使用层次分析法（AHP）对建设项目的规划和预算进行安全风险评估
Saman Aminbakhsh , Murat Gunduz , Rifat sonmez.
土木工程学系，中东科技大学，安卡拉，土耳其
关键词:职业健康与安全,层次分析法,风险评估，资金，优先级
摘要：
介绍:建筑工程中固有的和独特的风险经常是承包商们的主要挑战。建筑业的特点是相对于其他行业的伤害和死亡率相对较高，故健康和安全风险是建筑工程中最重大的风险之一。在建设项目管理中，安全风险评估是识别潜在危害和评估与危害相关的风险的重要步骤。在风险评估过程中对安全风险进行充分的优先排序，对于规划、预算和管理安全相关风险至关重要。方法:在本文中，基于安全成本理论模型（COS）和层次分析法(AHP)，提出了一种安全风险评估框架。该框架的主要贡献在于，它提出了一种稳健的方法，在建设项目中优先考虑安全风险，以建立合理的预算，并在不损害安全的情况下制定切实可行的目标。对行业的影响:框架为决策者提供了一个决策工具，以在考虑资金限制的情况下确定适当的事故或伤害预防投资。本文通过实际工程实例说明了该安全风险框架，并讨论了该框架的优点和局限性。
1.介绍
近年来，由于其实际的重要性，在建筑工程项目管理中，风险管理得到了广泛的研究。在当今世界，在迫在眉睫的无形风险迅速发生变化的地方，生存的先决条件是对环境有深刻的认识，并有能力做出完美的决策。建筑行业是被公认的极易发生风险的，风险特征是复杂的、动态的、独特的，这些来自各种来源的不确定性。建设项目伴随着高度的风险，使企业融资承担直接成本和间接成本。这些费用包括与建造过程的各种方面有关的费用，例如安全管理和风险管理。
为了协助承包商和项目经理选择和管理项目，许多方法被提出。应用这些方法可以使项目经理避免潜在的问题。职业健康和安全问题(例如，材料或人从高处坠落、踩在物体上、用手工具造成的伤害、爆炸、电子事故)是建筑业的主要挑战之一。在此背景下，安全风险评估已成为近年来建设项目管理中一个非常重要的课题.
本文提出了一种新的安全风险评估方法。该方法旨在帮助决策者评估不同安全风险项目的影响。在该框架中，安全风险项目由专家通过层次分析法(AHP)进行优先排序。这个框架有助于项目经理规划、预算和管理与安全相关的风险。该方法用一个案例项目来说明。
本文的其余部分组织如下: 第2节是文献综述和安全成本模型（COS）；第3节介绍了AHP的背景；第4节描述了所提议的框架工作；第5节中提出了一个案例研究；第6节作总结发言。
- 文献回顾
从简单的经典方法到模糊的方法，文献中提出了许多的有关于风险分析评估的技术。霍华德和马西森（1981）采用影响图法进行风险分析。诺里斯（1992）采用灵敏度分析技术，预测单个自变量的变化对因变量的影响。蒙特卡洛模拟(PMBoK, 2004)也曾被建议使用评估多个独立变量的并发变化的方法。决策分析、决策矩阵和决策树(PMBoK, 2004)以及多因素决策技术，例如简单的多属性评价技术(Von Winterfeldt 和 Edwards, 1986)和层次分析法(AHP ; Saaty, 1990年)用于在危险或不确定的情况下进行决策。
职业健康和安全(OHS)风险被定义为一种危险的重要性，即在不同行业之间的伤害/疾病的概率和严重程度。“风险”一词由OHSAS定义为一个特定危险事件发生的概率和后果的组合(OHSAS Project Group, 2007)。伍德乐夫(2005)认为风险是指某个人或某物的价值受到危险的不利影响。与其他行业相比，建筑业具有相对高的致命和非致命伤害。平托、努涅斯和里贝罗（2011）指出，职业伤害和疾病不仅影响安全和健康，还会影响经济，因为高成本与工伤有关。在建设项目的范围内，事故费用占非住宅项目成本的7.9-15% (埃弗雷特、弗兰克, 1996)。因此，正确实施安全风险评估技术是促进项目成功的重要因素。
在许多研究中使用历史数据来开发OHS风险模型。Guuml;rcanli和Muuml;ngen (2009)和平托、努涅斯和里贝罗（2010）提出了基于模糊逻辑方法进行安全健康风险评估的定性模型。Guuml;rcanli和Muuml;ngen (2009)通过对专家的主观判断和使用现有的安全水平的建设项目来处理不确定性和不足的数据。
安全文献的一个重要部分集中在识别和描述各种方法以提高现场职业安全性。哈洛威尔(2008)开发并验证了一种评估建筑安全风险的正式方法。哈洛威尔(2008）的方法假设每个建筑活动都与特定的安全风险相关，并且每个安全程序都能够减轻其中的一部分风险。冯、谭、罗、陆(2010)试图通过引入程序来检查所做决策的可靠性，从而改进系统风险评估方法。事故的严重程度由三个参数决定:人员损失工作日，骨折或截肢，以及赔偿。在安全风险的测量中，米特罗普洛斯和纳博布迪里（2011）引入了一种观察方法，该方法基于可观察的风险因素和生产变量，客观地评估活动的任务需求。米特罗普洛斯和纳博布迪里（2011）也反映了执行安全活动的困难。哈洛威尔和甘巴泰萨(2009)进行了一项研究，通过使用德尔菲过程，量化个人的能力，以减轻建筑施工安全和健康风险，有助于确定安全程序元要素的相对有效性。克拉利斯和克森特斯(2007)研究了影响个体感知的内部和外部因素，并探讨了风险感知和安全行为之间的相关性，并提出了可能的组织计划。虽然大多数提到的风险管理技术可以应用于任何类型的风险评估过程中，但很少有这些研究集中在建筑行业的安全风险的定量评估。
2.1.安全成本(COS)模型
建筑伤害的成本对建筑组织的财务成功有很大的影响，并且可能会增加高达15%总建筑成本 (埃弗雷特、弗兰克, 1996)。因此，在事故/伤害预防方面的投资不仅对OHS管理很重要，而且对降低建设项目的成本也很重要。然而，有一点，即额外的投资收益递减回报和投资回报率是负相关的；因此，对于建筑单位来说，通过一个稳健的过程，客观地评估事故/伤害预防投资的成本效益是至关重要的。
沙洛（1992）引入了安全成本模型，从概念上描述了事故/伤害的成本-收益分析。COS模型如图1所示。根据COS模型，有一个理论平衡点，即预防和检测总成本等于伤害总成本，这一点反映了最优投资。COS模型也支持这样一种假设，即一定程度的安全风险必须被认为是可接受的，以维持一个组织的财务稳定。马努埃勒和梅因(2002)支持这一假设，并指出在大多数工作过程中存在一定程度的固有风险，而降低这种风险的成本可能是巨大的。随后，在实践中，在一定程度的高度安全之外，零事故的目标对事故/伤害评估和预防有重大的投资;也就是说，评估和预防成本必须大幅增加，以达到零事故或接近零事故。因此，COS模型的目的是为管理者提供一个分析成本、编制预算和制定现实目标的结构。
3.层次分析法(AHP)
层次分析法(AHP)是一种结构化多属性决策方法(萨蒂, 1990)。AHP的主要优点是能够检查和减少专家判断的不一致性。在决策过程中减少偏倚的同时，利用个体判断的几何平均，通过协商一致的方法来进行群体决策。AHP从成对的比较中派生出价值尺度，并与评级相结合，适用于多目标、多准则和多参与者决策，并提供任意数量的替代方案。AHP涉及评估尺度而不是度量;因此，它能够建模缺乏安全性的情况(例如，建模风险和不确定性)。AHP由三个主要原则组成:分解结构，比较判断，以及优先级关系的层次结构(或合成)。将决策问题分解为其组成部分，从而构建标准的层次结构，以确定各标准的重要性。
AHP最初由弗赖瓦尔兹(1987)和亨德森和杜塔(1992)使用OHS。帕德马和巴拉苏巴拉马尼(2009)利用AHP建立了一个决策辅助系统，以便将与可能发生问题相关的风险因素进行排名。AHP也被张、展、谭(2009)采用，用以减少与人为错误行为相关的危险因素，以及分析海上交通事故的原因。基姆，李， 帕克, 和李(2010)利用专家调查和层次分析法，提出了一种考虑施工现场风险影响因素的安全风险评估方法。巴德里，纳多和格博多苏(2012)提出了一种基于多准则分析技术(如AHP)和专家判断的OHS风险评估方法。
3.1 AHP的理论背景
在AHP中，决策问题通常被分为子问题的层次结构，每个子问题都可以独立分析。层次结构的元素可以涉及决策问题的任何方面。一旦构建了层次结构，专家就会给每对n个选项(Ai, Aj)分配一个数值范围(见表1)。数值尺度是通过在不同的选择之间进行成对的比较，从而使其对处于层次结构中的高级层次的元素产生影响。术语aijk表达了专家k对替代Ai的个人偏好与交替Aj的偏好
一旦用几何平均值(1)来创建和计算整体专家判断，就会将它们插入比较矩阵D (2):
矩阵D是一个比较矩阵，具有以下性质:
在满足条件(3)与条件（4）的情况下，矩阵D被认为是一致的。
采用矩阵P的比较矩阵D的近似值，给出了可选方案的排序结果。
矩阵P的元素是一致的判断，以权重比的形式表现出来:
pi表示订单向量p的替代方法的权重:
计算标准化后的标准化阶向量如下:
在这里：
萨蒂(1990)提出用最大特征值法确定判断矩阵为:
在这里;lambda;max是矩阵D的最大特征值，需要注意的是，比较矩阵D的不一致性必须小于10%，也就是说，不满足条件(4)的次数必须小于10%。根据萨蒂(1990)，判断的一致性也可以用Eq.(11)来评价:
和
RC（随机一致性指数）可以从表2中获得。由于任何1times;1或2times;2比较矩阵的列是依赖的，RC被假定为0。这意味着在等式（11）中除以零，并使CR趋向无穷大；也就是说，大小1和2的矩阵总是一致的。
4.建筑安全风险管理
项目安全风险评估是项目管理的一个基本组成部分，因为建筑项目容易出现各种职业健康和安全问题，如材料或人员从高处坠落、电气事故等。然而，只有少数几个研究采用了AHP方法和安全风险评估技术。在之前的研究中，最普遍的话题是AHP在整个决策过程中对替代方案的评估(即:项目、承包商等)。巴德雷塔(2012)侧重于对OHS风险等级的评估，为风险排序;但是，对于AHP在财务方面的应用，并没有明确的考虑。另一方面，职业伤害的费用可能占总费用的15%，在事故/伤害预防方面的适当投资可能影响到组织的竞争力。虽然投资于安全是安全成功的关键，但除此之外，额外的投资收益递减，投资回报变为负值，从财务的角度来看，这是不合理的。此外，即使在任何组织的范围内都有零事故，但由于项目预算的限制，这一目标在实践中是无法实现的。在此背景下，COS模型给出了一个理论平衡点，它反映了职业事故/伤害预防的最佳投资。因此，安全投资的成本效益分析是为了确保低工人的补偿保险费用，这是一个合理的间接成本水平，以帮助在投标阶段实现竞争力。
本文提出了安全风险管理框架，以有效地管理安全风险。该框架采用多准则比较技术，将职业健康与安全纳入项目风险评价。该方法采用AHP方法对风险因素进行配对比较，通过查询客观判断，对确定的风险进行可靠的优先排序。该框架为确定事故/伤害预防的适当投资提供了决策工具。这个框架是通过将COS模型的概念与AHP技术相结合来开发的。
该框架首先将决策问题划分为更容易理解的子问题的层次结构，每个子问题都可以独立地进行分析。根据施工安全风险问题来确定层次结构的要素。一旦构建了层次结构，专家就会对每一对备选方案进行数值计算，并将其对位于层次结构中较高层次的元素的影响进行成对比较。通过将风险评估转化为数值，确定每个专家判断的优先级指标。然后，利用层次分析法的处理权重，对数值进行比较，对风险项进行排序。风险项目的优先级使决策者认识到最重要和最不重要的风险项目。因此，项目管理团队在考虑项目资金限额时，可以确定要投资的安全风险项目。拟议的框架使决策者能够制定合理的预算，并为项目设定切实可行的目标，而不会危及安全。
5.该框架在实际工程中的应用
提出的AHP框架是用真实的建筑项目来说明的。首先是基于风险的层次结构，包括威胁施工安全的潜在风险项目，如图2所示。该层次结构由三个标准构成，每一个标准进一步划分为三个子层次。构建了四个互反矩阵，以指导专家在层次结构元素之间进行成对比较。第一个成对比较是在影响层次结构顶层的标准参数中进行的。在这一层次上，将各种危害进行比较，以确定它们对整体建筑安全的影响(图3)。为了保证所有互逆矩阵的判断一致性，使用特征向量EQS的最大特征值来计算一致性比率（CRS）。（14）至（17）
“事故危险”被认为是最重要的风险类别，其次是“物理危害”和“化学危害”。同样的程序适用于每个子标准，以确定它们对主要标准的影响。成对比较是为了区分等级中每个标准下的子标准。对于“事故危险”类别，“绊倒与跌倒”被认为比其他两个因素更有影响。在这一类别中，“电力与照明”被评估为比“明火与爆炸”更重要(图3)。
在“物理危害”类别中，元素从最重要到最不重要的排列为“机械和设备”、“振动”和“温度”（图3）。
最后，在“化学危害”类别中，元素“神经”被认为是更危险的元素，其次是“燃烧”和“通风”(图3)。
根据他们在施工阶段对不安全情况的感知贡献，计算等级中每个元素的归一化权重(图4)。总体优先级显示，“绊倒与跌倒”
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