基于文本挖掘的建筑工人不安全行為及其影響因素研究

薛楠楠，張建榮，張 偉，趙挺生

(華中科技大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

建筑業(yè)安全生產(chǎn)事故發(fā)生較為頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)房屋市政工程共發(fā)生安全事故773起，導(dǎo)致904人死亡，也造成了嚴(yán)重的社會(huì)負(fù)面影響。已有研究表明，90%的建筑業(yè)安全生產(chǎn)事故與建筑工人的不安全行為密切相關(guān)。因此，探究建筑工人施工過程中的不安全行為及其影響因素，對(duì)于提高建筑施工安全管理水平、預(yù)防事故發(fā)生具有重要意義。

目前，關(guān)于建筑工人不安全行為的研究主要集中在影響因素、傳播機(jī)理、預(yù)防措施等方面。在建筑工人不安全行為的影響因素研究中，葉貴等從組織管理、個(gè)體、生產(chǎn)作業(yè)和社會(huì)環(huán)境四個(gè)方面建立了建筑工人不安全行為影響因素的ISM模型；Choudhry等運(yùn)用問卷調(diào)查法確定了安全意識(shí)、安全規(guī)程、工作保障、安全教育培訓(xùn)等11個(gè)對(duì)建筑工人不安全行為產(chǎn)生重要影響的因素。上述這些研究識(shí)別建筑工人不安全行為的影響因素多采用文獻(xiàn)研究、專家訪談和問卷調(diào)查方法，具有一定的主觀性。相比之下，文本挖掘方法可將事故調(diào)查報(bào)告、檢驗(yàn)測(cè)試報(bào)告等作為數(shù)據(jù)源，從報(bào)告中獲取特征值并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于揭示事故發(fā)生和安全管控的規(guī)律。基于這種思路，Esmaeili等運(yùn)用文本挖掘技術(shù)，從1 771份建筑工程事故報(bào)告中提取了22個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素；李解等首次運(yùn)用R語言和文本挖掘方法，從151份地鐵施工事故報(bào)告中提取了6項(xiàng)關(guān)鍵因素和23項(xiàng)一般因素。但這些研究多關(guān)注某一類事故，對(duì)建筑工人不安全行為的表現(xiàn)及其影響因素的研究相對(duì)較少。

本文選取334份建筑施工安全事故報(bào)告作為數(shù)據(jù)樣本，首次運(yùn)用文本挖掘技術(shù)識(shí)別建筑工人不安全行為的具體表現(xiàn)及其影響因素，以為加強(qiáng)建筑施工安全管理、規(guī)范工人作業(yè)行為提供依據(jù)。

1 不安全行為綜述

根據(jù)《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB 6441—86)，不安全行為指能造成事故的人為錯(cuò)誤?；诖?，出現(xiàn)了多種不安全行為分類方式，如Chua等將不安全行為分為有意的不安全行為和無意的不安全行為；居婕等劃分了內(nèi)因?qū)е碌牟话踩袨楹屯庖驅(qū)е碌牟话踩袨?；韓豫等劃分了習(xí)慣性不安全行為和偶發(fā)高危不安全行為。其中，有意與無意不安全行為的劃分考慮了人的心理狀態(tài)，符合認(rèn)知行為理論。有意不安全行為是指工人因貪圖便利或心存僥幸，基于內(nèi)心意念驅(qū)使而實(shí)施的危險(xiǎn)性或違規(guī)行為；無意不安全行為是指工人由于安全知識(shí)缺乏或作業(yè)經(jīng)驗(yàn)不足，無意之中實(shí)施的危險(xiǎn)性或違規(guī)的行為。

2 建筑工人不安全行為及其影響因素文本挖掘流程

文本挖掘(Text Mining)，是指綜合利用機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理等挖掘技術(shù)從文本數(shù)據(jù)中抽取有價(jià)值的信息和知識(shí)，可用于信息提取、主題追蹤、文本分類、信息可視化等方面。文本挖掘及分析流程一般包括語料庫(kù)構(gòu)建、詞庫(kù)開發(fā)、文本分詞、特征項(xiàng)選取和數(shù)據(jù)分析5個(gè)步驟，見圖1。

圖1 文本挖掘及分析流程Fig.1 Text mining and analysis process

2. 1 語料庫(kù)構(gòu)建

施工安全事故報(bào)告由政府安監(jiān)部門牽頭組建的專家調(diào)查組編寫和發(fā)布，詳細(xì)描述事故的發(fā)生經(jīng)過和原因，從組織、技術(shù)和管理等方面分析各方單位的過失和管理缺陷。每一起事故都由人、機(jī)、環(huán)、管等多方因素綜合作用而產(chǎn)生，而每一份事故調(diào)查報(bào)告都是內(nèi)容全面、信息量大的安全教育素材。

依據(jù)《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》的事故劃分標(biāo)準(zhǔn)(傷亡人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失)，本文搜集了2005—2019年間我國(guó)334份較大及以上嚴(yán)重程度的建筑施工安全事故報(bào)告，涉及高處墜落、坍塌和起重傷害等12種不同事故類型。其中，較大事故的發(fā)生最多，占事故總數(shù)的95.21%；而不同事故類型中坍塌、中毒窒息等事故類型最多，見表1。為了降低文本挖掘的工作量、減少無關(guān)詞組的干擾，本次篩選事故報(bào)告中 “發(fā)生經(jīng)過”“原因分析”“責(zé)任劃定”三部分內(nèi)容為“.txt”文本集，形成待挖掘文本語料庫(kù)。

表1 2005—2019年我國(guó)建筑施工安全事故統(tǒng)計(jì)表

2. 2 詞庫(kù)開發(fā)

R語言是一個(gè)開放免費(fèi)的平臺(tái)，在使用過程中可根據(jù)需要加載程序包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理、分類和結(jié)果可視化等功能。因此，本文選用R語言對(duì)建筑工人不安全行為及其影響因素進(jìn)行文本挖掘分析。為了確保分詞效果，避免遺漏專業(yè)詞匯及虛詞干擾，先建立了專業(yè)詞詞庫(kù)、停用詞詞庫(kù)和歸并詞群表。

考慮建筑施工安全相關(guān)的專業(yè)表述，去除常用停用詞(如“單位”“然后”等)，并考慮不同事故報(bào)告表述風(fēng)格的差異以及對(duì)同一個(gè)影響因素的多種可能表述，分別挖掘、統(tǒng)計(jì)后再予以合并，從而建立了如表2所示的建筑工人不安全行為及其影響因素歸并詞群表。

表2 建筑工人不安全行為及其影響因素歸并詞群表(部分)

2. 3 文本分詞

詞庫(kù)建立完成后，運(yùn)用R軟件對(duì)挖掘語料進(jìn)行分詞處理，獲得一個(gè)高維稀疏的建筑施工安全事故報(bào)告的初始特征項(xiàng)集合，見表3。

初始特征項(xiàng)共有871個(gè)，包含大量無用信息，因此需要對(duì)初始特征項(xiàng)實(shí)施降維處理。本文選取具有較高召回率和查準(zhǔn)率的

χ

統(tǒng)計(jì)方法對(duì)初始特征項(xiàng)進(jìn)行降維處理，其計(jì)算公式為

(1)

式中:

n

為整個(gè)文本的數(shù)量；

a

為屬于

c

類且包含特征項(xiàng)

t

的文本頻率；

b

為不屬于

c

類且包含特征項(xiàng)

t

的文本頻率；

c

為屬于

c

類但不包含特征項(xiàng)

t

的文本頻率；

d

為不屬于

c

類也不包含特征項(xiàng)

t

的文本頻率。則整個(gè)語料的

χ

值為

(2)

表3 建筑施工安全事故報(bào)告的初始特征項(xiàng)(部分)

以

m

值作為降維閾值，移除大部分無價(jià)值的特征項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵特征項(xiàng)的提取。在R語言中調(diào)用Boruta和Caret兩個(gè)程序包，并用

χ

統(tǒng)計(jì)功能實(shí)施特征項(xiàng)降維，其降維結(jié)果見圖2。其中，縱坐標(biāo)表示35個(gè)維度的關(guān)鍵特征項(xiàng)；橫坐標(biāo)表示詞頻。

圖2 建筑施工安全事故報(bào)告的初始特征項(xiàng)降維結(jié)果Fig.2 Dimension reduction results of initial feature items in construction safety accident reports

2. 4 特征項(xiàng)選取

對(duì)35個(gè)關(guān)鍵特征項(xiàng)分別按照有意的和無意的不安全行為、“人-物-環(huán)-管”4類影響因素進(jìn)一步歸納整理，最終得到8項(xiàng)建筑工人的不安全行為及其27項(xiàng)影響因素，見表4。其中，由于工人心存僥幸而實(shí)施的不安全行為有違規(guī)操作、違反施工方案、違反作業(yè)程序等；由于工人經(jīng)驗(yàn)不足而導(dǎo)致的不安全行為有經(jīng)驗(yàn)施工和盲目施救。人的因素涉及工人自身生理狀況和技能素質(zhì)，如安全意識(shí)淡薄、個(gè)人無資格等；物的因素涉及機(jī)械設(shè)備狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)，如無現(xiàn)場(chǎng)安全防范措施、機(jī)械設(shè)備危險(xiǎn)狀態(tài)等；管理因素涉及安全管理制度和安全管理措施等，如監(jiān)理失職、安全檢查不到位等；環(huán)境因素涉及與安全相關(guān)的環(huán)境狀態(tài)，如天氣原因、作業(yè)環(huán)境未檢測(cè)等。

表4 建筑工人不安全行為及其影響因素文本挖掘結(jié)果

為了使文本挖掘結(jié)果可視化，在R軟件中加載Wordcloud程序包，得到建筑工人不安全行為及其影響因素詞云圖，見圖3。其中，位置越靠近中央、字體越大、顏色越深的行為或因素，其重要程度越高。例如：“安全監(jiān)管職責(zé)不到位”“安全教育培訓(xùn)缺失”處于詞云圖的中心位置，且字體較大、顏色較深，應(yīng)對(duì)其高度重視和嚴(yán)格管控。

圖3 建筑工人不安全行為及其影響因素詞云圖Fig.3 Word cloud of construction workers’ unsafe behaviors and influential factors

3 建筑工人不安全行為及其影響因素共現(xiàn)分析

3.1 建筑工人不安全行為及其影響因素共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

根據(jù)事故致因理論，事故發(fā)生是多種因素耦合作用的結(jié)果。建筑工人的不安全行為也是受到多種因素的影響或相互關(guān)聯(lián)的。共現(xiàn)分析就是統(tǒng)計(jì)一組詞語在大數(shù)據(jù)樣本中共同出現(xiàn)的次數(shù)，進(jìn)而分析其相互影響關(guān)系。將兩組因素在一個(gè)事故中共現(xiàn)時(shí)計(jì)為“1”，不同時(shí)出現(xiàn)時(shí)計(jì)為“0”，再考慮全部的334起事故，將因素兩兩之間的共現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行累加，形成建筑工人不安全行為及其影響因素共現(xiàn)矩陣，見表5。例如：DB與HF在16起事故中同時(shí)出現(xiàn)。

表5 建筑工人不安全行為及其影響因素共現(xiàn)矩陣(部分)

基于共現(xiàn)矩陣，本文運(yùn)用Ucinet軟件繪制建筑工人不安全行為及其影響因素的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，見圖4。其中，圓圈代表不安全行為；方塊代表影響因素；它們之間的連線表示共現(xiàn)；方塊(圓圈)的尺寸大小代表其在共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，反映了該因素或行為與其他因素或行為之間關(guān)系的緊密程度。例如：因素MF(安全監(jiān)管職責(zé)不到位)的方塊最大，表示它在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度最高，與其他的因素或行為的關(guān)系密切。

圖4 建筑工人不安全行為及其影響因素共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖Fig.4 Co-occurrence network of construction workers’ unsafe behaviors and influential factors

3.2 建筑工人不安全行為的影響因素中心性分析

中心性反映網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的重要性以及該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的緊密程度。中心度分為絕對(duì)中心度和相對(duì)中心度，前者表示節(jié)點(diǎn)

i

與其他

n

-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的直接聯(lián)系總數(shù)；后者指的是節(jié)點(diǎn)

i

的絕對(duì)中心度與其他

n

-1個(gè)節(jié)點(diǎn)最大可能的連接數(shù)之比，分別采用下面公式表示：

(3)

(4)

根據(jù)上述表達(dá)式可計(jì)算出建筑工人不安全行為的27項(xiàng)影響因素的中心度值，并采用如下標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑工人不安全行為的影響因素等級(jí)進(jìn)行劃分：中心度占比≥0.060的因素為關(guān)鍵因素；0.040≤中心度占比<0.060的因素為重要因素；0.020≤中心度占比<0.040的因素為次要因素；中心度占比<0.020的因素為一般因素，具體分級(jí)結(jié)果見表6。

表6 建筑工人不安全行為的影響因素中心性分級(jí)結(jié)果

3.3 建筑工人不安全行為的關(guān)鍵因素和重要因素分析

3.3.1 關(guān)鍵因素

(1) 安全監(jiān)管職責(zé)不到位(MF)。行政主管部門對(duì)工程建設(shè)立項(xiàng)、招投標(biāo)和安全生產(chǎn)等方面的工作監(jiān)管不力，以及組織開展“打非治違”工作不深入、不徹底是引發(fā)事故的重要原因，尤其是對(duì)項(xiàng)目經(jīng)理不到崗履職、建設(shè)單位隨意壓縮工期、施工單位出借資質(zhì)等行為缺乏嚴(yán)厲的打擊和整治。

(2) 安全教育培訓(xùn)缺失(MF)。建筑工人的流動(dòng)性較高，部分企業(yè)為了節(jié)省費(fèi)用而忽視安全培訓(xùn)，而文化素質(zhì)低和安全培訓(xùn)不足導(dǎo)致作業(yè)人員憑經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣施工、事故發(fā)生后盲目施救等違規(guī)現(xiàn)象屢禁不止。

(3) 隱患排查治理不徹底(MF)。部分施工單位存在隱患排查不徹底、整改不及時(shí)等問題，甚至在監(jiān)理單位提出隱患整改單后仍無動(dòng)于衷或敷衍了事，導(dǎo)致隱患持續(xù)積累或同類隱患反復(fù)出現(xiàn)。

(4) 安全檢查不到位(MF)。部分施工單位并未嚴(yán)格落實(shí)施工安全檢查制度，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并制止施工人員的違規(guī)行為，未能發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)設(shè)施缺失等隱患，進(jìn)而導(dǎo)致各類事故的發(fā)生。

3.3.2 重要因素

在重要因素中，監(jiān)理失職(MF)、施工單位無資質(zhì)(MF)和違法發(fā)承包(EF)分別體現(xiàn)了監(jiān)理單位、施工單位和建設(shè)單位等主要參與方的管理缺陷；專項(xiàng)施工方案編制審核不規(guī)范(MF)和未進(jìn)行安全技術(shù)交底(MF)相互關(guān)聯(lián)，施工方案編制審核不規(guī)范影響施工方案質(zhì)量，進(jìn)而影響交底有效性，而安全技術(shù)交底不充分，進(jìn)一步降低了施工方案落實(shí)的效果；安全生產(chǎn)管理制度不健全(MF)反映了部分工程項(xiàng)目的制度建設(shè)滯后，不能滿足安全管理需求；安全意識(shí)淡薄(HF)指部分建筑工人存在麻痹僥幸心理，無視安全責(zé)任制和操作規(guī)程，僅憑經(jīng)驗(yàn)施工等；安全管理人員缺失或履職不力(MF)主要表現(xiàn)為管理人員缺乏責(zé)任心且能力不足，是各項(xiàng)安全管理工作開展不到位的主要原因。

4 典型事故案例分析

2019年5月16日11時(shí)10分左右，上海市長(zhǎng)寧區(qū)昭化路148號(hào)廠房發(fā)生局部坍塌，造成12人死亡、13受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約3 430萬元，該廠房坍塌重大事故發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)情況見圖5。

圖5 某廠房坍塌重大事故現(xiàn)場(chǎng)情況Fig.5 Site conditions of a major accident of a factory building collapse

4. 1 事故調(diào)查分析

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，昭化路148號(hào)廠房發(fā)生坍塌的直接原因是一層承重磚墻的承載力和穩(wěn)定性不足，且未采取加固措施，在施工時(shí)承重磚墻(柱)瞬間失穩(wěn)，從而引起部分廠房結(jié)構(gòu)連鎖坍塌。在該起事故發(fā)生過程中，主要參建單位(包括建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位、廠房租賃單位和建設(shè)行業(yè)相關(guān)管理部門)均存在明顯的管理過失或缺陷，具體如下：

(1) 建設(shè)單位未履行建設(shè)方主體責(zé)任。建設(shè)單位在項(xiàng)目未辦理立項(xiàng)、報(bào)建等手續(xù)的情況下違規(guī)組織施工；將工程發(fā)包給不具備資質(zhì)的單位和個(gè)人。

(2) 施工單位未履行承包方主體責(zé)任。施工單位主要負(fù)責(zé)人未履行安全生產(chǎn)職責(zé)；在缺乏施工組織設(shè)計(jì)、安全技術(shù)交底的情況下違規(guī)施工。

(3) 設(shè)計(jì)單位內(nèi)部管理不嚴(yán)。設(shè)計(jì)人員在未經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意、未辦理蓋章手續(xù)的情況下，加蓋了設(shè)計(jì)單位“工程施工圖設(shè)計(jì)出圖專用章”。

(4) 廠房租賃單位未履行對(duì)出租場(chǎng)地的管理責(zé)任。廠房租賃單位未對(duì)出租廠房的安全性進(jìn)行檢測(cè)；以租代管，對(duì)出租場(chǎng)所的安全檢查不到位。

(5) 建設(shè)行業(yè)相關(guān)管理部門未履行管理責(zé)任。建設(shè)行業(yè)相關(guān)管理部門在發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目未辦理相關(guān)建設(shè)手續(xù)后，未依法對(duì)相關(guān)單位進(jìn)行行政處罰；安全檢查時(shí)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目違法施工情況。

4. 2 事故致因識(shí)別

依據(jù)文本挖掘及因素分類結(jié)果，識(shí)別該廠房坍塌重大事故出現(xiàn)的事故致因即影響因素，得到該事故致因的等級(jí)和具體表現(xiàn)，見表7。

由表7可知，27項(xiàng)建筑工人不安全行為的影響因素中有13項(xiàng)在該重大事故中出現(xiàn)，其中關(guān)鍵因素3項(xiàng)、重要因素4項(xiàng)、次要因素6項(xiàng)和一般因素0項(xiàng)；

表7 案例事故建筑工人不安全行為的影響因素識(shí)別與具體表現(xiàn)

事故中出現(xiàn)的3項(xiàng)關(guān)鍵因素和4項(xiàng)重要因素都屬于管理因素，說明管理上的缺陷如隱患排查不徹底、安全檢查不到位等往往是建筑施工安全事故的根本原因，從而導(dǎo)致工人的不安全行為；此外，重要程度高的關(guān)鍵因素、重要因素和次要因素在事故中大部分出現(xiàn)，而一般因素?zé)o一出現(xiàn)，這說明文本挖掘識(shí)別出建筑工人不安全行為的影響因素及分類結(jié)果能較好地反映建筑施工安全管理的實(shí)際情況，具有合理性和實(shí)用性。

5 結(jié)論與建議

(1) 本文借助文本挖掘和R語言技術(shù)，通過詞庫(kù)建立、文本分詞和特征項(xiàng)降維等流程，從我國(guó)334份較大及以上嚴(yán)重程度的建筑施工安全事故報(bào)告中識(shí)別出8項(xiàng)建筑工人的不安全行為及其27項(xiàng)影響因素，并用詞云進(jìn)行了可視化展示。

(2) 利用詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖展現(xiàn)各行為及因素間的共現(xiàn)關(guān)系，并根據(jù)中心度將27項(xiàng)建筑工人不安全行為的影響因素劃分為關(guān)鍵因素、重要因素、次要因素和一般因素4個(gè)級(jí)別。其中，政府安全監(jiān)管職責(zé)不到位(MF)、安全教育培訓(xùn)缺失(MF)、隱患排查治理不徹底(MF)和安全檢查不到位(MF)為關(guān)鍵因素，應(yīng)對(duì)其高度重視和重點(diǎn)管控。

(3) 以上海市的某廠房坍塌重大事故為案例，對(duì)比分析了建筑工人不安全行為影響因素的文本挖掘分析結(jié)果與案例實(shí)際發(fā)生情況，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的契合度，從而驗(yàn)證了文本挖掘和因素分級(jí)結(jié)果的實(shí)用性和可靠性。

(4) 本文運(yùn)用文本挖掘技術(shù)識(shí)別了建筑工人不安全行為及其影響因素，后續(xù)研究可從認(rèn)知心理角度進(jìn)一步探索各種因素對(duì)建筑工人不安全行為的影響路徑，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施,以規(guī)范建筑工人的行為。