基于WSR与C-OWA的地铁施工安全模糊综合评价研究*

2022-09-07张文静周双禧王均山薛奎刚

项目管理技术 2022年7期

张文静周双禧王均山薛奎刚

(1.天津理工大学管理学院，天津 300384；2.中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300；3.中铁建华北投资发展有限公司，天津 300110)

0 引言

我国城市化进程不断加快，地下交通方式有效缓解了人们的出行压力，地铁建设项目数量日益增多。受管线交错、地质复杂等众多不确定因素的影响，地铁施工过程具有技术复杂、施工环境差以及人机协同作业等特点[1]，极易导致施工事故，造成不良的社会影响。因此，急需建立一套客观科学的地铁施工安全评价体系，提升地铁施工安全管理水平。

近年来，学者们针对地铁施工安全开展了深入研究。例如：夏润禾等[2]以人因作为关键影响因素，利用ABC分析法构建地铁车站不安全行为风险管理模型，指出早期干预对于地铁施工工人的不安全行为最为关键；魏丹[3]在地铁施工的风险评价中引入故障树，并结合层次分析法对地铁施工安全展开评价；周盛世等[4]根据“人、机、材、制、环”5个方面筛选指标因素，以D-S证据理论和投影寻踪法(PPC)建立风险概率与风险后果的施工风险评价模型；肖琪聃等[5]结合实际项目构建了贝叶斯网络模型，为预防地铁施工风险提供了有效手段；黄震等[6]为解决指标潜在的不确定性和模糊性，构建了基于云理论的盾构隧道施工风险综合评价模型。

综上所述，目前针对地铁施工安全的研究成果颇丰，但现有研究视角多集中于整个地铁项目，缺乏针对单个地铁项目施工安全的研究，评价视角局限且层次单一。此外，现有研究评价指标的权重确定往往较为单一，对指标之间的关联性和整体性考虑不足。而WSR是一种兼顾问题整体性和层次性，解析要素间相互关系、交叉影响的系统性方法论[7]，其核心机理是从物理、事理、人理三个维度分析复杂问题。因此，本文通过WSR 理论方法构建地铁施工安全管理模型，结合专家建议修订和完善指标体系，采用C-COW算子分别计算各安全评价指标权重，建立较为完善的地铁施工安全管理体系。

1 基于WSR 与C-OWA的施工安全评价方法概述

1.1 WSR理论方法

20世纪90年代，顾基发和朱志昌共同提出物理-事理-人理(WSR)方法论[8]。目前,WSR作为有效解决复杂问题的方法论之一，已被广泛应用于多个领域[9-10]。其中，物理是指物质本身的原理，即“是什么”；事理是指做事的道理和方法，即“怎么做”；人理是指人为的原因或道理。因此，必须综合考虑物理、事理和人理三个要素，充分发挥人的主观能动性，以获得问题的最佳解决途径。

地铁施工项目属于复杂的系统工程，作业中的安全影响因素具有量大、繁杂、多变等特点，各因素之间相互影响、相互渗透。从系统角度来看，施工安全因素融于一种以相对关系存在而形成的复杂系统中，从客观存在的环境类安全因素到施工管理类安全因素再到施工中最为重要的人员类安全因素，环环相扣，相互影响，与物理、事理、人理一一对应。基于此，本文从物理、事理、人理三个维度构建地铁施工安全评价体系，旨在全面分析地铁施工安全影响因素。

1.2 C-OWA 算子基本原理

王煜在序加权平均(Ordered Weighted Averaging，OWA)算子的基础上提出精简计算过程、提高赋值可靠度的C-OWA 算子。为消除决策者主观偏好，在对数据排序后进行数据的组合赋权，以有效实现权重和数据相结合，最大限度地降低极值造成的负面效应，确定指标的最终权重。目前，C-OWA 算子被广泛应用于处理专家认知极值、削弱专家认知极端性等研究领域[11]。而地铁施工安全评价普遍存在大量指标泛化、指标模糊性较强等问题，尤其是对于指标体系的修正和更改主要依赖相关行业专家的经验。采用目前主流的赋权方法均难以消除专家差异性认知带来的极值性影响。因此，本文在地铁施工安全评价指标赋值中引入C-OWA 算子，基于专家的决策与判断结果，公平、科学、有效地开展数据赋权。

2 基于WSR 的地铁施工安全评价指标体系构建

地铁施工的现场环境、技术要求、人员协调十分复杂，各因素间相互联系、交叉作用。通过对天津地铁6号线施工的设计方案、施工组织设计和类似工程施工安全因素进行收集和分析，利用 WSR 系统方法论，从物理、事理、人理三个维度分析地铁施工安全影响因素，明确关键影响因素，构建地铁施工安全评价指标体系，如图1所示。具体分析如下。

图1 基于WSR的地铁施工安全评价指标体系

2.1 物理(W)维度

物理是指客观存在于地铁施工过程中的物质或规律。主要包括施工现场环境因素及施工所使用的机械材料等，如施工作业环境、设备性能、自然灾害、材料质量、沿线地质条件、下穿管线分布、周边构筑物影响等。

2.2 事理(S)维度

事理是指根据“物理”的基础，采取科学有效的措施确保施工趋于最优安全状态，从而保障项目顺利实施。主要包括施工管理制度和施工涉及的工艺技术等方面，如安全生产制度、工期延误、安全监控、事故预警、脚手架搭设情况、设备养护、洞内运输情况、材料堆放及防水等。

2.3 人理(R)维度

人理指地铁施工过程中涉及的各种人际关系及变化的过程，强调通过“人”的协调管理保证地铁施工组织有序运行。主要包括人员因素及施工中的组织协调等方面，如人员安全意识、管理层管理水平、施工人员技术水平、施工人员操作规范、组织安全及文化等。

3 基于C-OWA的地铁施工安全评价指标体系模型

3.1 基于C-OWA算子赋权法确定指标权重

地铁施工安全评价指标具有模糊不确定性，而目前常用的赋权方法多基于专家差异性认知，难以消除极值问题。为避免在权重赋值过程中受主观性影响导致结果失真，本文采用C-OWA 算子削弱主观性影响的负面效应。具体计算步骤如下。

3.1.1 建立初始评价矩阵

首先，通过问卷形式邀请n名专家和地铁相关人员对评价指标打分，分值区间为0～10分，得到初始评价矩阵A(a1,a2,…,an)；其次，按照从大到小的顺序对初始评价数据排序，得到新评价矩阵B(b0,b1,…,bn-1)。其中，b0>b1>b2>…>bn-1。

3.1.2 确定加权向量

(1)

式中，j=0,1,2,…,n-1；n为专家个数。

3.1.3 计算绝对权重

(2)

式中，i=0,1,2,…,m；m为评价指标数量。

3.1.4 计算相对权重

计算评价矩阵A的相对权重wi，公式如下

(3)

3.2 建立模糊综合评价模型

模糊综合评价法是通过定量和定性相结合分析模糊现象的主观描述方法[12]。具体计算步骤如下。

3.2.1 确定评价等级

该模型分为5个评判标准，即Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分别代表优秀、良好、一般、较差、差。

3.2.2 确定模糊判断矩阵

(4)

式中，x表示单维指标的个数；y表示Z中元素的个数。

3.2.3 模糊综合评价结果

(5)

4 实例分析

4.1 项目概况

天津地铁6号线二期工程项目正线全长14.17km，建设范围从梅林路站到咸水沽西站，正线共9站9区间，另有出入段线、主变电站及电缆隧道。车站总建筑面积18.08万m2，正线隧道区间总长度11km，土方开挖174.22万m3，盾构掘进(单线)2.5万延长米。项目施工范围包含车站及区间土建工程、二次砌筑及设备区装修工程、人防工程、主变电站及电缆隧道土建工程。

4.2 确定评价指标权重

同理，计算指标A32～A35的绝对权重，得到ω32=7.125、ω33=7.343 8、ω34=9.375、ω35=7。将绝对权重归一化，得到二级指标权重ω3=(0.221 0，0.180 0，0.185 5，0.236 8，0.176 8)。地铁施工安全评价指标权重见表1。

表1 地铁施工安全评价指标权重

4.3 计算模糊综合评价矩阵

通过相关专家调研结果，计算得到模糊综合评价矩阵如下

计算一级、二级指标评价结果，公式如下

0.111 1，0.092 7，0.092 7)=(0.129 7，0.248 3，0.223 0，0.163 5，0.235 7)

归一化处理后得到

按照隶属度最大原则，得到

同理，得到其他指标模糊综合评价结果，如下

4.4 评价结果分析

根据隶属度最大原则可知，天津地铁6号线二期项目施工安全整体评价为优秀。其中，物理和事理两个维度评价均为优秀，人理维度评价为良好。根据C-OWA算子求得的权重结果可知，物理维度是影响地铁施工安全的主要因素指标，其中，材料质量、事故预警、施工人员操作规范三个二级指标的权重较大，在施工阶段应密切关注。人理维度评价相对较低，因此，在实际施工管理过程中应注重改进人理维度。首先，提高施工作业人员、管理人员安全意识，定期召开安全学习会议，开展事故案例分析及相关安全培训；定期考核和检查管理层监管工作，并实施相应的奖惩措施；加强5G、大数据等智能监控技术在地铁施工安全管理方面的应用，尤其需要加强对井下工作人员的监控，切实保障施工安全。此外，应密切关注施工人员生理和心理状态，及时进行相关人员的身体检查和心理疏导；予以施工人员适度的薪酬激励和充分的组织关怀，构建独具特色的企业文化，营造安全、和谐的施工氛围。