考慮多風(fēng)險源耦合作用的建筑工程施工人員安全狀態(tài)評價

何光輝 李鑫奎 沈志勇

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

超高層建筑項目的施工具有施工周期長、建造難度大、施工環(huán)境涉及人-機-環(huán)-管等復(fù)雜因素耦合的特點。這給項目管理人員和施工現(xiàn)場作業(yè)人員均帶來了挑戰(zhàn)。

為了控制建筑工地的施工安全，降低施工人員的安全風(fēng)險，國內(nèi)外已有學(xué)者對建筑施工人員的施工安全狀態(tài)進行了定性和定量的分析與研究。李志鵬[1]采用系統(tǒng)動力學(xué)理論研究了施工現(xiàn)場的安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了風(fēng)險管控的重點因素。Cheng等[2-3]采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的相關(guān)性法則研究了我國臺灣地區(qū)施工事故中各意外事件之間的因果關(guān)系。Zhou等[4]進行了較為系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述，總結(jié)了目前國際上土建工程中風(fēng)險事故的分析與管理研究進展，并給出了基于網(wǎng)絡(luò)理論的建設(shè)現(xiàn)場事故管理分析方法。雖然Zhou等[4]建立的方法考慮了施工現(xiàn)場多風(fēng)險耦合的事實，但并未量化地給出事故風(fēng)險指標(biāo)，僅從多方面對風(fēng)險事故展開了詳盡的可視化工作。

風(fēng)險相互作用矩陣分析方法在眾多領(lǐng)域內(nèi)均有廣泛的應(yīng)用，如礦藏挖掘工程[5]、巖土工程[6-7]。然而這種方法缺乏理性的矩陣元素確定方法，目前更多地需要依靠經(jīng)驗確定，這直接降低了計算結(jié)果的可靠性與算法的可行性。本文將嘗試借助網(wǎng)絡(luò)理論描述建筑工地中各種風(fēng)險源之間的因果關(guān)系，量化分析風(fēng)險源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以此作為風(fēng)險源相互作用矩陣系數(shù)的確定依據(jù)，從而對建筑工地施工人員的安全狀態(tài)進行分析和評估。

1 網(wǎng)絡(luò)理論

網(wǎng)絡(luò)理論又稱社會網(wǎng)絡(luò)理論，其較成熟的定義由Wellman于1988年提出，認(rèn)為社會網(wǎng)絡(luò)是由某些個體間的社會關(guān)系構(gòu)成的相對穩(wěn)定的系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡(luò)理論的應(yīng)用范圍不斷拓展，社會網(wǎng)絡(luò)的概念已超越了人際關(guān)系的范疇。網(wǎng)絡(luò)成員除了人，也可以是建筑工程施工過程中的風(fēng)險事故。網(wǎng)絡(luò)成員之間的關(guān)系也可以擴展為施工過程中風(fēng)險事故之間的因果關(guān)系。為了便于直觀地分析和研究網(wǎng)絡(luò)成員之間的拓?fù)潢P(guān)系，本文將借助大型網(wǎng)絡(luò)分析軟件Pajek展開可視化分析。

圖1示范了某一土建工程的風(fēng)險網(wǎng)絡(luò)。圖中節(jié)點表示事故（或風(fēng)險源），每個節(jié)點的箭頭所指和指出箭頭，分別表示風(fēng)險的輸入度和輸出度。如圖中土體塌陷這一事故節(jié)點，具有8個輸出度和4個輸入度，合計12個輸入輸出度；停工這一風(fēng)險源具有3個輸出度和7個輸入度，合計10個輸入輸出度。輸入輸出度越大表明該節(jié)點在整個網(wǎng)絡(luò)中具備更大的貢獻(xiàn)，即對整個工程風(fēng)險具有更大的權(quán)。利用Pajek軟件可以統(tǒng)計每個節(jié)點的輸入輸出度參數(shù)。

圖1 某土建工程事故網(wǎng)絡(luò)

2 多因素耦合關(guān)系矩陣

2.1 相互作用關(guān)系矩陣

為了量化整個建筑工程施工過程中盡可能多的風(fēng)險源耦合參與對整個工程的風(fēng)險貢獻(xiàn)，多因素相互作用關(guān)系矩陣描述方法是一種簡單而又流行的方法。在一個具有n個風(fēng)險源的建筑施工過程中，相互作用關(guān)系矩陣V為一n階方陣。方陣的第i個主對角線元素Vi,i為第i個風(fēng)險源導(dǎo)致整個施工現(xiàn)場出現(xiàn)人員意外的可能性因子。第i行j列個元素Vi,j表示第i個風(fēng)險源作用于第j個風(fēng)險源的可能性因子。

矩陣V的確定對后續(xù)的施工人員安全狀態(tài)計算起著決定性作用。在以往的文獻(xiàn)報道中，V中元素的取值較多依賴經(jīng)驗，而本文根據(jù)相互作用關(guān)系矩陣的定義，結(jié)合建筑工程施工現(xiàn)場風(fēng)險源網(wǎng)絡(luò)關(guān)系生成矩陣元素的數(shù)值。如上節(jié)所述，第i個節(jié)點的輸入度和輸出度之和αi即為第i個主對角線元素；第i行j列個元素Vi,j可以由第i個節(jié)點對第j個節(jié)點的輸出度確定?；谶@種假定，建筑工程施工人員作業(yè)場地中，人-機-環(huán)-管之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系一旦確定，則矩陣V可以由計算機程序唯一且迅速地計算得到。

在V確定后，任意第i個風(fēng)險源的影響因子權(quán)重ki可以由式（2）確定：

其中，SR(i)、SC(i)為矩陣V的第i行以及第i列元素之和，即：

基于計算得到的權(quán)重ki，可進一步得到施工人員安全狀態(tài)參數(shù)：

2.2 安全等度分級

為了對施工人員的安全狀態(tài)程度進行量化表示，參數(shù)DS的數(shù)值具有決定性價值。一般可以將人員安全狀態(tài)劃分為5個級別，即1、2、3、4和5級，具體劃分見表1。

表1 施工人員安全狀態(tài)分級

3 算例分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)分析

基于彭鵬等[8]的研究成果，超高層建筑工程施工風(fēng)險源可以分為以下7類：深基坑、主體結(jié)構(gòu)、塔式起重機、施工平臺、施工升降機、幕墻和臨邊防護。每一類風(fēng)險源又存在大量的風(fēng)險因素類型，限于篇幅在此不做展開[9-10]。作為分析算例，本文對某一超高層建筑施工現(xiàn)場人員作業(yè)環(huán)境進行網(wǎng)絡(luò)描述（圖2）。

經(jīng)過統(tǒng)計分析，表2給出了圖2所示網(wǎng)絡(luò)圖輸入和輸出度的分布結(jié)果。從表2中可以得知，合計度最大的幾個因素為超高層建筑建造過程中需要給予較多安全管理的因素。

3.2 多因素耦合分析

根據(jù)表2得出的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可得多因素耦合關(guān)系矩陣V。該矩陣主對角線元素為：{4,4,7,3,4,1,1,1,1,2,3,2,12,11,6,6,4,2,7,2,14,7,7,2,4,3,7,10,2,2,1}。矩陣其余位置由0或1組成，其元素為1的行列號如下：(1,19),(2,1),(2,19),(3,1),(3,2),(3,4),(3,13),(3,19),(3,28),(4,27),(5,6),(5,21),(5,25),(10,11),(12,27),(13,21),(13,25),(13,26),(13,28),(14,13),(14,15),(14,16),(14,22),(14,24),(14,26),(14,27),(14,28),(14,29),(14,30),(14,31),(15,13),(15,21),(15,26),(15,27),(15,28),(16,10),(16,11),(16,12),(16,13),(16,21),(17,11),(17,13),(17,18),(17,21),(18,28),(19,13),(19,21),(19,28),(20,21),(20,28),(21,5),(21,7),(21,8),(21,9),(21,13),(22,13),(22,19),(22,21),(22,24),(22,28),(23,1),(23,2),(23,3),(23,4),(23,21),(23,22),(25,23),(25,28),(28,27),(29,27),(30,27)。假定以上31個風(fēng)險源平均發(fā)生率為1%，則可得DS為0.017 9，施工人員安全狀態(tài)分級屬于1級，安全。

圖2 某超高層建筑工程施工事故網(wǎng)絡(luò)

表2 網(wǎng)絡(luò)分析統(tǒng)計指標(biāo)

4 結(jié)語

本文引入網(wǎng)絡(luò)理論有關(guān)概念，輔助多因素耦合關(guān)系矩陣的生成，進行風(fēng)險源網(wǎng)絡(luò)分析，展開建筑工程施工人員安全狀態(tài)的評估和分析。

應(yīng)用多因素相互作用矩陣方法對某超高層建筑工地的某一施工階段工人作業(yè)安全狀態(tài)進行計算分析，分析結(jié)果表明本文方法具有一定的可實踐性，可作為今后同類型問題分析的一種參考。