公路工程施工安全事故致因模型構(gòu)建

佟瑞鵬教授 趙 輝 崔鵬程

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083）

0 引言

公路交通作為交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，正以它獨(dú)特的方式影響著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的進(jìn)程。城市的發(fā)展也影響著公路工程建設(shè)，近年來我國(guó)公路總里程數(shù)和公路網(wǎng)密度都實(shí)現(xiàn)了巨大的飛躍。與此同時(shí)我國(guó)對(duì)公路工程建設(shè)的投入也越來越大，根據(jù)國(guó)家交通發(fā)展規(guī)劃，“十三五”期間交通總投資將達(dá)15萬億元，其中公路投資7.8萬億元[1]，但公路工程的高速發(fā)展也帶來了更多的安全事故。隨著近年來我國(guó)相關(guān)法律體系不斷完善，社會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)重視度明顯提高，企業(yè)對(duì)勞動(dòng)者培訓(xùn)的加強(qiáng)以及工人自身安全意識(shí)的提高，公路施工安全水平有了很大提升，但仍未達(dá)到國(guó)家和社會(huì)的期待水平[2]。公路工程項(xiàng)目施工點(diǎn)多線長(zhǎng)，項(xiàng)目環(huán)境復(fù)雜，過程涉及高難度作業(yè)區(qū)域，人員和機(jī)械流動(dòng)性大，其過程充滿風(fēng)險(xiǎn)、未知和不確定性，因此相關(guān)研究對(duì)于公路工程施工的致因機(jī)理探究不明。

目前國(guó)內(nèi)外公路施工安全的研究主要針對(duì)于施工過程中存在的不安全因素的分析與評(píng)價(jià)[3]、不同施工過程的分析[4]、施工安全的管理[5]以及新技術(shù)[6]和新材料[7]的應(yīng)用。對(duì)于事故致因模型的構(gòu)建方面，Heinrich提出了多米諾模型[8]，Reason提出了瑞士奶酪模型[9]，Shappell和Wiegmann提出了HFACS模型[10]。傅貴總結(jié)前人研究成果運(yùn)用組織行為學(xué)原理提出了事故致因“2-4”模型[11]，將事故發(fā)生歸結(jié)為直接原因、間接原因、根本原因、根源原因4個(gè)方面[12]。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)于公路施工安全和事故致因的研究成果比較豐富，但將兩者相結(jié)合的研究較少[13]。因此本文將以“2-4”模型和“4M”理論為基礎(chǔ)，對(duì)公路工程施工安全事故進(jìn)行致因因素分析和模型框架構(gòu)建，運(yùn)用Apriori算法對(duì)因素間關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行挖掘，以此構(gòu)建公路工程施工安全事故致因模型，模型能夠幫助管理者和決策者科學(xué)有效地進(jìn)行事故分析，找出預(yù)防事故發(fā)生的關(guān)鍵點(diǎn)，制定更加具有針對(duì)性的措施，確保公路施工的安全進(jìn)行。

1 事故致因因素分析

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，公路工程施工項(xiàng)目規(guī)模越來越大，施工難度越來越高[14]，項(xiàng)目所處的環(huán)境也越來越復(fù)雜，為了有效反映事物組成部分之間的關(guān)系以及系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律且能適應(yīng)人的思維決策模式，根據(jù)“4M”理論將公路施工事故致因一級(jí)因素分為人的因素、物的因素、環(huán)境因素、管理因素。人的因素指的是導(dǎo)致事故發(fā)生的與人有關(guān)的致因因素，具體來說，就是指由于人的原因造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境破壞等，致使公路施工系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)等事件的違背設(shè)計(jì)和操作規(guī)程的不安全行為或人的失誤。物的因素指的是施工設(shè)備和施工材料由于產(chǎn)生故障或管理不當(dāng)?shù)仍蜻M(jìn)而導(dǎo)致安全事故發(fā)生的不安全狀態(tài)。環(huán)境因素包括施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境和與施工作業(yè)有間接影響關(guān)系的自然環(huán)境。管理因素指的是安全管理規(guī)程、施工流程等文件和程序的合理性及執(zhí)行力度。二級(jí)、三級(jí)因素是以《企業(yè)職工傷亡事故分類》（GB 6442-1986）[15]和“2-4”模型為基礎(chǔ)，通過大量的文獻(xiàn)查閱和對(duì)628起事故進(jìn)行案例分析，以及對(duì)事故致因的識(shí)別來完成的，并最終通過專家訪談意見進(jìn)行修改和完善，事故致因因素劃分，見表1。

2 事故致因模型框架初構(gòu)

2.1 模型框架分析

在上述致因因素分析和“2-4”模型的基礎(chǔ)上，借鑒事故引發(fā)者致因鏈中的不同層級(jí)影響鏈，以及對(duì)于直接原因和間接原因的分類，充分考慮公路工程建設(shè)單位、施工單位以及相關(guān)方等因素，以施工單位為研究主體，其他單位為影響因素，構(gòu)建模型框架，如圖1。公路工程施工安全事故的發(fā)生是由施工單位內(nèi)外部原因所影響的，外部原因來源于施工相關(guān)的建設(shè)單位、勘察設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位，外部單位通過對(duì)施工單位進(jìn)行管理和監(jiān)督并提供支撐性文件來影響施工單位內(nèi)部的安全管理。而內(nèi)部原因又可分為根源原因、根本原因、間接原因和直接原因。決策層和管理層的安全素質(zhì)及能力決定其對(duì)安全管理的重視程度和把控能力，影響著整個(gè)施工項(xiàng)目的安全績(jī)效，因此作為根源原因；施工程序和技術(shù)方案受決策層和管理層影響，當(dāng)其出現(xiàn)缺陷時(shí)，會(huì)使基層作業(yè)人員暴露于危險(xiǎn)的工作狀態(tài)，為根本原因；對(duì)作業(yè)層的安全素質(zhì)及能力培訓(xùn)教育不到位、安全監(jiān)管的缺失使作業(yè)區(qū)域出現(xiàn)較多的不安全行為和不安全狀態(tài)而得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和管理，為間接原因；作業(yè)區(qū)域的不安全行為和不安全狀態(tài)直接導(dǎo)致了事故的發(fā)生，為直接原因，各層級(jí)原因相互影響導(dǎo)致了事故的發(fā)生。

表1 公路工程施工安全事故致因因素表Tab.1 Causation factors of safety accidents in highway construction

2.2 影響路徑分析

圖1中灰色點(diǎn)劃線為施工單位組織邊界，不同的線型和標(biāo)識(shí)代表致因因素間的影響路徑，黑色實(shí)線表示施工單位內(nèi)部影響路徑，黑色虛線表示建設(shè)單位等施工相關(guān)單位對(duì)施工單位的外部影響路徑，黑色點(diǎn)劃線表示施工相關(guān)單位間的影響路徑。

圖1 公路施工安全事故致因模型框架Fig.1 Safety accident causation model framework in highway construction

施工單位的決策層和管理層作為組織層面，在整個(gè)施工過程中處于支配地位，影響路徑由1A1標(biāo)注；施工程序中的作業(yè)任務(wù)安排不當(dāng)、規(guī)章制度執(zhí)行不到位等因素以及施工方案的缺陷容易使基層員工處于危險(xiǎn)工作狀態(tài)，從而影響基層員工的生理和心理狀態(tài)（1B1）；相關(guān)規(guī)章制度執(zhí)行不到位更多地表現(xiàn)在安全監(jiān)管的不到位、技術(shù)管理不合理、技術(shù)交底不充分、應(yīng)急救援處置不當(dāng)（1B2）；安全監(jiān)管對(duì)于塑造作業(yè)層員工的安全習(xí)慣有良好的促進(jìn)作用，并且提高其面對(duì)危險(xiǎn)情況時(shí)的心理素質(zhì)及應(yīng)對(duì)能力（1B21）； 作業(yè)層的安全素質(zhì)和能力加上安全監(jiān)管的不到位對(duì)于不安全動(dòng)作的發(fā)生有直接的影響關(guān)系（1C1）；作業(yè)層的安全素質(zhì)及能力的高低影響對(duì)于機(jī)械設(shè)備的不安全狀態(tài)、施工材料的安全性、環(huán)境的惡劣程度等的判斷，并且對(duì)于物和環(huán)境的管理不到位同樣容易使其處于不安全的狀態(tài)（1C2）；人的不安全動(dòng)作和物的不安全狀態(tài)兩者耦合，導(dǎo)致事故（1D），進(jìn)而造成損失（1E）。此外，公路建設(shè)單位的決策層和管理層決定施工單位的選擇，影響整個(gè)項(xiàng)目的施工安全性（2A1）；建設(shè)單位對(duì)于勘察設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位的選擇影響著勘察設(shè)計(jì)和監(jiān)理效果（2A2）；勘察設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位作為主要的相關(guān)方對(duì)于施工單位的整個(gè)施工過程的安全性提供服務(wù)，因此對(duì)于公路工程事故的發(fā)生存在影響（2B1）。

3 事故致因因素相關(guān)性分析

3.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘

關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘是Agrawal等人提出的一種數(shù)據(jù)分析方法[16]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于教育[17]、醫(yī)學(xué)[18]、城市規(guī)劃[19]等領(lǐng)域。本研究引入關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中經(jīng)典的Apriori算法進(jìn)行事故致因分析，可直觀地展現(xiàn)事故致因之間的邏輯關(guān)系。

本研究所涉及關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘過程包括4個(gè)步驟：數(shù)據(jù)獲取，本文以某研究院提供的628起公路施工安全事故為主要數(shù)據(jù)來源，構(gòu)建初始數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)缺失或統(tǒng)計(jì)不詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除后獲得最終包含426起事故的數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)事故案例及專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)事故進(jìn)行致因分析后進(jìn)行規(guī)范化編碼并錄入SPSS 22.0，在某一事故中出現(xiàn)某致因因素時(shí)，取值為“1”，反之則取“0”，從而構(gòu)建包含426起事故的布爾矩陣；閾值設(shè)定，在關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘中對(duì)閾值的選擇極為重要，閾值設(shè)置過高，則不會(huì)產(chǎn)生規(guī)則，過低則產(chǎn)生無效規(guī)則，因此在閾值選擇時(shí)應(yīng)進(jìn)行折中考慮；軟件分析，將所構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入SPSS Modeler 18.0軟件，根據(jù)設(shè)定閾值，按照表2所示的邏輯維度進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，將得出公路施工項(xiàng)目中人機(jī)環(huán)管各因素間的關(guān)聯(lián)規(guī)則關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則。

表2 關(guān)聯(lián)規(guī)則分析維度Tab.2 Dimension of association rule analysis

3.2 結(jié)果呈現(xiàn)

由于維度過多，故此處僅呈現(xiàn)部分結(jié)果，以決策層安全素質(zhì)及能力與管理層安全素質(zhì)及能力為例，經(jīng)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘后得出關(guān)聯(lián)規(guī)則關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，如圖2。圖2中不同形狀代表不同的致因因素，每一個(gè)致因因素有兩種狀態(tài)，分別為“1”、“0”，即存在或不存在。線的粗細(xì)代表兩個(gè)因素不同狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)的頻次，其中兩個(gè)因素之間的連線越粗，則說明兩者同時(shí)出現(xiàn)的頻次越高，反之越細(xì)。

圖2 關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)部分結(jié)果Fig.2 Partial results of association relation network

4 事故致因模型構(gòu)建

4.1 因素重要度分析

公路施工項(xiàng)目中存在著復(fù)雜的影響路徑和影響關(guān)系，某些根源性因素通過影響其他因素從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行影響，因此需對(duì)致因因素進(jìn)行重要度分析，確定事故致因鏈中的各致因因素的重要性。其中，施工單位致因因素重要性程度是根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果來確定，先導(dǎo)因素與其他因素共同存在數(shù)目情況決定先導(dǎo)因素的重要程度，以后繼為后項(xiàng)挖掘規(guī)則強(qiáng)弱情況決定后繼項(xiàng)的重要程度。根據(jù)重要程度的確定對(duì)圖1所示的事故致因框架進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)框架中施工單位的重要的事故致因因素用深灰色標(biāo)注，次重要的用淺灰色標(biāo)注。

而針對(duì)于施工相關(guān)方的致因因素，建設(shè)單位作為項(xiàng)目的所有者，在項(xiàng)目初期決定所建公路的規(guī)模和建設(shè)內(nèi)容等，所以建設(shè)單位的決策層和管理層對(duì)事故發(fā)生影響較大，故標(biāo)注為深灰色，勘察設(shè)計(jì)單位在勘察設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮安全因素，提高施工項(xiàng)目的安全性，對(duì)潛在的危險(xiǎn)因素提出預(yù)防措施，并給出相關(guān)建議，因此其對(duì)事故發(fā)生有一定影響，但相對(duì)于建設(shè)單位處于次重要，故標(biāo)注為淺灰色，監(jiān)理單位在為建設(shè)單位提供相關(guān)咨詢服務(wù)時(shí)，還要在施工單位進(jìn)行施工過程中完成有關(guān)監(jiān)督管理職責(zé)，但監(jiān)理單位作為服務(wù)機(jī)構(gòu)，相對(duì)于建設(shè)單位屬于次重要，因此標(biāo)注為淺灰色，為了區(qū)別施工單位與非施工單位，在相關(guān)方影響因素上加入陰影以進(jìn)行區(qū)分。

4.2 致因模型呈現(xiàn)

模型中，實(shí)線與虛線分別代表施工組織內(nèi)外部影響路徑，并通過標(biāo)識(shí)進(jìn)行區(qū)分，圖3影響路徑是對(duì)圖1的補(bǔ)充與完善，施工單位的決策層和管理層的安全素質(zhì)及能力對(duì)于安全監(jiān)管致因因素（1A21）、物的因素和環(huán)境因素有顯著影響（1A22）；建設(shè)單位決策層和管理層的安全素質(zhì)及能力影響到施工單位的相關(guān)決策層和管理層的素質(zhì)及能力（2A11）；建設(shè)單位的決策層和管理層也是公路建設(shè)工程的組織者，必須參與到公路項(xiàng)目施工程序和技術(shù)方案的設(shè)計(jì)中去，履行相關(guān)職責(zé)（2A12）；建設(shè)單位的核心地位決定其必須積極參與到施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管理中去，在公路施工現(xiàn)場(chǎng)做到不違章指揮，按規(guī)章制度辦事，積極參與安全檢查、教育培訓(xùn)等工作，因此，其對(duì)于安全監(jiān)管和物的因素以及環(huán)境因素有顯著影響（2A12）；勘察、設(shè)計(jì)工作在公路工程施工的前期完成，勘察設(shè)計(jì)單位是否按照要求對(duì)所在地區(qū)水文地質(zhì)等進(jìn)行精確勘測(cè)，是否提出相關(guān)防護(hù)措施保護(hù)周邊環(huán)境，是否提出相關(guān)的安全建議等都對(duì)施工程序和技術(shù)方案的設(shè)計(jì)有重大影響（2B11）；監(jiān)理單位需從公路項(xiàng)目的可行性分析、招投標(biāo)、施工等方面的項(xiàng)目全生命周期提供咨詢和監(jiān)管等服務(wù)，因此對(duì)于施工程序和技術(shù)方案同樣有重大影響（2B11）；監(jiān)理單位是否建立健全安全管理制度、是否對(duì)公路工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效監(jiān)管都關(guān)系到安全監(jiān)管的程度和相關(guān)不安全狀態(tài)的存在情況（2B12）。

圖3 公路施工安全事故致因模型Fig.3 Highway construction safety accident causation model

所構(gòu)建出的模型[20]可以直觀地展示出公路施工項(xiàng)目安全績(jī)效的關(guān)鍵影響因素和各因素間的影響關(guān)系。對(duì)因素重要度的分析可以為管理者提供管控重點(diǎn)，以使得安全投入發(fā)揮最大化效益。另外影響路徑顯示出決策層與管理層的安全素質(zhì)及能力作為根源原因，通過決策、指導(dǎo)和管理對(duì)施工程序和施工技術(shù)方案進(jìn)行影響，施工作業(yè)任務(wù)和人員安排不當(dāng)、相關(guān)制度執(zhí)行不到位、施工方案有缺陷等直接影響施工企業(yè)內(nèi)部的安全氛圍，導(dǎo)致作業(yè)人員和安全監(jiān)管人員的安全素質(zhì)及能力降低，建筑施工過程中存在著多種危險(xiǎn)源，施工相關(guān)人員的某些不安全行為得不到糾正，最終將會(huì)觸發(fā)事故。此外，事故的發(fā)生不僅僅受內(nèi)部因素影響，施工勘察設(shè)計(jì)、安全監(jiān)管和施工全周期的管理指導(dǎo)都會(huì)對(duì)項(xiàng)目安全性產(chǎn)生影響。因此模型可以幫助項(xiàng)目管理者厘清事故發(fā)生路徑，科學(xué)而系統(tǒng)地進(jìn)行事故分析，找出事故發(fā)生中的關(guān)鍵因素，及時(shí)提出有效應(yīng)對(duì)預(yù)防措施，提高施工項(xiàng)目整體安全性。

5 結(jié)論

通過對(duì)426起公路施工安全事故進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘和事故分析，結(jié)合事故致因“2-4”模型和“4M”理論，構(gòu)建出適用于公路施工安全事故的致因模型，并得出以下結(jié)論：

（1）該模型邏輯結(jié)構(gòu)清晰、涵蓋因素全面且與公路施工項(xiàng)目契合度高，能夠有效識(shí)別公路施工安全事故的根源原因、根本原因、間接原因和直接原因，并且將事故原因分為施工單位內(nèi)部原因和外部原因，明確公路工程各參建方安全管理職責(zé)，為事故預(yù)防提供指導(dǎo)，有效提高項(xiàng)目整體安全性。

（2）模型中的路徑和顏色展現(xiàn)出公路施工項(xiàng)目中各致因因素間的影響關(guān)系和重要程度，幫助管理者厘清事故演變規(guī)律和因素關(guān)鍵程度，使安全投入實(shí)現(xiàn)最大的安全效益。

（3）本研究對(duì)于每起事故的致因因素的分析和數(shù)據(jù)梳理階段，采用的是已有的事故致因分析研究成果、相關(guān)文獻(xiàn)參考和專家訪談的形式。因此如何降低和消除數(shù)據(jù)處理過程中人為主觀因素的干擾將是下一步的研究重點(diǎn)。