《Expert Systems with Applications》：MDDW-CSRA: An improved FMEA model based on CAS theory and BCO-FCM approach for construction safety risk assessment
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施安金|陈家亮|杨奇林|桂玉恒|刘俊辉|徐恩民摘要建筑安全风险评估对于保障工人安全、设备可靠运行以及项目顺利推进至关重要。然而，建筑安全风险评估具有高度复杂性和多维度性，现有的风险评估方法在评估建筑风险因素时往往缺乏足够的适应性，导致准确率较低。为解决这一问题，本研究以复杂适应系
施安金|陈家亮|杨奇林|桂玉恒|刘俊辉|徐恩民
摘要
建筑安全风险评估对于保障工人安全、设备可靠运行以及项目顺利推进至关重要。然而，建筑安全风险评估具有高度复杂性和多维度性，现有的风险评估方法在评估建筑风险因素时往往缺乏足够的适应性，导致准确率较低。为解决这一问题，本研究以复杂适应系统理论为基础，构建了一个包含六个评估维度的建筑安全管理风险准则体系。在该体系中，我们通过结合三角模糊数、蜂群优化算法和模糊认知图，改进了传统的故障模式与影响分析方法，解决了专家问卷结果模糊、权重设定静态以及风险因素独立性假设等问题，从而形成了多维度动态加权建筑安全风险评估模型。我们将该模型应用于雅安高铁站项目的建筑安全风险评估，并与其他风险评估方法进行了比较。结果表明，该模型在风险优先级排序的准确性（高达96.8%）、系统性风险识别以及迭代精度提升过程中的收敛稳定性方面表现优异，证明了其可行性和优越性。
引言
随着全球基础设施建设的加速，建筑行业在推动经济和社会发展方面发挥着重要作用，但与此同时，它也是事故频发领域之一，职业伤害问题十分突出（Lin等人，2025）。国际劳工组织的统计数据显示，建筑行业的死亡率一直处于较高水平，这使得建筑安全成为制约项目进展及行业长期发展的关键因素（Newaz等人，2025）。在复杂多变的工作环境中，安全管理的首要任务就是评估各个建筑风险因素所带来的风险程度，识别出高风险因素，并确定控制措施的优先级，以便更有效地分配监管和预防资源，减少潜在损失（Kiral，2025）。因此，严格的建筑安全风险评估不仅是确保项目质量和工人安全的必要条件，也是加强安全管理、优化风险控制策略的基础。
在风险评估方面，现有研究已经开发出了多种工具和方法，以满足不同应用场景的需求。常见的方法包括德尔菲法（Ji等人，2022）、故障树分析（Chi等人，2014）、事件树分析（Hong等人，2009）、根本原因分析（Sathvik等人，2023）以及故障模式与影响分析（FMEA）（Juan等人，2023）。其中，FMEA因其结构化、主动性和系统性，以及能够识别潜在故障模式及其后果的特点，被广泛应用于制造业（Febriani等人，2020）、航空业（Xiao等人，2025）、医疗行业（Ford等人，2009）和核能行业（Lo等人，2021）等高风险领域。近年来，许多学者不断对FMEA进行改进，但这些改进方法在应用于复杂的建筑安全风险评估时仍存在一定局限性。例如，Liu等人（2023）将数据包络分析、基于理想解的TOPSIS方法和云模型引入FMEA中，而Yu等人（2025）则利用区间值球面模糊集和基于组合距离的评估方法来改进风险排序。这些研究主要提升了FMEA处理模糊信息、不确定判断以及排序区分能力，但其评估框架仍然相对有限，无法完全体现复杂建筑场景中多个风险源的联合效应（Ellis和Herbert，2011；Liao等人，2018）。同样，Rezaei等人（2024）还将FMEA与模糊认知图相结合，用以考虑故障模式之间的因果关系。不过，这种交互建模主要用于改进风险识别和解释，尚未完全转化为基于FMEA的风险计算和优先级排序的内生评估信息。此外，尽管Ervural和Ayaz（2023）提出了一种数据驱动的FMEA框架，该框架结合了风险因素、近似边界区域比较排序以及通过指标间相关性进行静态权重调整的方法，以降低传统FMEA的主观性，但其权重处理方式仍然固定，无法根据建筑环境的变化或专家认知差异进行动态调整。
因此，现有的基于FMEA的风险评估方法在维度扩展、交互建模和动态权重方面仍存在不足。这些局限性在建筑安全管理中尤为明显，可归纳为以下几点：(a) 如何在建筑安全管理背景下扩展FMEA的风险评估维度？(b) 如何将风险因素之间的交互作用纳入FMEA的风险评估和排序机制中？(c) 如何建立动态权重机制，以适应不断变化的建筑环境及专家认知差异？
为解决这些问题并依托最新的研究成果，本研究以复杂适应系统理论为理论基础，通过整合三角模糊数、蜂群优化算法和模糊认知图，对FMEA进行了改进，从而提出了多维度动态加权建筑安全风险评估模型。该模型通过一个真实的建筑管理案例进行了验证，并与其他传统风险评估方法进行了比较。结果表明，该模型在风险优先级排序的准确性（高达96.8%）、系统性风险识别以及迭代精度提升过程中的收敛稳定性等方面表现良好，充分证明了其在复杂建筑环境中的可行性和优越性。本研究的主要贡献如下：
- 1)
构建了一个六维的建筑安全管理风险评估体系。
- 2)
提出了专家意见和风险评估维度之间的动态权重机制。
- 3)
实现了对建筑风险因素之间交互效应的定量分析。
- 4)
通过雅安高铁站建设项目，实证验证了该模型在建筑安全管理中的可行性和优越性。
本文的其余部分结构如下：第2节回顾了建筑安全管理的相关文献，并指出现有研究的局限性。第3节详细介绍了MDDW-CSRA模型的方法论流程。第4节将该模型应用于雅安高铁站项目的实际施工案例。第5节将该模型与其他风险评估方法的结果进行比较，并通过基于蒙特卡洛的联合权重抽样方法进一步验证该模型。第6节总结了研究结论，明确了研究贡献，同时探讨了存在的局限性和未来研究方向。
章节要点
建筑安全管理风险
建筑安全管理风险是指在施工过程中可能引发工人受伤、设备损坏、施工中断、质量缺陷以及项目目标受损的各类不确定因素（Uchoa等人，2019）。与那些操作流程相对标准化的制造业、交通运输业和能源行业相比，建筑项目通常具有临时性、动态性，且需要多方协同作业，因此
研究设计与方法
为弥补上述研究空白，本研究通过融入复杂适应系统理论、三角模糊数、模糊认知图和蜂群优化算法，对传统的FMEA进行了改进，从而形成了MDDW-CSRA模型。具体而言，复杂适应系统理论有助于拓展FMEA的风险评估维度，三角模糊数可以处理专家评估中存在的模糊性，模糊认知图能够捕捉风险因素之间的因果关联，而蜂群优化算法则可实现风险评估维度的动态权重调整。整个研究框架如图1所示。
案例研究
为验证本研究提出的MDDW-CSRA模型的可行性，我们以一个真实项目案例进行了实证分析。在案例选择过程中，根据研究目标以及建筑安全管理的实际运作特点，制定了以下标准：(1)项目合同金额不低于8亿元人民币；(2)项目工期至少为24个月，以确保安全管理系统的持续运作；
讨论
本研究从方法对比和模型验证两个方面对所提出的MDDW-CSRA模型进行了分析。
结论
为解决传统FMEA在复杂建筑安全风险评估中的诸多局限性，如风险维度不足、风险因素间独立性假设以及权重设置静态等问题，本研究在传统FMEA的基础上，以复杂适应系统理论为指导，整合了三角模糊数、模糊认知图和蜂群优化算法，实现了建筑安全风险的六维表征、模糊化处理、交互作用建模以及动态权重调整。以雅安
作者贡献
施安金：负责原文撰写——初稿、可视化处理、项目管理、调研、资金申请以及概念构思。陈家亮：负责原文撰写——初稿、方法设计、模型验证、调研、形式化分析以及数据整理。杨奇林：负责原文撰写——初稿、模型验证、项目管理。桂玉恒：负责调研和形式化分析工作。刘俊辉：负责可视化处理和项目监督。徐恩民：负责原文审阅与编辑、项目监督、方法设计以及概念构思。
伦理审批声明
所有研究数据均获得了华侨大学伦理委员会的批准。
资金支持
本研究得到了福建省高校马克思主义指导下的哲学社会科学基础理论研究项目（重点项目）［项目编号：FJ2025MGCA043］以及华侨大学高层次人才启动基金［编号：21SKBS007］的支持。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
