李 玨,李佳文
(1.長沙理工大學 交通運輸工程學院,湖南 長沙410114,E-mail:lij93@163.com;2.長沙理工大學 交通基礎(chǔ)設(shè)施智慧建造與運維管理湖南省高等學校重點實驗室,湖南 長沙 410114)
根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2019年,全國共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故773 起、死亡904 人,比2018 年事故起數(shù)增加39 起、死亡人數(shù)增加64 人,其中,坍塌事故雖然在總體事故中占比較小,但在較大及以上事故中,坍塌事故占比高達56.52%,可見坍塌事故造成的后果嚴重性很大[1]。因此,對建筑坍塌事故的深度研究在施工安全預防上具有重大意義。
國內(nèi)許多學者已針對坍塌事故進行了相應(yīng)研究。如謝洪濤[2]、張良翰等[3]通過德爾菲法,分別建立了基坑坍塌和隧道坍塌事故的致因指標體系。鄭霞忠[4]等將解釋結(jié)構(gòu)模型ISM 和D-S 證據(jù)理論結(jié)合,針對腳手架坍塌的致因開展了研究。柴乃杰等[5]利用事故樹模型分析了地鐵施工地表坍塌事故。李卉等[6]將事故致因“2-4”模型運用到建筑坍塌事故致因的分類和統(tǒng)計。目前將多種事故分析模型混合分析的研究較少,應(yīng)用單一事故模型方法,雖然也能形成研究結(jié)果,但不同的單一模型可能具有一定的局限性,為了消減局限可以將不同事故模型混合,形成混合分析方法。HFACS(人因分析和分類系統(tǒng))和STAMP(系統(tǒng)理論事故建模與過程)模型是兩種應(yīng)用在事故分析上比較成熟的模型,已應(yīng)用在建筑[7,8]、煤礦[9]、化工[10]、交通[11]等領(lǐng)域。有學者在對事故進行分析時提出將HFACS 中的人因分類與STAMP 模型中的系統(tǒng)約束方法結(jié)合,綜合各自的優(yōu)缺點,通過應(yīng)用在航空[12,13]、鐵路[14]領(lǐng)域,驗證了STAMP-HFACS 混合方法能更加有效地識別出事故因素。鑒于此,本文利用STAMP-HFACS 框架,從住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及全國各省市安監(jiān)局等網(wǎng)站搜集到的2012~2021 年的249 起建筑坍塌事故報告案例識別出事故的風險因素,并根據(jù)事故發(fā)生路徑的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性,利用復雜網(wǎng)絡(luò)分析得出建筑坍塌事故的關(guān)鍵因素,以期為降低建筑坍塌事故提出新的分析模型。
STAMP 是一種系統(tǒng)事故分析模型,主要有3 個基本概念:安全約束、分層安全控制結(jié)構(gòu)和過程模型。STAMP 強調(diào)安全約束發(fā)揮作用,以避免事故發(fā)生,將安全視為約束所得的控制目標。在STAMP中,事故是由于系統(tǒng)運行過程中對安全約束的不當控制或強制執(zhí)行造成的。STAMP 將系統(tǒng)視為一個由相互連接的組件組成的整體,并通過約束使各個組成部分保持動態(tài)平衡,以適應(yīng)環(huán)境變化。在這個概念下,系統(tǒng)不是靜態(tài)的,而是動態(tài)的過程[15]。
為了解釋復雜系統(tǒng)的事故因果關(guān)系,找出事故的因素,HFACS 采用組織影響、不安全監(jiān)管、不安全行為的前提和不安全行為4 個層次,根據(jù)發(fā)生事故的不同,各個層級下包含不同的具體因素,來概括事故發(fā)生的致因。
復雜網(wǎng)絡(luò)是由各個節(jié)點與節(jié)點相互之間的某種關(guān)系連接構(gòu)成的“集合”[16],是一種分析系統(tǒng)的方法,系統(tǒng)中的元素可以用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點表示,元素之間的關(guān)系可以借助點與點連接的邊表示。坍塌事故的發(fā)生實質(zhì)是整體安全系統(tǒng)的失效,所以坍塌事故中的各個風險因素可以看作網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點,風險因素之間的關(guān)系用邊連接可以形成一個網(wǎng)絡(luò)[17]。復雜網(wǎng)絡(luò)的建模過程是根據(jù)事故報告中的事故經(jīng)過,能夠客觀地反映事故,并且通過網(wǎng)絡(luò)能夠客觀定量地將事故報告中隱藏的關(guān)鍵致因、路徑、因素之間的關(guān)聯(lián)等挖掘出來。
雖然STAMP和HFACS 都是運用比較多的事故研究方法,但是它們均有其局限性。HFACS 具有比較明確的人為原因因素層次,方便確定事故的致因,但其對事故路徑的描述多為簡單的線性描述,對如今復雜的事故系統(tǒng)很難較好地反映內(nèi)部的交互關(guān)系。STAMP 用系統(tǒng)網(wǎng)狀來表示事故的發(fā)生路徑,以符合事故的復雜性。能夠詳細地對單個事故分析,但由于其缺乏模塊化的原因因素分類,且分析效率不高,不利于大量事故統(tǒng)計分析[18]。將HFACS與STAMP 進行結(jié)合分析,利用HFACS 中模塊化的分類類別完善STAMP 方法所強調(diào)的控制系統(tǒng)間的安全約束,可以降低這兩種方法的局限,消減單一方法的孤立性,方便對大量的事故報告進行分析,并且能夠提高事故分析的效果。所形成的用于建筑坍塌事故的安全控制結(jié)構(gòu)分析框架如圖1 所示。
圖1 坍塌事故STAMP-HFACS 分析框架
本文綜合STAMP和HFACS的優(yōu)點及利用網(wǎng)絡(luò)分析的客觀性與靈活性,建立坍塌事故網(wǎng)絡(luò)模型充分挖掘出坍塌事故中的關(guān)鍵因素與各因素之間的潛在關(guān)系。
從國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部官網(wǎng)、省直轄市自治區(qū)住建廳官網(wǎng)及安監(jiān)局官網(wǎng)等網(wǎng)站,收集了我國2012~2021 年的286 起建筑坍塌事故報告,剔除信息不完整的事故報告后,最終得到了249 起事故報告的分析樣本,遍及我國23 個省市自治區(qū)。并且分析樣本在每個月份均有分布,包含各類事故類型,在事故責任主體、事發(fā)項目建設(shè)情況、事故經(jīng)過與應(yīng)急救援情況、事故責任認定等方面有詳實的敘述,信息完整且具有可靠性。
利用STAMP 模型來分析坍塌事故的首要步驟是識別出坍塌事故涉及的控制系統(tǒng)。根據(jù)我國建設(shè)項目運行過程現(xiàn)狀,建設(shè)項目涉及的控制系統(tǒng)可分為政府系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和基層系統(tǒng)。政府系統(tǒng)包含住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部門、安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局等各級建設(shè)行業(yè)監(jiān)管及立法部門;管理系統(tǒng)包含建設(shè)工程項目的所有參建方,主要有建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位和勘察設(shè)計單位。所有參建方各司其職,在建設(shè)工程項目建設(shè)過程中充分協(xié)調(diào)合作,對工程項目建設(shè)過程進行控制約束,最終完成工程項目的建設(shè)?;鶎酉到y(tǒng)主要包含現(xiàn)場管理的施工員、安全員、現(xiàn)場監(jiān)督的監(jiān)理員和各工種的一線作業(yè)工人。
在建設(shè)工程項目建設(shè)的全過程中,各個系統(tǒng)都發(fā)揮著不可或缺的作用,以確保項目成功建成的同時避免事故的發(fā)生。
(1)政府系統(tǒng)通過對建筑行業(yè)訂立相關(guān)法律法規(guī)和相關(guān)建筑標準規(guī)范,在宏觀上對建設(shè)工程項目進行把控,通過要求其他系統(tǒng)在建設(shè)工程項目的建設(shè)過程中對相關(guān)法律法規(guī)和相關(guān)建筑標準規(guī)范嚴格執(zhí)行,達到對其他系統(tǒng)的約束控制。
(2)管理系統(tǒng)大多是包含多個參與方,通常會以項目部的組織形式,使各參與方彼此配合相互約束,在建設(shè)工程項目各階段進行管控,以完成工程項目的建設(shè)目標。其中建設(shè)單位是建設(shè)工程項目的籌建出資方,也是建設(shè)任務(wù)的發(fā)出方,通過招投標等方式將建設(shè)工程中的勘察、設(shè)計、施工等各種任務(wù)委托給具有相應(yīng)資質(zhì)的單位,接收各單位的任務(wù)完成情況反饋,對各單位進行控制約束。
(3)基層系統(tǒng)是涉及主要人為因素的系統(tǒng)。施工員、安全員和監(jiān)理員等管理人員按照相關(guān)法律法規(guī)、行業(yè)標準及接受施工單位和監(jiān)理單位的巡查指令,對作業(yè)工人進行安全培訓教育,指揮協(xié)調(diào)各工種作業(yè)工人按照相關(guān)施工組織方案和制度作業(yè),從而對作業(yè)工人達到約束。
建設(shè)項目的控制系統(tǒng)在運行過程中會受到物理環(huán)境系統(tǒng)的影響,其主要包含天氣氣象、作業(yè)環(huán)境、建筑材料和機械設(shè)備等對實際建設(shè)過程造成不利影響的風險因素。施工期間出現(xiàn)的臺風、暴雨等惡劣天氣氣象是安全控制約束失效的重要原因之一。惡劣的天氣氣象一方面會加重一線作業(yè)工人的作業(yè)負荷,同時也會對已完成的工程部分的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,大大提升坍塌事故發(fā)生的風險。施工過程所使用的材料設(shè)備如果出現(xiàn)老化或者不合格的問題,將對工程質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響,極大地增強了安全隱患,增大管理人員的管理負荷。
施工環(huán)境的復雜程度,作業(yè)場所區(qū)域的劃分也會影響安全控制系統(tǒng)的約束效果,當作業(yè)現(xiàn)場秩序混亂會增加管理人員的管理難度,同時也會一定程度地增加作業(yè)人員的作業(yè)難度。
對于每個系統(tǒng)安全約束,確定高級別系統(tǒng)是否將執(zhí)行該約束的責任分配給了安全控制結(jié)構(gòu)中的下方組件,或者高級別系統(tǒng)是否進行足夠的控制,以確保其分配的安全約束在其下方的組件中得到執(zhí)行,是分析事故原因的關(guān)鍵。在這個階段利用HFACS 可以有效地了解人為決策和有缺陷的控制行為,從而達到對坍塌事故的全面了解。
首先確定各控制系統(tǒng)中所包含的HFACS層級。政府系統(tǒng)對管理系統(tǒng)和基層系統(tǒng)起到監(jiān)督作用,審核各個環(huán)節(jié)是否合法合規(guī)。管理系統(tǒng)營造了多方聯(lián)合項目部與基層系統(tǒng)管理人員和作業(yè)人員的組織氛圍,同時也對基層系統(tǒng)的管理人員和作業(yè)人員進行監(jiān)督。在基層系統(tǒng)內(nèi)部管理人員對作業(yè)工人進行監(jiān)督,而作業(yè)工人在作業(yè)中的不當操作將直接導致坍塌事故的發(fā)生。因此,每個系統(tǒng)都包含不同的HFACS 層級,政府系統(tǒng)包含不安全監(jiān)督,管理系統(tǒng)包含組織影響、不安全監(jiān)督,基層系統(tǒng)包含不安全監(jiān)督、不安全行為的前提和不安全行為。
(1)政府系統(tǒng)中存在未對建設(shè)程序進行嚴格審批、未對違法發(fā)(分)包進行嚴格糾察、部分法規(guī)與地方規(guī)定沖突,導致監(jiān)管混亂、未對管理系統(tǒng)中的監(jiān)管方進行有效監(jiān)督等問題[19]。這些問題構(gòu)成了政府系統(tǒng)的不安全監(jiān)督因素。
(2)管理系統(tǒng)的組織影響包括安全文化氛圍不佳,對安全培訓教育不重視、建設(shè)組織權(quán)責混亂、設(shè)計方案,工期進度等組織計劃不合理等。對項目參與單位和參與人員資質(zhì)審核不充分、施工過程的安全質(zhì)量驗收落實不到位、不及時排查或處理安全隱患和設(shè)置安全防護措施、不編制科學的施工方案或無施工方案施工等情況構(gòu)成管理系統(tǒng)的不安全監(jiān)督。
(3)基層系統(tǒng)中不安全監(jiān)督主要發(fā)生在管理人員中,管理人員違反相關(guān)規(guī)定,憑借個人經(jīng)驗指揮工人作業(yè)、對特種作業(yè)工人的資質(zhì)審核不到位及自身缺乏相應(yīng)管理資質(zhì)、未定期組織工人進行安全教育培訓和技能培訓、監(jiān)理工作失職及施工文件審查不到位都屬于不安全監(jiān)督。由于一線作業(yè)體力消耗大,工人存在疲勞作業(yè)、安全意識淡薄,為圖工作方便,無效佩戴或未使用保護裝備、作業(yè)人員經(jīng)驗素質(zhì)參差不齊,這些都是不安全行為的前提。作業(yè)工人的不安全行為主要是違反相關(guān)規(guī)定違抗相關(guān)指令進行作業(yè)、作業(yè)過程中發(fā)生失誤釀成事故等。
經(jīng)過上述分析,總結(jié)歸納出坍塌事故風險因素,如表1 所示。為了便于后續(xù)分析,用英文字母組合對各元素編碼,物理環(huán)境系統(tǒng)用PE 表示,政府系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和基層系統(tǒng)分別用字母G、M 和B 表示,組織影響、不安全監(jiān)督、不安全行為的前提和不安全行為分別用字母O、S、P 和B 表示,不同層級的風險因素用不同字母組合表示,例如政府系統(tǒng)的不安全監(jiān)督用GS 表示。
表1 坍塌事故中的風險因素
收集到的249 份坍塌事故報告案例都具有較為詳細的事故發(fā)生經(jīng)過,基于事故報告中的事故發(fā)生經(jīng)過及相應(yīng)的分析過程,將識別出的坍塌事故風險因素中具有直接關(guān)系的用箭線連接,從而形成能夠反映坍塌事故發(fā)生的因素對。如果因素之間具有直接關(guān)系的則該因素對取值為1,反之則取0,繼而對單個事故可以構(gòu)成一個表達該事故因素關(guān)系的局部關(guān)系矩陣。
再對所收集到的249 個坍塌事故報告案例進行上述研究過程,識別出各事故因素關(guān)系,形成各局部關(guān)系矩陣,最終合并建立了一個28×28 的全局關(guān)系矩陣。將得到的全局關(guān)系矩陣導入NetDraw 軟件中,生成了具有27 個風險因素節(jié)點和1 個事故節(jié)點的坍塌事故網(wǎng)絡(luò),如圖2 所示。
圖2 坍塌事故網(wǎng)絡(luò)
為了識別出坍塌事故網(wǎng)絡(luò)中各風險因素在網(wǎng)絡(luò)中的地位,借助UCINET 軟件對坍塌事故網(wǎng)絡(luò)進行核心—邊緣分析,確定坍塌事故網(wǎng)絡(luò)中的核心風險因素和邊緣風險因素[20]。如表2 所示,整個網(wǎng)絡(luò)的27 個風險因素有16 個處于核心位置,11 個處于相對邊緣位置。超過一半的風險因素處于核心位置說明多數(shù)的風險因素對于坍塌事故網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的,對坍塌事故的發(fā)生起到核心關(guān)鍵作用。
表2 坍塌事故網(wǎng)絡(luò)核心—邊緣分析
3.3.1 度數(shù)中心性分析
利用UCINET軟件得出坍塌事故網(wǎng)絡(luò)各風險因素的度數(shù)中心度按降序排列如圖3 所示。度數(shù)中心度比較靠前的有現(xiàn)場管理不到位BS1、現(xiàn)場監(jiān)理工作失職BS2、違規(guī)作業(yè)BB1、未嚴格落實安全生產(chǎn)責任制MS1、相關(guān)部門監(jiān)管失職GS2,這些因素在坍塌事故網(wǎng)絡(luò)中是比較關(guān)鍵的節(jié)點,在坍塌事故網(wǎng)絡(luò)里與其他節(jié)點的直接聯(lián)系最為密切。此外,在度數(shù)中心度排名前3 的風險因素都屬于基層系統(tǒng),體現(xiàn)出工程項目建設(shè)過程中基層管理的重要性。在排名前10 的風險因素中,政府系統(tǒng)的風險因素全部在內(nèi),體現(xiàn)出政府系統(tǒng)相關(guān)單位對坍塌事故的影響巨大,所應(yīng)承擔的安全責任重大,有8 個風險因素屬于不安全監(jiān)督層級,占比57.14%,表明在建設(shè)工程項目建設(shè)過程中不安全監(jiān)督的出現(xiàn)會極大增加坍塌事故的發(fā)生風險。
圖3 坍塌事故網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度數(shù)中心性
3.3.2 中間中心性分析
在網(wǎng)絡(luò)中存在著許多沒有直接關(guān)系的節(jié)點,它們之間的聯(lián)系需要其它節(jié)點充當“媒介”,而這種“媒介”的作用強弱就用中間中心度來表示。計算得出各風險因素的中間中心度,按從高到低降序排列如圖4 所示?,F(xiàn)場管理不到位BS1、現(xiàn)場監(jiān)理工作失職BS2、未嚴格落實安全生產(chǎn)責任制MS1、相關(guān)資質(zhì)審查不到位MS2 和安全教育培訓不到位BS8 的中間中心度排在前列,大部分風險因素的排名與度數(shù)中心度的排名相差不大,但值得注意的是,部門監(jiān)管重疊混亂GS1、相關(guān)部門監(jiān)管失職GS2 的度數(shù)中心度排名靠前,但是中間中心度卻排在最后,說明這兩個與其他風險因素都是直接聯(lián)系不需要“媒介”。安全教育培訓不到位BS8 雖然度數(shù)中心度比較靠后,但是其中間中心度比較靠前,說明其在坍塌事故網(wǎng)絡(luò)“媒介”作用較大,在項目建設(shè)過程中不容忽視。
圖4 坍塌事故網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中間中心性
3.3.3 中心性綜合分析
為了對中心性進行綜合分析,采用自然斷點法對坍塌事故網(wǎng)絡(luò)風險因素節(jié)點的度數(shù)中心度和中間中心度進行分級處理,將兩種中心性分別分成三級并對其標準化評分,按度數(shù)大小分別評2、1 和0分,最后對兩項分數(shù)之和進行等級劃分,總分大于2的為高分等于2 為中分小于2 為低分,綜合評價坍塌事故風險因素的重要程度。各風險因素的得分情況如表3 所示。有14 個風險因素位于高分段,超過整體風險因素的半數(shù),與核心—邊緣分析結(jié)果一致。
表3 坍塌事故風險因素綜合評價
網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的連接傳遞具有方向性,采用關(guān)聯(lián)方向指數(shù)來表達這種特征。在分析坍塌事故網(wǎng)絡(luò)中,利用關(guān)聯(lián)方向指數(shù)可以得出風險因素在網(wǎng)絡(luò)中充當?shù)慕巧?。關(guān)聯(lián)方向指數(shù)表達式如下:
式中,Di代表風險因素i的關(guān)聯(lián)方向指數(shù);Ai代表風險因素i的度數(shù)中心總度;Bi代表風險因素i的度數(shù)中心輸入度;Ci代表風險因素i的度數(shù)中心輸出度。
根據(jù)風險因素關(guān)聯(lián)方向指數(shù)的正負可以確定風險因素的功能,指數(shù)為正時可認為該風險因素為結(jié)果因素,反之則可認為該因素為原因因素。關(guān)聯(lián)方向指數(shù)的絕對值大小代表風險因素偏向結(jié)果或是原因因素的程度。
圖5 展示了所有風險因素的關(guān)聯(lián)方向指數(shù),值得注意的是不同部門監(jiān)管重疊混亂GS1、相關(guān)部門監(jiān)管失職GS2、安全氛圍不佳MO2、惡劣天氣氣象PE1 和材料設(shè)備老化PE2 的關(guān)聯(lián)方向指數(shù)為-1,這表明這幾個風險因素作為原因因素的程度為100%,不受其它風險因素影響的同時極易對其它風險因素產(chǎn)生影響。
圖5 各風險因素的關(guān)聯(lián)方向指數(shù)
核心—邊緣分析中處于核心位置的風險因素與中心性綜合分析中高分段的風險因素大致上都重合,可以確定這些重合的風險因素為坍塌事故的關(guān)鍵風險因素。區(qū)別比較大的是,安全氛圍不佳MO2、安全管理架構(gòu)不健全MO3 兩個風險因素雖然在核心—邊緣分析中處于核心位置但是在中心性綜合分析中位于低分段,表明處于網(wǎng)絡(luò)位置中心的風險因素其影響效應(yīng)不一定高。不同部門監(jiān)管重疊混亂GS1、相關(guān)部門監(jiān)管失職GS2、安全氛圍不佳MO2、惡劣天氣氣象PE1 和材料設(shè)備老化PE2這幾個100%程度的原因風險因素應(yīng)加強重視,減弱或切斷其對其它風險因素的影響。
(1)相關(guān)監(jiān)管部門應(yīng)該不斷完善監(jiān)管制度,形成專職專管,專責專任的體系,避免交叉管理的情況出現(xiàn),有效減緩監(jiān)管不力和監(jiān)管混亂的現(xiàn)象,進而降低事故發(fā)生的風險。
(2)制定科學的施工方案和安全生產(chǎn)責任制度,并且嚴格落實,安全生產(chǎn)責任制度沒有有效落實會使得施工過程相關(guān)人員責任意識缺失,從而產(chǎn)生管理不到位,監(jiān)查失職,違規(guī)作業(yè)等直接導致事故的因素。
(3)注重組織內(nèi)部的安全氛圍營造,加強安全知識培訓與教育,不能流于形式,通過加強教育培訓后的考核,可使作業(yè)人員的安全意識提升,減少作業(yè)人員的不安全行為。
(4)加強對天氣氣象的監(jiān)測,對于惡劣天氣氣象提前預報,并及時對易發(fā)生坍塌的結(jié)構(gòu)加固處理,必要時停工嚴格禁止冒險作業(yè)。
(5)對材料設(shè)備安排專人定期檢查維護,對于老化不合格的,早發(fā)現(xiàn)早維修早更換。
本文綜合STAMP 模型和HFACS 模型的優(yōu)勢,消減單一模型的孤立和局限性,在坍塌事故分析過程中使用STAMP-HFACS 混合分析方法,識別出27 個坍塌事故的風險因素。根據(jù)大量坍塌事故報告的分析研究,構(gòu)建了坍塌事故網(wǎng)絡(luò)。通過對坍塌事故網(wǎng)絡(luò)的分析,結(jié)合核心—邊緣分析與中心性綜合分析,明確了相關(guān)資質(zhì)審查不到位、未嚴格落實安全生產(chǎn)責任制、現(xiàn)場管理不到位、現(xiàn)場監(jiān)理工作失職等關(guān)鍵的風險因素。同時利用關(guān)聯(lián)方向指數(shù),識別出風險因素在網(wǎng)絡(luò)中的原因結(jié)果特征。針對識別出的關(guān)鍵和原因特征的風險因素提出了相應(yīng)的預防對策,在建設(shè)工程項目建設(shè)過程中應(yīng)對這些風險因素加大重視和加強管理力度。