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施工安全与健康管理技术：当前使用（情况），实施的好处和局限性以及采用障碍
Chukwuma Nnaji a,*, Ali A. Karakhan b
a阿拉巴马大学土木，建筑与环境工程系，美国阿拉巴马州塔斯卡卢萨市HM Comer 3043，美国35487
b俄勒冈州立大学土木与建筑工程学院，美国俄勒冈州科瓦利斯市科尔尼厅101号科尔尼大厅，美国97331
摘 要
采用和实施创新的解决方案是提高施工安全性能的有效手段。在过去的二十年中，使用技术作为预防工具来制止在建筑业与其他工业部门相比不成比例的工人伤害和死亡比率的现象，已经引起了广泛关注。先前的研究强调需要提高有关技术在建筑安全和健康管理中的实用性和实用性以及限制和阻止施工技术使用的因素。本文旨在通过以下方法来填补这一知识和实践的空白：（1）识别用于建筑业安全和健康管理的技术并评估其在建筑业当前的使用率（2）强调使用技术进行安全和健康管理的好处和局限性；（3）确定采用安全和健康管理技术的主要障碍，并提出克服这些障碍的策略。为了达到研究目的，我们进行了一项调查以收集有关该主题的相关数据。102位具有相关技术知识的建筑从业人员参与了调查。研究结果表明，尽管在建筑工业中采用和使用的安全和健康管理技术略有增加，但由于安全与技术能力，是在整个行业中仍存在着明显的阻力。该研究结果为行业从业者和研究人员提供了有关技术实施局限性和技术采用障碍以及克服此类局限性和障碍的战略的宝贵信息。克服技术实施的局限性和采用障碍，有望增强建筑行业安全管理技术的采用。
- 绪论
建筑业是全球经济的主要贡献者，为全球国内生产总值（GDP）贡献了约10万亿美元[1]。在2015年和2016年，建筑行业占美国GDP的6.2％、超过了6500亿美元，而这一数据仍在继续增长[2]。因此，建筑劳动力对全球和美国经济都至关重要。建筑工人的福利可以提高生产率和工作质量，从而生产出高性能的建筑物和/或土建工程。产出高性能的建筑物和/或土建工程可以最大程度地提高所有公民的体验并促进国民经济的发展。相比之下，建筑工人面临的任何负面挑战都会影响他们生产率、工作质量，并最终导致经济和公众体验的不良结果。因此，应最大程度地提高建筑工人的福利。但是，这些劳动力面临独特的挑战，会对他们的福利，尤其是人身安全产生负面影响。由于工伤和死亡，建筑业每年损失数百名工人。2017年，美国建筑行业报告了970多起与建筑工作有关的死亡事故[3]。如此之高的死亡率导致每10万名全职建筑工人每年约有10名工人死亡。根据国际劳工组织（ILO）的数据，全球发达国家的建筑工人在工作中发生致命事故的可能性是其他行业的3-4倍。在发展中国家，这一数字增加到6倍[4,5].
为了最大程度地减少工作场所的伤害和死亡人数，在过去几十年中，建筑行业已采用了从行为到工程安全方法的多种实践。行为方法[6–8]强调提高工人对危险的认识以及在工作场所使用最大程度的安全预防措施。工程控制[9]包括采用安全最佳实践（例如，防护和安全轨道系统），以防止工人暴露于危险中。但是，建筑行业的安全性能仍然很差。
研究人员不断寻找可以显着改善建筑业安全绩效的替代策略和实践。对有关建筑安全的最新出版物[10–14]研究揭示了利用技术进行安全管理的明显趋势。周等人[15]指出，从2000年代初到2010年代初，关于安全管理技术应用的出版物增加了大约三倍。在过去十年（2010-2019年）中，这一比率也一直保持着[16]; [17].利用技术进行安全和健康管理的研究已经增加，因为技术可以通过识别通常对工人不可预见的工作场所危害并在项目生命周期的早期消除工作场所危害来创造多重安全效益。总而言之，本研究旨在借鉴有关该主题的当前研究成果，并最大程度地发挥科技在建筑行业进行职业安全与健康（OSH）管理方面的应用。与以往的研究一致[18]，用于安全和健康管理的技术是指用于监测和改善建筑业中的安全和健康管理和/或安全性能的信息技术，数字化和传感设备。这些技术可以用作主要功能或次要功能，以保护工人免受危害（即控制或消除危害）或帮助识别/识别劳动力危害（即利用虚拟现实进行危害识别和确认）。例如，可穿戴传感设备和外骨骼系统等技术主要用于增强OSH管理，但也可以提高工人的生产率[10,19].同样，建筑信息模型（BIM）的主要功能是通过有效的信息共享和沟通来提高生产力，但是BIM也可以用于改善工人的安全和健康管理[20].
- 背景
2.1 建筑业职业安全健康管理
在建筑中管理OSH管理是任何建筑项目成功的关键因素。安全和健康事件会对项目的进度，质量和成本以及员工士气，公司声誉，保险费等产生负面影响[21–23]。这种负面结果不仅可能影响建筑工人及其组织，还可能以破坏性的方式影响周围的社区或整个社会[21]。控件的层次结构通常用于OSH管理的构造中。控制的层次结构是一个包含不同级别控制的系统，以减轻工作场所的危害并管理OSH [24,25]。
具体而言，控制的层次结构包括五个级别[消除，替代，工程，管理和个人防护设备（PPE）]，从减轻工作场所危害的角度来看，是从最有效到最不有效。消除和替代危害（例如用零排放物质替代有害排放物质）被认为是最有效的方法，因为它们可以物理去除全部或部分危害[26,27]。根据控件的层次结构，工程控制（例如，机器防护，护栏，路障和防坠落系统）被认为是第二有效的控制系统[26,27];它们将工人与身体危害隔离开来，但不能消除或减少物理危害。最后，行政控制（例如安全标志和培训）和个人防护设备（安全鞋和护目镜）在减轻工作场所危害方面被认为效果最差[26,27]。行政控制可以提高工人对危险的认识，但不能减少人身危险，PPE用于在发生事故的情况下最大程度地减少人身危险，而不会减轻人身危险[25,26].下一节将讨论如何将不同的施工技术用于施工安全管理。这些技术可以提供不同类型的危害控制，从消除到管理，取决于所使用技术的类型和功能。
2.2 安全卫生管理技术在施工中的应用
在过去的几十年中，技术在建筑行业中的应用受到了极大的关注。最初采用的大多数技术，这些技术要么用于提高最终产品的质量，要么用于提高建筑过程的效率，这两种技术最终都可以降低成本并提高利润。如今，很明显，目前越来越多的建筑技术被用于安全和健康管理（[28]; [10–14,18,29]）。这些技术可用于不同的建筑应用中，以减轻工作场所的危害。
如前所述，可以通过使用多种技术提供类似于现实情况的案例，来帮助培训工人认识工作场所的危害。特别是，在实践中使用混合现实模拟来培训建筑工人和设备操作员，以识别和减轻与建筑任务和机器操作相关的工作场所危险[30]。举一个例子，[31]李等人开发了一种多用户友好的虚拟环境培训工具，建筑业雇主可利用该工具培训工人有关塔吊安装和拆卸的安全程序。开发的工具提供了分步过程，以安全的方式执行塔式起重机的安装和拆除。所有的培训都是通过虚拟现实环境实现的，该环境可使受训者于最低风险至零风险中学习塔式起重机的安装和拆卸程序。这种工具是一种有效的行政控制措施，可帮助建筑工人了解在塔吊安装和拆除过程中受到较低的安全风险。
重要的是，将技术用于安全管理可以提供更有效的控制（例如工程控制），而不仅仅是简单地培训工人如何识别危害（例如，管理控制）。齐[32]和[5]开发了安全工具，以在项目生命周期的早期（即设计阶段）识别并解决潜在的施工危害。同样，张等人[15]开发了一个安全规则检查平台，该平台可以检查建筑系统并自动识别任何潜在的工作场所危险。一旦危害被识别和分类，平台就会产生预防措施，以消除设计中的危害或减轻施工作业过程中的危害。上述工具和平台在开始施工之前利用BIM进行设计，以确保建筑工人的安全。为建筑工人的安全而设计，可确保从施工过程中消除大部分物理危害，这是根据控制层次结构理论减轻危害的最有效方法。
建筑业中出现的另一项技术是可穿戴安全装置（WSDs）；WSDs在业界和学术界都受到了广泛关注。WSDs是一种小型可穿戴设备，工人可以将其附着到自己的身体，服装或配件上，以监控其健康状况和/或提高其安全性。这些设备是高效，易用且廉价的安全工具[10,18]。具体而言，WSDs在建筑中用于预防现场人员的肌肉骨骼疾病，防止工作跌倒，评估现场工作人员的体力和疲劳程度，评估工作人员和管理人员的危害识别能力以及监控工作人员的精神状态[14,29]。各种其他安全管理的技术应用已经存在，但为简洁起见，本研究未对它们进行描述。建议有兴趣读者查阅相关文章[11,13,14,29,30,33]。
- 研究目的
如前所述，本研究的目的是在有关建筑管理和安全中使用的技术之间的交叉方面的现有研究成果的基础上，最大限度的提高OSH的应用。如果不了解采用OSH管理技术的好处和局限性以及障碍，就不可能实现这方面的最大化。尽管有几项研究互换了限制和障碍来代表阻碍建筑业使用技术的因素，但这些术语并非始终是同义的。障碍是阻止组织或个人采用技术的因素[34]。障碍通常是采用前的因素。相反，限制是限制技术扩展实施的因素，通常是在技术集成的采用后阶段观察到。这些定义当然不是同义词。为了确保区分障碍和限制，本研究将“障碍”定义为阻止采用和使用安全与健康技术的因素，而“限制”则是限制已经采用的技术的因素。为了成功地在安全与健康管理建设项目中实施技术，应确定阻碍人们采用安全与健康管理技术的因素以及限制其在采用后继续使用和利用的因素。
为了实现上述研究目标，三个主要方面目标设定如下：
1)确定用于OSH管理的可用技术，
2)识别并排序OSH管理技术的优点和局限性
3)确定和量化采用OSH管理技术的障碍，并提出解决方案以克服这些障碍。
- 研究方法
为了实现本研究的三个目标，采用了一种多方法研究方法。该方法包括对有关该主题的可用文献进行结构化审查和有关主题的现有文献的全面分析，以及对行业专业人员进行调查。下面将详细介绍所使用的两种方法。
4.1 文献搜索参数
首先，对现有文献进行了综合审查，以确定该行业当前用于改善工人安全和健康的技术，其应用，益处和局限性。文献综述是一种综合的方法论综述方法，它结合了来自经验和理论文献的数据，以开发建立概念模型，回顾基于证据的发现并分析与特定主题相关的问题[35,36]。以往的与建筑相关的研究都采用了此审查过程，以确定在基于安全性能选择建筑承包商时影响决策制定的重要因素[37,38]。此外，审查过程已广泛实施，作为确定与健康相关领域使用安全和卫生技术相关的障碍和收益的工具[39,40]。这项研究的审查过程来自Souza等人[35]并涉及六个阶段，即（1）准备指导性问题，（2）抽样文献，（3）收集数据，（4）分析纳入的研究，（5）讨论结果，（6）进行综合审查。为简便起见，每个阶段的描述都被排除在手稿之外，但可以在Souza等人的文章中找到。[35]
审核过程以四个主要问题为主导，即“建筑行业使用哪些技术进行OSH管理？”“在OSH管理中使用这些技术有什么好处？”“在建设项目中使用这些技术管理工人的安全和健康有哪些局限性？”和“阻碍公司采用这些技术进行OSH管理的障碍是什么？”随后，利用多个数据库，包括谷歌学者和Scopus数据库，以及特定的出版商，例如美国土木工程师学会（ASCE），泰勒和弗朗西斯，翡翠和爱思唯尔，通过使用与指导性问题相关的关键字来搜索和识别有用的出版物。 （例如，“施工管理”，“施工安全设备”，“安全创新”和“施工技术”以及“工人安全与健康”）。例如，在搜索Scopus时，使用了以下搜索代码：(TITLE-ABS-KEY (“Construction Management” OR “Construction”
OR “Civil Engineering” OR “Built Environment”) AND TITLE-ABS-KEY
(“Worker Safety” OR ' Worker Health” OR “OSH” OR “Occupational
Safety and Health” OR “OSH”) AND TITLE-ABS-KEY (“Technology” OR
“Innovation” OR “Device')) PUBYEAR gt; 2000 AND PUBYEAR lt; 2019.
（标题-ABS-KEY（“建筑管理”或“建筑”或“土木工程”或“建筑环境”）和标题-ABS-KEY（“工人安全”或“工人健康”或“ OSH”或“职业安全”）和健康”或“职业安全与健康”）和标题-ABS键（“技术”或“创新”或“设备”））出刊年gt; 2000 以及 出刊年 lt;2019。
之后，筛选出的出版物主要集中在标题，摘要和结论以及图形和表格上。如果认为出版物具有相关性（也就是说，其中包含有关在建筑项目中应用安全/健康技术的讨论），则将对该内容进行进一步的详细检查，以确定采用和使用安全和健康技术的潜在利益，局限性和障碍。除
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