朱 琛，申建紅，2，賈格淋，王 迪，張 超

(1.青島理工大學 管理工程學院，山東 青島 266520；2.山東省高校智慧城市建設管理研究中心，山東 青島 266520)

近年來，我國城市地下空間開發(fā)數(shù)量快速增長，地下設施廣泛建設的同時施工安全事故也不斷發(fā)生，其中坍塌事故是發(fā)生較為頻繁的事故之一。根據(jù)統(tǒng)計結果，自2015年到2020年中國每年因城市地下空間坍塌事故導致的傷亡總人數(shù)持續(xù)上升。為降低坍塌事故的發(fā)生頻率、減少人員傷亡，對坍塌事故發(fā)生中作業(yè)人員的不安全動作進行風險評估，并針對分析結果采取相應措施，對地下空間的發(fā)展和安全十分重要。

目前，國內外學者對不安全行為方面的研究主要集中在不安全行為識別、影響因素和不安全行為風險評估等方面。在識別不安全行為研究中，多數(shù)學者通過不同技術或算法對工程中的不安全行為進行識別，主要包括圖像識別技術[1-3]、卷積神經網絡法[4]、扎根理論[5]等。在不安全行為影響因素方面的研究較多，戴娜娜等[6]為研究化工建筑施工中不安全行為的影響因素及其相互關系，將結構方程模型運用到化工建筑施工中。王文柯等[7]運用社會網絡分析方法研究飛行員不安全行為影響因素間的關系。針對不安全行為風險方面的問題，遲鵬德等[8]運用未確知測度理論，結合改進的層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和熵權法對礦工不安全行為進行影響因素分析及風險評價。郭紅領等[9]為研究施工現(xiàn)場工人的不安全行為狀況，提出了一種事故危險后果系數(shù)方法對施工現(xiàn)場工人不安全行為進行評估預測。鄭僑宏等[10]利用人為因素分析及分類系統(tǒng)(Human Factors Analysis Classification System，HFACS)理論有效分析煤礦作業(yè)人員不安全行為風險狀況和變化趨勢，提出了一種基于熵權法和集對分析耦合的礦工不安全行為風險態(tài)勢分析方法。Qu N等[11]將最低合理可行(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)原理引入煤礦工人不安全行為水平模型，通過Vensim軟件仿真得出煤礦工人不安全行為水平的變化趨勢，以此實現(xiàn)煤礦員工行為風險管理決策研究。佟瑞鵬等[12]針對家具制造流程中作業(yè)工人的不安全行為，建立了基于蒙塔卡羅模擬的不安全行為風險評估模型，描述各個不安全行為對評估結果的影響程度。通過對不安全行為影響因素的分析及對行為風險發(fā)展趨勢的預測，有效為不安全行為風險評估研究提供參考依據(jù)。其中蒙特卡羅法(Monte Carlo simulation，MCs)能夠量化不確定因素對風險因素的影響程度，以概率分布的形式有效解決風險評估中的不確定性，相比其他方法能夠減少主觀隨機性，更適用于安全事故中行為風險的評估研究。

本文以2011～2018年發(fā)生的70起城市地下空間坍塌事故為例，對事故中作業(yè)人員的不安全動作從施工方、監(jiān)理方、建設方三方進行分類，將MCs法應用于地下空間坍塌事故的不安全動作風險評估，通過不安全動作的概率分布模擬坍塌事故中作業(yè)人員的行為風險及后果值，并進一步對風險結果進行敏感度分析，以期為科學預防坍塌事故和有效制止不安全行為提供決策依據(jù)和實踐應用參考。

1 地下空間坍塌事故不安全動作研究

1.1 不安全動作的定義及分類

作業(yè)人員違章操作、違章行動都有可能導致傷亡事故的發(fā)生，該種因作業(yè)人員違背內心而產生的風險動作即為不安全動作[13]。根據(jù)地下空間施工過程中主體單位的不同，將不安全動作按照施工方、監(jiān)理方和建設方進行分類。

Guo S等[14]指出不安全動作是導致事故發(fā)生的關鍵原因。為研究地下空間坍塌事故中不安全動作，選取2011-2018年間70起典型地下空間坍塌事故[15]進行分析，累計不安全動作發(fā)生411頻次，針對不安全行為的實施主體并參照文獻[16]對不安全動作進行分類研究，如圖1所示。

圖1 不安全動作分類及編號

1.2 作業(yè)人員不安全動作風險因素描述

不安全動作風險的大小一般由概率及后果嚴重程度2個風險因素度量，其中概率指坍塌事故中不安全動作發(fā)生的可能性大小，后果嚴重程度根據(jù)事故引起的損失等級確定。根據(jù)《安全生產事故年報和調查處理條例》及《企業(yè)職工傷亡事故分類標準》，結合相關經驗，將地下坍塌事故按照事故損失大小劃分為5個等級，并按照事故損失等級量化分值，見表1所示。

表1 事故等級量化分值表

2 地下空間坍塌事故不安全行為風險評估模型

2.1 不安全行為風險評估基本流程

(1)建立功能函數(shù)：通過構建行為安全造成的風險損失與不安全動作發(fā)生概率之間的關系模型，建立不安全行為風險評估功能函數(shù)。

(2)確定概率分布：在統(tǒng)計學理論基礎上對數(shù)據(jù)進行分析，擬合不安全行為風險因素概率分布，其中包括坍塌事故中不安全動作發(fā)生可能性的概率分布和所造成的后果損失概率分布。

(3)MCs模擬：在水晶球軟件中將不安全行為風險值定義，產生多組服從分布的隨機數(shù)序列，并設置抽樣次數(shù)和置信區(qū)間，模擬產生風險后果值的多組隨機數(shù)列，之后引入風險評估功能函數(shù)進行預測，計算出風險后果值的統(tǒng)計特征量，從而描述行為主體的風險因素情況。

(4)結果分析：通過各行為主體的概率分布及累計概率分布分析風險后果值大小及風險區(qū)間；根據(jù)分析結果制定相應的預防和安全措施。

2.2 構造功能函數(shù)

項目風險度量最常見的方法是損失期望值法[17]，即根據(jù)項目風險事件發(fā)生概率與可能造成損失后果大小的乘積來判斷項目風險。本文采用不安全動作發(fā)生的概率Pi和引發(fā)的事故損失大小Mi乘積來描述行為風險后果值R，且假設在事故中每個不安全動作所造成的損失分值相同，以不安全行為所造成的風險后果值作為衡量行為風險的大小。建立功能函數(shù)為

(1)

2.3 確定行為風險的概率分布

風險概率分布根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結果分析得出。為確定造成坍塌事故的后果影響程度及概率分布，首先參照70起地下空間坍塌事故實例[15]，對其中涉及的不安全動作按照主體單位不同分類統(tǒng)計分析，按照事故中不安全動作發(fā)生次數(shù)，計算各項不安全行為發(fā)生的概率；分析各個坍塌事故中由于不安全行為所導致的事故損失大小并進行量化處理；最后通過水晶球軟件對各項分布選擇Anderson-Darling檢驗擬合優(yōu)化，預測每個事故的后果值概率分布，分析結果表明事故損失概率分布大體服從正態(tài)分布。分析結果如表2所示。

表2 坍塌事故不安全動作風險因素的概率分布

3 結果與討論

3.1 各參與方的行為風險結果分析

運用水晶球軟件對地下空間作業(yè)坍塌事故中的作業(yè)人員從施工方、監(jiān)理方、建設方三方進行行為風險模擬并分析。根據(jù)表2中各不安全動作的概率分布，對各參與方風險后果進行模擬，將式(1)的功能函數(shù)代入水晶球軟件中設定為預測單元格，為使結果更加準確，設定模擬的最大實驗次數(shù)為20000次，置信區(qū)間為95%，其他參數(shù)為軟件默認值。模擬結果如圖2～圖4所示。

為了充分了解大學生的綜合素質狀況，我們從某“211工程”高校所屬的5個學院中抽了20名學生進行綜合素質測評。各個指標值按照關鍵控制點的要求計算，獲得的評價矩陣見表1。

圖2 施工方行為風險后果值預測圖

圖3 監(jiān)理方行為風險后果值預測圖

圖4 建設方行為風險后果值預測

由圖2～圖4可見，施工方、監(jiān)理方、建設方三方風險后果值均值分別為4.97、4.55和6.11。風險后果值越大，坍塌事故風險級別越高。由施工方造成的事故風險后果值多數(shù)位于4.3～5.7，且服從正態(tài)分布，事故等級一般在2～3級；監(jiān)理方造成的風險后果值大都分布在3.0～6.0，并服從正態(tài)分布，事故等級在1～3級；建設方引發(fā)的風險后果值在4.5～7.8，不安全行為引發(fā)的事故等級在2～4級，等級分布比較廣，引發(fā)的事故級別也比較高。

各參與方的風險后果值概率分布對比圖及累計概率分布對比圖見圖5和圖6。

圖5 各參與方風險后果值概率分布對比

圖6 累計概率分布對比圖

由圖5和圖6可以看到，三方不安全行為造成的風險后果值的累計概率分布中，監(jiān)理方不安全行為導致的風險后果值大于5.6時，累計概率趨于1，施工方不安全行為導致的風險后果值大于6.0時，累計概率趨于1，建設方不安全行為后果值大于7.6時，累計概率趨于1。對主體單位行為風險大小進行排序可以得到：監(jiān)理方>施工方>建設方。監(jiān)理方的風險后果值累計概率先趨于1，即監(jiān)理方的不安全行為導致的事故發(fā)生更為頻繁，因此在安全教育培訓或者地下空間施工過程中應注意對監(jiān)理單位的嚴格要求和審查，減少因監(jiān)理單位工作疏忽導致的風險事故。

3.2 敏感度分析

一項事故的發(fā)生可能存在多個不安全行為的共同作用，僅從主體單位來分析事故風險大小會存在誤差。因此，針對主體參與方中各個不安全動作，進一步對其進行敏感性分析，比較各個主體單位內部不安全行為對主體方的影響程度，進而判斷不安全動作對事故風險后果的影響程度。三方不安全行為風險敏感圖如圖7～圖9所示。

圖7 施工方行為風險敏感圖

圖8 監(jiān)理方行為風險敏感圖

圖9 建設方行為風險敏感圖

一般來說，敏感性越大，不安全行為對風險值的影響就越大。由圖7可以看出，從施工方角度分析，對事故發(fā)生造成的影響程度，按照敏感度排序為C2>C5>C1>C6>C7>C8>C4>C3>C9>C10>C11。不安全動作C2對施工方行為風險的敏感度最大，為34.3%，即施工人員未進行安全培訓或者安全培訓不到位上崗更易導致發(fā)生坍塌事故；C5的敏感度為18.3%，具體表現(xiàn)為地下空間施工的安全制度設置不完善或存在缺陷；C1的敏感度為16.0%，具體表現(xiàn)為未做好開挖防護工作就冒然行動或者開挖防護工作不到位；C6的敏感度為10.4%，具體表現(xiàn)為安全檢查和隱患排查不到位，如對施工現(xiàn)場風險識別不仔細、未設置安全區(qū)域、沒有進行施工現(xiàn)場環(huán)境檢查等；其余不安全動作敏感度均低于10%，說明對施工方行為風險貢獻較小。

由圖8可以看出，從監(jiān)理方角度分析，敏感度排序為J1>J2>J3>J4。不安全動作J1的敏感度為90.1%，對監(jiān)理方行為風險的貢獻率較大，說明未有效進行現(xiàn)場違規(guī)行為監(jiān)理，是監(jiān)理方不安全行為導致坍塌事故的重要因素，具體表現(xiàn)為對存在的安全隱患未能及時下達暫停通知并督促整改、未按照法律法規(guī)和工程強制性標準實施監(jiān)理、施工單位拒不整改的情況下未及時向有關部門報告施工現(xiàn)場問題等。

由圖9可以看出，從建設方角度分析，敏感度排序為G1>G2>G3。不安全動作G1的敏感度最大，為79.0%，即建設方行為風險的重要因素是項目工程違法建設，具體表現(xiàn)為不按正常規(guī)定進行項目施工，少資質與相應的材料、未委托監(jiān)理、沒有嚴格審核施工單位和監(jiān)理單位的資質證照等。

通過敏感度分析可以更加詳細地了解不安全動作對主體單位行為風險的貢獻度，間接地說明坍塌事故受不安全動作的影響程度。對于施工方不安全行為防控中應更加注重安全培訓、安全制度、開挖支護、安全檢查和隱患排查等方面；對于監(jiān)理方不安全行為防控應注重監(jiān)理的有效性；對于建設方應處理好項目建設的合規(guī)性，防止違法建設。

3.3 安全措施及建議

(1)對于施工單位，安全培訓不到位、安全制度存在缺陷、未做好開挖支護防護工作、安全檢查和隱患排查不到位等幾項不安全動作是導致事故發(fā)生的根本原因。在安全培訓方面，首要解決的問題是管理者或項目負責人是否有較強的安全意識、是否愿意投入資金做好施工人員的安全培訓工作，確保每個工人都能樹立良好的安全意識和建立良好的安全習慣，做好預防安全事故的準備；安全制度建設方面，地下空間工程比較復雜且各項目的建設均有差別，既要根據(jù)相關項目建立安全制度，又要結合施工過程中出現(xiàn)的問題及時補充相應的安全規(guī)定；開挖支護防護工作未做好，即不做好防護措施或措施不到位，就開始冒然行動，說明工人自我安全意識低，主要原因還是未做好安全培訓工作，因此應特別重視施工人員的安全培訓；為防止安全檢查和隱患排查不到位，施工方應設置專門的巡查崗，認真做好每一處風險隱患的巡回檢查，定期做好清理和排查工作。

(2)對于監(jiān)理單位，未有效進行監(jiān)理是導致安全事故的重要原因。為做好有效監(jiān)理，從兩方面實施：一是監(jiān)理單位首先落實崗位職責，認真負責做好安全排查工作，對風險隱患及時督促整改并進行追蹤，防止遺漏安全隱患，做到真正的閉合管理；二是針對地下空間工程施工的復雜性，加大安全隱患排查力度，并做好督查工作，對旁站、巡視等監(jiān)督工作予以重視。

(3)對于建設單位，要落實工程管理制度，建設單位要依法辦理招投標、施工許可證和安全質量備案等相關手續(xù)，對施工單位的資質進行嚴格審核，禁止各種違法招標以及私自組織施工等違法行為，嚴格遵守招標管理規(guī)定。結合項目實際情況及其他可預測情況制定工期，禁止為盲目追趕工期而降低工程質量，防止安全事故的發(fā)生。

4 結論

(1)從地下空間建設主體單位角度將地下坍塌事故中的作業(yè)人員行為分為18種不安全動作，以利于對地下空間坍塌事故不安全行為進行評估和控制。

(2)將MCs法應用于地下空間坍塌事故作業(yè)人員行為風險評估，通過概率分布圖、累計概率分布對比圖確定三種主體單位不安全行為對坍塌事故的影響程度；分析結果表明，不安全行為中監(jiān)理單位對坍塌事故影響程度最大，其次是施工方，行為風險最小的是建設方。

(3)通過敏感度分析得到了各參與方的不安全動作對主體單位行為風險的貢獻程度。施工單位中的安全培訓不到位、因安全制度存在缺陷導致員工失誤、未做好開挖支護防護工作、安全檢查和隱患排查不到位等幾項不安全動作對施工方事故發(fā)生的貢獻度最大；未有效進行監(jiān)理對監(jiān)理單位安全事故發(fā)生的貢獻度最大；對項目工程違法建設對建設單位發(fā)生不安全行為的貢獻程度最大。

(4)通過對施工單位、監(jiān)理單位和建設單位安全防控中存在的不安全行為及導致不安全行為的關鍵動作進行分析，找出主體單位應關注的重點，有效為坍塌事故事前預防和控制提供了參考價值。