调查的因素影响高速铁路车站施工安全的基于DEMATEL和ISM

文摘

探讨影响因素和相互影响机制的中国高速铁路车站的施工安全,本研究以Hanghuang高速铁路阜阳站为主题和研究17 4类别的风险因素影响施工安全系统安全理论的基础上,和之间的交互关系和学历因素进行分析。基于DEMATEL(决策试验和评价实验室)和ISM(解释结构建模)方法,通过问卷调查,量化的影响因素之间的逻辑关系。影响程度,影响程度,中心,计算和因果关系的影响因素,建立了多级分层混合模型系统地分析高速铁路车站的影响因素和机制建设。结果表明,施工安全风险的因素概括为三个主要因素,6个重要的因素,和7直接因素和人员因素和管理因素需要重点控制。此外,提出了一些措施。本研究提供了理论基础和方法,防止事故和提高高速铁路车站的安全建设。

1。介绍

随着中国高速铁路的快速发展,其建设的规模和速度发展有在世界上排名第一1]。与此同时,高速铁路建设一直受到安全问题由于其生产周期长,许多工作在露天高离地面,复杂的施工技术,以及许多其他因素。施工安全事故会造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失。根据住房和城乡建设部中华人民共和国的中国,有4100建筑和市政工程安全生产事故,其中5011人死亡,在中国(不包括香港、澳门和台湾)从2012年到2018年(2]。即使在发达国家,如美国,建筑工人的两倍是受伤,有一个死亡率三倍半的工人在生产行业(3]。英国的建筑工人的死亡率是5倍的平均死亡率工人在生产行业(4]。因此,施工安全是一个世界性的问题。

研究安全事故,安全事故理论(如人为错误理论5,6],因果连锁理论[7),能量传递理论(8,9),和扰动理论(10先后出现。这些理论分析安全事故因素之间的关系,从不同的视角和各级安全事故。最近安全事故分析增加安全系统工程理论、系统工程技术被引入安全事故分析11,12]。然而,以往的研究没有检查安全事故和安全事故影响因素因果关系,没有深化事故因果关系的理论,并没有发现安全事故因素进一步从事故的角度系统分析。

有两种类型的风险评估研究:定性和定量(13]。定性研究主要包括安全检查表法、专家咨询法,prerisk分析方法(14- - - - - -18]。定量研究主要包括层次分析法(AHP),操作条件(LEC)风险评价方法,神经网络和支持向量机(SVM)方法,以及模糊综合评价(FCE)方法(19- - - - - -24]。然而,现有的安全风险评估方法通常专注于一个指标,不考虑相互作用或耦合的指标25]。事实上,事故通常是由许多因素的组合。

在1960年代,塔维斯托克研究所提出了复杂的社会技术系统,指的是一个技术密集型和资本密集型产业组织和积累大量的能源26]。项目的规模越来越大,参与者和利益相关者群体,增加和扩大项目和环境之间的相互作用,越来越呈现更丰富和更深远的复杂系统特征和内涵17]。高速铁路站的建设具有典型的复杂的社会技术系统的特点:非线性、涌现,反馈循环,等等27]。从系统的角度看,安全性和实际事故是新兴的非线性属性复杂社会技术系统的不同组件之间的交互。莱韦森事故建立了系统理论模型(邮票)的基础上,认为事故是一个新兴的现象引起的各种元素之间的相互作用在一个复杂的系统28]。缺乏控制的行为受到约束这些相互作用将导致事故(29日]。安全是一个控制问题,可以通过控制结构嵌入到社会技术管理系统(29日]。

来决定如何控制一个复杂的系统,我们必须首先研究的因素之间的关系。现有的方法对于复杂系统因素分析包括ISM (30.],DEMATEL [31日),扫描电镜(32],ANP [33),和复杂的网络34]。在这项研究中,我们结合DEMATEL和ISM影响因素之间建立的关系高速铁路站的施工安全,建立多级层次结构模型。的重要性,确定影响因素及其层次关系,以及这些因素对高速铁路车站事故的影响。最后,提出了对策。本研究提供了理论基础和方法对预防事故的建设高速铁路站。

2。方法

2.1。提取施工安全的影响因素

各种影响因素复杂的安全系统交互。高速铁路车站建设系统的影响因素有一个极其复杂的关系和相互作用,表现出强烈的非线性和反哺。从2012年到2018年,频繁发生的事故类型,在中国建筑行业从一个高度,结构崩溃、起重伤害、物体打击、车辆伤害、机械伤害、触电、中毒和窒息、火灾和爆炸,和其他损伤。这些事故的发生是多种因素相互作用的结果,包括人、机、环境和管理,而不是每个案例都有一个原因。

哈米德认为,事故的原因是一个多因素的现象主要包括工人的疏忽和对安全的态度不好,缺少安全设备,非熟练工人等。35]。海斯蓝等人调查事故,发现他们在英国造成的工人,工作环境,设备缺陷,和风险管理不足36]。在实现安全控制的复杂系统控制理论的基础上,以下是通常被认为是:人为因素、组织因素、管理因素和物理系统(37]。杜等人研究了地下交通系统和得出结论,这是一个复杂而巨大的系统,许多因素影响安全。事故是人类缺陷的原因,机器和环境(38]。

通过相关文献的分析和总结35- - - - - -42),在这个研究中,我们总结的施工安全风险因素四个方面:人类、机械、环境、和管理。总共17个风险因素识别。人类的方面包括认知缺陷,可怜的身体或心理健康,和非法操作。机械方面包括设备选择和布局不合理、缺乏设备维护和检修,机械设备失败,失败的施工监测设备,以及众多cross-operations大型设备。包括管理方面不完善安全管理系统、安全信息披露不足,不足验收的关键过程、安全行为监督不足,安全防护措施不足,施工安全操作指南中的错误。环境因素包括不可预见的自然因素,复杂的水文地质环境和复杂的施工现场环境。定义如表所示1。

2.2。风险耦合模型基于SD模型因果关系图

在高速铁路车站的施工安全风险,人员因素、机械因素、环境因素和管理因素相互作用和相互影响。管理的直接对象是人类,机器和环境;人有主观能动性,有影响的事情,环境,和管理;机械设备是受到环境的影响,和设备的状态取决于人员操作和合理有效的管理;环境直接或间接影响人们的事情,和管理。人类的相互作用和相互影响,材料,环境,管理风险因素最终形成human-material-environment-pipe耦合。

系统动力学(SD)是信息反馈系统的学科。结合系统理论、控制理论和信息理论,提供了一种方法来理解和解决系统问题43]。SD因果图理论用于讨论和研究的各种风险因素风险耦合关系建设高速铁路车站的安全系统。如图1,以管理因素的起点为一个例子,安全行为监督管理不足因素间接导致机械因素,不合理的设备选择和布局不合理的设备选择和布局间接环境因素,导致复杂的建筑工地环境和复杂的建筑工地环境导致可怜的身体或精神健康的人为因素。以人为因素的起点为例,非法操作的人为因素导致机械故障的机械因素,机械故障导致复杂的环境因素,施工现场环境和复杂的建筑工地环境导致监管不足的安全管理行为的因素。

2.3。DEMATEL和ISM方法原则

DEMATEL瓶在1971年提出的一个方法,使用矩阵运算来计算的直接或间接的因果关系和程度的影响因素。利用因果图来确定基本性质的复杂问题,核心问题是确定和解决方案建议。DEMATEL可用于因素划分为因果关系和影响因素。此外,通过排名或优先因果因素,核心问题可以解决迅速和有效地提高性能(44]。ISM方法由约翰·n·Warfield在美国1973年与众多因素分析系统和复杂和不清楚结构基于图论和布尔函数。多变量、复杂和非结构化系统转换成多级解释结构模型的影响路径和层次结构的复杂因素。ISM系统操作的优势,效率,较低的数据依赖,和清晰的处理问题45]。DEMATEL-ISM混合有两个优点。首先,DEMATEL模型可以简化计算过程的ISM模型,并为系统提供便利。通过直接添加阈值λDEMATEL的总体影响矩阵,ISM模型所需的可获得的矩阵。可达矩阵ISM的邻接矩阵的过程省略。第二,DEMATEL因果关系和中心分析可以进一步利用ISM模型的独特优势澄清结构层次关系。

2.4。建模过程

使用DEMATEL-ISM的过程模型如图2和的基本步骤如下:(1)确定施工安全风险因素 , ,…, , ,在哪里n施工安全风险因素的数量和吗R是总施工安全风险因素集。(2)生成矩阵的直接影响施工安全风险因素。根据专家的经验和施工现场人员 ,处理算术平均值来消除主观误差尽可能的专家;然后,获得直接影响矩阵 之间的因素如下: (3)获得一个新的标准化影响矩阵的直接影响矩阵 : 在哪里一个通过添加每一行的最大价值。归一化处理后,获得 。(4)计算综合影响矩阵 : 自 ,当 , ,下面的公式可以用于近似计算: (5)计算影响程度和影响程度 。影响程度通过添加矩阵的行元素T,影响学位是通过添加列元素的矩阵T。影响程度的计算公式和影响程度如下: 中心就越大,更重要的因素。(6)计算中心和因果关系。中心通过添加系统的影响程度和影响程度,和因果关系通过减少系统的影响程度和影响程度。公式计算中心和因果关系如下: (7)建立影响因素的causality-centrality图,因果关系是纵坐标,中心是横坐标,图是画在笛卡儿坐标系统。(8)计算矩阵的总体影响 : 在哪里我是单位矩阵。(9)可达矩阵计算, 。给定阈值λ可达矩阵计算 : 可达矩阵建立的关键是确定阈值λ。如果一个因素的影响程度超过另一个因素λ因素会直接影响到其他因素。如果相反的是真的,那么这个因素并不影响另一个因素。因为价值的目的λ突出事故的主要原因是复杂的系统,同时不要过度简化因素之间的关系,多次被选中的值和优化的基础上,专家建议和实际需要。(10)确定可及集和先行词集每一个因素。(11)确认以下公式成立。如果是这样,是底部的因素和相应的因素行和列交叉矩阵 。 (12)重复步骤10和11,直到所有的因素都划掉了。(13)根据顺序因素交叉,加上因果关系和中心,causality-centrality多级分层混合模型的建立。

3所示。案例研究和结果分析

3.1。研究主题和数据收集

本研究以Hanghuang阜阳站的高速铁路为主题。阜阳站位于富阳地区,浙江省杭州市。地下车站的房子有三层,一个和两个地面。地下钢筋混凝土框架结构,地上部分是钢结构。阜阳站的位置如图3。

基坑的开挖深度为6.8∼14.4米,这是第一级基坑。阜阳地区拥有丰富的降雨和高地下水位。根据above-determined施工安全风险因素集,我们采用专家咨询的方法研究有关影响关系17影响施工安全的因素。24问卷分发给教授和副教授的土木工程与建筑学院宁波理工学院,浙江大学,中国铁路第四局和安全经理,22问卷恢复(恢复率为92%)。的影响因素是由分(满分为5分),0表示没有影响,1意味着疲软影响,2意味着一般影响,3意味着强大的影响力,和4意味着极强的影响力。

算术平均值处理问卷中的数据进行消除错误尽可能多的专家,并直接影响矩阵 形成:

3.2。计算综合DEMATEL / ISM方法

3.2.1之上。DEMATEL分析

根据步骤3,正常化的直接影响矩阵得到规范化的影响矩阵 :

第四步,计算综合影响系数矩阵 :

计算影响程度、影响程度、中心和因果关系,如表所示2。

如表所示2、影响因素可分为理性因素和结果因素根据中心(中心大于0的原因因素,而中心小于0是结果的因素)。中心系统中决定因素的重要性。想象的程度的影响因素,建立影响因素的四分位数,并使用中心和因果关系的因素是笛卡尔坐标系,如图4。详细的分析部分3所示。3。

3.2.2。ISM分析

根据步骤9,选择多个阈值比较分析,列在表中3。

最后,确定所选阈值, ,和转换规范影响矩阵G可达矩阵进 通过MATLAB编程。

根据步骤9 - 11,可达矩阵处理,,最后,得到因素集Cq(问= 1,2,…n)的每一层。最后,建立多级分层混合模型,如图5。

3.3。施工安全风险因素和相关的影响机制

根据DEMATEL分析,因素可分为原因因素和结果的因素。在实际的施工过程中,应该更多关注原因,有效控制应以提高施工现场的安全。如表2表明,这些因素的影响程度会有很大不同,从0.98到2.435不等。

八高的影响因素包括认知缺陷R1,完善安全管理系统R12, R11、复杂的建筑工地环境安全行为R15监督不足,R3非法操作,安全信息披露R13不足,许多大型设备cross-operations R7和施工监测设备R8的失败。因此,管理因素和人为因素可以分为潜在影响施工安全的因素通过影响其他因素。影响程度表示其他因素的综合影响因素Ri。在施工安全的影响,错误操作指南R17,非法经营R3, R16安全防护措施不足,机械故障R6,安全行为R15监督不足,不足接受关键过程R14、施工监测设备R8的失败,和安全信息披露不足R13领导人,这表明,安全级别可以通过增加影响力的提高。R15安全行为监督不足,安全信息披露R13不足,和施工监测设备R8的失败都是重要的影响因素和影响因素;改善这些因素将有助于改善循环系统的影响。

中心反映了系统因素的重要性。如表所示2R3、非法操作是最重要的,其次是安全行为R15监督不足,施工监测设备R8的失败,错误的施工安全操作指南R17,安全信息披露R13不足,认知缺陷R1,安全防护措施不足R16,机械设备故障R6,完善安全管理系统R12,不合理的设备选择和布局R4、大型设备的多个cross-operations R7,接受关键过程R14不足,缺乏维护和修理设备R5, R11施工现场复杂环境,可怜的身体或精神健康状况R2,复杂的水文地质环境R10和不可预见的自然因素R9机型。R3在所有的因素中,非法操作,安全行为R15监督不足,施工监测设备R8的失败,错误的施工安全操作指南R17,安全信息披露R13不足,认知缺陷R1, R16安全防护措施不足,机械故障R6和不完善的安全管理系统R12尤其重要。R11,然而,复杂的建筑工地环境糟糕的身体或精神健康R2,复杂的水文地质环境R10和无法预料的自然因素R9机型也发挥着重要作用,是不容忽视的。必须从系统的角度分析了安全问题。human-machine-environmental-management系统、管理因素密切相关的人最重要的因素影响施工安全。

R1的多级分层混合模型,认知缺陷,不完善的安全管理系统R12, R11深入和复杂的施工现场环境因素,R9机型和不可预见的自然因素,许多大型设备cross-operations R7,缺乏维护和检修设备R5、R15安全行为监督不足,不合理的设备选择和布局R4,可怜的身体或精神健康R2中间因素。机械故障R6,错误在施工安全操作指南R17,复杂的水文地质环境R10,接受不足关键过程R14、施工监测设备R8的失败,不安全信息披露R13 R16安全防护措施不足,R3表面因素和非法操作。

人为因素,如认知赤字R1,深层因素;非法经营R3在中心排名第二;和糟糕的身体或精神健康R2属于中间因素。这些发现表明人为因素在施工安全风险方面发挥关键作用,必须认真对待。管理有关的因素,如不完善的安全管理系统R12,表面因素,和穷人监督安全行为R15安全信息披露R13不足,和安全保护措施不足R16排在第二位,5日和7日在中心。系统有着重要的影响。

根据图5,关键因素是认知缺陷R1、R3非法操作,施工监测设备R8的失败,不完善的安全管理系统R12,安全信息披露R13不足,监督安全行为R15不足。然而,在多级分层混合模型,关键因素存在于三层结构,这表明,在安全风险控制,我们不仅要注意近端原因也全面考虑大局出发。此外,除了施工监测设备的失败,所有的人类或相关管理方面的因素。

上述分析表明,人类需要重点控制和管理方面。此外,以下提出相应的措施:(1)加强安全教育。人员培训和教育可以提供通过虚拟现实(VR)等多媒体资源同时设备和现场教学。应进行现场自助和自我保护训练。(2)提高安全保护措施。主要危害应采取安全防护措施,以避免安全事故。(3)科学安排施工顺序减少环境的不确定性。(4)提高规章制度。企业应提高安全生产责任制,建立安全检查的各种规章制度和现场管理。(5)专注于生产管理的关键流程,提前掌握施工状态,消除安全隐患,制定有效的预防措施。(6)开发一种特殊的安全计划。有必要结合项目准备专业的特点,有针对性的、可操作的特别安全方案和技术措施。(7)加强安全监督的实现。加强安全监察的执法能力,及时发现生产中解决安全问题。(8)掌握专业技能和知识。确保员工掌握相关的实践。检查相关的知识和技能,定期奖励和更新,重新测试。(9)执行好安全技术澄清。施工技术部门和安全风险管理机构应该合作来实现施工安全。

4所示。结论

建筑事故在高速铁路车站建筑是人类的共同行动的结果,设备,环境,和管理。基于系统安全理论,影响因素的指标体系建立了施工安全与human-machine-environment管理方面和影响因素之间的影响机制进行了分析。主要结论如下:(1)DEMATEL和ISM可以结合分析影响施工安全的各种因素之间的关系。DEMATEL用于分析中心和因果关系的施工安全风险因素和决定的关键因素。结果显示,因果关系分为6原因和11的结果。ISM用于施工安全风险因素划分为三个层次结构,获得多级分层混合模型的影响因素。(2)结论是,人员因素和管理因素需要重点控制。三个主要因素,六个重要因素,七直接因素是通过分析影响施工安全的风险因素的高速火车站。(3)的因素影响高速铁路车站的施工安全是极其复杂和分类模式。在安全风险控制,我们不应该只关注近端原因也从大局出发,综合考虑所有的因素。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认科学技术项目的财政支持宁波交通管理局(批准号202007)和科技研究和开发项目的中国铁路建设集团有限公司有限公司(2020 - 12)。