多因素耦合作用影響的高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)研究

戴坤陽(yáng) 蘇建安 毛紅日

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.湖南省高速公路管理局，湖南 長(zhǎng)沙 410016)

0 引言

高速公路改擴(kuò)建工程的施工難度大、環(huán)境復(fù)雜，其安全系統(tǒng)是一個(gè)涉及人、機(jī)、料、方法、環(huán)境的復(fù)雜的管理系統(tǒng)，各子系統(tǒng)及子系統(tǒng)內(nèi)的不同因素相互聯(lián)系、相互制約[1-3]。高速公路改擴(kuò)建工程施工不安全狀態(tài)并非單一因素(因子)所導(dǎo)致的，而是由多項(xiàng)不安全因素耦合作用造成的。高速公路改擴(kuò)建工程相比新建工程，會(huì)出現(xiàn)施工環(huán)境更加復(fù)雜、施工周期更長(zhǎng)、施工技術(shù)更復(fù)雜、夜間施工更多、交通組織影響更大等問(wèn)題，從而導(dǎo)致安全隱患增加。改擴(kuò)建工程中各類人、機(jī)、料等大量生產(chǎn)要素在施工過(guò)程中都可能形成安全隱患，且各類安全隱患之間存在連帶性和疊加性，施工安全影響因素之間經(jīng)常發(fā)生耦合[4]。

傳統(tǒng)的高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)均從人、機(jī)、料、方法、環(huán)境以及交通安全等方面單獨(dú)地評(píng)價(jià)施工安全狀態(tài)[5-6]，傳統(tǒng)的施工安全評(píng)價(jià)方法難以全面分析影響高速公路改擴(kuò)建工程施工安全事故的因素及整體施工安全。因?yàn)樵趯?shí)際施工過(guò)程中，安全事故往往是由多因素間的相互作用與影響所引發(fā)的，需要考慮不同施工安全影響因素間的耦合作用[7]。為此，必須準(zhǔn)確、有效地歸納影響高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的因素，以便施工方采取合理、有效的措施轉(zhuǎn)移和規(guī)避施工安全隱患，從而達(dá)到降低施工安全事故率，改善施工安全管理水平的目的[7]。

1 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全原因分析

影響高速公路施工安全的因素眾多，涉及諸多方面。而高速公路改擴(kuò)建工程是在原有道路基礎(chǔ)上的改建或者擴(kuò)建，且大部分改擴(kuò)建工程“邊通車，邊施工”，因此高速公路改擴(kuò)建工程施工安全比新建工程的要求更加嚴(yán)格、管理更加復(fù)雜[8]。改擴(kuò)建工程除了新建工程原有的施工安全影響因素，還需將行車安全和降低交通事故的概念加入評(píng)價(jià)體系中，即形成“施工+交通”雙安全評(píng)價(jià)體系[9-10]。整理高速公路改擴(kuò)建工程施工安全文獻(xiàn)，結(jié)合JTG/T B05-2004《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》和專家的意見(jiàn)，將高速公路改擴(kuò)建工程施工安全因素歸納為五方面：個(gè)人因素、機(jī)械因素、材料因素、方法因素、環(huán)境因素，即4M1E，見(jiàn)表1。

表1 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素

(續(xù))

2 多因素耦合施工安全評(píng)價(jià)

2.1 多因素耦合施工安全機(jī)理分析

安全是高速公路改擴(kuò)建工程施工期間需首要關(guān)注的問(wèn)題，人、機(jī)、料、方法、環(huán)境構(gòu)成了復(fù)雜的高速公路改擴(kuò)建工程施工安全系統(tǒng)，“零安全事故”是管理人員追求的目標(biāo)。但是，高速公路改擴(kuò)建工程施工安全不僅被機(jī)械、環(huán)境等單一因素影響，而且受到人、機(jī)、料、法、環(huán)復(fù)雜系統(tǒng)中各因素的相互影響、相互作用。在多因素耦合作用下，安全事故發(fā)生的概率會(huì)增大，如高速公路改擴(kuò)建期間作業(yè)區(qū)車流量過(guò)大，會(huì)增加作業(yè)人員的心理負(fù)擔(dān)(恐懼、擔(dān)憂等)，影響作業(yè)人員的注意力，進(jìn)而可能導(dǎo)致施工機(jī)械的操作錯(cuò)誤，引發(fā)安全事故[11]。高速公路改擴(kuò)建工程施工安全耦合作用下的機(jī)理見(jiàn)圖1。

圖1 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全耦合機(jī)理

2.2 相互作用矩陣

相互作用矩陣法考慮高速公路改擴(kuò)建工程施工安全系統(tǒng)中單一因素影響的同時(shí)，還考慮了不同因素間的相互作用、相互影響對(duì)整個(gè)安全系統(tǒng)的影響。應(yīng)用該方法能有效解決復(fù)雜系統(tǒng)中不同因素間的相互影響和相互作用等耦合性的復(fù)雜問(wèn)題[12]。

相互作用矩陣法在高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用步驟如下：

(1)構(gòu)建高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用文獻(xiàn)綜述法、專家訪談法、問(wèn)卷調(diào)查法等方法詳細(xì)調(diào)查研究，得到影響高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的主要因素，見(jiàn)表1。

(2)量化施工安全影響因素，構(gòu)建高速公路改擴(kuò)建工程施工安全相互作用矩陣，定量評(píng)價(jià)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全狀態(tài)和等級(jí)。定量化描述的方法有完全數(shù)值分析法、參數(shù)斜率關(guān)系表示法、專家定量取值法、二值表示法等方法。

相關(guān)作用矩陣設(shè)置規(guī)則是：高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素用矩陣主對(duì)角線上元素定量化描述，放置無(wú)順序要求，矩陣主對(duì)角線上值代表該因素對(duì)施工安全的影響程度。不同因素間的耦合作用放置于次對(duì)角線，其值表示因素耦合作用對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的影響程度。相關(guān)作用矩陣表示如下

在這個(gè)相關(guān)作用矩陣中，pii代表第i個(gè)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素，pij代表高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素i作用影響因素j而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響程度。同理，pji代表影響因素i受影響因素j作用而對(duì)整個(gè)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。根據(jù)組成的相關(guān)作用矩陣，以式(1)、式(2)計(jì)算高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的影響因素的權(quán)重ki

(1)

其中

(2)

式中，m代表某個(gè)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的主要影響因素；SR(i)代表施工安全影響因素i自身安全系數(shù)與對(duì)其他施工安全影響因素產(chǎn)生耦合作用的系數(shù)之和；SC(i)代表安全影響因素i自身安全系數(shù)與其他施工安全影響因素對(duì)因素i產(chǎn)生耦合作用的系數(shù)之和；權(quán)重ki代表施工安全影響因素i對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的影響程度，其值愈大代表該安全因素對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響程度愈大，應(yīng)當(dāng)在施工過(guò)程中加強(qiáng)安全管理力度、完善安全管理制度，轉(zhuǎn)移或規(guī)避其存在的安全隱患。根據(jù)式(3)進(jìn)一步計(jì)算高速公路改擴(kuò)建工程施工安全程度，即

(3)

式中，Vi代表施工安全影響因素安全性優(yōu)劣性，其值為Vi=pii/4；SD值是高速公路改擴(kuò)建在多個(gè)因素耦合作用下的評(píng)價(jià)結(jié)果，是個(gè)無(wú)量綱數(shù)值，稱之為高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)系數(shù)。

2.3 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全等級(jí)

為了定量評(píng)價(jià)高速公路改擴(kuò)建工程施工的安全狀態(tài)和等級(jí)，首先，構(gòu)建多因素相互作用矩陣，根據(jù)式(1)～式(3)計(jì)算高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)系數(shù)SD值；其次，按照高速公路改擴(kuò)建工程施工安全程度將其分為極弱安全、弱安全、中等安全、強(qiáng)安全、極強(qiáng)安全5個(gè)安全等級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全等級(jí)

(續(xù))

根據(jù)所得的SD值，可以評(píng)價(jià)高速公路改擴(kuò)建工程中的施工安全狀態(tài)和等級(jí)。若該高速公路改擴(kuò)建工程等級(jí)屬于Ⅰ類或Ⅱ類，說(shuō)明該工程處于極強(qiáng)或者強(qiáng)安全狀態(tài)，此時(shí)不需要立即對(duì)該改擴(kuò)建工程采取防治措施；若該改擴(kuò)建工程屬于Ⅲ類安全等級(jí)，即屬于中等安全狀態(tài)，則必須研究和分析該工程的安全隱患，進(jìn)而采取有效措施將安全隱患分散或者轉(zhuǎn)移；若該改擴(kuò)建工程屬于Ⅳ或者Ⅴ類等級(jí)，表明該改擴(kuò)建工程處于弱或極弱安全狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)立即成立安全處理小組，全面排除該改擴(kuò)建工程的安全隱患并針對(duì)性地采取有效措施。

3 實(shí)例分析

本文以GQ高速公路改擴(kuò)建工程為例，通過(guò)分析該工程的特點(diǎn)，結(jié)合表1成果，建立該工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用專家半定量取值法定量描述GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素及因素間耦合作用于該工程施工安全的關(guān)系。將影響因素及其耦合作用對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響程度分為5個(gè)等級(jí)，應(yīng)用無(wú)量綱數(shù)值0～4定量描述(表3)。

表3 半定量取值下的關(guān)系矩陣

根據(jù)關(guān)系矩陣的構(gòu)建原則，確定表1中19個(gè)影響因子的關(guān)系矩陣。應(yīng)用專家半定量取值法得到高施工安全影響因子以及各因子間的耦合作用對(duì)GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響程度的取值，組成GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的多因素耦合作用關(guān)系矩陣p，即

根據(jù)式(1)、式(2)，可得到高速公路改擴(kuò)建工程施工安全19個(gè)影響因子的權(quán)重，見(jiàn)表4。從中可以看出機(jī)械質(zhì)量、機(jī)械維護(hù)、安全管理、交通組織、管理組織是影響GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的主要影響因素。因此，GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工期間應(yīng)該制定嚴(yán)格的機(jī)械管理規(guī)章制度規(guī)范機(jī)械管理；加強(qiáng)安全管理工作，包括采取有效的安全防護(hù)措施，定期進(jìn)行安全培訓(xùn)，加強(qiáng)交通組織安全管理；優(yōu)化交通組織方案，弱化交通方面的影響，減少施工安全事故率；加強(qiáng)作業(yè)人員知識(shí)技能和安全知識(shí)培訓(xùn)，提高作業(yè)人員本身素質(zhì)和安全意識(shí)。從表4可以看出，整體上，方法因素是影響高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的主要影響因素，加強(qiáng)方法上的優(yōu)化可減少高速公路改擴(kuò)建工程施工中的安全問(wèn)題。

表4 高速公路改擴(kuò)建工程施工安全影響因素權(quán)重及排序

(續(xù))

確定各影響因子的權(quán)重后，根據(jù)式(3)可得GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全系數(shù)SD=42.5%，這也與GQ高速公路改擴(kuò)建工程出現(xiàn)的施工安全事故原因一致。按照表1中的高速公路改擴(kuò)建工程施工安全等級(jí)劃分，可判斷GQ高速公路改擴(kuò)建工程的施工安全等級(jí)屬于Ⅲ類等級(jí)，雖然GQ高速公路改擴(kuò)建工程處于中等安全狀態(tài)，但是該工程還是有必要采取有效的防范措施，以避免該工程發(fā)生重大事故。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)基于4 M1 E的角度構(gòu)建了高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探索了高速公路改擴(kuò)建工程施工安全耦合機(jī)理，發(fā)現(xiàn)施工安全事故并非由簡(jiǎn)單的單一因素(因子)所引起，而往往是由人、機(jī)、材、方法、環(huán)境間不同安全因素(因子)交互耦合作用導(dǎo)致的。

(2)相互作用矩陣不僅解決了高速公路改擴(kuò)建工程施工安全系統(tǒng)中單一因素(因子)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，而且還解決了不同施工安全因素(因子)間的耦合作用對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，應(yīng)用相互作用矩陣的方法能有效解決高速公路改擴(kuò)建工程施工安全復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)問(wèn)題。構(gòu)建多因素相互作用關(guān)系矩陣時(shí)，需要合理地分析和正確地選擇高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)因素(因子)，以確保高速公路改擴(kuò)建工程施工安全評(píng)價(jià)系數(shù)的正確性。

(3)對(duì)GQ高速公路改擴(kuò)建工程施工安全的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，考慮人、機(jī)、材、法、環(huán)境間相互作用、相互影響，以安全耦合作用機(jī)理為基礎(chǔ)評(píng)價(jià)高速公路改擴(kuò)建工程施工安全，更加符合工程的實(shí)際情況，更能真實(shí)地反映高速公路改擴(kuò)建工程施工安全狀態(tài)，有利于防治措施的選擇。

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