基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的雜貨碼頭企業(yè)生產(chǎn)安全事故致因分析

宋志雷 陳明義副教授 孟國(guó)棟 王景春教授 張雪潔

(1.石家莊鐵道大學(xué) 大型基礎(chǔ)設(shè)施性能與安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué) 安全工程與應(yīng)急管理學(xué)院，河北 石家莊 050043；3.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，天津 300000)

0 引言

隨著我國(guó)的碼頭吞吐量逐年增加，碼頭的運(yùn)營(yíng)作業(yè)安全日益受到重視。我國(guó)交通運(yùn)輸部的碼頭作業(yè)事故調(diào)查結(jié)果表明[1]，碼頭作業(yè)屬于危險(xiǎn)性較高的行業(yè)，有0.4%的死亡率，事故率小于建筑業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)但略大于制造業(yè)。因此，挖掘雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故的致因因素，掌握雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，對(duì)于提高雜貨碼頭運(yùn)營(yíng)安全水平具有重要意義。

在雜貨碼頭企業(yè)生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題研究中，陳玉清[2]根據(jù)人的思想和心理活動(dòng)特征等分析港口生產(chǎn)不安全行為的成因機(jī)理；張廣進(jìn)等[3]討論港口安全管理機(jī)制存在的問(wèn)題，并提出建立港口安全管理長(zhǎng)效機(jī)制的措施；李春華[4]分析綜合性港口裝卸、儲(chǔ)、運(yùn)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)有害因素并給出相應(yīng)的安全對(duì)策；孫莉等[5]研究貨物性質(zhì)對(duì)港口安全生產(chǎn)的影響規(guī)律，并提出危化品港口裝卸作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)框架；黃勇等[6]運(yùn)用系統(tǒng)管理方法分析港口安全管理系統(tǒng)特點(diǎn)并指出存在的安全管理問(wèn)題；王亞楠等[1]運(yùn)用帕累托圖方法分析某雜貨碼頭企業(yè)引發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，并確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。目前學(xué)者們多運(yùn)用定性分析方法討論港口碼頭事故的影響因素而缺乏定量研究，且較少分析歷史事故的統(tǒng)計(jì)特征及其演化規(guī)律。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論[7]是以圖論研究為基礎(chǔ)逐步發(fā)展形成的，可用于分析復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)致因因素間的關(guān)系、揭示復(fù)雜系統(tǒng)的拓?fù)涮卣鳎陙?lái)被引入研究行業(yè)產(chǎn)業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。Deng等[8]借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建煤礦風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)，確定煤礦的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)；蔡秋晨等[9]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，運(yùn)用群體視角研究隧道工人群體的活動(dòng)特性；Zhou等[10]根據(jù)事故鏈理論構(gòu)建地鐵施工事故復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，分析影響地鐵工程安全施工的關(guān)鍵因素；花玲玲等[11]利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析鐵路運(yùn)營(yíng)事故，獲得影響鐵路運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生的關(guān)鍵因素；郭文亞等[12]構(gòu)建具有事故層和致因?qū)拥碾p側(cè)地鐵工程建設(shè)事故致因網(wǎng)絡(luò)模型，開(kāi)展地鐵建設(shè)安全管理方法研究；岳希堅(jiān)等[13]提出基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論識(shí)別油庫(kù)重要安全風(fēng)險(xiǎn)因素和安全風(fēng)險(xiǎn)管理的方法，并確定風(fēng)險(xiǎn)因素主次排序。

因此，本文基于某雜貨碼頭企業(yè)的事故案例統(tǒng)計(jì)，挖掘雜貨碼頭企業(yè)生產(chǎn)安全事故的致因因素，分析安全事故發(fā)生事件鏈以及各致因因素的相互關(guān)系，構(gòu)建雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)，并利用Pajek軟件計(jì)算雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，研究雜貨碼頭事故發(fā)展規(guī)律，為雜貨碼頭運(yùn)營(yíng)安全奠定基礎(chǔ)。

1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論及指標(biāo)

雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因因素以及事故類(lèi)型可抽象為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，各致因因素及事故類(lèi)型間的關(guān)系可抽象為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連邊，并且可利用統(tǒng)計(jì)指標(biāo)[14]對(duì)建立的事故致因網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：

aij—從節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j的邊；

aji—從節(jié)點(diǎn)j指向節(jié)點(diǎn)i的邊；

N—網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

P(i)—節(jié)點(diǎn)度為i的節(jié)點(diǎn)的比例。

(2)網(wǎng)絡(luò)直徑和平均路徑長(zhǎng)度：2個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最短距離為連接2個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑上的邊數(shù)，記為dij。網(wǎng)絡(luò)的直徑D是指網(wǎng)絡(luò)中任意2點(diǎn)間的最短距離的最大值。平均路徑長(zhǎng)度L是指網(wǎng)絡(luò)中可能的節(jié)點(diǎn)對(duì)沿著最短路徑的平均步數(shù)。

(6)

(7)

式中：

V—復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合。

(3)聚類(lèi)系數(shù)：節(jié)點(diǎn)的聚類(lèi)系數(shù)Ci指該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)之間實(shí)際所存在的連邊數(shù)與總的可能的連邊數(shù)的比值，即節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選擇的2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)相互連接的概率。

(8)

式中：

Ci—節(jié)點(diǎn)的聚類(lèi)系數(shù)；

Mi—與節(jié)點(diǎn)間真實(shí)存在的連邊數(shù)。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聚類(lèi)系數(shù)C為各節(jié)點(diǎn)聚類(lèi)系數(shù)的平均值，即

(9)

(4)中介中心性：節(jié)點(diǎn)或邊的中介中心性指網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最短路徑經(jīng)過(guò)該節(jié)點(diǎn)或邊的數(shù)量與所有最短路徑數(shù)量的比值。

(10)

式中：

g(i,j)—連接節(jié)點(diǎn)i和j的最短路徑數(shù)；

BN(k)—點(diǎn)k的中介中心度。

2 事故致因因素及事件鏈的確定

2.1 事故統(tǒng)計(jì)與分類(lèi)

針對(duì)某雜貨碼頭企業(yè)在2018-2020年發(fā)生的76起雜貨裝卸生產(chǎn)安全事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合《企業(yè)職工傷亡事故分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 6441-1986)[15]，并根據(jù)該類(lèi)事故原因及事故后果特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，該雜貨碼頭企業(yè)事故可分為機(jī)損事故、起重傷害、貨損事故、高處墜落、物體打擊、車(chē)輛傷害、機(jī)械傷害和其他事故，在所有事故中，機(jī)損事故的占比最大(27.6%)，其次是起重傷害(25%)，如圖1。

圖1 事故案例分類(lèi)統(tǒng)計(jì)Fig.1 The classification and statistics of accident cases

2.2 事故致因因素分析

利用人因分類(lèi)及分析系統(tǒng)(Human Factors Analysis and Classification System，HFACS)[16-17]并結(jié)合專(zhuān)家建議，將雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因因素分為人因?qū)印⒃O(shè)備設(shè)施層、環(huán)境層、管理層4類(lèi)，共計(jì)54個(gè)事故致因因素，見(jiàn)表1。

表1 雜貨碼頭生產(chǎn)事故致因因素Tab.1 Accident cause factors of the general cargo terminal

續(xù)表

2.3 事故事件鏈

從人因、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境和管理4個(gè)方面，通過(guò)對(duì)76起事故的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合表1中的事故致因因素分析事件鏈節(jié)點(diǎn)，識(shí)別確定雜貨碼頭企業(yè)生產(chǎn)安全事故的事件鏈，由于個(gè)別事故案例的描述不充分，為此并非針對(duì)每起事故均建立了對(duì)應(yīng)的事件鏈，最終共計(jì)得到70項(xiàng)事件鏈，見(jiàn)表2。

表2 雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故事件鏈情況Tab.2 Event chains of work safety accident in the general cargo terminal

3 事故致因網(wǎng)絡(luò)模型分析

3.1 事故致因網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建

根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，將各致因因素視為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的有向連線(xiàn)代表各致因因素在事件鏈中的因果關(guān)系，并且將8個(gè)事故節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中，最終構(gòu)建出雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)模型，共計(jì)包括62個(gè)節(jié)點(diǎn)、213條邊。利用Pajek軟件建立雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)模型，55-62號(hào)節(jié)點(diǎn)分別代表8種事故類(lèi)型，分別為起重傷害、機(jī)損事故、物體打擊、貨損事故、高處墜落、機(jī)械傷害、車(chē)輛傷害及其他事故，如圖2。

圖2 雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)Fig.2 The accident cause network of the general cargo terminal

3.2 節(jié)點(diǎn)度和度分布

通過(guò)Pajek軟件，計(jì)算獲得所有節(jié)點(diǎn)的入度、出度和總度，節(jié)點(diǎn)總度不小于9的節(jié)點(diǎn)(如圖3)，網(wǎng)絡(luò)平均度為4.806，這表明網(wǎng)絡(luò)中的每一起事故大致均與4-5個(gè)致因因素有關(guān)?！斑`章操作”“站位不當(dāng)”“操作不當(dāng)”“違章指揮”等因素具有較大的入度，說(shuō)明有多條路徑可以導(dǎo)致這些致因因素發(fā)生；“安全意識(shí)淡薄”“違章操作”“站位不當(dāng)”“觀察工作環(huán)境不到位”具有較大的出度，反映出這些致因因素容易導(dǎo)致其他致因因素出現(xiàn)；“安全意識(shí)淡薄”“違章操作”“站位不當(dāng)”“觀察工作環(huán)境不到位”總度較大，意味著這些因素對(duì)雜貨碼頭生產(chǎn)安全影響顯著，應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

圖3 節(jié)點(diǎn)總度不低于9的節(jié)點(diǎn)Fig.3 The nodes with a total node degree greater than 9

雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)累計(jì)度分布近似服從冪律分布(如圖4)，表現(xiàn)出無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)[7]，大部分節(jié)點(diǎn)有較小的節(jié)點(diǎn)度，少部分節(jié)點(diǎn)有較大的度。無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)具有魯棒性和脆弱性的特點(diǎn)[7]。網(wǎng)絡(luò)遭到隨機(jī)攻擊時(shí)，度值小的節(jié)點(diǎn)首先被攻擊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性影響小，表現(xiàn)出魯棒性；當(dāng)Hub節(jié)點(diǎn)(度值較高的節(jié)點(diǎn))遭到攻擊時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性影響很大，限制致因因素的傳播，表現(xiàn)出脆弱性。因此，在雜貨碼頭安全管理中通過(guò)加強(qiáng)對(duì)Hub節(jié)點(diǎn)的預(yù)防和控制，可以有效減少致因因素連鎖傳播，減少事故發(fā)生。

圖4 事故致因網(wǎng)絡(luò)累積度分布Fig.4 The distribution of the cumulative degree of the accident cause network

3.3 網(wǎng)絡(luò)直徑和平均路徑長(zhǎng)度

雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)的直徑為6，平均路徑長(zhǎng)度為2.554，即網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中事故平均通過(guò)3步就會(huì)發(fā)生，反映出該網(wǎng)絡(luò)中各致因因素聯(lián)系緊密。換言之，致因因素一旦出現(xiàn)將很快在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳播并導(dǎo)致事故的發(fā)生[8]。因此，雜貨碼頭企業(yè)需要加強(qiáng)生產(chǎn)安全管理，防控事故致因因素的出現(xiàn)。

3.4 聚類(lèi)系數(shù)

聚類(lèi)系數(shù)不低于0.2的節(jié)點(diǎn)，如圖5。頂點(diǎn)的聚類(lèi)系數(shù)范圍為0～1，“機(jī)械安全距離不夠”“安全教育不到位”“未設(shè)置警示標(biāo)志”“工作環(huán)境混亂”“車(chē)輛碰撞起吊物”“門(mén)機(jī)轉(zhuǎn)機(jī)過(guò)快”“緊急剎車(chē)”節(jié)點(diǎn)的聚類(lèi)系數(shù)值最大，表明這7個(gè)節(jié)點(diǎn)與周?chē)?jié)點(diǎn)的聯(lián)系最緊密。網(wǎng)絡(luò)的聚類(lèi)系數(shù)為0.149，大于節(jié)點(diǎn)集相似的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聚類(lèi)系數(shù)。該網(wǎng)絡(luò)聚類(lèi)系數(shù)大、平均路徑長(zhǎng)度短，表現(xiàn)出小世界網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。小世界網(wǎng)絡(luò)比常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的事故傳播速度更快[18]，這也使得雜貨碼頭安全管理和事故預(yù)防面臨著很大挑戰(zhàn)。

圖5 聚類(lèi)系數(shù)不低于0.2的節(jié)點(diǎn)Fig.5 The nodes with a clustering coefficient greater than 0.2

3.5 中介中心性

網(wǎng)絡(luò)的中介中心度為0.093，節(jié)點(diǎn)的中介中心度介于0～0.099，不低于0.01的節(jié)點(diǎn)，如圖6。3、4、16、20、23、24等25個(gè)節(jié)點(diǎn)的中心中介度為0，意味著這些節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)對(duì)交互中作用可忽略。“站位不當(dāng)”“違章操作”“安全意識(shí)淡薄”“觀察工作環(huán)境不到位”4個(gè)節(jié)點(diǎn)的中介中心度較高，其中“違章操作”最高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響也最顯著。雜貨碼頭企業(yè)應(yīng)該重點(diǎn)控制中介中心度大的節(jié)點(diǎn)，削弱整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中致因因素間的連鎖反應(yīng)。

圖6 中介中心度不低于0.01的節(jié)點(diǎn)Fig.6 The nodes with betweenness centrality greater than 0.01

4 討論

雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故統(tǒng)計(jì)指出，“機(jī)損事故”和“起重傷害”是雜貨碼頭最為典型的生產(chǎn)安全事故，所占比例超過(guò)50%。2類(lèi)事故的相關(guān)致因因素分布，如圖7。

這2類(lèi)典型事故的起始原因中人因?qū)诱急榷汲^(guò)75%，并且Hub節(jié)點(diǎn)均為人因?qū)拥闹乱蛞蛩?。在雜貨碼頭的運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中，裝卸貨物需要用到大量起重機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械，交叉作業(yè)多，對(duì)作業(yè)人員的操作技能及安全意識(shí)要求很高，因此作業(yè)人員的不安全行為是導(dǎo)致事故發(fā)生的基本原因，雜貨碼頭運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中需要注意提高人員安全意識(shí)和安全技能，以控制人因?qū)拥闹乱蛞蛩?。這2類(lèi)事故的直接原因中人因?qū)雍驮O(shè)備設(shè)施層共同占比達(dá)到80%以上，并且設(shè)備設(shè)施層的平均聚類(lèi)系數(shù)最大，表明其中的致因因素更傾向于聚類(lèi)。雜貨碼頭裝卸作業(yè)主要是通過(guò)操作起重機(jī)械等設(shè)備來(lái)完成，施工作業(yè)造成事故的風(fēng)險(xiǎn)也比較大，故為了有效減少事故發(fā)生，雜貨碼頭企業(yè)還必須定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的起重和運(yùn)輸機(jī)械進(jìn)行檢查、維護(hù)，淘汰陳舊設(shè)備。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某雜貨碼頭企業(yè)在2018-2020年的76起生產(chǎn)安全事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論開(kāi)展研究，獲得如下主要結(jié)論：

(1)統(tǒng)計(jì)獲得該雜貨碼頭企業(yè)的8種安全事故，其中“機(jī)損事故”和“起重事故”最為典型；將生產(chǎn)安全事故致因因素劃分成人因、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、管理4類(lèi)，進(jìn)而運(yùn)用事件鏈方法明確各致因因素的聯(lián)系、建立起70項(xiàng)事件鏈，并構(gòu)建包含62個(gè)節(jié)點(diǎn)、213條邊的雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)模型。

(2)雜貨碼頭生產(chǎn)安全事故致因網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)和小世界網(wǎng)絡(luò)特性，應(yīng)對(duì)Hub節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)管理，其中“安全意識(shí)淡薄”“違章操作”“站位不當(dāng)”“觀察工作環(huán)境不到位”是影響事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。

(3)人因?qū)雍驮O(shè)備設(shè)施層的致因因素均在“機(jī)損事故”和“起重事故”2類(lèi)典型事故中起到關(guān)鍵作用，雜貨碼頭企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)人員安全教育與技能培訓(xùn)以及機(jī)械裝備的檢查、維護(hù)與更新，以提升雜貨碼頭安全水平。