基于D-S证据理论的地下洞室作业人员安全行为评价*（安全）

              郑霞忠^1,2，石法起¹，陈  述^1,2，刘  晶³，吴黎明^1，2

  （1．三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2．水电工程施工与管理湖北省重点实验室，湖北宜昌443002： 3．深圳方大建科集团有限公司，广东深圳518000）

摘要：为系统地评价地下洞室作业人员安全行为水平，综合运用集对分析和D-S证据理论，提出一种基于D-S证据理论的作业人员安全行为评价方法。首先，分析了影响作业人员安全行为的因素，构建包括作业人员安全素养、生理因素、心理因素、作业技术等4个一级指标及16个二级指标的综合评价指标体系，并将安全行为等级划分为4级；其次，采用集对分析处理二级指标的不确定性，产生基本信度分配函数( BPA)；然后，利用D-S证据理论，融合一级指标的BPA，产生最终安全等级隶属度；最后，结合最大隶属度原则和信任准则，确定地下洞室作业人员安全行为等级。以某水电站引水隧洞开挖工程为例，确定该工程中作业人员行为安全等级为Z₂级，即一般安全，符合工程实际。

关键词：安全行为；地下洞室；D -S证据理论；集对分析；作业人员

中图分类号：X913.4   doi：10. 11731/j．issn. 1673-193x. 2016. 06. 028

0  引言

    地下洞室施工空间受限、施工环境恶劣、多工序平行作业、工序转换频繁、施工干扰大，易导致作业人员不安全行为，进而引发施工事故。据统计，800/0~90%的施工安全事故是由工人的不安全行为直接或间接导致的，作业人员不安全作业行为已逐步成为导致施工安全事故的一个重要原因。因此，开展地下洞室作业人员安全行为评价，对于规范作业行为、降低安全事故率具有重要意义。

    安全行为管理能显著改善现场管理，国内外众多学者展开了系列研究。为分析不安全行为的产生原因，阴东玲等基于人因分析和分类系统，推理出不安全行为的影响因素；陈红等构建了矿井作业人员行为选择的数学模型，分析了作业人员违章行为的行为特征和原因；李兆雷等定量分析了自身安全素质等四方面因素对作业人员安全行为的影响。为改善作业工人员安全行为水平，郑双忠等运用组织行为学原理知识，建立了安全行为控制两级模型；关燕鹤等提出将安全生产标准化中逐条评分的思想融入作业安全管理中，减少员工不安全行为。为客观的确定安全行为等级，张海卿等结合模糊综合评价的方法建立了人员行为安全评价指标体系；Dagdeviren，Metin等构建了基于模糊层次分析法的行为安全管理模型。

    上述研究为开展地下洞室作业人员安全行为评价提供了借鉴和参考，然而对评价过程中不确定的、模糊的因素很难作出较好的处理，且较少考虑各影响因素客观性及其对安全行为的综合影响。因此，本文针对地下洞室施工作业的特点，分析影响安全行为的因素，建立作业人员安全行为评价指标体系，将作业人员安全行为评价看成多属性决策问题，提出基于D-S证据理论的地下洞室作业人员安全行为评价方法，以期不断提高作业人员安全行为等级。

1  作业人员安全行为评价体系

    通过对国内外地下洞室作业人因事故统计数据的分析，在参考相关研究文献基础上，结合作业人员和管理人员的访谈结果分析，确定影响地下洞室作业人员安全行为的因素，得到作业人员安全行为影响因素评价指标体系（见表1）。该体系由安全素养B₁、生理因素B₂、心理因素B₃、作业技术B₄等4个一级指标，16个二级指标组成。

2评价模型

2.1  评语集及等级划分

    为满足对地下洞室作业人员安全行为评价的需要，结合安全行为等级划分相关研究成果，将作业人员行为等级划分为4级，并设置评语集：

2.2  评价指标集对分析联系度

    地下洞室作业人员安全行为影响因素复杂，涉及安全素养、生理因素、心理因素、作业技术的方方面面，具有不确定性、难以精确描述的特点。集对分析是一种有效处理不确定性问题的系统方法，该方法考虑事物确定与不确定性之间相互联系、相互影响、相互制约，从同一度、差异度、对立度三个角度研究事物之间的联系与转化，可较好判断指标层的安全等级。

    假设给定两个集合A和B，组成集对C={A，B}，在某个集体问题背景下，集对H共有N个特性：5个特性是A、B共有的，P个特性是A、B对立的，剩余的F=N-S-P个特性是A、B不共有也不对立的，则集对H在该问题背景下的联系度表达式为：

    式中：a，b，c为参数，a、c是相对确定的，b是相对不确定的，并可以扩展。结合本文，将三元联系度扩展为四元联系度：

2.3信息融合

    D-S证据理论是一种处理不确定性问题的系统方法，依靠证据累积，不断缩小假设集，可有效融合安全素养、生理因素、心理因素、作业技术等4个方面的信息，推导出作业人员安全行为等级，不仅考虑了证据的客观性，而且降低了问题的不确定性。

2. 3.1  确定识别框架

对于-需要判决的特定问题，所有可能出现的结果

    为综合考虑不同证据的可信度，引入可信度系数，表示证据的可信程度，其值根据不同准则层之间的相对重要性来确定，越大，表示证据可信度越高。

2.3.3  证据融合

2. 3.4确定行为安全等级

    利用D-S证据理论确定作业人员安全行为等级，需要一定的判断依据，主要有最大隶属度原则和信度准则。前者在状态等级相差不大时容易导致误判，后者在前一状态等级接近置信水平时容易误判，故将两者结合，确定作业人员行为安全等级。若同时满足式(11)的条件，则作业人员安全行为等级为z。

    准则1表明评价结论应具有最大的BPA；准则2表明评价结论的BPA与其他的BPA之差要大于某一限制

2.4评估流程

    综上所述，基于D-S证据理论的地下洞室作业安全行为评价步骤如下：

    1)筛选表征安全行为的特征量及指标，构建地下洞室作业人员安全行为评价指标体系；

    2)利用层次分析法等系统方法综合确定准则层和指标层的权重；

    3)采用集对分析按式(5)计算安全素养、生理因素、心理因素、作业技术等四方面的等级状态联系度；

    4)按式(8)~式(9)构造基本概率分配函数，然后按式(10)进行证据融合，得到最终作业人员安全行为等级的BPA；

    5)综合最大隶属度原则和信度准则，按式(11)得出最终结论。

3  案例分析

3.1  工程资料

    某水电站位于金沙江下游河段，是一座以发电为主，兼顾防洪、航运和拦沙等综合效益的巨型水电站。该水电站在洞室开挖、支护等作业过程中，发生过几起由作业人员不安全行为导致的施工安全事故。为客观的确定作业人员安全行为等级，综合利用集对分析和D-S证据理论等理论方法，评价现场作业人员安全行为等级。

3.2评价过程

    采用AHP等方法综合确定指标权重，根据施工现场作业人员安全素养、生理因素、心理因素、作业技术等四方面的现状，对每项指标进行评估，得到各指标的评价结果，详见表2。

根据表2，按照式(5)计算一级指标的联系度，见表式(8)~(9)计算得到BPA，见表4。

    运用MATLAB软件编程，实现对表4证据的融合，获得最终作业人员安全行为等级隶属度向量x={0. 327 ,0. 624 ,0. 030，0.000)，不确定度m() =0. 020。根据式(11)的判断准则，可确定该工程中作业人员安全行为等级为z₂级，即一般安全，需采取措施提高作业人员安全行为等级。

4  结论

    1)针对地下洞室作业的特点，系统分析了影响作业人员安全行为的众多不确定性因素，将集对分析和D-S证据理论用于作业人员安全行为等级评价，充分考虑了安全素养、生理因素、心理因素、作业技术的客观性，解决了评价指标模糊性和证据不确定性问题。

    2)根据最大隶属度准则和信任度准则，确定作业人员安全行为等级，有效解决了状态等级相差不大时容易导致误判的问题，避免状态等级接近置信水平时出现误判。

    3)结合某水电工程引水隧洞开挖、支护工程中作业人员安全行为评价，确定该工程中作业人员安全行为等级为z₂级，即一般安全，符合实际，验证了方法科学性和合理性，为现场安全管理提供可依据。

    4)地下洞室作业人员安全行为受诸多因素的影响，如何提高员工安全素质和职业素养，减小各因素对行为安全的影响，完善管理是今后进一步研究的内容。