张洋

中咨泰克交通工程集团有限公司

摘 要： 为准确评估公路施工企业的安全管理水平，提出基于层次分析法(AHP)、熵权法(Entropy)和模糊综合评价的安全管理研究办法，以江苏太湖隧道机电工程项目为研究对象，根据公路施工安全管理工作的特点，构建了公路工程安全管理评价指标体系，通过层次分析法(AHP)和熵权法(Entropy)计算各指标的综合权重，并通过模糊综合评价确定各指标的评价等级，为项目管理人员提供决策依据。结果显示：该项目安全管理等级为优秀，说明该项目安全管理基本到位，但其内业管理和应急管理的等级为良好，说明还存在一定缺陷。研究表明：使用该方法评估公路工程安全管理切实有效，能够为公路施工企业安全管理提供一定的理论支撑。

关键词： 公路工程;安全管理;层次分析法;熵权法;模糊综合评价;

1 概述

公路工程是一个系统工程，通常含有桥梁工程、隧道工程、机电工程等[1],其施工难度大、技术要求高，受复杂外部环境的影响较大，风险之间的影响因素关系错综复杂[2],施工过程涉及高处作业、动火作业、临边洞口作业等多种高危作业[3],风险的种类和隐患数量较多。因此，如何在复杂系统中有效提升公路工程安全管理水平已经成为各公路施工企业关注的重要问题。

针对公路工程安全管理问题，众多学者进行了大量研究，刘辉等基于LEC法从隧道开挖、*破爆**工法、临时用电、通风排气、出碴和洞内运输等6个方面构建评价单元体系，对公路隧道施工进行了风险评价[4],袁剑波等基于网络分析法，通过分析勘察设计风险、施工技术风险、人员物料设备风险、组织协调风险、作业环境风险和道路交通风险对公路桥梁安全风险进行评价[5]。杜澍祥等利用VIKOR法从人员管理、机械设备、环境管理及组织管理等4个方面对高速公路施工的安全管理水平进行了评估[6],李国良等运用SPA评价法构建施工现场布设、安全防护、施工作业、桥梁工程、隧道工程、路基工程、路面工程等7个指标对公路施工现场安全管理规范性进行了评价[7]。王可意等运用LEC-DEA法从物体打击、机械伤害、坍塌、车辆伤害、触电等5个方面对公路施工的安全风险进行了评价[8],万文等基于模糊综合评价从人的不安全行为、物的不安全状态、工作环境和管理等4个方面构建公路工程施工安全评价模型[9],Young Ai Kim等通过方差分析法和交叉表分析法从工程分类结构、安装工程、铺路工程、排水工程、土方工程、隧道工程等6个方面开展公路工程施工安全管理的规划研究[10]。目前，对于公路工程安全管理的研究对象和方法不尽相同，但其研究体系并未完全涵盖公路工程安全管理的关键指标要素。

鉴于此，本文在已有文献的基础上，根据公路施工安全管理的规律和薄弱点，构建了公路工程安全管理综合评价指标体系，运用层次分析法(AHP)和熵权法(Entropy)确定各评价指标的综合权重，并利用模糊综合评价确定其最终得分，以期对公路工程安全管理提供科学依据。

2 构建公路工程安全管理评价指标体系

2.1安全管理特点

动态性：在公路工程施工过程中，当作业种类发生变化时，其危险源种类和风险类型会发生变化，安全管理措施也需要不断完善[11]。

时效性：在公路工程施工过程中，存在设备设施或作业人员在长时间未作业或长期作业后而导致其安全性能或安全意识难以保障的情况[12]。

可加性：针对施工现场存在的风险及隐患，从人的不安全行为、物的不安全状态、管理上的缺陷及环境影响等因素制定风险管控措施与隐患排查措施，其风险水平会随着不同方面安全管理措施的落实而不断下降，从而优化施工现场的安全管理水平[13]。

2.2公路工程安全管理评价指标体系

在构建公路工程安全管理评价指标体系时，应坚持系统性、科学性、完整性、层次性及独立性等原则[14],结合公路工程安全管理的关键影响因素，建立包括外业管理因素、内业管理因素、应急管理因素、机械设备管理因素、环境管理因素及环保管理因素等6个一级指标和安全检查、隐患整改及安全费用等23个二级指标的公路工程安全管理评价指标体系，见图1。

图1 公路工程安全管理评价指标体系 *载下**原图

3 确定评价指标综合权重

公路施工安全管理具有体系化、层次化及条理化等特点。因此，本文首先利用层次分析法(AHP)将复杂体系拆分为若干个目标层(一级指标),并根据各目标层的实现途径分解为多个因素层(二级指标),通过将各层级指标两两比较确定公路工程安全管理评价体系中各级指标的主观权重，再引入熵权法(Entropy)计算出各级指标的客观权重，最终将二者结合求出各级指标的综合权重，从而使评价指标权重更加科学、准确[15]。

3.1确定指标主观权重(层次分析法)

3.1.1构建判断矩阵

(1)根据图1构建的公路工程安全管理评价指标体系，建立各级指标的集合，其中决策层为公路工程安全管理 U ,目标层指标为一级评价指标 Ui ( i =1,2,…, n ),因素层指标为二级评价指标 Uij ( i =1,2,…, n ; j =1,2,…, m )。

(2)对每一集合内的元素开展重要度分析，对各层级指标进行两两比较构造其判断矩阵 A ,其中 aij ( i =1,2,…, n ; j =1,2,…, n )为判断矩阵中指标 ai 相对于指标 aj 的相对重要程度，相对重要程度量化值取值见表1。

A=⎡⎣⎢⎢⎢⎢a11a21⋯an1a12a22⋯an2⋯⋯⋯⋯a1na2n⋯ann⎤⎦⎥⎥⎥⎥A=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋯⋯⋯⋯an1an2⋯ann]

表1 相对重要程度量化值 导出到EXCEL

3.1.2求解指标权重向量

对构造出的判断矩阵采用方根法计算出其最大特征根 λ 及其特征向量，对构造出的判断矩阵进行归一化处理后进行单层次排序，并进行一致性检验，其特征向量记为 Wi =( w 1, w 2,…, wn ),式中 wi 为第 i 个指标对于其上一级指标的主观权重。

3.2确定指标客观权重(熵权法)

3.2.1构建指标评价矩阵

图1为公路工程安全管理评价指标体系，假定有 n 个评价对象和 m 个评价指标，其中每一评价对象对评价指标做出的评价值记为 rij ( i =1,2,…, n ; j =1,2,…, m ),为第 i 个评价对象对第 j 个评价指标的评价值。由此可得出 n 个评价对象对 m 个评价指标组成的评价矩阵为：

R=⎡⎣⎢⎢⎢⎢r11r21⋯rn1r12r22⋯rn2⋯⋯⋯⋯r1mr2m⋯rnm⎤⎦⎥⎥⎥⎥R=[r11r12⋯r1mr21r22⋯r2m⋯⋯⋯⋯rn1rn2⋯rnm]

3.2.2求解指标权重

(1)对评价矩阵R进行标准化处理，见式(1):

pij=rij−riminrimax−rimin         (1)pij=rij-riminrimax-rimin         (1)

式中： pij 为经过无量纲化处理后的第 i 个评价对象对第 j 个评价指标的评价值； rij 为其原始值； ri min为第 i 个评价对象对 j 个评价指标的最小评价值； ri max为第 i 个评价对象对 j 个评价指标的最大评价值。

(2)定义特征权重见式(2):

Pij=pij/∑j=1npij         (2)Ρij=pij/∑j=1npij         (2)

式中：∑j=1npij∑j=1npij为经无量纲化处理后第 i 个评价对象对 j 个评价指标的评价值之和。

(3)确定指标信息熵值e与信息效用值d见式(3)和式(4):

ej=−1ln(n)∑i=1n(PijlnPij)         (3)ej=-1ln(n)∑i=1n(ΡijlnΡij)         (3)

式中：∑i=1n(PijlnPij)∑i=1n(ΡijlnΡij)为经无量纲化处理后 i 个评价对象对第 j 个评价指标做出评价后的特征权重与其对数的乘积之和；−1ln(n)-1ln(n)中 n 的取值取决于评价对象的个数。

dj =1- ej (4)

(4)最终计算出各级指标的客观权重记为Wj=(w1,w2,…,wm),见式(5):

wj=dj/∑j=1mdj         (5)wj=dj/∑j=1mdj         (5)

式中：∑j=1mdj∑j=1mdj为 j 个评价指标信息效用值之和。

3.3确定指标综合权重

将层次分析法(AHP)和熵权法(Entropy)得到的主观权重和客观权重相结合来确定每一指标相对于上级指标的综合权重，可以科学、全面地体现各项指标的重要程度和实际客观数据对于评价结果的影响，评价指标的综合权重记为 Ki =( k 1, k 2,…, kn ),式中 ki 为第 i 项评价指标的综合权重，计算方法见式(6):

ki = k × wi +(1- k ) wj , k =0.3 (6)

4 模糊综合评价

4.1构建模糊关系矩阵

构造评价集 V =( v 1, v 2, v 3, v 4)=(优秀，良好，合格，不合格),其中各级评价指标对于评价集 V 中的评价等级 vi ( i =1,2,3,4)的隶属度 mij ,见式(7):

mij=∑vij/∑j=14vij(i=1,2,⋯,n;j=1,2,3,4)         (7)mij=∑vij/∑j=14vij(i=1,2,⋯,n;j=1,2,3,4)         (7)

式中：∑ vij 为对第 i 项指标做出了第 j 级等级评价的评价对象总数；∑j=14vij∑j=14vij为对第 i 项指标做出所有等级评价的评价对象总数。由此可得出各项评价指标的隶属度矩阵 M ,记为：

M=⎡⎣⎢⎢⎢⎢m11m21⋯mn1m12m22⋯mn2m13m23⋯mn3m14m24⋯mn4⎤⎦⎥⎥⎥⎥Μ=[m11m12m13m14m21m22m23m24⋯⋯⋯⋯mn1mn2mn3mn4]

4.2模糊综合评价

(1)结合计算获得的各级指标的综合权重和构建出的隶属度矩阵，对其进行单指标模糊综合评价计算求得模糊矩阵 B ,见式(8):

B=⎡⎣⎢⎢⎢⎢B1B2⋯Bn⎤⎦⎥⎥⎥⎥=⎡⎣⎢⎢⎢⎢b11b21⋯bn1b12b22⋯bn2b13b23⋯bn3b14b24⋯bn4⎤⎦⎥⎥⎥⎥         (8)B=[B1B2⋯Bn]=[b11b12b13b14b21b22b23b24⋯⋯⋯⋯bn1bn2bn3bn4]         (8)

式中： Bi = Ki × M ( i =1,2,…, n )。

(2)得到各项指标对评价集 V 的隶属向量 B *=( b 1, b 2, b 3, b 4),并对其进行量化处理，则公路工程施工安全管理评价的结果 P 见式(9):

P = B *· VT (9)

(3)最后，根据其评结果得到公路工程施工安全管理的总体情况，并针对评价结果提出相应的改进措施。

5 案例分析

江苏太湖隧道机电工程项目是目前境内在建最长的湖底隧道，线路全长10.79 km, 是连通苏州、无锡、常州3个城市的重要枢纽。该项目施工内容主要包括隧道内的通风系统、监控系统、照明系统、火灾自动报警系统等，以该项目机电工程施工为例，运用层次分析法(AHP)、熵权法(Entropy)和模糊综合评价法对其安全管理工作开展综合评价。

(1)根据项目的实际情况，通过头脑风暴的方式得到专家对公路工程安全管理评价指标的主观判断来构造其判断矩阵，并求解其最大特征向量 λ 和与其对应的特征值。以一级指标为例，经专家讨论分析将每项一级指标的重要程度两两比较得到其判断矩阵 A 为：

A=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢112141215132112213144211213152122113145333123454121⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥A=[124253121212341412123512212134151313131121314151421]

(2)通过方根法计算出一级指标的主观权重为： Wi =( w 1, w 2,…, wm )=(0.340 2,0.183 3,0.180 4,0.184 1,0.050 5,0.061 5)。经检验其一致性满足，同理可计算出各二级指标的主观权重。

(3)为准确、全面地分析该项目的安全管理水平，由5名专家在图1安全管理评价指标体系的基础上，对各级评价指标进行打分评价，评价结果见表2。根据式(1)～式(5)对表1内数据进行处理，通过熵权法计算出各一级指标的客观权重为 Wj =( w 1, w 2,…, wm )=(0.143 0,0.139 5,0.249 4,0.149 6,0.125 8,0.192 8),同理可计算出各二级指标的客观权重。

表2 一级指标评价结果 导出到EXCEL

(4)本文在综合考虑专家建议后，取 k =0.3可得综合权重，根据式(6)计算各级指标的综合权重见表3和表4。

表3 一级指标综合权重 导出到EXCEL

表4 二级指标综合权重 导出到EXCEL

(5)请5位专家对项目现场实际及内业资料开展安全管理综合评价，做出“优秀、良好、合格及不合格”的评价语言，并通过式(7)构建出二级指标的隶属度矩阵见表5,再将表4计算出的二级指标综合权重向量与表5中各二级指标隶属度矩阵做乘法运算从而确定各一级指标隶属度矩阵，见表6。

表5 二级指标隶属度矩阵 导出到EXCEL

(6)对一级指标开展模糊综合评价，通过式(8)求得 B *=(0.662 6,0.248 3,0.089 1,0),设评价集 V =( v 1, v 2, v 3, v 4)=(4,3,2,1),并根据式(9)得到 P =3.573 5,其评价等级为优秀，表明该项目安全管理基本到位。

表6 一级指标隶属度矩阵 导出到EXCEL

(7)同理，对二级指标开展模糊综合评价，设评价集 V =( v 1, v 2, v 3, v 4)=(4,3,2,1),通过式(8)和式(9)可计算出 P 1=3.638 9、 P 2=3.351 7、 P 3=3.367 3、 P 4=3.688 5、 P 5=3.696 8、 P 6=3.812 1。其中外业管理、机械设备管理、环境管理、环保管理评价等级介于优秀与良好两个等级之间，更偏向于优秀，表明其安全管理基本到位，内业管理与应急管理评价等级介于良好与合格两个等级之间，更偏向于良好，表明其安全管理还存在隐患，应加强风险管控措施。

根据对该项目施工作业全过程的管控追踪及检查反馈，发现该项目危险作业审批制度、平安工地管理制度缺失、安全生产法律法规辨识不全面及应急物资准备不充分等情况。在检查之后，项目安全管理领导小组及时组织开展相关制度的制定，积极进行安全生产法律法规辨识并加强应急物资储备，确保了项目安全生产无事故发生。由此可得出该项目的安全管理综合评价的评价结果与其实际管理情况基本符合，验证了此方法的可行性。

6 结语

(1)针对公路施工企业在施工过程中的安全管理，本文结合层次分析法(AHP)、熵权法(Entropy)和模糊综合评价法，通过分析研判公路施工安全管理的重点、难点，构造了公路工程安全管理综合评价指标体系，并最终形成量化成果，实现了对公路工程安全管理工作的分析评估，有利于项目管理者的决策和判断。

(2)案例分析表明，运用层次分析法(AHP)、熵权法(Entropy)和模糊综合评价法可以有效判断公路工程安全管理中存在的问题和其薄弱环节，便于项目管理者针对不利指标加强管控措施，实现安全的关口前移。

(3)本文在开展公路工程安全管理评价分析时仅仅从管理人员的角度思考如何开展安全管理评价，未考虑施工劳务管理对安全管理评价指标的影响，因此，如何把施工劳务管理纳入至评价指标的权重考虑中将是下一步研究的重点内容。

参考文献

[1] 吴光水.石黔高速公路工程项目施工安全风险管理研究[D].华东交通大学，2019.

[2] 高颖.建筑工程项目工期风险管理的研究[D].浙江大学，2006.

[3] 朱永鹏，任彦斌，熊娟，张志强.加强危险作业安全管理的探讨[J].安全，2017,38(S1):35-37+42.

[4] 刘辉，孙世梅.基于改进LEC法的公路隧道施工安全评价研究[J].现代隧道技术，2015,52(1):26-32+61.

[5] 袁剑波，崔钢，符秋生，余卫民.基于网络分析法的公路桥梁施工安全风险评价研究[J].科技进步与对策，2014,31(11):96-100.

[6] 杜澍祥，周一龙，唐海中.VIKOR法在娄衡高速公路施工安全管理水平评估中的研究及应用[J].公路工程，2017,42(4):198-203.

[7] 李国良，赵蕊，廖恒枭，刘宇，李玉龙.高速公路施工现场安全管理规范性的SPA评价[J].中国安全科学学报，2018,28(12):122-128.

[8] 王可意，杨春风.LEC-DEA方法在公路施工风险评价中的应用研究[J].公路工程，2015,40(2):178-181+189.

[9] 万文，于军琪，赵江平，黄玲丽.高速公路施工安全管理模糊评价研究[J].中外公路，2016,36(1):325-329.

[10] Young Ai Kim,Boong Yeol Ryoo,Yong-Su Kim,et al.Major Accident Factors for Effective Safety Management of Highway Construction Projects[J].Journal of Construction Engineering and Management,2013,139(6):628-640.

[11] 廖海清，范世标.浅谈高速公路扩建工程施工安全管理[J].黑龙江交通科技，2014,37(10):181-182.

[12] 姚学涛.高速公路隧道施工管理的有效措施分析[J].交通世界，2016,(36):64-65.

[13] 宋强.试*公论**路工程施工安全管理[J].交通企业管理，2007,(12):56-57.

[14] 张温庭.基于AHP-熵权法的山区高速公路施工便道多目标安全性评价[J].黑龙江交通科技，2019,42(8):180-183.

[15] 李晨，殷自力，王晓辉，张功林，林宇锋，王清凉.基于层次分析法和熵权法的配电网调度评价[J].电力系统及其自动化学报，2019,31(7):81-87.

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