基于突變理論的城市基礎設施建設安全評價及應對研究

黃錦 黃翁翱

（1.杭州未來科技城建設有限公司，杭州 311121；2.安徽建筑大學 土木工程學院，合肥 230601）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，新城區(qū)建設和老城區(qū)改造并行，2010年以來，我國城市基礎設施建設發(fā)展迅速、規(guī)?？涨?。截至2016年末，全國設市城市657個，建成區(qū)面積5.43萬km2，完成城市市政公用設施固定資產(chǎn)投資17 460億元，比2015年增長7.7%，占同期全社會固定資產(chǎn)投資總額的2.88%［1］。城市基礎設施建設規(guī)模的不斷擴大，對促進現(xiàn)代化城鎮(zhèn)建設、提升居民生活體驗、滿足人民群眾文化需求發(fā)揮著重要作用。在快速發(fā)展的同時，建設安全管理存在的問題日漸顯露，相關領域風險隱患問題日益凸顯。2019年，全國共發(fā)生房屋市政工程生產(chǎn)安全事故773起、死亡904人，比2018年事故起數(shù)增加39起、死亡人數(shù)增加64人，分別上升了5.31%、7.62%，總體安全形勢不容樂觀［2］。加強建設安全領域研究，對保障安全生產(chǎn)、維護社會穩(wěn)定具有重大意義。

經(jīng)過長期的研究發(fā)展，建設領域形成了風險矩陣法、故障樹分析法、模糊分析綜合評估法、貝葉斯網(wǎng)絡法等安全狀態(tài)評價方法，這些方法的評價結(jié)果受人的主觀判斷影響較為明顯。安全事故是建設生產(chǎn)活動中由于一系列隱患缺陷持續(xù)發(fā)酵而導致的質(zhì)變結(jié)果，本文以突變理論為研究基礎，依據(jù)城市基礎設施建設現(xiàn)狀，建立評價模型。以某區(qū)域城市基礎設施建設為案例，分析安全狀態(tài)，提出改進應對措施。

1 突變理論及評價體系構(gòu)建

1.1 突變理論

突變理論［3］是由法國數(shù)學家Rene Thom于20世紀60年代后期創(chuàng)立，描述系統(tǒng)狀態(tài)突然發(fā)生變化的一種理論，應用于突變現(xiàn)象分析。利用突變理論建立模型，系統(tǒng)的狀態(tài)通常由勢函數(shù)表示，對勢函數(shù)推導找出臨界點，通過分析臨界點的特性進而判斷各點是否處于突變區(qū)域內(nèi)。勢函數(shù)中有2類變量，即狀態(tài)變量和控制變量。狀態(tài)變量為分析對象，即系統(tǒng)自身的行為狀態(tài)情況；控制變量即為影響因素。常見的突變模型分為4種，其勢函數(shù)如表1所示。

表1 初等突變模型勢函數(shù)

以尖點型突變類型為例，推導其歸一公式。對勢函數(shù)求導得：

臨界點方程為：

方程（2）的判別式為：

臨界點方程解的個數(shù)由△決定。對公式（1）進行求導得：

其奇點集方程為：

分歧點方程為：

分解式為：

將分解表達式改寫為：

為了運算簡單準確，將所有變量的取值范圍調(diào)整到0~1，調(diào)整式（8）得尖點突變模型歸一公式：

同理分別得到燕尾型和蝴蝶型突變類型歸一公式如式（10）、式（11）所示：

1.2 突變理論評價原則

由歸一公式求得隸屬度值，通過遞歸計算得到目標隸屬度值。對于多目標的突變類型，評價過程需要遵循以下原則［4］：

1）非互補原則。如果體系中各控制變量不能互相替代或者彌補相互之間的不足，則將各控制變量取值的最小值作為體系狀態(tài)變量值。

2）互補原則。如果體系中各控制變量能夠互相替代或者彌補相互之間的不足，則可將各控制變量取值的平均值作為體系狀態(tài)變量值。

1.3 評價體系構(gòu)建

建立安全評價指標體系是進行安全綜合評價的基礎。從安全系統(tǒng)觀點出發(fā)，城市基礎設施建設安全管理指標可以分為4個一級指標，即人的不安全行為a、物的不安全狀態(tài)b、環(huán)境的不安全因素c、管理缺陷d，每個指標下設了若干個二級指標［5］，結(jié)合風險因素和指標體系建立的原則，安全風險評價指標體系具體設置如表2所示。

表2 基礎設施建設安全風險評價指標體系

1.4 安全狀態(tài)評價標準

安全狀態(tài)評價分級標準的制定對于準確判斷評價安全狀態(tài)至關重要，基于突變理論的特點和建設管理實施過程中的風險控制評判，采用安全性極差、安全性較差、安全性一般、安全性較好、安全性好5個等級的分級標準［6］，如表3所示。

表3 安全狀態(tài)評價分級標準

2 案例分析

某區(qū)域位于杭州市城西，核心區(qū)建設面積約49.5 km2。2021年1—7月該區(qū)域在建基礎設施項目共計28個，其中建筑工程6個、市政工程16個、景觀工程5個、電力工程1個，投資額約54.44億元。

2.1 評價指標對象確定及分析

為保證評價結(jié)果的科學性和準確性，每月開展綜合檢查調(diào)研，累計開展6次，每次綜合檢查調(diào)研工程數(shù)量不低于全部在建項目數(shù)量的80%。結(jié)合表2、相關管理人員及專家建議，最大限度規(guī)避主觀評價，以匯總得到該區(qū)域城市基礎設施建設二級指標隱患每月出現(xiàn)次數(shù)作為客觀分析對象，檢查調(diào)研結(jié)果如表4所示。

表4 某區(qū)域城市基礎設施建設二級指標隱患每月出現(xiàn)次數(shù)匯總

根據(jù)表4中匯總結(jié)果進行無量綱化處理，以評價指標d1為例：

依此類推得出標準化處理結(jié)果。以管理缺陷為例，有4個二級指標，運用蝴蝶突變模型歸一化公式得到

由于各級指標替代性相對較弱，采用非互補原則，即取層級中最小值作為上級指標的突變值，則：Yd=min（xd1，xd2，xd3，xd4）=0.669 4，依次類推，得到結(jié)果Ya、Yb、Yc，匯總?cè)绫?所示。同理，遞歸得出一級指標突變級數(shù)值ya、yb、yc、yd，最終計算出目標指標突變隸屬度值Z，即Z=min（ya，yb，yc，yd）=0.767 0。

表5 某區(qū)域城市基礎設施建設安全評價結(jié)果

2.2 安全狀態(tài)評價結(jié)果

該區(qū)域城市基礎設施建設安全評價突變隸屬度值為0.767 0（0.6，0.8］，安全評價等級為Ⅳ級，即安全性較好，與實際安全狀況基本一致。通過分析一級指標如a、c的值分別為0.588 3、0.577 4，可以看出人的不安全行為、環(huán)境的不安全因素對安全狀態(tài)的評價影響較大，特別是管理人員的安全意識及能力、自然環(huán)境因素需給予重點關注，完善管控并予以加強。

3 提升安全管理應對

3.1 著重提升人的管理行為

人作為管理和被管理對象，是核心要素并覆蓋影響安全工作的全部領域。從工程項目安全管理人員的壓力—倦怠—績效出發(fā)，提出加強壓力管理、合理安排工作任務、完善信息發(fā)布渠道、建立良好溝通機制、加強安全價值教育，促進安全管理水平提升。堅持以人為本，著重對人的心理的關注引導，聯(lián)通個體與組織集合信任［7］。設定群體管理目標，通過構(gòu)建部署—反饋—完善循環(huán)機制，創(chuàng)新標桿引領，提升人的參與管理縱向深度。立足崗位、群體、環(huán)境多角度分析，差異化制定安全行為動作標準，補強個體缺陷。強化物的保證及安全培訓，基于篩選有效物質(zhì)條件下的風險識別、緊急應對，提升實操能動并輔以行為監(jiān)督糾正。

3.2 構(gòu)建多重體系的安全防線

城市基礎設施建設涉及專業(yè)聚集、建構(gòu)筑物多、社會接觸面廣，加之項目建設管理粗放導致風險管控缺位，需要強化建立政府（市場）-企業(yè)-項目三重體系安全防線并賦能運行。政府（市場）層面從源頭整治提升建設工程市場準入及招投標門檻，特別注重企業(yè)及人員有效業(yè)績評定，同時在現(xiàn)有監(jiān)管體制中融入社會技術力量參與監(jiān)督。企業(yè)層面對組織架構(gòu)扁平化管理，促進信息指令傳達高質(zhì)高效，避免由于職能重疊造成管理真空，完善制度的設立及跟蹤執(zhí)行。項目層面更加注重管理、技術、經(jīng)驗、實踐的結(jié)合，規(guī)范動作流程，強調(diào)風險首見負責，確保安全管理制度切實落地。

3.3 完善安全考核管理體制

城市基礎設施行業(yè)有著成熟的安全管理制度和規(guī)范標準，但在實際操作中執(zhí)行尺度不一，安全管理工作存在漏洞和形式主義。建全安全生產(chǎn)責任制、安全生產(chǎn)獎懲制，曝光典型，設立安全生產(chǎn)黑名單，建立市場企業(yè)淘汰機制，提高企業(yè)從管理決策層到執(zhí)行層的全員責任認識并加大責任風險考核。層層分解安全管理目標，簽訂風險激勵責任書，利用經(jīng)濟激勵機制實行連帶責任，做到責權利相統(tǒng)一。

3.4 營造安全氛圍，完善應急應對

加強企業(yè)安全文化建設，營造有效安全氛圍，凝聚安全意識形態(tài)。在建設實施過程中，挖掘提煉安全價值理念，強化思想認識，多途徑、多種類、多方式宣貫，打造安全的氛圍環(huán)境，發(fā)揮安全文化導向性作用。在風險識別和風險分級的基礎上模擬風險發(fā)展，建立完善分級應急響應程序，完備資源配置并專時專用。注重平時的應急演練，防止走過場，明確各崗位、各人員的角色分工、動作指令、外協(xié)內(nèi)控等。運用PDCA循環(huán)發(fā)現(xiàn)應急應對策略中的措施短板，謀劃針對性的矯正舉措，不斷完善應急應對。

4 結(jié)語

本文結(jié)合突變理論的基本原理，構(gòu)建安全狀態(tài)評價指標體系。以某區(qū)域城市基礎設施建設安全為例，通過對安全狀態(tài)的評價研究，發(fā)掘安全薄弱環(huán)節(jié)，提出應對改進，為基礎設施建設的安全管理提供參考。同時，基礎設施建設安全狀態(tài)評價指標受多重不確定因素影響，不同的區(qū)域、管理模式、涉及范圍等差異較大，評價體系的優(yōu)化還需進一步深入。