高處墜落事故的突變模型與分析

摘要:介紹了突變理論基本原理及評(píng)價(jià)方法。分析了高處墜落事故的特點(diǎn)。利用非線性科學(xué)領(lǐng)域的突變論分析建筑業(yè)高處墜落事故致因，構(gòu)建了建筑業(yè)高處墜落事故的致因突變模型，給出了高處墜落事故的勢(shì)函數(shù)形式。利用蝴蝶突變模型的歸一公式求出人的不安全行為、機(jī)的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理的缺陷對(duì)高處墜落事故的作用。

關(guān)鍵詞:高處墜落事故;突變理論;突變模型

Abstract: This paper introduces basic principles and basic methods of mutation theory and analysis the characteristics of falling accident. This paper makes use of mutation theory analysis the reason of falling accident; construct the mutation model of falling accident reason; write the Potential function of falling accident. Make use of the mutation model’s formula export the effect of the no security behavior of people， no security state of equipment， no security factors of environmental and the management of the defect’s role in falling accident.

Key words: Falling; mutation theory; mutation model

0 引言

建筑業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)，建筑安全生產(chǎn)工作是全國安全生產(chǎn)工作的重要組成部分。2009年全國建筑業(yè)企業(yè)(指具有資質(zhì)等級(jí)的總承包和專業(yè)承包建筑業(yè)企業(yè)，不含勞務(wù)分包建筑業(yè)企業(yè))完成建筑業(yè)總產(chǎn)值75864億元，比上年增加13827億元，增長22.3%[1]。在建筑業(yè)持續(xù)高速增長的條件下，雖然各地，各部門也在不斷加大安全監(jiān)督工作力度，深化安全施工隱患排查和專項(xiàng)整治制度，有效保障和促進(jìn)了建筑業(yè)的安全發(fā)展。但是建筑事故多發(fā)，安全形勢(shì)依然嚴(yán)峻，安全生產(chǎn)問題仍然十分突出。特別是建筑施工高處墜落事故，由于事故發(fā)生率高，死亡率大，因而高處墜落事故被列為建筑施工四大傷害之首，約占全部事故的40%以上。因此，研究建筑施工高處墜落事故的特點(diǎn)，分析事故成因，尋找事故發(fā)生規(guī)律，從而采取相應(yīng)的預(yù)防措施，是十分必要的，也是極為緊迫的。

高處墜落事故是人、機(jī)械設(shè)備、環(huán)境和安全管理等多種因素偶合失調(diào)導(dǎo)致的人受到傷害的過程。本文利用突變理論探討高處墜落事故致因模型，揭示事故致因的基本要素，分析主要的危險(xiǎn)、有害因素及其內(nèi)在聯(lián)系。利用突變理論的初等變換公式，建立高處墜落事故的突變分析模型，將事故危險(xiǎn)程度分為安全區(qū)域、臨界區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域，以便企業(yè)了解自身在高處墜落事故方面的安全現(xiàn)狀，合理對(duì)高處墜落事故進(jìn)行安全優(yōu)化，預(yù)防和控制高處墜落事故的發(fā)生。

1 突變理論

微分方程作為科學(xué)研究的主要數(shù)學(xué)工具，對(duì)描述各種連續(xù)和光滑變化的系統(tǒng)具有很大的作用，但對(duì)于具有不連續(xù)性的系統(tǒng)則作用不大，突變論的出現(xiàn)則解決了這一難題，它無須求微分方程和解微分方程，只要注意“微分同胚”、“同構(gòu)”、“同態(tài)”等概念，便可獲得系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性相當(dāng)可觀的信息[2]。突變理論是法國數(shù)學(xué)家Thom于1972年建立起來的以奇點(diǎn)理論、微分方程穩(wěn)定性理論等數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的用于研究連續(xù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的突然變化的現(xiàn)象，以及突然變化與連續(xù)變化因素之間關(guān)系的理論[3]。突變理論能夠直接處理不連續(xù)性的內(nèi)在機(jī)制，特別適用于內(nèi)部作用尚未確知系統(tǒng)的研究。雖然突變理論的證明涉及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較深，但應(yīng)用模型相對(duì)簡單，因此運(yùn)用領(lǐng)域廣闊。在突變理論中，Thom研究了初等函數(shù)的分類問題，通過建立微分方程與函數(shù)之間的聯(lián)系，對(duì)梯度系統(tǒng)中的奇點(diǎn)進(jìn)行了分類。突變理論的應(yīng)用不僅局限在數(shù)學(xué)、力學(xué)和物理等自然科學(xué)領(lǐng)域中，而且還推廣到生物學(xué)和社會(huì)科學(xué)、工程科學(xué)等領(lǐng)域[4]。

突變理論的特點(diǎn)是根據(jù)系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)將系統(tǒng)的臨界點(diǎn)分類，研究分類臨界點(diǎn)

附近非連續(xù)變化狀態(tài)的特征，從而歸納出若干個(gè)初等突變模型，一般所講的突變理論是指Thom歸納的7個(gè)初等突變模型。進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，常用的突變模型有尖點(diǎn)突變、燕尾突變和蝴蝶突變。(表1)其中表示系統(tǒng)狀態(tài)變量X的勢(shì)函數(shù);X的系數(shù)a、b、c、d表示狀態(tài)變量的控制變量。勢(shì)函數(shù)中狀態(tài)變量和控制變量是矛盾著的兩個(gè)方面，諸控制變量之間又相互作用以構(gòu)成矛盾，系統(tǒng)所處的任一狀態(tài)乃是狀態(tài)變量與控制變量的統(tǒng)一，也是諸控制變量之間的相互作用的統(tǒng)一。突變模型中，勢(shì)函數(shù)的所有臨界點(diǎn)集合成一平衡曲M，面通過對(duì)求一階導(dǎo)數(shù)，并令即可得到該平衡曲面方程。平衡曲面的奇點(diǎn)集S可通過二階導(dǎo)數(shù)求得。令和可得到反映狀態(tài)變量與各控制變量間關(guān)系的分解形式的分歧方程。

2 高處墜落事故制因突變模型的構(gòu)建

2.1高處墜落事故特點(diǎn)

根據(jù)四川科技出版社出版的《建筑施工重大傷亡事故800例》(樊錫仁主編)一書所述的案例可以看出，在建筑施工高處墜落事故中由于不懂操作技術(shù)而造成事故的比例較小，而由于違反操作規(guī)程或勞動(dòng)紀(jì)律，以及由于未使用或未正確使用個(gè)人防護(hù)用品而造成事故的，占事故總數(shù)的682‰。從發(fā)生事故的主體的年齡來看，23~45周歲的人居多，約占全部事故的70%以上[5]。

從發(fā)生事故的客觀條件可以看出，主要是安全生產(chǎn)責(zé)任制落實(shí)不好，安全經(jīng)費(fèi)投入不足，安全檢查流于形式，勞動(dòng)組織不合理，安全教育不到位，施工現(xiàn)場(chǎng)缺乏良好的安全生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)秩序。

從發(fā)生事故的結(jié)果看，作業(yè)地點(diǎn)離地面越高，沖擊力越大，造成的傷害也越大，形成的損失也越大。亞高處墜落雖然造成的損失較小，但由于工作人員放松警惕，所以事故率較高處作業(yè)還高。

從發(fā)生事故的類型看，高處墜落事故最易在建筑安裝登高架設(shè)作業(yè)過程中與腳手架、吊籃處、使用梯子登高作業(yè)時(shí)以及懸空高處作業(yè)時(shí)發(fā)生。其次在“四口五臨邊”處，輕型屋面處墜落。還有的是在拆除工程時(shí)和其他作業(yè)時(shí)發(fā)生墜落事故。

2.2 高處墜落事故的規(guī)律

由于每個(gè)建筑施工作業(yè)環(huán)境比較類似，作業(yè)方式雷同，所以建筑施工中的高處墜落事故呈現(xiàn)出很強(qiáng)的規(guī)律性。主要是由人在從事高空作業(yè)時(shí)與相關(guān)器械結(jié)合或碰撞，違反了操作規(guī)程，身體失去控制造成的。探尋高處墜落事故的規(guī)律，掌握導(dǎo)致事故發(fā)生的原因，有利于人們開展安全教育，進(jìn)行安全設(shè)施的改進(jìn)，能夠有效預(yù)防事故的發(fā)生。

2.3高處墜落事故制因突變模型

從安全管理學(xué)的角度來看，建筑施工作業(yè)發(fā)生高處墜落事故的原因可以從人的不安全行為、機(jī)的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素以及安全管理缺陷四個(gè)方面進(jìn)行分析。這四個(gè)方面的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞和缺陷，都會(huì)引起高空墜落事故，從而造成人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。影響現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)安全的因素很多，必須對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究，制定合理的致因模型。根據(jù)高處墜落事故的特點(diǎn)和規(guī)律性，從人、機(jī)、環(huán)境、管理四個(gè)方面考慮，構(gòu)建了高處墜落事故的致因突變模型。(圖1)

3 高處墜落事故的突變模型分析

根據(jù)高處墜落事故的制因突變模型可以知道，事故的發(fā)生主要與作業(yè)人員安全行為(B1)、防范設(shè)備缺陷(B2)、環(huán)境的不安全因素(B3)和安全管理缺陷(B4)四個(gè)方面相關(guān)。所以，由突變理論可知，初等突變模型的勢(shì)函數(shù)為:

(由高處墜落事故突變結(jié)構(gòu)模型圖可知，最底層指標(biāo)D1和D2、D3和D4、D5和D6、D7和D8、D12和D13分別構(gòu)成尖點(diǎn)突變;D9、D10和D11以及D14、D15和D16構(gòu)成燕尾突變;第二層指標(biāo)C1、C2和C3構(gòu)成燕尾突變;C4和C5構(gòu)成尖點(diǎn)突變。由此可求得B1，B2，B3和B4)

同理可得，高處墜落事故狀況的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為:

式中:——作業(yè)人員安全行為狀況的蝴蝶突變標(biāo)準(zhǔn)值;

——防范設(shè)備狀況的蝴蝶突變標(biāo)準(zhǔn)值;

——環(huán)境的不安全因素的蝴蝶突變標(biāo)準(zhǔn)值;

——管理缺陷的蝴蝶突變標(biāo)準(zhǔn)值。

則，危險(xiǎn)系數(shù):

如果危險(xiǎn)系數(shù)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，就是相對(duì)安全的狀況。具體如下:

安全狀況。當(dāng)，即時(shí)，系統(tǒng)為安全狀態(tài)。

臨界狀態(tài)。當(dāng)，即時(shí)，系統(tǒng)為安全與危險(xiǎn)的臨界狀態(tài)。

危險(xiǎn)狀態(tài)。當(dāng)，即時(shí)，系統(tǒng)處在危險(xiǎn)狀態(tài)。

4 結(jié)論

高處墜落是我國現(xiàn)階段事故多發(fā)的主要類型，也是在幾年內(nèi)很難根除和改善的，必須建立更為健全的安全管理制度，最大限度的減少高處墜落事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

高處墜落事故具有一定的模糊性和突發(fā)性，本文應(yīng)用突變理論，根據(jù)Thom歸納出的突變理論基本模型，找到一組適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變量和控制變量，對(duì)高處墜落事故進(jìn)行安全性分析。這種方法計(jì)算簡單，有利于實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)高處墜落事故的特點(diǎn)，詳細(xì)制定了突變模型的底層指標(biāo)，對(duì)分析高處墜落事故原因，預(yù)防和控制高空墜落事故的發(fā)生有現(xiàn)實(shí)意義。

建立了安全決策的方案模型，對(duì)表現(xiàn)系統(tǒng)危險(xiǎn)性的危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行定義和分析，為進(jìn)一步掌握高處墜落事故的規(guī)律性，減少事故發(fā)生概率提供了幫助。

利用蝴蝶突變模型的歸一公式對(duì)人的不安全行為、機(jī)的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全因素、管理的缺陷對(duì)高處墜落事故的作用進(jìn)行量化分析，可以清楚地表現(xiàn)企業(yè)在高處墜落事故方面的安全現(xiàn)狀，對(duì)企業(yè)預(yù)防和控制高處墜落事故，避免人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失有重要指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部計(jì)劃財(cái)務(wù)與外事司中國建筑業(yè)協(xié)會(huì). 《2009年建筑業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)分析》. 2009

[2] 歐陽文昭，肖雙喜.突變論與安全科學(xué).《地質(zhì)勘探安全》 1996.21-24

[3] Thom R.Structural Stability and Morphogenesis[M].Boulder:Colorado Westview Press，1994.25-63

[4] 沈斐敏. 交通事故致因分析的突變模型. 《福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)》 2006.

[5] 樊錫仁 .《建筑施工重大傷亡事故800例》 . 四川科技出版社出版. 1990