水電站施工現場人員安全管理水平的系統動力學分析

鮑 威，陶 玲

(河海大學商學院，江蘇南京211100)

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水電站施工現場人員安全管理水平的系統動力學分析

鮑 威，陶 玲

(河海大學商學院，江蘇南京211100)

為了動態、有效地分析水電站施工現場人員傷亡事故發生的機理，以人員傷亡事故率作為施工現場人員安全管理水平的指標，識別出關鍵影響因素，利用VENSIM建模軟件構建一個施工現場人員安全管理系統動力學流圖。從系統的角度出發，對人員傷亡事故進行探討，研究引起人員傷亡事故的主要因素，分析水電站施工現場人員安全管理水平提升路徑，以期通過不同安全投入方案與安全管理水平的反饋形成系統的良性循環機制。

水電站；施工現場；安全管理；系統動力學

0 引 言

系統動力學(system dynamics SD)是美國麻省理工學院福瑞斯特(J.W.Forrester) 教授提出來的研究系統動態行為的一種計算機仿真技術[1- 2]。系統動力學以系統理論為基礎，適宜處理高階次、非線性、多重反饋的時變動態系統，其最大優點是可以將定性和定量方法相結合[3]。一般而言，SD的建模過程就是一個學習、調研的過程，其模型的主要功用在于向人們提供一個進行學習與政策模擬分析的工具，使決策群體或組織成為一種學習型和創新性的組織[4]。自20世紀70年代末引入我國，系統動力學在企業安全管理系統方面的研究較深入[5- 10]。

水電站施工現場人員安全管理整體系統的安全目標是降低人員傷亡事故的發生率，目前國內外對企業人員傷亡事故的研究主要采用系統工程理論與基于事故樹的方法[11]，由于此類方法對于安全系統的動態變化過程控制不足，無法有效地控制施工現場人員傷亡事故的頻發[6]。為了能動態、有效地分析水電站施工現場人員傷亡事故發生的機理，分析水電站施工現場人員安全管理水平提升路徑，本文試圖從系統的角度出發，對人員傷亡事故進行系統動力學的探討，研究引起人員傷亡事故的主要因素。

1 系統動力學模型概述

安全系統工程是以“人-機-環境”系統為研究對象，運用系統工程的理論與方法，辨識、分析、評價、控制系統或生產中的危險性或安全性[12]。水電站施工現場是由一個“人-機-環境”相互依存、相互制約的復雜的非線性動態系統，由彼此聯系和彼此作用的要素組成。

1.1 系統關鍵要素的識別

根據安全系統工程理論，研究相關文獻，本文將研究對象劃分為人員因素子系統、機械因素子系統、環境因素子系統3個子系統。由系統動力學的反饋原理人員因素水平、機械因素水平、環境因素水平構成了整個系統的子系統，形成了一個有機的統一體。根據SD的分解原理把系統S按其內部特點與性質劃分成若干個相互關聯的子系統(子結構)P[4]。

S=(P，Rjk)，P={Pi|i∈I} ，Rjk={rjk|j∈J，k∈K且J+K=I}

式中，S代表整個系統；P代表子系統；Rjk為關系矩陣。其中S={人員因素，機械因素，環境因素}。子系統即影響施工現場人員傷亡事故的關鍵因素，子系統之間相互影響，每個子系統的內部各因素之間也相互影響，共同形成一個動態的、相互影響的系統。

1.2 要素子系統分析

水電站施工現場人員安全管理需以降低人員傷亡事故的發生率為整體系統的安全目標。根據GB6441—86《企業職工傷亡事故分類標準》解釋，傷亡事故指企業職工在生產勞動過程中發生的人身傷害、急性中毒，共可分為20類。本文選取近年來我國發生的較大及以上人員傷亡事故(一次死亡3人及3人以上事故)做相關統計分析，總結主要的施工現場人員傷亡事故以高處墜落、坍塌、物體打擊、起重傷害、觸電、機械傷害等六大類型為主。對主要事故進行分析，識別出各子系統的組成要素如下圖1所示。

圖1 施工現場人員安全管理主要影響因素

2 水電站施工現場安全管理水平的系統動力學因果關系

因果關系圖是真實反映系統內部結構的描述，根據上面分析出的子系統各因素，可構建系統各因素的因果關系圖，該系統因果關系圖共有3條因果關系回路：

(1)決策層安全理念→管理層安全態度→機械設備投入→季節性施工決策層安全理念。

(2)機械設備維修與保養→臨時用電系統→安全防護設施和保護裝置→操作層安全意識→腳手架工程→高處作業→施工技術成熟度→決策層安全理念→機械設備維修與保養。

(3)工程的復雜程度→政府監管→安全管理規則制度→監理方監督安全防護設施和保護裝置→工程的復雜程度。

3 水電站施工現場人員安全管理水平的系統動力學評價模型構建

3.1 施工現場人員安全管理水平的系統動力學流圖

分析上述3個因果關系回路，該系統中安全事故發生的關鍵主導因素包括管理層安全態度(Tag1)、操作層安全意識(Tag2)、監理方監督(Tag3)、安全防護設施和保護裝置(Tag4)。

考慮到構建系統動力學流圖和動力學方程的需要，從各因素中抽象出能描述系統概貌的具有代表性的變量，建立如下變量集：①系統。系統安全水平指標(Stag)。②因素指標值Tagi(i=1，2，3，4)。③因素權重值符號用Ri表示(i=1，2，3，4)。④因素正面影響程度變化率用Si表示(i=1，2，3，4)。⑤因素負面影響程度變化率(Ti)(i=1，2，3，4)。⑥因素影響系數(Qi)(i=1，2，3，4)。⑦因素安全投入增長率(Ui)(i=1，2，3，4)。⑧因素安全投入水平(Pi)(i=1，2，3，4)。根據上面因果關系圖和給出的變量集，通過系統動力學建模軟件VENSIM得到系統動力學流如圖2所示。

圖2 施工現場人員安全管理系統動力學流示意

3.2 水電站施工現場人員安全管理水平的系統的動力學方程

3.2.1 系統動力學方程

(1)水平方程

Tagi.K=Tag1.J+(DT)×(Si.JK-Ti.JK)

P1.K=Pi.J+(DT)×(Ui.JK)

式中，Tagi.K為現在時刻該因素安全水平指標的值，i=1，2，3，4 ，下同；Tagi.J為過去時刻該因素安全水平指標的值；DT為仿真時間步長變量；JK為過去到現在的時間間隔；Si.JK為在JK時間區間中該因素正面影響程度變化率；Pi.K為現在時刻該因素安全投入指標值；Pi.J為過去時刻該因素安全投入指標值；Ui.JK為JK時間間隔中該因素投入增長率。

(2)輔助方程

式中，Stag.K為現在時刻系統安全水平指標的值；∑ωi=1 ，其他符號含義同上。

(3)速率方程

Si.KL=Q×(Pi.K)

式中，Si.KL為在KL時間區間中該因素安全水平的增加率；Q為KL的時間間隔常量；Pi.K為現在時刻該因素安全投入指標值。

(4)初值變量方程

Tagi=(初始值)

Pi=(初始值)

(5)常數方程

Ri=(常數)

Ui=(常數)

Qi=(常數)

Ti=(常數)

3.2.2 系統指標值的確定

(1)系統安全管理水平Stag；設Stag={stag1，stag2，stag3，stag4}，安全管理水平分為(很好、好、一般、差)4個等級，且Stag所處的等級通過專家打分法確定。

(2)系統動力學方程中初始值和常量的確定。采用安全檢查表法，分析系統安全管理水平實際情況確定初始值；其他初始值和常量通過選取具有豐富施工現場安全管理經驗的專家，利用專家打分法，經過詳細的分析與論證確定。

通過VENSIM軟件構建水電站施工現場人員安全管理系統動力學流圖以及方程的假設，進一步通過數據的仿真來分析水電站施工現場人員安全管理水平提升路徑，最終通過不同安全投入方案與安全管理水平的反饋形成系統的良性循環機制。

4 結 論

本文通過對人員傷亡事故做相關統計分析，總結出施工現場主要的六大人員傷亡事故類型。對主要事故進行分析，識別出系統的12個主要因素，由因果循環圖分析出該系統中安全事故發生的關鍵主導因素，找出水電站施工現場人員傷亡事故發生機理。通過構建4個關鍵主導因素的相關指標變化的動力學方程，識別安全投入與安全管理水平的關系，以期通過兩者的反饋建立系統的良性循環機制。

[1]FORRESTER J W. Industrial Dynamics: A Major Breakthrough for Decision Makers[J]. Harvard Business Review， 1985， 36(4)： 37- 66．

[2]FORRESTER J W. Industrial Dynamics[M]. Cambridge， MA: Productivity Press， 1968．

[3]王萁藩. 系統動力學[M]. 北京： 清華大學出版社， 1994．

[4]王其藩. 系統動力學理論與方法的新進展[J]. 系統管理學報， 1995(2)： 6- 12．

[5]唐谷修， 周科平， 鄧紅衛， 等. 系統思考在企業安全管理中的應用探討[J]. 安全與環境工程， 2006， 13(4)， 81- 83， 87.

[6]唐谷修， 周科平， 高峰， 等. 基于系統動力學的安全管理思考[J]. 中國礦業， 2007， 16(2)： 21- 23．

[7]張進春， 吳超， 侯錦秀， 等. 石化企業傷亡事故率的系統動力學仿真[J]. 安全與環境學報， 2006， 6(6)： 107- 112．

[8]何剛， 張國樞， 陳清華， 等. 煤礦安全生產中人的行為影響因子系統動力學(SD)仿真分析[J]. 中國安全科學學報， 2008， 18(9)： 43- 47．

[9]李曉東， 陳琦. 我國建筑生產安全事故的主要類型及其防范措施[J]. 土木工程學報， 2012， 45(2)： 245- 248．

[10]林陵娜， 蘇振民， 王先華. 基于系統動力學的建筑施工項目安全狀態識別模型構建[J]. 中國安全生產科學技術， 2011， 7(12)： 80- 86．

[11]伍愛友， 王從陸， 肖國清. 事故樹分析方法在建筑物火災人員傷亡中的應用[J]. 中國安全科學學報， 2005， 15(5)： 92- 95．

(責任編輯 焦雪梅)

System Dynamics Analysis of Personnel Safety Management Level in Construction Site of Hydropower Station

BAO Wei, TAO Ling

(Business School of Hohai University, Nanjing 211100, Jiangsu, China)

In order to get a dynamic and effective analysis on casualties mechanism of hydropower station construction site, the casualties rate is taken as the indicator of construction site personnel safety management level to identify key influence factors, and then a system dynamics flow diagram construction site personnel safety management level is constructed by using VENSIM modeling software. From the view of system point, the mechanism of casualties is explored to find the main factors causing casualties. By analyzing the upgrade path of personnel safety management level at the construction site of hydropower station, a virtuous circle mechanism system through the feedback of different investment in safety programs and safety management level is expected to be formed．

hydropower station; construction site; safety management; system dynamics

2015- 07- 27

國家自然科學基金資助項目(71271107)；國家社科基金資助項目(15BGL094)

鮑威(1989—)，男，浙江湖州人，碩士研究生，主要研究方向為工程管理．

X915.4；TV74

A

0559- 9342(2016)06- 0077- 03