基于Anylogic的高校施工現場安全管理能力提升

補利軍， 于振江

(中國人民大學 a.校園建設管理處；b.保衛處，北京 100872)

根據住房和城鄉建設部的統計，2019年全國共發生房屋市政工程生產安全事故773起、死亡904人，比2018年事故增加39起、死亡人數增加64人[1]，由此可見我國建筑施工安全管理仍有待繼續加強，頻發的安全事故嚴重威脅著廣大建筑工人的生命財產安全。近年來各高校為提升校園硬件設施，改善學校辦學條件和育人環境，對教學科研樓、學生宿舍樓及校園供水供電供暖設施等進行改造，得到了廣大師生的認可，但高校施工安全事故時有發生，造成嚴重不良的社會影響，如2015年江西科技師范大學在建工程坍塌事故、2016年海南科技職業學院工地坍塌事故等。大量事故表明，建筑工人的不安全行為是造成建筑業安全事故的直接原因[2,3]，而安全管理不到位是導致產生不安全行為的潛在根本原因[4]，因此應提高施工現場安全管理水平，降低不安全行為數量。

國內外眾多學者對建筑工人不安全行為進行研究和分析，Choudhry認為安全認知、工作壓力、安全態度、心理因素、設施條件、安全培訓和教育、安全管理等因素與不安全行為有關，并認為安全管理有重要影響作用[5]：葉貴等[6]建立建筑工人不安全行為影響因素的三層四階遞階結構模型，認為個體因素是建筑工人產生不安全行為的表層影響因素；居婕等[7]研究認為導致建筑工人不安全行為的主要原因是個人因素，主要包括安全態度、安全技能、安全認知、安全培訓；唐玲玲等[8]研究發現建筑工人具有顯著的群體特征，其從眾性不安全行為受到群體安全氛圍的顯著影響；祁神軍等[9]研究認為安全態度屬于原因型影響因素，是預防建筑工人不安全行為的關鍵因素。

目前大多數文獻采用結構方程模型、解釋結構模型、系統動力學、博弈論、層次分析法等方法對不安全行為進行研究，而蔣中銘等[10]利用Anylogic軟件研究獎勵和處罰措施對工人行為的影響，強調系統微觀層面個體在客觀真實環境中行為交互。系統仿真可將系統中的微觀個體行為與系統的宏觀屬性建立有效聯系，充分考慮個體隨機性對研究結果的影響。建設單位、監理單位、施工單位是與施工現場安全管理聯系最為密切的三方主體，本文利用Anylogic軟件創建建設單位、監理單位、施工單位三種智能體群，研究不同智能體的行為特征對施工現場不安全行為的影響。

1 高校施工現場主體行為

相較于其他施工現場，高校施工現場安全管理混亂，不安全行為頻發，主要原因為：學校施工項目一般為改擴建項目，工期緊、任務重，項目管理人員較少且未配置安全工程師，項目管理人員經常跨專業獨立負責項目，安全檢查存在盲區，未對施工現場人員進行針對性安全教育，施工現場安全管理工作不到位；監理單位同時負責校內多個項目，由于精力有限不能及時準確行使監理的安全檢查、教育、監督、管理權利；施工單位管理人員“重進度輕安全”，項目周期短，工人流動性大，施工單位不重視安全教育，施工人員安全素質參差不齊。

通過多年項目管理經驗總結發現，施工現場大量不安全行為是無痕不安全行為，這些不安全行為存在時間有限，只有在不安全行為發生過程中才可以被發現，不會留下可追溯的痕跡。建設單位和監理單位應在建立和完善各種安全管理制度的前提下，運用各種手段對施工現場工人的工作行為進行監督、檢查和控制，發現不安全行為應及時進行安全教育并糾正，確保施工現場人員無不安全行為。本文引用墨菲溝通改變理論[11]，認為施工現場主體間的安全行為交互可降低施工現場不安全行為數量，如果多主體間不發生安全行為交互或者安全行為交互效果不佳均不利于降低不安全行為數量或者縮短消除不安全行為時間。施工現場安全行為交互可歸納為安全檢查、安全教育兩個方面，安全檢查主要指對施工現場不安全行為進行檢查。安全教育包括安全知識教育、技能訓練、安全態度教育和事故應急處置教育等，本文將安全教育內容分為安全知識教育、安全態度教育兩部分，其中技能訓練、事故應急處置教育均屬于廣義安全知識教育范疇。

2 高校施工現場安全管理特征

2.1 多智能體

多智能體是計算機科學中比較新的一個分支學科，隨著國內外眾多學者對多智能體的深入研究，多智能體逐漸成為一種描述復雜系統的重要方法，為研究由主體意識參與的、動態的、不確定的自適應系統提供一種天然的建模方式[12]。

2.2 Anylogic

Anylogic是一款應用廣泛，針對離散事件、系統動力學、多智能體和混合系統的建模與仿真軟件，Anylogic可將基于智能體、離散事件和系統動力學的建模方法集于一個平臺中，通過建立智能體和定義其行為來進行建模[13]。該方法既可以連接各個智能體，使其互動，也可以將其放置在特定的具有動態性的環境中。該軟件目前已經在物流管理、行人交通、業務流程、應急管理等領域得到廣泛應用，為相關方案優化設計提供理論依據。

2.3 離散事件動態系統

在一些生產活動和社會活動的復雜系統中，有些事件的啟動和停止并非是連續的，而是發生在離散的時間點，帶有一定的隨機性，并且組成單元數目大，事件狀態多，分析計算難度大。

2.4 施工現場安全管理

高校施工現場安全管理是一個典型復雜系統，涉及建設單位、監理單位、施工單位等多個智能體類型，不同智能體類型中包含眾多智能體，不同智能體被賦予不同的參數與行為特征，智能體之間通過信息溝通、協調合作等多種手段進行直接或者間接的交互作用，進而決定了復雜系統的宏觀狀態。在施工現場安全管理過程中，只有當建設單位、監理單位發現不安全行為后才有可能對施工單位工人進行安全教育，施工單位工人是否愿意接受安全教育也都有一定的隨機性，因此施工現場安全管理具有離散事件的動態系統特征。

3 基于Anylogic的高校施工現場安全管理模型仿真

3.1 基于Anylogic軟件的仿真模型

3.1.1 環境建模并生成智能體

某高校建成時間較早，地下管線未合理規劃，經常因維修管線導致道路重復開挖、交通不便，現對校內5 m寬的干道進行改造，擬將電力、通訊、燃氣、給排水等各種管線集于一體，施工工序復雜。建設單位安排1名結構專業工程師進行安全檢查，監理單位安排3名監理工程師負責現場安全巡查，施工單位安排50名建筑工人進行施工，如圖1所示。

圖1 施工現場安全管理物理模型

3.1.2 智能體參數設置

施工現場個體的安全知識掌握程度及安全態度直接影響了施工現場不安全行為數量和根除不安全行為時間，本文認為安全檢查人員安全知識掌握越多其安全檢查能力就越大，安全檢查能力和安全檢查范圍成正比例關系。建設單位與監理單位安全態度越好，更會主動對工人進行安全教育。工人安全態度越好，也更容易接受安全教育并且愿意根除不安全行為。安全檢查能力取值上限根據道路寬度確定。物理模型中道路寬度為5 m，且考慮到實際工作中有些不安全行為不明顯或者是無痕跡的，距離較遠時不易發現，且通過后續模擬發現當安全檢查能力范圍大于5 m之后，增大安全檢查能力對于縮短根除不安全行為的時間影響較小，所以將安全檢查能力范圍定為0～5 m。綜上，在施工現場安全管理仿真模型中確定如表1所示個體行為參數。

表1 個體行為參數

3.1.3 智能體行為邏輯設置

利用Java語言對建設單位工程師、監理單位工程師、施工單位工人的行為邏輯進行設置。

(1)建設單位工程師

建設單位工程師日常沿著既定路線進行檢查，如果有不安全行為的工人在其安全檢查能力C1之內，則工程師會發現不安全行為，并以概率J1對工人進行安全教育，安全教育后繼續進行安全檢查。如果有不安全行為的工人不在建設單位工程師安全檢查能力之內，則建設單位工程師不會發現該不安全行為，仍沿著既定路線進行檢查，完成安全檢查后建設單位工程師離開施工現場。

(2)監理單位工程師

監理單位3名工程師一直在施工現場進行安全巡查，由于施工現場涉及專業多、施工單位工人多，從宏觀上來看監理單位工程師安全巡查表現為隨機運動，如果有不安全行為的工人在監理單位安全檢查能力C2之內，則監理單位工程師會發現不安全行為，并以概率J2對工人進行安全教育，安全教育后繼續進行安全檢查。如果有不安全行為的工人不在監理單位工程師安全檢查能力范圍之內，則監理單位工程師不會發現不安全行為。

如果某監理工程師與施工單位合謀產生尋租行為，則監理單位工程師不履行監督檢查等相應職責，即使發現了不安全行為也不對工人進行安全教育。

(3)施工單位工人

施工單位工人在施工場地中按工序進行施工，施工現場涉及專業多、工序復雜，從宏觀上來看工人運動為隨機運動，其中有N個不安全行為。如果有不安全行為的工人在建設單位或監理單位工程師安全檢查能力范圍之內，一旦對方對其進行安全教育，工人會以概率J3接受安全教育，接受安全教育后工人以概率J4選擇是否根除不安全行為。

3.2 蒙特卡洛模擬方法

蒙特卡洛方法以統計抽樣理論為指導，利用產生隨機數的隨機性，對隨機變量已有數據的統計進行抽樣實驗或隨機模擬，求得統計量的某個數字特征并將其作為待解決問題的數值解[14]。為確定施工現場不安全行為在不同條件下全部被糾正的時間，本文采用蒙特卡洛模擬方法進行計算分析，分別對每個模型計算10000次，獲得模擬該問題的近似解以進行后續的研究分析。

4 研究內容

4.1 監理單位行為參數

4.1.1 監理單位安全檢查

模擬監理單位安全檢查能力對根除施工單位不安全行為時間的影響，結果發現，隨著監理單位安全檢查能力提升，根除不安全行為所花費的時間變短。當監理單位安全檢查能力提升至一定程度后，根除不安全行為所花費時間的變化趨勢較小，如圖2所示。

圖2 根除不安全行為時間隨監理單位安全檢查能力變化曲線

相比于建設單位，監理單位在施工現場停留時間較長，基本能夠涵蓋施工現場每個角落，增大監理單位安全檢查能力更有利于識別施工現場工人不安全行為，縮短根除不安全行為的時間，如圖3所示。

圖3 不同建設單位、監理單位安全檢查能力情況下根除不安全行為的時間

4.1.2 監理單位安全教育

監理單位對施工單位工人的安全行為交互主要包括安全檢查和安全教育。監理單位對工人進行安全教育的概率越高，根除施工單位全部不安全行為的時間越短。對監理單位安全檢查能力和監理單位對施工單位進行安全教育概率對比分析，發現同等情況下增大監理單位安全檢查能力更有利于縮短根除不安全行為的時間，如圖4所示。監理單位工程師文化程度相對較高，安全態度較好，短時間內再次增強其安全態度有一定難度，提高其安全檢查能力效果更加明顯，因此建設單位或者行業監管單位對監理單位進行安全教育時更應傾向于安全知識教育，增強識別不安全行為的能力。

圖4 不同監理單位安全教育概率、不同檢查能力情況下根除不安全行為的時間

4.2 建設單位行為參數

建設單位工程師檢查路線越縝密，其發現并糾正的不安全行為數量越多，如圖5所示。由于建設單位工程師在施工現場時間有限，其應根據施工現場情況合理安排檢查路線，安全檢查要能夠覆蓋到每個過程，盡量做到無死角、無盲區，對于薄弱環節、關鍵部位等必須納入安全檢查路線之中。另外模擬結果也表明，相比于增大建設單位工程師安全檢查能力，合理規劃檢查路線更有利于提高根除不安全行為的數量。考慮到提高安全檢查能力是一個知識認知的過程，并且人員的接受程度有限，需要花費大量時間去學習和理解，建設單位若想短期內提升施工現場安全管理水平，應盡可能合理規劃檢查路線。

圖5 不同檢查路徑下安全檢查能力對建設單位根除不安全行為數量的影響

4.3 施工單位行為參數

4.3.1 施工單位安全教育

加強對施工現場工人的安全知識教育，工人掌握基本安全知識后可明顯降低施工現場不安全行為數量，有利于縮短根除不安全行為時間，而安全態度教育是向施工現場工人宣貫安全行為的重要性，使工人充分認識到不安全行為的危害，從思想上摒棄固有的不正確的認知，加強安全態度教育，提高施工單位工人接受安全知識教育的概率、愿意根除不安全行為的概率，也能明顯縮短根除不安全行為的時間，如圖6所示。

圖6 安全教育對根除不安全行為時間的影響

4.3.2 施工單位安全教育內容

對比施工單位不安全行為數量(受安全知識教育影響)、工人接受安全教育概率(受安全態度教育影響)，發現提高施工單位工人接受安全教育的概率更有利于降低根除不安全行為時間，如圖7所示。由于施工單位工人文化程度普遍偏低，且未接受過正規系統的技能培訓，如果直接對其進行安全知識教育，可能由于專業性較強且晦澀，施工單位工人不容易懂，培訓效果較差，考慮到項目工期較短，短時間內建設單位和監理單位更應該重視施工單位工人的安全態度教育，端正其安全態度，當發現其不安全行為時，工人可以接受建設單位或監理單位安全教育并遵照相關意見糾正不安全行為。

圖7 不同施工單位接受安全教育概率、不同不安全行為數量情況下根除不安全行為的時間

施工單位根除不安全行為的概率和施工單位接受安全教育的概率對于縮短根除不安全行為的時間同等重要，如圖8所示。在對施工單位工人進行安全教育時也應采用多種手段增強施工單位工人“我要安全”意識，端正安全態度，主觀上積極主動糾正自身不安全行為，有利于降低根除不安全行為時間。

圖8 不同施工單位根治不安全行為概率、不同施工單位接受安全教育概率情況下根除不安全行為的時間

4.3.3 監理單位及施工單位安全態度教育

對比監理單位進行安全教育的概率及施工單位接受安全教育的概率，發現增大施工單位工人接受安全教育的概率更有利于降低根除不安全行為的時間，如圖9所示。建設單位或者監理單位應通過解釋、勸慰、說服、感染、獎懲等多種方法來提高施工單位工人的安全態度，使其降低對安全管理的抵觸情緒，聽從安全管理意見。

圖9 不同監理單位進行安全教育概率、不同施工單位接受安全教育概率情況下根除不安全行為的時間

4.4 尋租行為

如果某監理單位工程師與施工單位合謀產生尋租行為，則該工程師對施工現場不安全行為視而不見且不督促工人進行整改，此時其安全檢查能力及對工人進行安全教育的概率均為0。如果監理單位工程師全部出現尋租行為，則施工現場工人不安全行為均不會被糾正，施工現場安全管理風險極高，如圖10所示。同一時間段內監理單位內部尋租人員越多，施工單位中不安全行為被發現并糾正的數量越少，直接導致未尋租的工程師花費更多時間才能發現并糾正施工現場的全部不安全行為，鑒于此，建設單位要采取多種方式加強與監理單位、施工單位的安全行為交互，進一步提高施工現場安全管理能力，降低或者避免出現尋租行為。

圖10 尋租行為對建設單位根除不安全行為數量、時間的影響

5 結 論

(1)施工現場安全管理工作涉及多個主體，具有離散事件動態系統特征，利用Anylogic軟件進行模擬仿真充分考慮了多智能體間的行為交互，可用于行為安全仿真領域。

(2)施工現場安全行為交互主要包括安全檢查、安全教育兩個方面。

(3)建設單位在提高安全檢查能力的同時，更應合理規劃安全檢查路線，建設單位在安全檢查中應合理規劃檢查路徑，盡量覆蓋到每個過程，并且應采取多種手段避免監理單位和施工單位合謀產生尋租行為。

(4)同等情況下增強監理單位的安全檢查能力效果優于增強監理單位安全態度，對監理單位進行安全教育應側重于安全知識教育，增強其識別不安全行為的能力。

(5)增強施工單位安全態度教育要明顯優于增強監理單位的安全態度教育，并且建設單位、監理單位對施工單位進行安全教育時更應側重安全態度教育，使其認識不安全行為的危害性，從“要我安全”到“我要安全”，端正安全態度。