基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全风险预测研究

刘旭阳

(山西应用科技学院，山西 太原 030062)

建筑工程在施工中的安全问题属于一门涉及管理学、心理学、工程学等多学科为一体的综合学科。尽管已有科研单位从个体认知层面，挖掘并深度探索了建筑工程在施工中存在安全风险或发生安全事故的原因，但诱发施工中安全风险的因素是多样化的，并不是由某一种行为或一种独立因素造成的。从单一层面解决此种问题基本是不可行的，为此，在后续的研究中，施工方尝试了从建立AHP评价体系、LEC评价模型等角度，进行施工安全风险的预测与评价。但无论现有的任何一项研究成果，都需要在预测与评价中，通过大量数据进行演算与推理，不仅无法实现对数据的有效推理，也无法深入阐述不同安全风险因素之间的传导关系。因此，本文将基于DEMATELBN模型的应用，设计一种针对建筑工程施工中安全风险的全新预测方法，通过对风险的高精度预测，做好对风险的规避，实现将安全事故的发生概率降至最低。

1 基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全风险预测方法设计

1.1 提取建筑工程施工安全风险因素

开展相关研究前，对工程施工安全风险进行针对性提取。本次提取施工风险的主要手段为WSR技术，此项技术是一项基于物理—事理—人理的技术，从提出的三个角度对施工安全风险进行深度分析。在此过程中，需要基于WSR理论，构建建筑工程安全施工模型。

在不同的施工环节，作业人员对于工程的管理是相对独立的，但通过风险传导，可以实现将不同作业环节建立空间联系，以此种方式，保证工程各个步骤之间存在衔接。

根据施工中不同作业环节与施工作业空间的特点，从施工作业现场、施工材料运输、施工作业行为三个方面，进行施工安全风险的提取。如下表1所示。

表1 建筑工程施工安全风险提取

按照上述方式，提取M、T、C等不同方面的施工安全风险因素，初步定位可能造成施工安全风险的因素。

1.2 基于DEMATEL-BN模型的风险演化传导分析

完成上述研究后，考虑到大部分建筑工程在施工中存在交叉施工作业，且施工行为具有多维度并行特点，因此，可以认为施工中的安全风险不仅存在单向传导现象，也存在多项风险并行传导的特点。为了进一步感知风险在工程施工中的传导与演化形式，下述将引进DEMATEL-BN模型，对风险演化传导过程进行分析。将此过程描述成下述图1。

图1 风险演化传导过程

从上述图1所示的流程可以看出，建筑工程施工安全风险将在最终体现在施工作业现场，因此，在进行建筑安全风险的预测时，可以在掌握前端传导的单一风险后，进行风险的体现形式分析，根据风险的最终体现结果，进行风险描述。在此过程中，可以使用DEMATEL-BN模型，进行不同施工单元之间安全风险因素关系的分析，构建单元施工安全风险影响矩阵，将矩阵表示为A，对A的描述可以用下述计算公式表示。

公式（1）中：a表示为在施工过程中，安全风险因素i对安全风险因素j所造成的影响；n表示为安全风险因素数量。对矩阵A进行规范化处理，得到矩阵B，对矩阵B的描述如下。

公式（2）中：i的取值应控制在1～n之间。通过对矩阵A与矩阵B的描述，得到一个针对建筑工程安全施工的风险综合影响矩阵，将综合影响矩阵表示为T，对矩阵T的描述如下。

公式（3）中：E表示为施工单元风险矩阵。设定风险影响程度表示为R，施工现场被影响的程度表示为D，影响程度的中心值表示为e，造成或诱发安全风险的原因影响程度表示为f，对多种参数的计算可用下述公式组表示。

公式（4）中：R表示为在施工全过程中，第i个因素对工程中其他安全风险因素的综合影响程度；D表示为在施工全过程中，其他安全风险因素对第i个因素的综合影响程度；e表示为中心值，也可以降低定义为风险指标/因素的重要程度；f的取值应>0，当f的取值<0时，计算无意义。根据上述计算公式，可以精准描述在施工中不同安全风险因素之间的逻辑关系，根据逻辑结构之间的传导，掌握风险的递进过程中的变化，以此种方式，为建筑工程施工安全风险的精准预测提供决策支持。

1.3 工程施工节点事故发生概率计算与预测

上述基于DEMATEL-BN模型，完成了对风险传导的分析，为了进一步实现对风险发生概率的精准预测，需要在完成基于DEMATEL方法的使用后，定位建筑工程施工节点，进行风险因果关系的输出。在此过程中，需要将所有提取的风险因素以统计样本数据的方式导入MATLAB环境中，调用Mapmin-max函数，对风险因素进行归一化处理。选择在此过程中的RBF核函数，构建高风险施工节点模型，使用K折交叉验算法，确定模型中的参数。并以此为依据，根据已知不同风险项目的发生可能性或风险造成的后果，定位影响程度最大的风险因素，将此过程表示为下述计算公式。

2 实例应用分析

为了满足实验的真实性需求，选择某地区土建工程项目作为研究的工程实例.分析前，需要先与工程施工方签署合作协议，并在征求业主方的同意后，进行工程项目技术交底。此次开挖的基坑呈矩形形状，基坑的长度约为98.0m，基坑的宽度约为82.0m，占地面积约为7880.0m，顶面标高-0.5m，设计的开挖深度为20.0m。施工的内容包括人工作业可进行孔桩的开挖、搅拌桩的开挖、预应力锚杆的设计、混凝土内角支撑的施工、施工中余土的外运、排水等。

提取建筑工程施工安全风险因素，初步掌握工程中可能出现安全风险的施工节点，对施工节点进行反演推理，定位风险发生源。根据风险的传导，对施工节点可能出现安全事故概率进行计算。以本文研究的工程项目为例，将工程数据导入模型后，主动设定事故发生概率值为1.0（即100.0%），将提取的工程节点信息输入GeNie软件中进行二次计算，得到在基坑开挖工程中，混凝土内角支撑施工环节可能出现的安全风险因素。整理风险因素与不同因素可能发生的概率，将概率表示为P（计算公式参照1.3中的（5）公式），提取结果如下表2所示。

表2 混凝土内角支撑施工环节的安全风险因素与概率

从上述表2中可以看出，Z>Z>Z>Z>Z，证明在施工步骤中，施工中支撑构件连接强度不足是造成工程施工安全风险的主要因素。定位工程施工中的安全风险审查重点后，在模型中输入工程参数，对工程支撑构件的连接进行重点核查。由工程监理人员进行此种工作，核查后发现，在混凝土内角支撑施工环节中，施工技术人员由于施工操作行为不达标，出现了多点支撑力不足的现象。由此证明了本文设计的预测方法可以在工程实际应用中，起到精准定位施工异常点的作用。

完成对本文设计方法可行性的分析后，将工程整体作为预测对象，按照本文设计的流程，对工程施工全过程中的安全风险进行预测。将安全施工风险根据实际情况，量化为五个风险等级。I级代表低风险（不需要采取工程控制措施，可忽略此方面风险）、II级代表较低风险（需要人工留意此方面施工行为，保证施工的顺利实施）、III级代表中等风险（存在一定的风险，需要由技术人员进行风险源的定位，并采取技术整改或工程管理等方式，进行风险处理与规避）、IV级代表较高风险（应启动工程紧急预案，避免不规范施工行为造成经济方面的额外支出与人员伤亡）、V级代表超高风险（需要即刻采取停工的方式进行工程整顿，否则将出现施工中的安全事故）。

完成对预测安全风险等级的量化后，将此次工程施工划分为50.0个节点，按照本文设计的方式，对各节点在施工中出现安全风险的概率进行计算。匹配计算结果与安全风险等级，输出施工中安全风险的预测，将预测结果与真实风险结果进行对比，如下图2所示。

图2 建筑工程施工安全风险预测结果

从上述图2所示的实验结果中可以看出，真实值与预测值两条折现几乎重合，超过95.0%的施工节点安全风险预测值与真实值吻合。因此，在完成实验后，得出对应的实验结果：本文设计的基于DEMATEL-BN模型的建筑工程施工安全风险预测方法，在工程实际应用中，可以实现对建筑工程施工安全风险的有效预测，预测结果与真实结果匹配度超过95.0%，说明预测结果精准度较高。

3 结语

本文从提取建筑工程施工安全风险因素、基于DEMATEL-BN模型的风险演化传导分析、工程施工节点事故发生概率计算与预测三个方面，设计了一种针对建筑工程施工中安全风险的全新预测方法。完成设计后，通过实例应用的方式，证明了本文设计的方法在工程实际应用中，预测结果与真实结果匹配度超过95.0%，说明预测结果精准度较高。在后续的施工作业中，可以将设计的方法应用到真实工程实例中，根据不同工程的需求，进行工程施工中不同风险因素的提取，根据对应因素的传导关系，进行工程施工的整改。为了解决此方面问题，降低工程在施工中的风险，可在后续的施工中，做好对工程的勘查，并预测不同施工行为可能造成的后果，及时做好对风险的规避，降低工程施工额外支出，实现为施工方创造更高的收益。