褚召強，楊高升

(河海大學(xué) 商學(xué)院， 江蘇 南京 211100)

建筑業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是僅次于采礦業(yè)第二危險的行業(yè)，雖然近年來安全管理方面持續(xù)改進，但總體安全生產(chǎn)形勢嚴峻，安全事故和傷亡人數(shù)居高不下。因此研究其發(fā)生發(fā)展機理，提高安全管理水平，加強對安全事故的預(yù)防和控制極其重要。

安全隱患的識別與消除是預(yù)防和控制施工安全事故的重要手段?，F(xiàn)有文獻一方面集中在風(fēng)險因素的辨識上，通過確定關(guān)鍵因子進行針對性管理[1]；另一方面集中在風(fēng)險演化機理的研究上，闡明風(fēng)險因素與事故之間的關(guān)系進而對風(fēng)險傳播路徑加以控制[2]。然而以上研究忽略了因子間的相互作用關(guān)系。實際上，建筑項目是一個由人 - 機 - 管 - 環(huán)組成的龐大系統(tǒng)，風(fēng)險因素間的相互作用往往對施工安全造成很大影響[3]。Moura等[4]認為生產(chǎn)活動中元素間的相互作用不容忽視，人類因素、技術(shù)和組織之間的復(fù)雜互動，能夠引發(fā)重大災(zāi)難；陳偉珂等[5]基于尖點突變理論指出，建筑施工系統(tǒng)中人 - 機 - 管 - 環(huán)多因素耦合導(dǎo)致風(fēng)險演化發(fā)生突變，從而引發(fā)安全事故的發(fā)生；Marle等[6,7]針對風(fēng)險間的相互作用進行了一系列研究，他認為風(fēng)險間相互作用是客觀存在的事實，傳統(tǒng)風(fēng)險管理方法因缺乏這方面的考慮而存在一定缺陷，首先分析研究了考慮事件相關(guān)的23種風(fēng)險評估方法[6]，然后提出了基于RSM(Risk Structure Matrix)的風(fēng)險聚類方法，該方法有利于管理協(xié)調(diào)，提高安全管理的效率[7]。

隨著新技術(shù)、新方法在建筑施工中的應(yīng)用，施工系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，越來越多的學(xué)者開始應(yīng)用不同方法來研究施工安全影響因子間的關(guān)系。有學(xué)者[8,9]以數(shù)理統(tǒng)計和參數(shù)檢驗為基礎(chǔ)對因子進行關(guān)聯(lián)分析，如結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)、χ2檢驗(卡方檢驗)等，這些方法一方面受主觀因素的影響，另一方面功能單一，對事故進行評估預(yù)測不夠，宜與其他工具配合使用；另有學(xué)者[10]基于大量的事故案例研究通過Apriori算法挖掘風(fēng)險關(guān)聯(lián)規(guī)律，并通過機器自學(xué)習(xí)用于風(fēng)險預(yù)控、預(yù)警，此方法應(yīng)用于具體的事故案例仍需具體分析；以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[11]、系統(tǒng)動力學(xué)[12]、Stamp等[13]為代表的系統(tǒng)論將風(fēng)險因子當(dāng)作節(jié)點，因子間的關(guān)系使得節(jié)點相互聯(lián)系形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，演化風(fēng)險傳遞的過程，但往往應(yīng)用于整個施工項目，考慮多個參與方，甚至延伸至宏觀層面，較少聚焦于具體的安全事故。

故障樹作為一種常見風(fēng)險分析工具，相較于以上方法應(yīng)用更加簡便?，F(xiàn)有研究將故障樹廣泛地運用在安全工程的各個領(lǐng)域，根據(jù)事件間邏輯關(guān)系識別風(fēng)險因素，預(yù)測系統(tǒng)失效概率，找出系統(tǒng)失效原因。然而大多研究是建立在基本事件相互獨立的假設(shè)上，這與實際情況不符?；诖?，本文嘗試考慮基本事件相關(guān)性，對故障樹進行改進，提出改進故障樹的建立和分析方法，旨在研究基本事件相關(guān)性對安全事故的影響，以期對施工預(yù)防和管控提供一些幫助。

1 基本事件關(guān)聯(lián)性

1.1 關(guān)聯(lián)性分析

一個施工安全事故的發(fā)生往往是多因素共同作用的結(jié)果，這些因素之間是彼此聯(lián)系而非相互獨立的。例如警示標(biāo)識的缺失或者不醒目會加大工人誤入危險區(qū)域的幾率；現(xiàn)場安全監(jiān)管不負責(zé)對工人不系安全帶、隨意攀爬等行為視而不管，將會放縱施工人員的不安全行為等。像這種某一因素A會對另一因素B的原有發(fā)生概率產(chǎn)生影響我們稱之為兩因素之間存在關(guān)聯(lián)性，即P(B|A)≠P(B) 。一般情況下，正向相關(guān)是施工安全研究的重點，正向相關(guān)是指因素A的發(fā)生會加大因素B的發(fā)生概率，即P(B|A)>P(B)。假設(shè)某事故T的影響因素合集為(X1,X2,…,Xn)，它們之間的概率關(guān)系滿足：

P(T)=F[P(X1),P(X2),…,P(Xn)]

(1)

風(fēng)險因子發(fā)生的概率越高，安全事故發(fā)生的概率就會越高，即：

(2)

當(dāng)風(fēng)險因素之間存在正向相關(guān)的時候，因素發(fā)生概率增加，安全事故發(fā)生概率就會增加，因此在施工安全事故的預(yù)測中，基本事件相互獨立的假設(shè)趨于保守，低估了事件發(fā)生的可能性。

1.2 關(guān)聯(lián)性度量

關(guān)聯(lián)度λ是指一個基本事件發(fā)生對另一個基本事件發(fā)生概率的影響程度，用于測度基本事件間精確的關(guān)聯(lián)程度。λ∈[0,1] ，λ=0表示基本事件相互獨立；λ=1表示基本事件絕對相關(guān)，即一個基本事件發(fā)生時另一基本事件絕對發(fā)生；0<λ<1時，其值越大，代表關(guān)聯(lián)程度越大。

要想得到基本事件間精確的關(guān)聯(lián)度λ，需要對完整的事故數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練或者采用問卷調(diào)查法得到。因為事故統(tǒng)計的不完整性[14]，宜采用問卷調(diào)查的形式對建筑行業(yè)施工及管理人員展開調(diào)查以獲得原始數(shù)據(jù)，運用SPSS軟件對問卷結(jié)果進行信度檢驗，當(dāng)各基本事件具有較高的信度水平時，方可繼續(xù)分析。

為避免直接定量分析與實際的不對應(yīng)，首先對可能存在的關(guān)系進行定性分析，在此基礎(chǔ)上，進一步對存在相關(guān)關(guān)系事件間的關(guān)聯(lián)程度進行度量，對分析結(jié)果為相互獨立的變量不做計算。用Person相關(guān)系數(shù)來表示基本事件間的相關(guān)程度[15]，其值在-1～1之間，絕對值越大，表示關(guān)聯(lián)程度越強，運用SPSS軟件根據(jù)Person相關(guān)系數(shù)公式對相關(guān)程度進行計算：

(3)

2 考慮事件關(guān)聯(lián)性的安全分析模型

經(jīng)過上述分析，考慮事件關(guān)聯(lián)性將影響施工安全事故發(fā)生概率評估的結(jié)果。故障樹作為一種常用的預(yù)測安全事故或是特定系統(tǒng)失效概率的工具，能夠很好的體現(xiàn)事件之間的因果關(guān)系，但在實際應(yīng)用中往往假設(shè)事件之間相互獨立。本文將建立考慮事件關(guān)聯(lián)性的改進故障樹模型，分析事件關(guān)聯(lián)性對施工安全事故概率預(yù)測的影響。

2.1 改進故障樹的建立

(1)傳統(tǒng)故障樹的建立

建筑施工安全事故故障樹的建立首先選擇需要分析的事故類型作為頂上事件，在詳細的資料調(diào)查基礎(chǔ)上以系統(tǒng)思想自上而下演繹推理事件間的邏輯關(guān)系，最后以樹狀圖的形式表達出整個事件的致因機理。

(2)基本事件關(guān)聯(lián)性定性分析

造成施工安全事故的因素巨多，依據(jù)4M理論主要分為四類：人(Man)、物((Machine)、管(Management)、環(huán)(Medium)[16,17]，它們會直接影響事故發(fā)生的概率[18]，對各類風(fēng)險因素進行深究可得到許多二級風(fēng)險因子，如表1所示。

表1 建筑安全事故風(fēng)險識別

本文重點對人為因素進行研究，因為人是建筑安全事故中的核心，人不僅是施工最直接參與者、接觸者，也是施工安全的實現(xiàn)者，物因、管因、環(huán)因以及人為因素本身均會對人的不安全行為造成影響。風(fēng)險因素間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 風(fēng)險因素關(guān)系圖

各類因素之間的關(guān)系是通過二級風(fēng)險因子的聯(lián)系確定的，許多研究已經(jīng)驗證了因素之間的影響路徑，具體表現(xiàn)在以下三點：

(1)物因主要是指物的不安全狀態(tài)，是事故隱患和危險源所在。物對人的作用體現(xiàn)在建筑材料、機械設(shè)備及防護裝置等不合格或不合理對人的不安全行為造成的影響。機械設(shè)備設(shè)計的不合理與施工人員的普遍認知、工作習(xí)慣不匹配，超出工人控制范圍，導(dǎo)致不安全行為的產(chǎn)生；或者貪圖省事而故意違反規(guī)程主動產(chǎn)生的不安全行為都會增大事故產(chǎn)生的可能性。而防護對人員的影響主要在于防護警示的不合理使施工人員誤入危險區(qū)域、防護設(shè)備不合理使人員難以運用等[19]。

(2)管因是事故發(fā)生的根本，是控制整個施工環(huán)境的最深層因素。管對人的作用是建筑施工事故中聯(lián)系最緊密的一種關(guān)系，主要體現(xiàn)在管理不當(dāng)?shù)母鱾€方面對工人違規(guī)操作和操作失誤的影響。管理不注重安全文化的傳播，忽視安全教育培訓(xùn)以及現(xiàn)場、預(yù)警管理，使員工安全意識淡薄、專業(yè)技能不足，不能及時有效地識別危險源，主動或被動地做出不符合規(guī)定的不安全行為，突破層層防線與事故直接接觸，大大提高了事故發(fā)生的概率。Bird 指出失控的管理過程造成了人的不安全行為[20]，許多研究[21,22]也驗證了管理因素對人行為的影響路徑及關(guān)系。

(3)環(huán)因指環(huán)境的不良狀態(tài)，是引起事故的物質(zhì)基礎(chǔ)，建筑活動的特點使得施工過程受環(huán)境影響較大。作業(yè)環(huán)境與人員直接接觸，是導(dǎo)致人的不安全行為的重要因素。作業(yè)環(huán)境的缺陷一方面使作業(yè)人員在進出場地、施工動作、施工轉(zhuǎn)移中造成困難而操作失誤；另一方面作業(yè)人員為順應(yīng)環(huán)境缺陷施工而違規(guī)操作，此類不安全行為均會促進事故的發(fā)生。萊溫的“場論”和“破窗理論”表明不良作業(yè)環(huán)境不僅會對工人安全心理造成暗示，誘導(dǎo)工人趨于疏忽和放縱，也會影響工人的行為選擇，增大工人不安全行為出現(xiàn)的可能性[19,23]。因子間的關(guān)聯(lián)關(guān)系總結(jié)如圖2所示。

圖2 因子聯(lián)絡(luò)圖

(4)改進故障樹的建立

圖3 改進故障樹模型

2.2 改進故障樹的計算

(1)基本事件概率預(yù)測

基本事件發(fā)生的概率具有不確定性，不同的施工條件下，各基本事件發(fā)生的概率是變化的，且難以估計準確數(shù)值。采用專家調(diào)查法對各基本事件發(fā)生概率區(qū)間進行估計，依據(jù)IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)提出的七級風(fēng)險概率描述對事件發(fā)生的可能性進行打分，如表2所示。

表2 IPCC概率描述

(2)最小割集分析

每個最小割集就是一條風(fēng)險傳播路徑，對最小割集發(fā)生概率預(yù)測可以找到事件發(fā)生的關(guān)鍵路徑，從而針對性地進行控制。首先對最小割集的組成形式進行分析，共得到三類最小割集。第一類是基本事件間彼此獨立；第二類是最小割集中基本事件間有相關(guān)性關(guān)系并連成有向無環(huán)鏈；第三類是最小割集中存在若干個有向無環(huán)鏈，但相關(guān)鏈間相互獨立。最小割集中基本事件的關(guān)系如圖4所示。

圖4 最小割集分類

(3)路徑概率計算

假設(shè)施工安全故障樹的最小割集合集為K={K1,K2,…,Km}，接下來分別對三類最小割集的發(fā)生概率展開計算。

第一類：當(dāng)基本事件相互獨立的時候，則第j(1≤j≤m)個最小割集發(fā)生的概率為：

第二種方法是做點手腳，在Photoshop中使用動感模糊工具。這張照片我們用的是第二種方法，然后給畫面右側(cè)的小碼頭制造出明顯的重影效果，這樣多少可以讓人認出拍攝地。最后的效果看起來相當(dāng)不錯。

P(Kj)=P(X1∩X2∩…∩Xn)

(4)

式中：P(Xi)指第i個基本事件發(fā)生的概率，Xi包含在最小割集Kj中；n為基本事件的個數(shù)。

第二類：當(dāng)基本事件之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系時，假設(shè)最小割集中只存在兩個基本事件，即n=2，X1與X2的關(guān)聯(lián)度為λ，則最小割集發(fā)生的概率利用哈馬邱爾積算子[24]求解為:

(5)

當(dāng)n≥3時，最小割集發(fā)生的概率為：

P(Kj)=P(X1∩X2∩…∩Xn)

=P(X1)P(X2|X1)P(X3|X1X2)…

P(Xn|X1X2…Xn-1)

(6)

首先計算X1與X2同時發(fā)生的概率，將其同時發(fā)生看作一基本事件，按上式計算它與X3同時發(fā)生的概率，因發(fā)生概率較大的風(fēng)險因素會產(chǎn)生更大風(fēng)險流，耦合風(fēng)險偏向于風(fēng)險流較大的風(fēng)險因素[24,25]，所以取兩者發(fā)生概率大者與X3的關(guān)聯(lián)度近似看作共同發(fā)生事件與X3的關(guān)聯(lián)度，然后將X1，X2，X3同時發(fā)生看作一基本事件，按上式計算其與X4同時發(fā)生的概率，以此類推，最終最小割集發(fā)生的概率為：

(7)

第三類：假設(shè)第三類最小割集中含有k個獨立的事件相關(guān)鏈或基本事件，每個有向無環(huán)鏈的概率按第二類最小割集的算法計算，第l個事件相關(guān)鏈用Dl表示，則第三類最小割集的概率采用下式計算。

(8)

3 實例分析

高處墜落事故作為“五害之首”，事發(fā)頻繁，傷亡慘重，是安全監(jiān)控的重中之重。截止2019年7月24日，住建部[26]共通報安全事故427例，造成491人死亡，32人重傷。其中高處墜落225例，占比52.69%，為所有安全事故類型之最，因高空墜落死亡237人，占比48.27%，同樣為所有安全事故中最多。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，高空墜落事故平均每天發(fā)生1.10例，造成1.15人次死亡，雖然國家和行業(yè)高度重視此類事故，但事故案例及傷亡仍居高不下，因此對建筑施工高處墜落事故的分析研究很有必要。

3.1 改進故障樹的建立及概率預(yù)測

本文選取研究較為成熟的案例作為樣本，在其基礎(chǔ)上進行改進并與之比較。張明軒等[27]所作的研究是用傳統(tǒng)故障樹分析高處墜落事故的經(jīng)典文獻，在知網(wǎng)同類文章中有最高的下載量和引用，具有較高認同。本文在其構(gòu)建傳統(tǒng)故障樹模型基礎(chǔ)上，默認地面防護失效，將下墜事件與墜落事故等同，根據(jù)4M理論對因素分類稍作調(diào)整，得到傳統(tǒng)故障樹原型?；臼录l(fā)生概率難以預(yù)測，邀請五位專家對概率區(qū)間進行打分，得到概率區(qū)間的平均值，取區(qū)間中位數(shù)作為高處墜落事故基本事件的概率，如表3所示。

表3 基本事件概率

續(xù)表3

如上文所述，首先將27個基本事件歸類到本文所識別的二級因子下，如表3所示?；臼录g的關(guān)系服從所隸屬的二級因子的關(guān)系，例如X4現(xiàn)場缺乏安全檢查或安全檢查不全面、不徹底屬于B15現(xiàn)場安全監(jiān)管，X14攀坐不安全位置屬于B6違規(guī)操作，則X4與X14的關(guān)系服從于B15與B6的關(guān)系，即X4的發(fā)生會增大X14發(fā)生的概率。在傳統(tǒng)故障樹基礎(chǔ)上添加基本事件關(guān)系得到高處墜落改進故障樹模型如圖5所示。

圖5 高處墜落改進故障樹模型

3.2 最小割集分析

運用FreeFta軟件進行最小割集的求解，共得到720個最小割集。每個最小割集均由三個基本事件組成，即當(dāng)任一最小割集中的三個基本事件同時發(fā)生時，則高處墜落事故發(fā)生。根據(jù)基本事件間的關(guān)系，可將720個最小割集分成三類，第一類最小割集共有273個；第二類最小割集共有87個；第三類最小割集共有360個。

3.3 相關(guān)度分析

本文以問卷調(diào)查形式對32名建筑行業(yè)高處作業(yè)施工及管理人員展開調(diào)查以獲得原始數(shù)據(jù)。問卷采用李克特5分量表，1～5分別表示基本事件對高處墜落事故的影響程度為不重要、稍微重要、一般重要、比較重要、非常重要。運用SPSS軟件對問卷結(jié)果進行信度檢驗，各基本事件的Cronbach’sα均大于0.7，具有較高的信度水平。運用SPSS軟件根據(jù)Person相關(guān)系數(shù)公式對相關(guān)程度進行計算，結(jié)果如表4所示。

表4 基本事件相關(guān)度

3.4 結(jié)果分析

運用上述計算公式將數(shù)據(jù)代入計算，得出以下結(jié)果：

(1)最小割集概率分析

將三類最小割集的發(fā)生概率分別按照從小到大的順序排列，如圖6所示。每類最小割集有明顯的層次，顯現(xiàn)出不同的特點。第一類最小割集總體發(fā)生概率最小，浮動范圍小；第二類最小割集發(fā)生概率最大，浮動范圍大；第三類最小割集發(fā)生概率及浮動范圍處于一二類之間。由式(7)可知，最小割集的概率由基本事件發(fā)生概率及關(guān)聯(lián)關(guān)系兩部分決定，而關(guān)聯(lián)程度由關(guān)系復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)緊密性兩部分構(gòu)成。三類最小割集從關(guān)系上來看，第二類割集中基本事件聯(lián)系最緊密，其次是第三類，再者是第一類。從概率上來看第一類最小割集中一些基本事件概率大的組合超過第三類，第三類最小割集中一些關(guān)聯(lián)度大的組合甚至超過第二類，因此得出結(jié)論，基本事件概率越大，基本事件間的關(guān)系越復(fù)雜，聯(lián)系越緊密，風(fēng)險路徑發(fā)生的可能性越大。同時通過計算得出(違章指揮，使用不安全設(shè)施，作業(yè)面狹小)最小割集發(fā)生概率最大，即此條傳播路線是造成高處墜落的關(guān)鍵路徑，該路徑上的因素是需控制的關(guān)鍵因素。

圖6 最小割集概率分析

圖7 最小割集概率比較

(2)相關(guān)、獨立比較

按傳統(tǒng)故障樹求解方式計算每個最小割集發(fā)生的概率，求解方式與第一類最小割集相同，將其與改進故障樹作比較，如圖7所示。在基本事件相互獨立的假設(shè)下求出的路徑發(fā)生概率比基本事件相互關(guān)聯(lián)分析下求出的概率要低，且不同的關(guān)聯(lián)情況呈現(xiàn)不同的差距，第一類基本事件相互獨立因此結(jié)果相同，第三類在分析基本事件關(guān)系后概率相對提高，第二類提高更多。因此，基本事件間的相互關(guān)系越復(fù)雜，獨立假設(shè)下的概率與實際相差越大。本文對基本事件相互關(guān)系進行了定性分析和定量計算，提高了路徑發(fā)生概率估算的精度。

4 結(jié)論及啟示

本研究旨在分析因素關(guān)聯(lián)對事故造成的影響。首先定性分析了以人為核心的基本事件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出考慮基本事件關(guān)聯(lián)性的改進故障樹建立方法；其次運用哈馬邱爾算子對各最小割集的概率分類求解，實現(xiàn)不同關(guān)聯(lián)情況下的概率預(yù)測；在高處墜落事故的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)表明基本事件關(guān)聯(lián)度越高，對事故的影響程度越大，改進故障樹模型能提高事件預(yù)測的精度，對關(guān)鍵線路和關(guān)鍵因素的提取也更加準確。新模型具有較強適用性，對提升安全管理針對性及效率有一定幫助?；诟倪M故障樹模型，本文提出如下管理建議：

(1)安全管理工作要點面結(jié)合。首先安全管理的任務(wù)之一是盡量避免安全事故的發(fā)生，施工的復(fù)雜性決定了安全管理要全面系統(tǒng)識別風(fēng)險因素并對其進行控制，其中風(fēng)險因素間的關(guān)聯(lián)同樣應(yīng)該重視，因為其改變了風(fēng)險傳播的軌跡。改進故障樹兼具傳統(tǒng)故障樹的風(fēng)險識別功能，并能對考慮關(guān)聯(lián)性后的因素間及事故的關(guān)系進行度量，可以成為安全管理的應(yīng)用工具。其次安全管理的另一目標(biāo)是抓住重點，針對性地對發(fā)生頻率高、影響后果嚴重的因素進行嚴格控制。改進故障樹在風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上，更精確地提取出造成安全事故的關(guān)鍵因素和關(guān)鍵線路，在施工前可對施工現(xiàn)場的各處潛在事故點進行分析，指導(dǎo)現(xiàn)場監(jiān)管及施工人員工作，可有效降低事故率。

(2)安全管理要從源頭抓起，對現(xiàn)場負責(zé)。管理因素是安全預(yù)控的根本，首先要加強制度建設(shè)，建立全面的安全管理制度體系并嚴格執(zhí)行。管理因素與人的行為有緊密聯(lián)系，良好的管理有利于形成和諧的工作氛圍，增強員工整體安全意識及安全生產(chǎn)意愿，提高應(yīng)對風(fēng)險的能力并減少不安全行為的發(fā)生。因此要健全操作規(guī)程，合理組織勞動，加強安全教育培訓(xùn)。另一方面，人是事故發(fā)生的主體，加強現(xiàn)場監(jiān)管是控制事故發(fā)生的關(guān)鍵，應(yīng)嚴格監(jiān)督施工人員行為，確保主體行為的正確，遠離危險；另外要保證施工環(huán)境，提供安全工作條件，減少危險源。在高處墜落改進故障樹割集分析中，管理因素從根源影響事故發(fā)生，和人為因素構(gòu)成事故發(fā)生的必然條件，揭示了安全管理的方向。