CN117196286A - 基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法，该方法步骤包括：对风险系统分类，风险因素集选取，构建施工安全风险压力指标体系，采用基于乘法合成法的组合赋权法，确定各评价指标的权重系数和指标权重，建立基于韧性城市理论的安全风险压力综合评价云模型，输出评估结果，验证和优化模型；可定量分析安全事故发生的风险等级，可为韧性城市背景下建筑施工安全风险管理提供基础依据。

Description

基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域的安全评估，涉及在韧性城市理念下的用于评估建筑施工安全风险的新方法，具体为一种基于韧性城市理念的建筑施工安全风险压力评估方法。

背景技术

如何对某一个区域的建筑施工安全风险进行可视化研究，进行动态识别分析，作出较为合理的、准确的、客观的系统评价，从而有针对的对某一个区域进行风险控制，以提高建筑生产业的生产效益，提高整个建筑施工行业的安全管理科学化，是当前形势下亟待解决的关键问题，是提升“韧性城市”建筑施工安全水平的必然趋势，其重要性与紧迫性不言而喻。

但目前，既有的评估方法没有充分考虑到区域性建筑施工安全风险的可统计性、复杂性、全过程性、动态性，尤其是评估对象大多为单一项目，评估指标数据类型大多为直接影响因素，评估理念和方法大多是基于经验的、定性的主观判断赋权，因此难以准确地对建筑施工安全风险进行评估，更加无法准确衡量恢复决策的效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种基于韧性城市理念的建筑施工安全风险压力评估方法。

为了实现上述任务，本发明采取以下的技术解决方案：

一种基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：风险系统分类

根据高频安全事故在建筑施工中的成因再结合四种经典的事故致因理论进行分析，将安全风险系统划分为人员系统、组织管理系统、物料系统、机械设备系统、技术系统、环境系统、信息系统七个子系统；

步骤2：风险因素集选取

研读搜集文献资料，分析总结相关文献中研究者提出的建筑施工安全影响因素，再结合国家及部分省市颁布的有关建筑施工安全技术规程和安全管理办法等，根据7个子系统提取建筑施工阶段安全风险因素，构建安全风险压力评估因素集；

步骤3：构建施工安全风险压力指标体系

针对建筑业施工安全风险，以韧性城市理论为基础，围绕四个维度对因素集进行分解和分级，通过分析各维度的因素相互间耦合作用，关联形成压力指标体系，其中，四个维度是：技术维度、组织维度、社会维度、经济维度；结合施工安全工作人员和相关专家的意见，考察安全风险对不同指标的敏感程度，建立施工安全风险压力指标体系；

步骤4：采用基于乘法合成法的组合赋权法，确定各评价指标的权重系数和指标权重；

步骤5：建立基于韧性城市理论的安全风险压力综合评价云模型，计算评价对象的等级期望值，利用综合评价云模型来获得某一建筑项目的安全风险压力等级；

步骤6：输出评估结果

建立基于韧性城市理论的安全风险压力评估模型，按照指标进行综合评估，并绘制建筑施工安全风险地图；

步骤7：验证和优化模型

在城市时间、空间维度变化情况下对区域性建筑施工安全生产风险压力进行评估和预测。

根据本发明，步骤4中所述的组合赋权法确定各评价指标的权重系数和指标权重的具体方法是：

采用主观、客观赋权方法得到的权重向量集分别记为主观权重W_Ai和客观权重W_Ei；通过乘法合成法得到组合权重W_Zi，其中W_Zi的空间分布必须尽可能接近W_Ai和W_Ei，则指标的组合权重值为：

具体地，所述步骤5具体实现包括：

步骤5.1：构建云模型的数字特征

云模型通过期望Ex、熵En、超熵He三个数字特征来表示定量概念，通过确定的评估等级标准区间[M_min,M_max]，计算各等级的云特征值；通过下式得到各指标分级的期望和熵：

式中，k为常数，表示熵和超熵的线性关系，取0.1；

步骤5.2：工程施工风险评估指标体系的评语集确定后，设计指标风险等级调查问卷进行量化打分，将评价值通过计算转换为云模型值，并运用逆向云发生器计算专家对每个评价指标因子的云模型特征值，计算出所有评价指标因子评分的云模型表达式；

专家的打分结果可以表示为：

指标期望值：

指标的熵：

指标的超熵：

步骤5.3：综合云计算

通过上述公式计算得出的建筑施工安全风险压力评估云特征值参数Ex，En，He，在此基础上通过与组合赋权法计算得出的组合权重W_zi进行合成，可得出建筑施工安全风险评估的综合云特征值参数；

其中，t＝1,2,...,n；i＝1,2,...,n；

最后，通过计算得出的综合云数字特征值运用MATLAB软件得出综合评价云图，并与确定的等级概念标准云图进行对比分析，通过观察判断云滴图形与等级概念云图的重合度确定最终的评价结果，与之重合度最高的等级云所处的评价等级即为当前待评对象的等级，从而确定最终的建筑施工安全风险等级。

本发明的基于韧性城市理念的建筑施工安全风险压力评估方法，带来的技术创新在于：

1、构建的建筑施工安全风险压力评估指标体系，促进了建筑施工阶段安全管理在处理不确定性安全影响因素时能力的提升，实现安全风险管理从强调风险预测进而实施事前控制的被动状态向积极进行调整的主动应对状态的转变。

2、目前大多数研究建筑项目施工安全风险研究都是针对某一建筑项目，是零散的，很少有人提出对某一个区域的建筑施工安全风险进行可视化研究。建筑施工安全风险压力研究意义在于可以是政府相关部门了解到某一个区域建筑施工风险的大小，从而有针对的对某一个区域进行风险控制，以提高建筑生产业的生产效益，提高整个建筑施工行业的安全管理科学化。

3、目前建筑施工安全生产监管难度大，传统的风险评估方法主观性太强，不能真实反映施工企业的安全生产状况。因此，急需提出一种新的风险评估方法，能够对施工企业安全风险状况进行精准分析和清晰展现，监管部门可依据评估结果分配检查重心，施工企业可依据评估结果制定整改措施。现将压力测试应用到建筑施工安全生产，实现对施工安全生产风险的评估与管控。

附图说明

图1是本发明的基于韧性城市理念的建筑施工安全风险压力评估方法流程示意图；

图2是基于组合赋权法-云模型的施工风险评估流程图。

图3是施工安全风险压力评价指标体系；

图4是建筑施工安全风险压力综合等级云图；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的总体设计思路是，研究一种韧性城市理念的建筑施工安全风险压力评估方法，借鉴金融行业压力测试的评估思路，结合建筑业安全生产的特点，提出建筑施工安全生产风险压力评价方法。基于现有安全等级评价标准构建风险压力指标体系，实现风险的量化；通过CM-AHP法对指标进行模糊赋权，最终利用综合评价云模型来获得某一建筑项目的安全风险压力。

第一部分：

参见图1，本实施例给出一种基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法，具体包括以下步骤：

步骤1：风险系统分类

根据高频安全事故在建筑施工中的成因再结合四种经典的事故致因理论进行分析，将安全风险系统划分为人员系统、组织管理系统、物料系统、机械设备系统、技术系统、环境系统、信息系统七个子系统；

步骤2：风险因素集选取

研读搜集文献资料，分析总结相关文献中研究者提出的建筑施工安全影响因素，再结合国家及部分省市颁布的有关建筑施工安全技术规程和安全管理办法等，根据7个子系统提取建筑施工阶段安全风险因素，构建安全风险压力评估因素集；

步骤3：构建施工安全风险压力指标体系

针对建筑业施工安全风险，以韧性城市理论为基础，围绕四个维度对因素集进行分解和分级，通过分析各维度的因素相互间耦合作用，关联形成压力指标体系，其中，四个维度包括技术维度(Technical)、组织维度(Organizational)、社会维度(Social)、经济维度(Economic)。结合施工安全工作人员和相关专家的意见，考察安全风险对不同指标的敏感程度，建立施工安全风险压力指标体系；

步骤4：采用基于乘法合成法的组合赋权法，确定各评价指标的权重系数和指标权重；

步骤5：建立基于韧性城市理论的安全风险压力综合评价云模型，计算评价对象的等级期望值，利用综合评价云模型来获得某一建筑项目的安全风险压力等级；

步骤6：输出评估结果

建立基于韧性城市理论的安全风险压力评估模型，按照指标进行综合评估，并绘制建筑施工安全风险地图；

步骤7：验证和优化模型

可在城市时间、空间维度变化情况下对区域性建筑施工安全生产风险压力进行评估和预测。

本实施例中，所述步骤4具体实现包括：

步骤4.1：采用层次分析法获取主观权重

步骤4.1.1：构造判断矩阵

通过对两两指标比较打分的方法来量化指标的重要程度，依据设定的评分规则构建判断矩阵A：

式中：a_ij＞0，a_ii＝1，a_ij＝1/a_ji。

步骤4.1.2：矩阵一致性检验

首先计算判断矩阵的最大特征根λ_max：

计算判断矩阵的一致性指标CI：

矩阵阶数大于2时，随机一致性比率CR：

其中，RI通过查表获得，若其CR≤0.10，则通过一致性检验，否则需要不断重新调整。

步骤4.1.3：各指标权数计算

计算判断矩阵A中每行的几何均值

再进行标准化处理得到各指标的权重w_i，其权重之和为1。

其中i＝1，2，...，m；(6)

W＝(w₁，w₂，...，ww _m) (7)

步骤4.2：采用熵权法获取客观权重

假设有n个指标，其中G_i＝{G₁,G₂,...,G_n}，通过对各项指标的标准化，得出值为H1,H2,...,Hn初始的矩阵为H＝(h_ij)_m×n，通过计算对矩阵标准化，得到矩阵H，再将指标进行标准化，然后归一化处理。

得到标准化矩阵：

通过标准化矩阵计算风险指标的熵值为：

规定p_ij＝0时，p_ijln(p_ij)＝0。

根据熵值计算差异系数：Q_i＝1-e_i(12)

得到差异系数风险指标的熵权：

步骤4.3：组合权重的确定

主观权重通过层次分析法确定，客观权重通过熵权法确定。由于主客观权重各有利弊，为使评价结果具有客观性且符合实际情况，研究中进一步将层次分析法和熵权法结合组合赋权。

组合赋权计算方法主要有线性加权组合赋权和乘法合成法，如图2给出的是基于组合赋权法-云模型的施工风险评估流程，主要是权重系数的分配，但缺少理论依据。

而乘法合成法将主客观权重相乘后再归一化，计算简便、可操作性强。

采用主观、客观赋权方法得到的权重向量集分别记为主观权重W_Ai和客观权重W_Ei；通过乘法合成法得到组合权重W_Zi，其中W_Zi的空间分布必须尽可能接近W_Ai和W_Ei，则指标的组合权重值为：

本实施例中，所述步骤5具体实现包括：

步骤5.1：构建云模型的数字特征

云模型通过期望Ex、熵En、超熵He三个数字特征来表示定量概念，通过确定的评估等级标准区间[M_min,M_max]，计算各等级的云特征值；其中超熵He体现了各指标信息的不确定性通过，可依据实际情况进行调节。

通过式(15)得到各指标分级的期望和熵：

式中，k为常数，表示熵和超熵的线性关系，一般取0.1。

步骤5.2：工程施工风险评估指标体系的评语集确定后，设计指标风险等级调查问卷进行量化打分，将评价值通过计算转换为云模型值，并运用逆向云发生器计算专家对每个评价指标因子的云模型特征值，计算出所有评价指标因子评分的云模型表达式。

专家的打分结果可以表示为：

指标期望值：

指标的熵：

指标的超熵：

步骤5.3：综合云计算。

通过上述公式计算得出的建筑施工安全风险压力评估云特征值参数(Ex，En，He)，在此基础上通过与组合赋权法计算得出的组合权重W_zi进行合成，可得出建筑施工安全风险评估的综合云特征值参数：

其中，t＝1,2,...,n；i＝1,2,...,n。

最后，通过计算得出的综合云数字特征值运用MATLAB软件得出综合评价云图，并与确定的等级概念标准云图进行对比分析，通过观察判断云滴图形与等级概念云图的重合度确定最终的评价结果，与之重合度最高的等级云所处的评价等级即为当前待评对象的等级，从而确定最终的建筑施工安全风险等级。

第二部分：

确定指标敏感度是金融业宏观压力测试中的第一步。针对建筑业施工安全风险，以《建筑施工安全检查标准》为基础，结合施工安全工作人员和相关专家的意见，考察安全风险对不同指标的敏感程度，建立了如图3所示的施工安全风险压力评价指标体系。

运用改进AHP法对评价指标主观赋权，将AHP中1～9标度法与浮动云概念结合，参照黄金分割法，将重要标度用9个云模型来表示，如下表1所示。

表1：重要性标度尺表

第三部分：

以陕西西安某一施工单位为研究对象，邀请建筑施工、安全领域的5位专家，通过对研究对象的现场调研分析，依据表1重要性标度尺表对9个建筑施工安全风险压力指标重要度评判。

通过浮动云对专家重要度评判语言进行集成，利用改进的CM-AHP计算指标的主观权重，得到权重矩阵：

根据表1求出指标等级云矩阵，进而结合指标权重求得综合等级浮动云：Y₁＝(59.181,4.294,0.376)，Y₂＝(46.030,4.294,0.376)，Y₃＝(32.878,4.294,0.376)，Y₄＝(19.727,4.294,0.376)，Y₅＝(6.576,4.294,0.376)。通过正向云发生器生成隶属于各综合等级的2000个云滴，形成建筑施工安全风险压力综合等级云图如图4所示。其中云期望表示理论上的安全风险压力值，云图的跨度和厚度分别表示等级的模糊性和随机性。

将建筑施工安全风险压力评价指标的得分代入云正向发生器，得到指标对不同安全状态等级云的隶属度矩阵μ，依据指标等级云矩阵，进而确定样本各指标的评价云模型Y_c，见下表2所示。

表2：建筑施工安全风险压力评价隶属度及评价云模型

将评价矩阵和权重相乘得到综合评价云模型R＝(20.645,2.316,0.203)，使其与等级综合云模型处于同一评价尺度上，由正向云发生器形成建筑施工安全风险压力综合评价云图(如图4所示)。通过云期望确定建筑施工安全状态的最终等级，且通过对比评价云模型和等级云模型，可直观体现安全状态的发展趋势。

以上的实施例是本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术方案的范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应视为本发明权利要求书的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于韧性城市理论的建筑施工安全风险压力评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：风险系统分类

根据高频安全事故在建筑施工中的成因再结合四种经典的事故致因理论进行分析，将安全风险系统划分为人员系统、组织管理系统、物料系统、机械设备系统、技术系统、环境系统、信息系统七个子系统；

步骤2：风险因素集选取

研读搜集文献资料，分析总结相关文献中研究者提出的建筑施工安全影响因素，再结合国家及部分省市颁布的有关建筑施工安全技术规程和安全管理办法等，根据7个子系统提取建筑施工阶段安全风险因素，构建安全风险压力评估因素集；

步骤3：构建施工安全风险压力指标体系

针对建筑业施工安全风险，以韧性城市理论为基础，围绕四个维度对因素集进行分解和分级，通过分析各维度的因素相互间耦合作用，关联形成压力指标体系，其中，四个维度是：技术维度、组织维度、社会维度、经济维度；结合施工安全工作人员和相关专家的意见，考察安全风险对不同指标的敏感程度，建立施工安全风险压力指标体系；

步骤4：采用基于乘法合成法的组合赋权法，确定各评价指标的权重系数和指标权重；

步骤5：建立基于韧性城市理论的安全风险压力综合评价云模型，计算评价对象的等级期望值，利用综合评价云模型来获得某一建筑项目的安全风险压力等级；

步骤6：输出评估结果

建立基于韧性城市理论的安全风险压力评估模型，按照指标进行综合评估，并绘制建筑施工安全风险地图；

步骤7：验证和优化模型

在城市时间、空间维度变化情况下对区域性建筑施工安全生产风险压力进行评估和预测。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：步骤4中所述的组合赋权法确定各评价指标的权重系数和指标权重的具体方法是：

采用主观、客观赋权方法得到的权重向量集分别记为主观权重W_Ai和客观权重W_Ei；通过乘法合成法得到组合权重W_Zi，其中W_Zi的空间分布必须尽可能接近W_Ai和W_Ei，则指标的组合权重值为：

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于：所述步骤5具体实现包括：

步骤5.1：构建云模型的数字特征

云模型通过期望Ex、熵En、超熵He三个数字特征来表示定量概念，通过确定的评估等级标准区间[M_min,M_max]，计算各等级的云特征值；通过下式得到各指标分级的期望和熵：

式中，k为常数，表示熵和超熵的线性关系，取0.1；

步骤5.2：工程施工风险评估指标体系的评语集确定后，设计指标风险等级调查问卷进行量化打分，将评价值通过计算转换为云模型值，并运用逆向云发生器计算专家对每个评价指标因子的云模型特征值，计算出所有评价指标因子评分的云模型表达式；

专家的打分结果可以表示为：

指标期望值：

指标的熵：

指标的超熵：

步骤5.3：综合云计算

通过上述公式计算得出的建筑施工安全风险压力评估云特征值参数Ex，En，He，在此基础上通过与组合赋权法计算得出的组合权重W_zi进行合成，可得出建筑施工安全风险评估的综合云特征值参数；

其中，t＝1，2，..，n；i＝1，2，...，n；

最后，通过计算得出的综合云数字特征值运用MATLAB软件得出综合评价云图，并与确定的等级概念标准云图进行对比分析，通过观察判断云滴图形与等级概念云图的重合度确定最终的评价结果，与之重合度最高的等级云所处的评价等级即为当前待评对象的等级，从而确定最终的建筑施工安全风险等级。