地铁施工安全风险管理知识集成模型研究

胡利超， 李 解

(内江师范学院 建筑工程学院， 四川 内江 641100)

0 引言

目前，越来越多的组织意识到知识对产品、服务、核心竞争力、组织获利等各方面都有支持作用，努力从传统的生产型组织向更加注重人、智力、知识的知识型组织转型.地铁项目施工安全风险项目及管理组织也同样处于转型期.城市轨道交通属于典型的大型复杂高风险工程项目，以深基坑与地下隧道为主，建设周期长且与环境接口多，施工阶段的管理、组织和协同工作较一般的项目更为困难，项目的风险状态随项目进展、作业场地、项目变更、周围环境、施工组织、施工工法等因素不断发生变化.《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》中规定所有的项目必须落实风险动态管理，项目级管理者如建设方、设计方、施工方、监理方等要实现施工安全风险敏捷管理必定需要占用大量的信息、历史经验与知识，才能做出最符合当前项目情境的风险决策.但目前，施工实践中积累的大量隐性和显性知识，如规范标准、专家经验、工程实例、施工总结等，都还处于无序与零碎的状态，并不能高效地重用于后续项目安全风险管理工作中，绝大部分知识在项目可交付物完成和组织解散时流失.由此可见,项目层级安全风险管理组织转型难度远大于一般企业组织.而如何进行知识集成并有序化知识的结构，明确知识与知识情境及知识场的关系，构建知识集成模型，是实现建设方、设计方、施工方和监理方等项目参与方间知识的识别、转移、共享、复用和风险知识沉淀的关键.Grant[1]提出知识集成概念并将其定义为：运用系统科学手段把分散在组织内部的知识进行整合、结构化和有序化，以方便组织内部员工对知识的高效复用.在知识工程领域的知识集成模型通常由知识库(数据库)、知识内容、实现人机交互的集成平台构成.研究集中在如何利用知识工程技术解决因知识的语义冲突和异构分布式储存而引发的知识集成问题，关键技术主要包括自然语言处理、知识图谱、本体论和其他知识表示方式.汪洋[2]基于模块化的建模思想构建了“知识表示-知识映射-知识服务”知识集成模型，实现了语义层面的知识重用.Alejandro[3]提出应该重视项目间知识转移过程，把本体论应用到知识集成中可以加速转移过程.知识管理的领域知识集成模型关注促成知识内容重用的组织要素.朱方伟[4]认为工程项目管理的知识集成模型应能包含项目全生命周期内各管理职能的知识，并给出知识集成的实现途径与持续改进方法.Lucio[5]分析了项目安全风险管理过程中知识流动情况，说明了管理流程中知识产生、共享、复用和储存的机理，并且强调知识集成模型除了以信息技术为基础，还必须关注管理过程、管理目标、组织特征和人员配置等管理侧面的要素.

由此可见，知识集成已成为管理领域的研究热点，但地铁施工安全风险管理知识集成的研究相对较少，研究还不够系统深入.因此，借助系统论和控制论分析地铁施工安全风险管理系统结构及工作过程，利用改进的SECI-BA模型,厘清知识集成与管理系统结构的关系，从而确定知识集成模型的构成要素，在深入分析各构成要素的基础上构建地铁施工安全风险管理知识集成模型.

1 地铁施工安全风险管理系统分析

系统论和控制论是分析系统结构和系统运行规律的最基本理论，建立知识集成模型必须要对施工安全风险管理系统进行全面深入的分析.此前，已有很多学者明确了管理系统由以下8个子系统构成：环境、目标、行为、对象、组织、制度、方法、技术[6-13].由于学者们的知识背景和认知角度的不同，对于管理系统的构成的理解也有部分差异.有的学者认为方法隶属于流程、制度隶属于组织中.综合不同的观点，地铁施工安全风险管理系统结构主要由环境子系统、目标子系统、行为子系统、对象子系统和组织子系统构成[14-15].其中环境子系统是指在项目周期内对施工安全有影响的所有外部条件、因素和变化，主要包括自然环境和地铁沿线已有的建筑物和构筑物；目标子系统是反映安全风险管理的成果和项目整体风险最终状态，一般由轻伤率、重伤率、死亡率、经济损失和社会影响等指标构成；行为子系统为达成安全目标所需付出的管理行为，《地铁与地下工程建设风险管理指南》明确了风险管理包括识别、估计、评价、控制及跟踪五个管理行为；对象子系统为地铁施工过程引发安全事故的各类风险，如因人的不安全行为和物的不安全状态所导致的风险；组织子系统是管理的实施者，由合同关系所建立起的临时性合作组织，包括项目建设方、施工方和监理方等.各子系统协同工作，体现出明显的“输入-控制-反馈”的系统工作特征.具体的工作过程为：依据国家的法律法规和建设方的要求设置系统目标，作为系统初始输入值.为了达成系统目标，组织行为子系统在施工过程中不断进行管理干预和施加施控行为.对象子系统中的各类安全风险在施控行为和环境叠加耦合干扰下状态不断发生变化，如果安全风险的状态处于能接受的范围则施控行为停止，如果与目标间有一定的偏差则把其作为下次系统工作循环的输入目标值[15].

2 知识集成与安全风险管理系统的关系

2.1 知识集成理论基础

在明晰施工安全风险管理系统与知识集成关系从而确定集成模型要素之前，需要先分析知识集成的理论基础.知识分为显性知识与隐性知识，两种知识类型可相互转化.野中郁次郎提出的SECI模型认为显性知识与隐性知识之间的转化形容为类似于螺线状的动态上升过程，从而解决了两类知识的转化问题[16].SECI模型中涉及四种知识转化情况：隐性向隐性转化(社会化)；隐性向显性转化(外显化)；显性向显性转化(整合化)；显性向隐性转化(内在化).各转化过程首尾相接，实现知识按照个体-团队-组织螺线上升路径的集成.由于知识是情境下的产物[17]，随后野中郁次郎提出场(BA)的概念来说明情境对知识转化的支持.共有四种BA分别对应知识的四种转化过程.SECI模型对知识集成的知识转化过程给出了系统性的解释，但也存在缺陷[18]:把组织看作独立、封闭的系统，没有考虑组织外部环境的变化及外部信息和知识的输入对系统的影响，系统中的新知识只能通过组织内部现存的知识创造，没有考虑知识输出及支持输出的场.鉴于以上的三方面缺陷，现对原有的SECI模型进行改进，改进后的模型如图1所示.

改进后的SECI模型增加了输入与输出环节，把原有封闭系统变为开放式系统.系统不断接受外部刺激，并从外部吸收信息与知识，再进入原SECI模型,开始组织内部知识的转化和循环过程.与此同时，行为主体在组织内部已有知识的支持和应用BA的约束下开展行动，作用于行为对象并分析行为结果与目标的偏差，总结造成不足与失误的原因.如果偏差原因是由知识缺口造成，则编制缺口清单，用于指导下一次信息的收集.改进的SECI模型是信息-知识-行为和组织外部-组织内部的全过程循环，也使知识从个体到团体到组织逐渐积累与结构化，最终实现知识集成.该模型同样明确了知识集成所必需的构成要素：知识、知识转化场和知识应用场.

图1 改进的SECI模型

2.2 知识集成与施工安全风险管理系统关系

改进的知识集成SECI模型在系统结构、系统目标、工作过程和工作对象几方面与施工安全风险管理系统有高度的一致性.两者都为开放系统，目标分别为减少损失和帮助组织获利，工作过程都形成了“输入-控制-反馈”的特征，工作对象都分别对应了信息与知识，由此可见两者将存在较强的耦合关系，两者相互补充和相互作用，且能在保持自身系统结构和功能不变化的情况下实现融合如图2所示.

图2 知识集成与施工安全风险管理系统融合

图2是知识集成与领域安全风险管理系统融合的结果，图中实线矩形框表示安全风险管理系统结构，虚线矩形框表示知识集成结构.前面提到知识集成要素包括知识、转化场、应用场，分别从知识内容、知识转化条件和知识应用范围三方面保证知识集成的成功.图2中两者融合后，可以直观看到知识集成结构要素在安全风险管理系统中的现实意义.其中知识对应的是安全风险管理中所需的来源于环境子系统、组织子系统、行为子系统、对象子系统和目标子系统的所有知识，这些知识共同构成了领域知识.转化场对应的是组织子系统和行为子系统，包括安全风险管理的各参与方和风险识别、风险估计、风险评价和风险管控等管理行为，说明在实际工作中管理各参与方在完成具体管理任务的同时都会涉及对知识的处理，任务过程也是知识的处理和转化过程，因此可以把组织子系统和行为子系统看作虚化后知识转化的场所，为其提供转化的条件，定义为“领域管理场”.应用场对应的是对象子系统，包含地铁施工具体业务中存在的安全风险，不同施工业务中的安全风险限制着知识的应用范围和标记待解决的安全风险问题的位置，可定义为领域业务场.至此,领域施工安全风险管理知识集成模型构成要素确定为领域知识、领域管理场、领域业务场.

3 施工安全风险管理知识集成模型要素

3.1 领域知识分析

领域知识是为有效完成地铁施工安全风险管理工作和决策所需的所有知识，借助这些知识可以深刻理解和掌握各子系统的客观规律和变化趋势.知识集成强调的是利用知识支持施工安全风险管理，因此将领域知识再细分为制度、标准类知识、流程业务类知识、专业类知识、案例类知识、经验、总结、培训类知识和项目基础类知识六类，具体如表1所示.

表1 领域知识类型与主要内容

知识元是指知识内容组成的具有逻辑含义的最小单位，用Ki表示，上述所有知识的内容都可以用有限数量的知识元组合而成.

3.2 领域管理场分析

领域管理场是知识转化的场所，该场所依附于行为子系统和组织子系统.分析有多少种知识转化情况就有多少种支持其转化的领域管理场.行为子系统是一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动，由于管理过程也是知识处理过程，活动前后搭接就能形成连续的知识流.因此可以通过分析知识流厘清知识的转化情况，Hai[19]对知识流有如下定义[19]：

定义1(知识流元模型-顺序型知识流)：知识流可以用知识流元模型组合而成，表示单个知识K1经过管理行为活动(管理场)转化为单个知识K2的情况.

定义2(结合型知识流)结合型知识流是管理行为活动(管理场)利用K1—Kn多种知识结合生成Kn+1的过程.这种知识流类型多出现在需要工程项目各参与方协作的管理行为活动(管理场)中，如安全施工方案评审会、安全施工总结会等.

定义3(分配型知识流)分配型知识流是管理行为活动(管理场)利用知识K1生产新的知识，并把知识分配为K2—Kn.安全教育培训和施工前安全交底就属于这类型.

定义4(混合型知识流)混合型知识流是管理行为活动利用多种知识形成多种新的知识.

结合型、分配型、混合型知识流模型如图3所示.

图3 知识流模型

地铁施工安全风险管理的知识流描述了管理行为活动知识转化过程中数量变化的情况：一对一、一对多、多对一和多对多.管理行为活动之所以能有效搭接还归功于组织内各参与方有合理的分工和协作，同理知识流的成因则是项目组织在分工和协作过程中通过各种正式和非正式的沟通建立起知识发送者和接受者间的隐性知识与显性知识转化[20].因此组织子系统为这两类知识相互间转化提供前提条件.所以要厘清领域中究竟有多少种支持知识转化的领域管理场，需兼顾由行为子系统引发的知识转化数量变化和由组织子系统引发的知识转化类型的变化两方面.以这两方面为X和Y轴可以绘制出领域管理场种类，具体如图4所示.

图4 领域管理场种类

图4中共表示了16种类型的领域管理场，每种类型定义为领域管理场元，表示为某一特定的知识转化类型提供场所.在实际施工安全风险管理工作中，风险识别、风险估计、风险评价和风险管控对应着一个或多个管理场元，由于管理行为是按一定逻辑组成的连续性活动，这些依附于管理行为的领域管理场元间也有同样的逻辑连接.

3.3 领域业务场分析

领域业务场是限制领域知识应用的范围和标记知识待解决问题的位置.根据前述分析，领域业务场依附对象子系统，即地铁施工业务范围内面临的所有安全风险.要明确安全风险的结构，首先分析地铁施工业务结构.利用WBS对地铁施工业务进行分解[21-23]，地铁施工主要由车站和区间工程组成，车站工程包括明挖和盖挖车站；区间由明挖、矿山、盾构区间，各工法对应着各自的施工工艺.对象子系统可以在WBS的基础上利用WBS-RBS描述.风险结构分解借鉴4M1E对管理要素的划分，分解为人、机、料、法、环等五类风险因素，如环境方面雨水湿透使土体主动压力变大和隧道开挖前无地质超前预报、未探明地质情况等；人员方面特殊工种作业人员未持证上岗、身体状态不适合高温施工等；法方面隧道矿山法开挖不当，产生较大扰动和隧道开挖使用的作业台架未进行强度、刚度验算等[24-25].最终领域业务场如图5所示.

图5 领域业务场种类

图5中每个耦合矩阵单位为一个领域业务场元，建立了特定知识与知识应用及位置之间的联系，地铁安全风险管理的所有信息和知识都可以通过上述的分类找到应用位置。由于安全风险之间存在普遍的关联性，业务场也因此相关联.

4 领域施工安全风险管理知识集成模型

知识集成模型是整合各构成要素，使之成为统一的整体.领域知识集成模型目的在于支持安全风险管理，实质是实现了知识重用.领域知识集成模型用三维坐标表示，如图6所示.图6是由领域知识、领域管理场和领域业务场三个维度构成的领域知识集成模型，空间点代表的是施工安全风险管理知识重用点.知识重用点表示某种类型的知识在不同领域管理场中被重用和转化，从而为解决某一领域业务场中的安全风险的问题或决策提供支持.一般来说，解决安全风险问题或决策都涉及多种类型的知识和领域管理场，对应的各知识重用点就构成解决该问题的知识支持集合.图6中四个知识重用点表示专业类知识元、经验总结和培训知识元以及项目基础知识元在风险评估场元里被重用和转化，最终为领域业务场元14的安全风险问题的解决提供知识支持.

图6 领域施工安全风险管理知识集成模型

为进一步分析知识集成模型如何支持安全风险管理工作，现通过“盾构出洞风险识别”实例说明领域知识集成模型的运行过程.

图7 领域知识集成体系运行过程

图7是领域知识集成模型运行过程示意.由于选定“盾构出洞的安全风险识别”作为分析实例，所以领域管理场和领域业务场的维度就可简化和省去，而具体提供知识转化的领域管理场元用图中矩形方框表示.盾构出洞风险识别时，在t0—t2时间段搜索相关专业类知识，包括风险识别和事故致因等管理知识(K1、K2)，和盾构出洞工艺流程、工序控制要点(K4、K5)等技术知识；t2—t5过程在顺序演练场(如自主学习过程)的支持下，学习和掌握收集到的显性知识，并吸收为自身的隐性知识，进而对盾构出洞的安全风险有了初步认识；t5—t7过程各参与方在初步认识的基础上，在混合起源场(如重大风险专项研讨会)交流和探讨，加深安全风险的认识，并形成新的知识元;t7—t12过程，结合以往项目盾构出洞的经验总结(K6)，参与各方做出判断与决策，并利用相应的管理业务流程类知识如风险识别表(K9)形成风险识别过程文档；t12—t13过程在结合系统场(如成果文件编制过程)中，整合所有的风险识别过程文档，做出最终的风险决策，并编制风险识别清单(K10).

5 结论

为促成地铁施工安全风险管理组织向知识型组织的转型，在国内外学者构建的知识集成模型缺少系统性的分析和思考而存在片面情况的基础上，借助系统论和控制论分析施工安全风险管理系统，明确管理系统与知识集成的关系，从而确定知识集成模型构成要素和构建知识集成模型.知识集成实现的是知识与其所处的知识场的集成.当知识进行储存时同样记录了当时与知识有关的知识场，因此在后一次安全风险管理工作循环时，也会产生诸多的待解决的安全风险管理问题.正是因为知识集成保存了知识场，在解决问题时组织子系统中不同的参与方就能把问题情境和知识场提供的情境进行对比，进而获取能解决当前安全风险管理问题的知识，实现安全风险管理的知识支持.具体研究结论如下：

(1)地铁施工安全风险管理系统由环境、目标、流程、对象、组织五个子系统组成，各子系统间存在干扰、达成、分担、分解、对象、主体作用关系，且五个子系统共同构成反馈控制结构，保证管理工作的完成.并且，地铁施工安全风险管理系统与改进的知识集成SECI模型在结构、目标、过程、对象几方面具有高度的相似性，两者有较强的耦合关系.

(2)通过知识集成与地铁施工安全风险管理系统的融合，确定领域知识、领域管理场和领域业务场为知识集成模型的构成要素，并建立三维坐标描述的知识集成模型，其中领域知识按知识用途划分为6种类型；领域管理场依据知识转化方式划分为16种类型；领域管理场依靠WBS-RBS方法划分为有限种类型.

(3)我国建筑业和基础设施建设领域正向数字化和智能化方向转型，以期在2035年实现智能建造强国的目标，其中结合知识工程范畴内的信息技术和知识管理范畴内的理论思想将把传统的依据个人经验判断的风险管理模式转化为依据知识和数据科学决策的模式.知识集成模型从知识管理的角度探讨了知识集成的理论框架，后续可依据知识集成模型并借助大数据、本文挖掘和知识图谱等技术从大量工程信息文本中挖掘具体知识元和构建具备语义内涵的知识结构网络，开发安全风险管理知识支持平台，从而实现对管理者风险决策的支持.