解文婧，孫開(kāi)暢，馬文俊

(三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

0 引 言

水電工程有著建設(shè)周期較長(zhǎng)、施工期間環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)任務(wù)交叉、參與主體多等多方面風(fēng)險(xiǎn)因素影響，具有事故高發(fā)和高危的特性。因此，為了降低水電工程高危施工作業(yè)事故發(fā)生率，針對(duì)水電工程施工的安全風(fēng)險(xiǎn)分析十分必要。近年來(lái)，隨著水電工程施工規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，其施工安全管理也被國(guó)家及各地政府對(duì)給予了更高的重視度，科學(xué)工作者們對(duì)水電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)也采取了不同的方法分析。曾凡飛從保護(hù)層分析方法(LOPA)和綜合危險(xiǎn)與可操作性研究方法(HAZOP)的基礎(chǔ)上辨識(shí)出水電工程施工中的空間沖突風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估分析了水電工程施工過(guò)程中空間沖突[1]。李蓉等參考近些年來(lái)各行業(yè)中經(jīng)常采用的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法后，提出基于風(fēng)險(xiǎn)度的水利安全綜合評(píng)估方法，建立了評(píng)估指標(biāo)體系和模型[2]。沈曉鈞等以風(fēng)險(xiǎn)事件為基礎(chǔ)，以引漢濟(jì)渭工程泄水系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)防控為目標(biāo)，基于故障樹(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的成因進(jìn)行分析，建立了系統(tǒng)失效的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[3]。游濤等提出了網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)水利工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，建立風(fēng)險(xiǎn)因素多準(zhǔn)則、多層次的ANP結(jié)構(gòu)模型[4]。以上研究為水電工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析提供了豐富的解決方法，但是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)因素的層次性和結(jié)構(gòu)性研究較為缺乏。鑒于此，本文結(jié)合猶豫模糊偏好的DEMATEL和ISM構(gòu)建施工風(fēng)險(xiǎn)分析模型，為水電工程施工期風(fēng)險(xiǎn)管理提供重要的理論支撐和決策參考。

1 基于猶豫度改進(jìn)的DEMATEL-ISM模型

DEMATEL是一種矩陣分析工具，通過(guò)直接比較系統(tǒng)中因素之間的相互聯(lián)系，求出所有因素之間直接與間接的關(guān)系及影響強(qiáng)度并以因果關(guān)系圖來(lái)表示[5- 6]。傳統(tǒng)DEMATE方法在描述專家偏好時(shí)，因?yàn)閷＜覍?duì)風(fēng)險(xiǎn)因素間的關(guān)聯(lián)缺乏全面、客觀的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致其判斷具有猶豫模糊的特性，進(jìn)而給出的比較結(jié)果較為主觀隨意。因此引入猶豫模糊集概念[7- 8]，它能夠從語(yǔ)言評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的隸屬度和非隸屬度兩個(gè)方面來(lái)判斷評(píng)價(jià)情況，更準(zhǔn)確地量化專家的信息，有效提高專家在評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素間強(qiáng)度時(shí)的精準(zhǔn)度。解釋結(jié)構(gòu)模型[9](ISM)是一種結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)，它將系統(tǒng)中抽象化的因素順序轉(zhuǎn)變?yōu)閷蛹?jí)結(jié)構(gòu)圖。水電工程施工過(guò)程不確定性強(qiáng)且關(guān)系復(fù)雜，有眾多的安全影響因素，難以系統(tǒng)的分析出各個(gè)因素間的相互作用以及層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。利用ISM模型對(duì)各影響因素進(jìn)行層次劃分，可以得到更加清晰的因素間相互作用路徑。傳統(tǒng)ISM方法雖然能通過(guò)層級(jí)結(jié)構(gòu)圖來(lái)反映系統(tǒng)的基礎(chǔ)因素和根本因素，卻不能識(shí)別各個(gè)因素在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用大小，而引入基于猶豫模糊的DEMATEL法可以更加精確地描述出解釋結(jié)構(gòu)模型中兩兩因素間的影響關(guān)系強(qiáng)度。

該模型利用猶豫模糊DEMATEL方法得出綜合影響矩陣，再通過(guò)解釋結(jié)構(gòu)模型得出整體影響矩陣，將給定閾值進(jìn)行優(yōu)化，從而得到可達(dá)矩陣，最終劃分事故之間的層次結(jié)構(gòu)[10]。如此將二者有機(jī)結(jié)合既能更全面地明確水利工程施工期安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素間的邏輯關(guān)系與層次結(jié)構(gòu)，又能更加精準(zhǔn)地辨識(shí)出其中的核心要素以及因素類別。

1.1 猶豫模糊判斷矩陣

Torra將經(jīng)典模糊集改進(jìn)為猶豫模糊集(Hesitant fuzzy set， HFS)[11]，猶豫模糊集最大的特點(diǎn)就是包含了猶豫度的信息，猶豫度描述了專家對(duì)于決策信息的不確定程度。因此，引入風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)β，β∈[0，1]。當(dāng)β>0.5時(shí)，代表專家偏好風(fēng)險(xiǎn)，β值越大表示專家風(fēng)險(xiǎn)偏好程度越大；當(dāng)β<0.5時(shí)，代表專家規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的，β值越小表示專家對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避程度越?。划?dāng)β=0.5時(shí)，代表專家是風(fēng)險(xiǎn)中性的。同時(shí)，分別對(duì)專家判斷過(guò)程中的隸屬度、非隸屬度賦權(quán)1和-1，得出猶豫度的權(quán)值為2β-1，由此得到基于猶豫度的猶豫模糊數(shù)函數(shù)zij[12]，即

zij=μij-γij+(2β-1)πij，β∈[0，1]

(1)

設(shè)Y={y1，y2，…，yn}為方案集，決策者對(duì)n種方案進(jìn)行兩兩比較，并構(gòu)造判斷矩陣Z=(zij)n×n，zij=(μij，γij，πij)，i，j=1，2，…，n。式中，μij為決策者對(duì)方案yi和yj進(jìn)行比較時(shí)偏好yi的程度；γij為決策者偏好yj的程度；πij為決策者的猶豫度或不確定程度，μij，γij∈[0，1]，μij+γij≤1，πij=1-μij-γij則稱Z為猶豫模糊判斷矩陣。

1.2 改進(jìn)的DEMATEI-ISM方法

基于猶豫模糊偏好的改進(jìn)DEMATEI-ISM法的水電施工事故安全風(fēng)險(xiǎn)分析建模步驟如下：

(1)確定水利施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)體系C={C1，C2，…，Cn}，設(shè)有n位專家，得到專家集。Mk表示第k位專家。

(2)

(3)利用基于評(píng)價(jià)猶豫度[13]的專家權(quán)重，計(jì)算加權(quán)影響關(guān)系矩陣Z，集成單位專家猶豫模糊偏好決策矩陣。專家對(duì)方案評(píng)價(jià)的不確定程度即為專家評(píng)價(jià)信息的猶豫度，專家Mk評(píng)價(jià)整體猶豫度πk滿足

2017年召開(kāi)的全國(guó)金融工作會(huì)議和2018年印發(fā)的《金融業(yè)“十三五”現(xiàn)代金融體系規(guī)劃》均提出，完善金融機(jī)構(gòu)市場(chǎng)化退出機(jī)制。建議根據(jù)《企業(yè)破產(chǎn)法》有關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)行法律法規(guī)，借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，制定適合我國(guó)國(guó)情的《商業(yè)銀行破產(chǎn)處置條例》，明確包括系統(tǒng)重要性銀行、農(nóng)信社在內(nèi)的銀行業(yè)金融機(jī)構(gòu)在特定條件下接管、重組、撤銷、破產(chǎn)的處置程序和機(jī)制，加快建立問(wèn)題銀行市場(chǎng)化退出機(jī)制。

(3)

專家Mk的客觀權(quán)重ωk=(ω1，ω2，…，ωn)為所有決策專家權(quán)重的集合

(4)

由n位專家決策結(jié)果得到的集成加權(quán)猶豫模糊偏好決策矩陣Z為

(i，j=1，2,…，n)

(5)

(4)引入風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)β將猶豫模糊矩陣轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)矩陣，由式(1)轉(zhuǎn)化后的實(shí)數(shù)矩陣

(6)

(5)由實(shí)數(shù)矩陣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化影響關(guān)系矩陣C=[cij]n×n，其中

(7)

(8)

式中，I為單位矩陣。

(7)由綜合影響關(guān)系矩陣得出整體影響關(guān)系矩陣

H=I+T

(9)

(8)引入閾值λ，計(jì)算可達(dá)矩陣。引入閾值λ了去掉系統(tǒng)中影響程度較小的值，將綜合影響關(guān)系矩陣中所有數(shù)值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差相加，得到閾值λ[14]。kij=1表示因素Ci能夠影響因素Cj，kij=0表示因素Ci不能影響因素Cj。

(10)

(9)確定可達(dá)矩陣的可達(dá)集合Pi和先行集合Qi。

Pi={Cj|Cj∈C，kij≠0}，(j=1，2,…，n)

Qi={Ci|Ci∈C，kij≠0}，(i=1，2,…，n)

(11)

依據(jù)Pi=Pi∩Qi(i=1，2,…，n)，劃分風(fēng)險(xiǎn)因素之間的層次結(jié)構(gòu)。

1.3 MICMAC方法

交叉影響矩陣相乘法(MICMAC)是通過(guò)考慮系統(tǒng)中因素的影響路徑和循環(huán)層次，研究因素間的相互關(guān)系，通過(guò)ISM模型中可達(dá)矩陣的元素之和來(lái)計(jì)算各因素的驅(qū)動(dòng)力和依賴度，并進(jìn)行分類，從而更加便于理解因素在系統(tǒng)中的實(shí)質(zhì)作用[15]。其計(jì)算步驟為：

(1)計(jì)算各因素的驅(qū)動(dòng)力DRi和依賴度DEj。

(12)

(2)根據(jù)各因素的驅(qū)動(dòng)力和依賴度，將指標(biāo)分成自治類(Autonomous)、依賴類(Dependents)、聯(lián)系類(Linkage)和獨(dú)立類(Independent)4個(gè)類別。自治類因素由于具有較低的驅(qū)動(dòng)力和依賴度，因此該類因素與其他因素幾乎沒(méi)有相互作用；依賴類因素由于其較低的驅(qū)動(dòng)力和較高的依賴度，對(duì)其他因素有很強(qiáng)的依賴性；聯(lián)系類因素具有很高的驅(qū)動(dòng)力和依賴度，因此會(huì)影響其他因素，也會(huì)受到其他因素的影響；獨(dú)立類因素具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力和較弱的依賴度，此類因素對(duì)其他因素有很強(qiáng)的影響力。

2 工程實(shí)例分析

2.1 水電施工安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素指標(biāo)體系

基于因素完整、層次分明、簡(jiǎn)明科學(xué)的原則，根據(jù)《水利水電工程圖施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理》[16]修訂后的水電工程施工HFACS框架。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，將框架中的13個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中的班組管理和人員素質(zhì)指標(biāo)整合為人員素質(zhì)指標(biāo)以更加貼合本工程的實(shí)際情況，由該框架并結(jié)合本工程得到的指標(biāo)如圖1所示。

以某水電工程施工企業(yè)參與建設(shè)的大型水電工程中32起典型高危作業(yè)事故為例，從企業(yè)組織影響，安全監(jiān)管，不安全行為的前提條件，施工人員的不安全行為4個(gè)方面選取各類別中影響較大或后果嚴(yán)重的人為因素，建立水電工程施工期風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)體系：C={C1，C2，…，C12}。

圖1 水電施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素

2.2 猶豫模糊DEMATEI-ISM計(jì)算過(guò)程

(1)邀請(qǐng)3位專家M={M1，M2，M3}針對(duì)“指標(biāo)Ci對(duì)Cj的影響程度”進(jìn)行分析，由式(2)分別得到基于評(píng)價(jià)猶豫度的專家決策矩陣Z(1)、Z(2)、Z(3)。由式(3)、(4)計(jì)算得到基于評(píng)價(jià)猶豫度的專家權(quán)重為ω=(0.322，0.320，0.358)。

(3)由式(5)、(6)計(jì)算綜合關(guān)系矩陣H與整體關(guān)系矩陣T。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)因素間影響關(guān)系

(4)利用綜合影響關(guān)系矩陣中的各個(gè)元素，計(jì)算出閾值λ=0.0683，得到可達(dá)矩陣K。根據(jù)可達(dá)矩陣K中的各個(gè)元素，用箭頭將每個(gè)各影響因素連接，進(jìn)而得出如具有相互作用關(guān)系的解釋結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

(5)根據(jù)可達(dá)矩陣K，計(jì)算水利施工安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素的驅(qū)動(dòng)力和依賴度。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和依賴度的數(shù)值建立笛卡爾坐標(biāo)系，繪制出驅(qū)動(dòng)力—依賴度分類如圖4所示。

圖3 水電施工風(fēng)險(xiǎn)因素多級(jí)遞階層次模型

圖4 風(fēng)險(xiǎn)因素驅(qū)動(dòng)力—依賴性分類

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

2.3.1 多級(jí)遞階層次模型分析

由圖3可知，近鄰因素位于模型中的第1層。包括C9、C10、C11，C12這4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素是導(dǎo)致水電工程施工事故的直接原因。過(guò)渡因素位于模型的中間層，包括C3、C4、C5、C6、C7、C8等6個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素，這6個(gè)因素將本質(zhì)因素與近鄰因素有序連接起來(lái)，是間接導(dǎo)致事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素。本質(zhì)因素位于模型底層，包括C1、C2這2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，其為風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生原因的宏觀表現(xiàn)形式。

2.3.2 驅(qū)動(dòng)力—依賴度分類圖分析

由圖4可以看出，屬于自治類別(坐標(biāo)系中第Ⅰ象限)有C2、C3、C4、C6、C7、C8、C9、C12等7個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。其中，C2、C3為企業(yè)組織影響中的因素，C6則屬于安全監(jiān)管，C7、C8、C9屬于不安全行為前提條件。由此可知，企業(yè)組織管理、安全監(jiān)管和不安全行為前提條件之間是相互影響的動(dòng)態(tài)關(guān)系，當(dāng)企業(yè)組織管理出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致安全監(jiān)管力度下降，從而施工人員不安全行為的前提條件提高，會(huì)較大程度地增加事故發(fā)生的可能性。這類因素大部分位于ISM模型中的第2～3層，為過(guò)渡因素，與自治類的概念不謀而合。

屬于獨(dú)立類(第Ⅱ象限)的風(fēng)險(xiǎn)因素有C10和C11這2個(gè)。C10和C11屬于人為影響因素中的施工人員不安全行為因素，具有較大的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)它們?cè)贗SM模型中位于第一層，是導(dǎo)致事故發(fā)生的直接原因。

屬于依賴類(第Ⅳ象限)的風(fēng)險(xiǎn)因素有C1和C5這2個(gè)。C1屬于企業(yè)組織影響，C5屬于企業(yè)組織安全監(jiān)管，為深層次的風(fēng)險(xiǎn)因素，其會(huì)通過(guò)影響其他致因因素從而導(dǎo)致事故的發(fā)生，需要依賴其他因素的解決而被解決。如水利部門加強(qiáng)對(duì)各水利建設(shè)企業(yè)的管理，從而能提高水利建設(shè)行業(yè)的整體安全意識(shí)，進(jìn)而降低由企業(yè)影響導(dǎo)致的水利施工事故發(fā)生率。

3 結(jié) 論

(1)針對(duì)傳統(tǒng)的DEMATEL方法在反映專家判斷的不確定性與猶豫程度不足的缺點(diǎn)，引入猶豫模糊集以及猶豫度的概念，對(duì)DEMATEL法進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而構(gòu)建出更加適合于表達(dá)因素間影響程度的因果關(guān)系圖。

(2)利用修正后的水電工程施工HFACS框架辨識(shí)出高危作業(yè)事故中的人為因素作為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，依據(jù)解釋結(jié)構(gòu)模型，識(shí)別出導(dǎo)致事故發(fā)生的近鄰因素、過(guò)渡因素以及本質(zhì)因素，建立適用于水電工程高危作業(yè)施工風(fēng)險(xiǎn)因素的多級(jí)遞階層次模型。

(3)將ISM層次結(jié)構(gòu)模型圖與MICMAC建立的驅(qū)動(dòng)力-依賴度分類圖進(jìn)行結(jié)合分析，探究各個(gè)安全影響因素風(fēng)險(xiǎn)之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，清晰得出關(guān)鍵因素所處的層級(jí)和作用路徑。該方法不僅適用于水電工程施工安全分析，對(duì)其他領(lǐng)域內(nèi)的安全管理研究均具有適用性。