程度、反应能力、注意力集中能力7个安全行为技能指标，以及安全意识水平、应急能力、心理调节能力3个安全素质指标；利用模糊层次分析法(FAHP)建立模糊判断矩阵并进行一致性检验，计算得出此10个指标的权重值分别为：0.085，0.085，0.0975，0.09125，0.085，0.09125，0.09125，0.1113，0.1395，0.1256。

(2)设计相应的安全人机实验，根据实验数据对各指标进行量化打分，并结合各指标权重计算安全行为能力得分、进行等级划分。结果发现：同时满足安全行为能力总得分≥8分、安全行为技能指标得分≥5分、且安全素质指标得分≥3分的能够满足较高工作岗位要求的实验对象有13名，分别为编号3，5，6，7，11，12，13，14，16，17，18，19，20；其中编号为6，12，13，14，16，18，19，20等 8名实验对象的分项安全行为能力得分同时也均≥8分，能够满足更高工作岗位的要求。

(3)使用IBM SPSS Statistics 22对实验对象的安全行为能力得分进行独立样本t检验，结果发现：高年级学生的安全行为技能指标得分、安全素质指标得分、安全行为能力总得分均显著高于低年级学生(p<0.05，均值差值>0)，表明安全专业知识培训和安全人机实践等能够有效地提高个体的安全行为能力。

此外，本文主要从安全人机基础实验入手对个体的安全行为能力测评进行了初探，在模拟建筑工人的真实工作情况、反映建筑工人的真实安全能力方面存在一定的局限性，在以后的工作中将加强对建筑工人真实工况下安全行为技能和安全素质指标的量化研究，以更加准确地测评出建筑工人的安全行为能力，为企业的岗位选拔和针对性的教育培训提供参考。