基于WSR與C-OWA的地鐵施工安全模糊綜合評價研究*

張文靜 周雙禧 王均山 薛奎剛

(1.天津理工大學管理學院，天津 300384；2.中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300；3.中鐵建華北投資發展有限公司，天津 300110)

0 引言

我國城市化進程不斷加快，地下交通方式有效緩解了人們的出行壓力，地鐵建設項目數量日益增多。受管線交錯、地質復雜等眾多不確定因素的影響，地鐵施工過程具有技術復雜、施工環境差以及人機協同作業等特點[1]，極易導致施工事故，造成不良的社會影響。因此，急需建立一套客觀科學的地鐵施工安全評價體系，提升地鐵施工安全管理水平。

近年來，學者們針對地鐵施工安全開展了深入研究。例如：夏潤禾等[2]以人因作為關鍵影響因素，利用ABC分析法構建地鐵車站不安全行為風險管理模型，指出早期干預對于地鐵施工工人的不安全行為最為關鍵；魏丹[3]在地鐵施工的風險評價中引入故障樹，并結合層次分析法對地鐵施工安全展開評價；周盛世等[4]根據“人、機、材、制、環”5個方面篩選指標因素，以D-S證據理論和投影尋蹤法(PPC)建立風險概率與風險后果的施工風險評價模型；肖琪聃等[5]結合實際項目構建了貝葉斯網絡模型，為預防地鐵施工風險提供了有效手段；黃震等[6]為解決指標潛在的不確定性和模糊性，構建了基于云理論的盾構隧道施工風險綜合評價模型。

綜上所述，目前針對地鐵施工安全的研究成果頗豐，但現有研究視角多集中于整個地鐵項目，缺乏針對單個地鐵項目施工安全的研究，評價視角局限且層次單一。此外，現有研究評價指標的權重確定往往較為單一，對指標之間的關聯性和整體性考慮不足。而WSR是一種兼顧問題整體性和層次性，解析要素間相互關系、交叉影響的系統性方法論[7]，其核心機理是從物理、事理、人理三個維度分析復雜問題。因此，本文通過WSR 理論方法構建地鐵施工安全管理模型，結合專家建議修訂和完善指標體系，采用C-COW算子分別計算各安全評價指標權重，建立較為完善的地鐵施工安全管理體系。

1 基于WSR 與C-OWA的施工安全評價方法概述

1.1 WSR理論方法

20世紀90年代，顧基發和朱志昌共同提出物理-事理-人理(WSR)方法論[8]。目前,WSR作為有效解決復雜問題的方法論之一，已被廣泛應用于多個領域[9-10]。其中，物理是指物質本身的原理，即“是什么”；事理是指做事的道理和方法，即“怎么做”；人理是指人為的原因或道理。因此，必須綜合考慮物理、事理和人理三個要素，充分發揮人的主觀能動性，以獲得問題的最佳解決途徑。

地鐵施工項目屬于復雜的系統工程，作業中的安全影響因素具有量大、繁雜、多變等特點，各因素之間相互影響、相互滲透。從系統角度來看，施工安全因素融于一種以相對關系存在而形成的復雜系統中，從客觀存在的環境類安全因素到施工管理類安全因素再到施工中最為重要的人員類安全因素，環環相扣，相互影響，與物理、事理、人理一一對應。基于此，本文從物理、事理、人理三個維度構建地鐵施工安全評價體系，旨在全面分析地鐵施工安全影響因素。

1.2 C-OWA 算子基本原理

王煜在序加權平均(Ordered Weighted Averaging，OWA)算子的基礎上提出精簡計算過程、提高賦值可靠度的C-OWA 算子。為消除決策者主觀偏好，在對數據排序后進行數據的組合賦權，以有效實現權重和數據相結合，最大限度地降低極值造成的負面效應，確定指標的最終權重。目前，C-OWA 算子被廣泛應用于處理專家認知極值、削弱專家認知極端性等研究領域[11]。而地鐵施工安全評價普遍存在大量指標泛化、指標模糊性較強等問題，尤其是對于指標體系的修正和更改主要依賴相關行業專家的經驗。采用目前主流的賦權方法均難以消除專家差異性認知帶來的極值性影響。因此，本文在地鐵施工安全評價指標賦值中引入C-OWA 算子，基于專家的決策與判斷結果，公平、科學、有效地開展數據賦權。

2 基于WSR 的地鐵施工安全評價指標體系構建

地鐵施工的現場環境、技術要求、人員協調十分復雜，各因素間相互聯系、交叉作用。通過對天津地鐵6號線施工的設計方案、施工組織設計和類似工程施工安全因素進行收集和分析，利用 WSR 系統方法論，從物理、事理、人理三個維度分析地鐵施工安全影響因素，明確關鍵影響因素，構建地鐵施工安全評價指標體系，如圖1所示。具體分析如下。

圖1 基于WSR的地鐵施工安全評價指標體系

2.1 物理(W)維度

物理是指客觀存在于地鐵施工過程中的物質或規律。主要包括施工現場環境因素及施工所使用的機械材料等，如施工作業環境、設備性能、自然災害、材料質量、沿線地質條件、下穿管線分布、周邊構筑物影響等。

2.2 事理(S)維度

事理是指根據“物理”的基礎，采取科學有效的措施確保施工趨于最優安全狀態，從而保障項目順利實施。主要包括施工管理制度和施工涉及的工藝技術等方面，如安全生產制度、工期延誤、安全監控、事故預警、腳手架搭設情況、設備養護、洞內運輸情況、材料堆放及防水等。

2.3 人理(R)維度

人理指地鐵施工過程中涉及的各種人際關系及變化的過程，強調通過“人”的協調管理保證地鐵施工組織有序運行。主要包括人員因素及施工中的組織協調等方面，如人員安全意識、管理層管理水平、施工人員技術水平、施工人員操作規范、組織安全及文化等。

3 基于C-OWA的地鐵施工安全評價指標體系模型

3.1 基于C-OWA算子賦權法確定指標權重

地鐵施工安全評價指標具有模糊不確定性，而目前常用的賦權方法多基于專家差異性認知，難以消除極值問題。為避免在權重賦值過程中受主觀性影響導致結果失真，本文采用C-OWA 算子削弱主觀性影響的負面效應。具體計算步驟如下。

3.1.1 建立初始評價矩陣

首先，通過問卷形式邀請n名專家和地鐵相關人員對評價指標打分，分值區間為0～10分，得到初始評價矩陣A(a1,a2,…,an)；其次，按照從大到小的順序對初始評價數據排序，得到新評價矩陣B(b0,b1,…,bn-1)。其中，b0>b1>b2>…>bn-1。

3.1.2 確定加權向量

(1)

式中，j=0,1,2,…,n-1；n為專家個數。

3.1.3 計算絕對權重

(2)

式中，i=0,1,2,…,m；m為評價指標數量。

3.1.4 計算相對權重

計算評價矩陣A的相對權重wi，公式如下

(3)

3.2 建立模糊綜合評價模型

模糊綜合評價法是通過定量和定性相結合分析模糊現象的主觀描述方法[12]。具體計算步驟如下。

3.2.1 確定評價等級

該模型分為5個評判標準，即Z1，Z2，Z3，Z4，Z5分別代表優秀、良好、一般、較差、差。

3.2.2 確定模糊判斷矩陣

(4)

式中，x表示單維指標的個數；y表示Z中元素的個數。

3.2.3 模糊綜合評價結果

(5)

4 實例分析

4.1 項目概況

天津地鐵6號線二期工程項目正線全長14.17km，建設范圍從梅林路站到咸水沽西站，正線共9站9區間，另有出入段線、主變電站及電纜隧道。車站總建筑面積18.08萬m2，正線隧道區間總長度11km，土方開挖174.22萬m3，盾構掘進(單線)2.5萬延長米。項目施工范圍包含車站及區間土建工程、二次砌筑及設備區裝修工程、人防工程、主變電站及電纜隧道土建工程。

4.2 確定評價指標權重

同理，計算指標A32～A35的絕對權重，得到ω32=7.125、ω33=7.343 8、ω34=9.375、ω35=7。將絕對權重歸一化，得到二級指標權重ω3=(0.221 0，0.180 0，0.185 5，0.236 8，0.176 8)。地鐵施工安全評價指標權重見表1。

表1 地鐵施工安全評價指標權重

4.3 計算模糊綜合評價矩陣

通過相關專家調研結果，計算得到模糊綜合評價矩陣如下

計算一級、二級指標評價結果，公式如下

0.111 1，0.092 7，0.092 7)=(0.129 7，0.248 3，0.223 0，0.163 5，0.235 7)

歸一化處理后得到

按照隸屬度最大原則，得到

同理，得到其他指標模糊綜合評價結果，如下

4.4 評價結果分析

根據隸屬度最大原則可知，天津地鐵6號線二期項目施工安全整體評價為優秀。其中，物理和事理兩個維度評價均為優秀，人理維度評價為良好。根據C-OWA算子求得的權重結果可知，物理維度是影響地鐵施工安全的主要因素指標，其中，材料質量、事故預警、施工人員操作規范三個二級指標的權重較大，在施工階段應密切關注。人理維度評價相對較低，因此，在實際施工管理過程中應注重改進人理維度。首先，提高施工作業人員、管理人員安全意識，定期召開安全學習會議，開展事故案例分析及相關安全培訓；定期考核和檢查管理層監管工作，并實施相應的獎懲措施；加強5G、大數據等智能監控技術在地鐵施工安全管理方面的應用，尤其需要加強對井下工作人員的監控，切實保障施工安全。此外，應密切關注施工人員生理和心理狀態，及時進行相關人員的身體檢查和心理疏導；予以施工人員適度的薪酬激勵和充分的組織關懷，構建獨具特色的企業文化，營造安全、和諧的施工氛圍。

5 結語

為實現地鐵施工階段安全評估和管理，以天津地鐵6號線二期工程為例，建立地鐵施工階段安全評價指標體系，并依據評價結果提出應對措施。主要結論如下：

(1)結合WSR三維理論和施工現場實際，識別出地鐵施工階段安全影響因素，構建了多層次、相互聯系的評價指標體系，豐富了該指標體系的理論內容和實踐意義。

(2)基于C-OWA 算子實現評價指標組合賦權，極大地削弱了極值對結果產生的不利影響，進一步降低了指標的模糊性和不確定性，有效提升了指標賦權的科學性。

(3)通過模糊綜合評價法對天津地鐵施工階段安全狀況進行評估，研究結果顯示，該項目整體安全性達到優秀水平，并指出主要安全影響指標，為地鐵施工階段安全防控提供了新的思路。但是，本文缺乏針對性的改進建議，在后續研究中應深入專項措施研究，力求為地鐵施工階段安全提供更加完整、科學的管理保障。