地下空間坍塌事故中作業(yè)人員的不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

朱 琛，申建紅，2，賈格淋，王 迪，張 超

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，山東 青島 266520；2.山東省高校智慧城市建設(shè)管理研究中心，山東 青島 266520)

近年來，我國(guó)城市地下空間開發(fā)數(shù)量快速增長(zhǎng)，地下設(shè)施廣泛建設(shè)的同時(shí)施工安全事故也不斷發(fā)生，其中坍塌事故是發(fā)生較為頻繁的事故之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自2015年到2020年中國(guó)每年因城市地下空間坍塌事故導(dǎo)致的傷亡總?cè)藬?shù)持續(xù)上升。為降低坍塌事故的發(fā)生頻率、減少人員傷亡，對(duì)坍塌事故發(fā)生中作業(yè)人員的不安全動(dòng)作進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并針對(duì)分析結(jié)果采取相應(yīng)措施，對(duì)地下空間的發(fā)展和安全十分重要。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不安全行為方面的研究主要集中在不安全行為識(shí)別、影響因素和不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面。在識(shí)別不安全行為研究中，多數(shù)學(xué)者通過不同技術(shù)或算法對(duì)工程中的不安全行為進(jìn)行識(shí)別，主要包括圖像識(shí)別技術(shù)[1-3]、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[4]、扎根理論[5]等。在不安全行為影響因素方面的研究較多，戴娜娜等[6]為研究化工建筑施工中不安全行為的影響因素及其相互關(guān)系，將結(jié)構(gòu)方程模型運(yùn)用到化工建筑施工中。王文柯等[7]運(yùn)用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法研究飛行員不安全行為影響因素間的關(guān)系。針對(duì)不安全行為風(fēng)險(xiǎn)方面的問題，遲鵬德等[8]運(yùn)用未確知測(cè)度理論，結(jié)合改進(jìn)的層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和熵權(quán)法對(duì)礦工不安全行為進(jìn)行影響因素分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。郭紅領(lǐng)等[9]為研究施工現(xiàn)場(chǎng)工人的不安全行為狀況，提出了一種事故危險(xiǎn)后果系數(shù)方法對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)工人不安全行為進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)。鄭僑宏等[10]利用人為因素分析及分類系統(tǒng)(Human Factors Analysis Classification System，HFACS)理論有效分析煤礦作業(yè)人員不安全行為風(fēng)險(xiǎn)狀況和變化趨勢(shì)，提出了一種基于熵權(quán)法和集對(duì)分析耦合的礦工不安全行為風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)分析方法。Qu N等[11]將最低合理可行(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)原理引入煤礦工人不安全行為水平模型，通過Vensim軟件仿真得出煤礦工人不安全行為水平的變化趨勢(shì)，以此實(shí)現(xiàn)煤礦員工行為風(fēng)險(xiǎn)管理決策研究。佟瑞鵬等[12]針對(duì)家具制造流程中作業(yè)工人的不安全行為，建立了基于蒙塔卡羅模擬的不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，描述各個(gè)不安全行為對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響程度。通過對(duì)不安全行為影響因素的分析及對(duì)行為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，有效為不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究提供參考依據(jù)。其中蒙特卡羅法(Monte Carlo simulation，MCs)能夠量化不確定因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的影響程度，以概率分布的形式有效解決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不確定性，相比其他方法能夠減少主觀隨機(jī)性，更適用于安全事故中行為風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估研究。

本文以2011～2018年發(fā)生的70起城市地下空間坍塌事故為例，對(duì)事故中作業(yè)人員的不安全動(dòng)作從施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方三方進(jìn)行分類，將MCs法應(yīng)用于地下空間坍塌事故的不安全動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過不安全動(dòng)作的概率分布模擬坍塌事故中作業(yè)人員的行為風(fēng)險(xiǎn)及后果值，并進(jìn)一步對(duì)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果進(jìn)行敏感度分析，以期為科學(xué)預(yù)防坍塌事故和有效制止不安全行為提供決策依據(jù)和實(shí)踐應(yīng)用參考。

1 地下空間坍塌事故不安全動(dòng)作研究

1.1 不安全動(dòng)作的定義及分類

作業(yè)人員違章操作、違章行動(dòng)都有可能導(dǎo)致傷亡事故的發(fā)生，該種因作業(yè)人員違背內(nèi)心而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)作即為不安全動(dòng)作[13]。根據(jù)地下空間施工過程中主體單位的不同，將不安全動(dòng)作按照施工方、監(jiān)理方和建設(shè)方進(jìn)行分類。

Guo S等[14]指出不安全動(dòng)作是導(dǎo)致事故發(fā)生的關(guān)鍵原因。為研究地下空間坍塌事故中不安全動(dòng)作，選取2011-2018年間70起典型地下空間坍塌事故[15]進(jìn)行分析，累計(jì)不安全動(dòng)作發(fā)生411頻次，針對(duì)不安全行為的實(shí)施主體并參照文獻(xiàn)[16]對(duì)不安全動(dòng)作進(jìn)行分類研究，如圖1所示。

圖1 不安全動(dòng)作分類及編號(hào)

1.2 作業(yè)人員不安全動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)因素描述

不安全動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)的大小一般由概率及后果嚴(yán)重程度2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素度量，其中概率指坍塌事故中不安全動(dòng)作發(fā)生的可能性大小，后果嚴(yán)重程度根據(jù)事故引起的損失等級(jí)確定。根據(jù)《安全生產(chǎn)事故年報(bào)和調(diào)查處理?xiàng)l例》及《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，將地下坍塌事故按照事故損失大小劃分為5個(gè)等級(jí)，并按照事故損失等級(jí)量化分值，見表1所示。

表1 事故等級(jí)量化分值表

2 地下空間坍塌事故不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

2.1 不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本流程

(1)建立功能函數(shù)：通過構(gòu)建行為安全造成的風(fēng)險(xiǎn)損失與不安全動(dòng)作發(fā)生概率之間的關(guān)系模型，建立不安全行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能函數(shù)。

(2)確定概率分布：在統(tǒng)計(jì)學(xué)理論基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬合不安全行為風(fēng)險(xiǎn)因素概率分布，其中包括坍塌事故中不安全動(dòng)作發(fā)生可能性的概率分布和所造成的后果損失概率分布。

(3)MCs模擬：在水晶球軟件中將不安全行為風(fēng)險(xiǎn)值定義，產(chǎn)生多組服從分布的隨機(jī)數(shù)序列，并設(shè)置抽樣次數(shù)和置信區(qū)間，模擬產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)后果值的多組隨機(jī)數(shù)列，之后引入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)后果值的統(tǒng)計(jì)特征量，從而描述行為主體的風(fēng)險(xiǎn)因素情況。

(4)結(jié)果分析：通過各行為主體的概率分布及累計(jì)概率分布分析風(fēng)險(xiǎn)后果值大小及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間；根據(jù)分析結(jié)果制定相應(yīng)的預(yù)防和安全措施。

2.2 構(gòu)造功能函數(shù)

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)度量最常見的方法是損失期望值法[17]，即根據(jù)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生概率與可能造成損失后果大小的乘積來判斷項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。本文采用不安全動(dòng)作發(fā)生的概率Pi和引發(fā)的事故損失大小Mi乘積來描述行為風(fēng)險(xiǎn)后果值R，且假設(shè)在事故中每個(gè)不安全動(dòng)作所造成的損失分值相同，以不安全行為所造成的風(fēng)險(xiǎn)后果值作為衡量行為風(fēng)險(xiǎn)的大小。建立功能函數(shù)為

(1)

2.3 確定行為風(fēng)險(xiǎn)的概率分布

風(fēng)險(xiǎn)概率分布根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果分析得出。為確定造成坍塌事故的后果影響程度及概率分布，首先參照70起地下空間坍塌事故實(shí)例[15]，對(duì)其中涉及的不安全動(dòng)作按照主體單位不同分類統(tǒng)計(jì)分析，按照事故中不安全動(dòng)作發(fā)生次數(shù)，計(jì)算各項(xiàng)不安全行為發(fā)生的概率；分析各個(gè)坍塌事故中由于不安全行為所導(dǎo)致的事故損失大小并進(jìn)行量化處理；最后通過水晶球軟件對(duì)各項(xiàng)分布選擇Anderson-Darling檢驗(yàn)擬合優(yōu)化，預(yù)測(cè)每個(gè)事故的后果值概率分布，分析結(jié)果表明事故損失概率分布大體服從正態(tài)分布。分析結(jié)果如表2所示。

表2 坍塌事故不安全動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布

3 結(jié)果與討論

3.1 各參與方的行為風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果分析

運(yùn)用水晶球軟件對(duì)地下空間作業(yè)坍塌事故中的作業(yè)人員從施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方三方進(jìn)行行為風(fēng)險(xiǎn)模擬并分析。根據(jù)表2中各不安全動(dòng)作的概率分布，對(duì)各參與方風(fēng)險(xiǎn)后果進(jìn)行模擬，將式(1)的功能函數(shù)代入水晶球軟件中設(shè)定為預(yù)測(cè)單元格，為使結(jié)果更加準(zhǔn)確，設(shè)定模擬的最大實(shí)驗(yàn)次數(shù)為20000次，置信區(qū)間為95%，其他參數(shù)為軟件默認(rèn)值。模擬結(jié)果如圖2～圖4所示。

為了充分了解大學(xué)生的綜合素質(zhì)狀況，我們從某“211工程”高校所屬的5個(gè)學(xué)院中抽了20名學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)。各個(gè)指標(biāo)值按照關(guān)鍵控制點(diǎn)的要求計(jì)算，獲得的評(píng)價(jià)矩陣見表1。

圖2 施工方行為風(fēng)險(xiǎn)后果值預(yù)測(cè)圖

圖3 監(jiān)理方行為風(fēng)險(xiǎn)后果值預(yù)測(cè)圖

圖4 建設(shè)方行為風(fēng)險(xiǎn)后果值預(yù)測(cè)

由圖2～圖4可見，施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方三方風(fēng)險(xiǎn)后果值均值分別為4.97、4.55和6.11。風(fēng)險(xiǎn)后果值越大，坍塌事故風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別越高。由施工方造成的事故風(fēng)險(xiǎn)后果值多數(shù)位于4.3～5.7，且服從正態(tài)分布，事故等級(jí)一般在2～3級(jí)；監(jiān)理方造成的風(fēng)險(xiǎn)后果值大都分布在3.0～6.0，并服從正態(tài)分布，事故等級(jí)在1～3級(jí)；建設(shè)方引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)后果值在4.5～7.8，不安全行為引發(fā)的事故等級(jí)在2～4級(jí)，等級(jí)分布比較廣，引發(fā)的事故級(jí)別也比較高。

各參與方的風(fēng)險(xiǎn)后果值概率分布對(duì)比圖及累計(jì)概率分布對(duì)比圖見圖5和圖6。

圖5 各參與方風(fēng)險(xiǎn)后果值概率分布對(duì)比

圖6 累計(jì)概率分布對(duì)比圖

由圖5和圖6可以看到，三方不安全行為造成的風(fēng)險(xiǎn)后果值的累計(jì)概率分布中，監(jiān)理方不安全行為導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)后果值大于5.6時(shí)，累計(jì)概率趨于1，施工方不安全行為導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)后果值大于6.0時(shí)，累計(jì)概率趨于1，建設(shè)方不安全行為后果值大于7.6時(shí)，累計(jì)概率趨于1。對(duì)主體單位行為風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行排序可以得到：監(jiān)理方>施工方>建設(shè)方。監(jiān)理方的風(fēng)險(xiǎn)后果值累計(jì)概率先趨于1，即監(jiān)理方的不安全行為導(dǎo)致的事故發(fā)生更為頻繁，因此在安全教育培訓(xùn)或者地下空間施工過程中應(yīng)注意對(duì)監(jiān)理單位的嚴(yán)格要求和審查，減少因監(jiān)理單位工作疏忽導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)事故。

3.2 敏感度分析

一項(xiàng)事故的發(fā)生可能存在多個(gè)不安全行為的共同作用，僅從主體單位來分析事故風(fēng)險(xiǎn)大小會(huì)存在誤差。因此，針對(duì)主體參與方中各個(gè)不安全動(dòng)作，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行敏感性分析，比較各個(gè)主體單位內(nèi)部不安全行為對(duì)主體方的影響程度，進(jìn)而判斷不安全動(dòng)作對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)后果的影響程度。三方不安全行為風(fēng)險(xiǎn)敏感圖如圖7～圖9所示。

圖7 施工方行為風(fēng)險(xiǎn)敏感圖

圖8 監(jiān)理方行為風(fēng)險(xiǎn)敏感圖

圖9 建設(shè)方行為風(fēng)險(xiǎn)敏感圖

一般來說，敏感性越大，不安全行為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值的影響就越大。由圖7可以看出，從施工方角度分析，對(duì)事故發(fā)生造成的影響程度，按照敏感度排序?yàn)镃2>C5>C1>C6>C7>C8>C4>C3>C9>C10>C11。不安全動(dòng)作C2對(duì)施工方行為風(fēng)險(xiǎn)的敏感度最大，為34.3%，即施工人員未進(jìn)行安全培訓(xùn)或者安全培訓(xùn)不到位上崗更易導(dǎo)致發(fā)生坍塌事故；C5的敏感度為18.3%，具體表現(xiàn)為地下空間施工的安全制度設(shè)置不完善或存在缺陷；C1的敏感度為16.0%，具體表現(xiàn)為未做好開挖防護(hù)工作就冒然行動(dòng)或者開挖防護(hù)工作不到位；C6的敏感度為10.4%，具體表現(xiàn)為安全檢查和隱患排查不到位，如對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別不仔細(xì)、未設(shè)置安全區(qū)域、沒有進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢查等；其余不安全動(dòng)作敏感度均低于10%，說明對(duì)施工方行為風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較小。

由圖8可以看出，從監(jiān)理方角度分析，敏感度排序?yàn)镴1>J2>J3>J4。不安全動(dòng)作J1的敏感度為90.1%，對(duì)監(jiān)理方行為風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率較大，說明未有效進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)違規(guī)行為監(jiān)理，是監(jiān)理方不安全行為導(dǎo)致坍塌事故的重要因素，具體表現(xiàn)為對(duì)存在的安全隱患未能及時(shí)下達(dá)暫停通知并督促整改、未按照法律法規(guī)和工程強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)理、施工單位拒不整改的情況下未及時(shí)向有關(guān)部門報(bào)告施工現(xiàn)場(chǎng)問題等。

由圖9可以看出，從建設(shè)方角度分析，敏感度排序?yàn)镚1>G2>G3。不安全動(dòng)作G1的敏感度最大，為79.0%，即建設(shè)方行為風(fēng)險(xiǎn)的重要因素是項(xiàng)目工程違法建設(shè)，具體表現(xiàn)為不按正常規(guī)定進(jìn)行項(xiàng)目施工，少資質(zhì)與相應(yīng)的材料、未委托監(jiān)理、沒有嚴(yán)格審核施工單位和監(jiān)理單位的資質(zhì)證照等。

通過敏感度分析可以更加詳細(xì)地了解不安全動(dòng)作對(duì)主體單位行為風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)度，間接地說明坍塌事故受不安全動(dòng)作的影響程度。對(duì)于施工方不安全行為防控中應(yīng)更加注重安全培訓(xùn)、安全制度、開挖支護(hù)、安全檢查和隱患排查等方面；對(duì)于監(jiān)理方不安全行為防控應(yīng)注重監(jiān)理的有效性；對(duì)于建設(shè)方應(yīng)處理好項(xiàng)目建設(shè)的合規(guī)性，防止違法建設(shè)。

3.3 安全措施及建議

(1)對(duì)于施工單位，安全培訓(xùn)不到位、安全制度存在缺陷、未做好開挖支護(hù)防護(hù)工作、安全檢查和隱患排查不到位等幾項(xiàng)不安全動(dòng)作是導(dǎo)致事故發(fā)生的根本原因。在安全培訓(xùn)方面，首要解決的問題是管理者或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是否有較強(qiáng)的安全意識(shí)、是否愿意投入資金做好施工人員的安全培訓(xùn)工作，確保每個(gè)工人都能樹立良好的安全意識(shí)和建立良好的安全習(xí)慣，做好預(yù)防安全事故的準(zhǔn)備；安全制度建設(shè)方面，地下空間工程比較復(fù)雜且各項(xiàng)目的建設(shè)均有差別，既要根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目建立安全制度，又要結(jié)合施工過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)的安全規(guī)定；開挖支護(hù)防護(hù)工作未做好，即不做好防護(hù)措施或措施不到位，就開始冒然行動(dòng)，說明工人自我安全意識(shí)低，主要原因還是未做好安全培訓(xùn)工作，因此應(yīng)特別重視施工人員的安全培訓(xùn)；為防止安全檢查和隱患排查不到位，施工方應(yīng)設(shè)置專門的巡查崗，認(rèn)真做好每一處風(fēng)險(xiǎn)隱患的巡回檢查，定期做好清理和排查工作。

(2)對(duì)于監(jiān)理單位，未有效進(jìn)行監(jiān)理是導(dǎo)致安全事故的重要原因。為做好有效監(jiān)理，從兩方面實(shí)施：一是監(jiān)理單位首先落實(shí)崗位職責(zé)，認(rèn)真負(fù)責(zé)做好安全排查工作，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)隱患及時(shí)督促整改并進(jìn)行追蹤，防止遺漏安全隱患，做到真正的閉合管理；二是針對(duì)地下空間工程施工的復(fù)雜性，加大安全隱患排查力度，并做好督查工作，對(duì)旁站、巡視等監(jiān)督工作予以重視。

(3)對(duì)于建設(shè)單位，要落實(shí)工程管理制度，建設(shè)單位要依法辦理招投標(biāo)、施工許可證和安全質(zhì)量備案等相關(guān)手續(xù)，對(duì)施工單位的資質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格審核，禁止各種違法招標(biāo)以及私自組織施工等違法行為，嚴(yán)格遵守招標(biāo)管理規(guī)定。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況及其他可預(yù)測(cè)情況制定工期，禁止為盲目追趕工期而降低工程質(zhì)量，防止安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

(1)從地下空間建設(shè)主體單位角度將地下坍塌事故中的作業(yè)人員行為分為18種不安全動(dòng)作，以利于對(duì)地下空間坍塌事故不安全行為進(jìn)行評(píng)估和控制。

(2)將MCs法應(yīng)用于地下空間坍塌事故作業(yè)人員行為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過概率分布圖、累計(jì)概率分布對(duì)比圖確定三種主體單位不安全行為對(duì)坍塌事故的影響程度；分析結(jié)果表明，不安全行為中監(jiān)理單位對(duì)坍塌事故影響程度最大，其次是施工方，行為風(fēng)險(xiǎn)最小的是建設(shè)方。

(3)通過敏感度分析得到了各參與方的不安全動(dòng)作對(duì)主體單位行為風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)程度。施工單位中的安全培訓(xùn)不到位、因安全制度存在缺陷導(dǎo)致員工失誤、未做好開挖支護(hù)防護(hù)工作、安全檢查和隱患排查不到位等幾項(xiàng)不安全動(dòng)作對(duì)施工方事故發(fā)生的貢獻(xiàn)度最大；未有效進(jìn)行監(jiān)理對(duì)監(jiān)理單位安全事故發(fā)生的貢獻(xiàn)度最大；對(duì)項(xiàng)目工程違法建設(shè)對(duì)建設(shè)單位發(fā)生不安全行為的貢獻(xiàn)程度最大。

(4)通過對(duì)施工單位、監(jiān)理單位和建設(shè)單位安全防控中存在的不安全行為及導(dǎo)致不安全行為的關(guān)鍵動(dòng)作進(jìn)行分析，找出主體單位應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)，有效為坍塌事故事前預(yù)防和控制提供了參考價(jià)值。