居民自建房安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法與應(yīng)用研究

石軍勝SHI Jun-sheng；曹東強(qiáng)CAO Dong-qiang

（①中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司安全環(huán)保部，上海 201900；②西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710054）

0 引言

中國(guó)政府對(duì)居民住房環(huán)境尤為重視，提出新型城鎮(zhèn)化建設(shè)戰(zhàn)略，持續(xù)促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化，增加了城鄉(xiāng)居民參與房屋建設(shè)的積極性，加之租房熱，使得建房需求持續(xù)提升[1]。然而，居民自建房受建筑質(zhì)量缺陷和后期使用不當(dāng)?shù)挠绊?，近年?lái)居民自建房重特大事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人民安全健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展[2]。有效地預(yù)防或遏制城鄉(xiāng)居民自建房事故的發(fā)生已成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題，因此，需全面識(shí)別居民自建房涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素，制定一套可靠的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于提升城鄉(xiāng)居民自建房風(fēng)險(xiǎn)管理水平尤為重要。

大型建筑施工因工程規(guī)模大、工期長(zhǎng)、參與人員多等特性，其安全方面的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注。Louisa Wong 運(yùn)用人為因素分析和分類(lèi)系統(tǒng)（HFACS）研究建筑施工高處墜落事故，使用頻率分析法分析了事故特征和根本原因[3]；Zhao Dong 運(yùn)用決策鏈分析獲得建筑項(xiàng)目中建筑工人在工作場(chǎng)所電氣事故風(fēng)險(xiǎn)因素，找出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素[4]；InSeok Park 基于導(dǎo)致事故直接原因來(lái)分析建筑事故的因果關(guān)系，將邏輯回歸應(yīng)用探究研究人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)，并使用Delphi 方法確定施工事故發(fā)生的直接原因和根本原因之間的關(guān)系[5]；Li Qiming、Cheng Zhou 運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論探討了地鐵施工事故原因之間的關(guān)聯(lián)性，解釋事故內(nèi)在發(fā)生機(jī)理[6-7]；陳紹清綜合采用事故樹(shù)和層次分析法，對(duì)地鐵深基坑坍塌事故安全風(fēng)險(xiǎn)分析，獲得各風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性[8]。已有研究對(duì)居民自建房安全相關(guān)研究主要集中在抗震技術(shù)與設(shè)計(jì)[9]、抗震建筑行為[10]、抗震加固與評(píng)估[11]等。由于單個(gè)居民自建房建設(shè)規(guī)模較小的特征，現(xiàn)有研究針對(duì)自建房風(fēng)險(xiǎn)研究較少，也對(duì)居民自建房安全風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別不充分。再者，已有研究針對(duì)自建房風(fēng)險(xiǎn)定量化的研究存在不足，特別在確定風(fēng)險(xiǎn)因素重要度及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判別等方面。

鑒于此，以自建房事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用事故樹(shù)分析法獲得風(fēng)險(xiǎn)因素重要度排序結(jié)果；綜合考慮城鄉(xiāng)居民自建房的安全管理狀況和專(zhuān)家打分法確定居民自建房風(fēng)險(xiǎn)概率及后果嚴(yán)重程度，應(yīng)用改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣法確定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，為我國(guó)居民自建房安全管理提供決策依據(jù)。

1 居民自建房事故樹(shù)模型構(gòu)建

基于此，分析當(dāng)前自建房安全現(xiàn)狀和借鑒相關(guān)領(lǐng)域研究，從居民自建房規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用的全流程，全面識(shí)別出32 項(xiàng)居民自建房事故風(fēng)險(xiǎn)因素，并界定了各風(fēng)險(xiǎn)因素的事件性質(zhì)。各地市應(yīng)急管理部門(mén)官方網(wǎng)站發(fā)布的2015－2021 年期間67 份事故調(diào)查報(bào)告，經(jīng)事故原因統(tǒng)計(jì)獲得各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率，見(jiàn)表1。

表1 居民自建房安全風(fēng)險(xiǎn)因素

事故樹(shù)分析法作為事故原因分析的重要工具，通過(guò)事件符號(hào)、邏輯符號(hào)構(gòu)成的可視化圖形，利用頂上事件和中間事件、基本事件之間的關(guān)系，表達(dá)各類(lèi)事件之間的因果邏輯關(guān)系。該方法通過(guò)分析居民自建房事故和各層級(jí)原因的邏輯關(guān)系，并用邏輯符號(hào)連接起來(lái)，最終形成具有因果關(guān)系的事故樹(shù)模型。事故樹(shù)分析法不僅可以分析出事故的直接原因和間接原因，還能找出影響事故發(fā)生關(guān)鍵原因，具有較強(qiáng)的邏輯性和實(shí)用性[12]。

為了便于表示，頂上事件用T 表示，中間事件用M 表示，基本事件用X 表示，以引起居民自建房事故的直接原因和間接原因?yàn)橹虚g事件，應(yīng)用FreeFta 軟件構(gòu)建的居民自建房事故樹(shù)模型，如圖1 所示。

圖1 居民自建房事故樹(shù)模型

2 居民自建房事故樹(shù)分析

2.1 居民自建房事故樹(shù)定性分析

使用布爾代數(shù)法對(duì)建立的居民自建房事故樹(shù)進(jìn)行定性分析，計(jì)算得到該事故樹(shù)的最小割集和最小徑集。事故樹(shù)最小割集表征系統(tǒng)危險(xiǎn)性，即最小割集數(shù)目越多，系統(tǒng)危險(xiǎn)性越大。分析上述事故樹(shù)獲得的最小割集數(shù)為266，說(shuō)明導(dǎo)致居民自建房事故有266 種事故演化路徑，體現(xiàn)出當(dāng)前居民自建房事故發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)性很大，這與近幾年居民自建房事故形勢(shì)相吻合。

最小徑集是指不能導(dǎo)致事故樹(shù)頂上事件發(fā)生最小數(shù)量的基本事件集合。任一最小徑集不發(fā)生，頂上事件就絕不發(fā)生。鑒于該事故樹(shù)的最小割集數(shù)較多，通過(guò)將事故樹(shù)轉(zhuǎn)化為成功樹(shù)并計(jì)算最小徑集，得到該事故樹(shù)的最小徑集如下：

事故樹(shù)最小徑集表征的是系統(tǒng)安全性，即最小徑集越多，系統(tǒng)安全性越高。通過(guò)分析上述事故樹(shù)模型得到的最小徑集數(shù)為2。因此，居民自建房系統(tǒng)安全性較低，即危險(xiǎn)性較高。

事故樹(shù)的各個(gè)基本事件均會(huì)對(duì)頂上事件產(chǎn)生不同程度的影響，結(jié)構(gòu)重要度是從事故樹(shù)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，假設(shè)各基本事件發(fā)生概率相等的條件下，分析基本事件影響頂上事件發(fā)生的重要程度，并進(jìn)行排序。

根據(jù)最小徑集，由公式（1）計(jì)算得到事故數(shù)模型的結(jié)構(gòu)重要度為：

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度分析可知，居民自建房事故的直接原因和間接原因都是事故發(fā)生的重要原因，因此，必須同時(shí)注重對(duì)直接原因和間接原因的安全管理，才能達(dá)到自建房安全管理的目標(biāo)。

2.2 居民自建房事故樹(shù)定量分析

概率重要度反映了基本事件發(fā)生概率變化對(duì)頂上事件發(fā)生概率變化的敏感度，利用頂上事件發(fā)生概率Q 函數(shù)是一個(gè)多線(xiàn)性函數(shù)的性質(zhì)，對(duì)自變量qi求一次偏導(dǎo)，可得到該基本事件的概率重要度系數(shù)。

臨界重要度是從概率和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來(lái)衡量各基本事件重要性的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)求偏導(dǎo)，獲得臨界重要度與概率重要度的關(guān)系。

結(jié)構(gòu)重要度是由事故樹(shù)模型結(jié)構(gòu)來(lái)分析基本事件的重要性，未能全面說(shuō)明各基本事件的危險(xiǎn)重要程度。因此，通過(guò)公式（3）和公式（4）定量計(jì)算獲得基本事件的概率重要度和臨界重要度來(lái)表示基本事件的重要度，見(jiàn)表2 和圖2。

表2 基本事件重要度結(jié)果

圖2 基本事件重要度

由圖2 可知，X1（操作錯(cuò)誤）、X2（未佩戴個(gè)人防護(hù)用品）、X7（無(wú)安全防護(hù)設(shè)施）等基本事件的概率重要度和臨界重要度均明顯高于其他基本事件，表明人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)應(yīng)作為重點(diǎn)管控的對(duì)象。概率重要度和臨界重要度中基本事件的結(jié)果存在一定差異，人員違章作業(yè)和物的原因概率重要度和臨界重要度偏高，對(duì)于管理缺陷的概率重要度和臨界重要度明顯低，然而居民自建房事故很多原因來(lái)自于管理不善。因此，需結(jié)合居民自建房安全管理實(shí)際，考慮到居民自建房風(fēng)險(xiǎn)造成后果，對(duì)基本事件風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估尤為重要，使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3 居民自建房風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法提出與應(yīng)用

3.1 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)方法

風(fēng)險(xiǎn)矩陣作為一種簡(jiǎn)單、清晰的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，在建筑業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，常用于進(jìn)行半定量的風(fēng)險(xiǎn)估算。將風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)后果分別用一定的差距數(shù)值來(lái)表示，以定性衡量風(fēng)險(xiǎn)的大小并確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。基于此，結(jié)合建筑安全管理實(shí)際，將風(fēng)險(xiǎn)矩陣法中的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)后果進(jìn)行更加明確的制定，提出改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，計(jì)算公式如下。

式中：R 為風(fēng)險(xiǎn)值；L 為風(fēng)險(xiǎn)概率；S 為風(fēng)險(xiǎn)后果。

3.1.1 風(fēng)險(xiǎn)概率

本文綜合采用3σ 模糊表征法[13]和事故原因統(tǒng)計(jì)獲得事件發(fā)生的概率，取各基本事件估計(jì)概率的均值為m，方差為σ，并且假設(shè)基本事件概率服從正態(tài)分布，根據(jù)3σ 原則，落在區(qū)間［m－3σ，m+3σ］的概率為99.7%，因此u=l=3σ，3σ 為波動(dòng)范圍的上下界限，將各個(gè)概率表征為表示為（3σ，m，3σ）的形式。風(fēng)險(xiǎn)概率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)概率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.1.2 風(fēng)險(xiǎn)后果

城鄉(xiāng)居民自建房風(fēng)險(xiǎn)后果涉及種類(lèi)較多，增加了風(fēng)險(xiǎn)后果的度量的難度，且存在較強(qiáng)的不確定性。因此，為了增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)后果度量的可操作性，采用專(zhuān)家調(diào)查法來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)后果，計(jì)算過(guò)程選取可能引起經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和社會(huì)影響程度的這三類(lèi)任一項(xiàng)最高風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)作為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》建立居民自建房安全風(fēng)險(xiǎn)后果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4。

表4 風(fēng)險(xiǎn)后果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，常見(jiàn)的居民自建房事故有高處墜落、物體打擊、起重傷害、坍塌、機(jī)械傷害、觸電、火災(zāi)、車(chē)輛傷害等。本研究通過(guò)邀請(qǐng)2 位建筑安全管理人員、2位施工技術(shù)人員、1 位高等院校專(zhuān)家學(xué)者組成的5 位專(zhuān)家對(duì)8 類(lèi)事故類(lèi)型風(fēng)險(xiǎn)后果給出評(píng)分，取5 位專(zhuān)家評(píng)分的平均值作為風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)，見(jiàn)表5。

3.1.3 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表3 判斷其風(fēng)險(xiǎn)概率的等級(jí)；結(jié)合表4 和表5 確定各類(lèi)事故的風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)，評(píng)估過(guò)程結(jié)合可能導(dǎo)致的事故類(lèi)型進(jìn)行等級(jí)確定，當(dāng)同時(shí)可能誘發(fā)多種事故類(lèi)型，取事故嚴(yán)重性最高作為風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)；然后，參照表6 由事件的風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)確定各風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為五個(gè)級(jí)別：1 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（高風(fēng)險(xiǎn)），2 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（較高風(fēng)險(xiǎn)），3 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（中等風(fēng)險(xiǎn)），4 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（較低風(fēng)險(xiǎn)），5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（低風(fēng)險(xiǎn)）。風(fēng)險(xiǎn)事件的可接受的居民自建房水平是根據(jù)ALARP 原則。在這項(xiàng)研究中，最高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)被認(rèn)為是不可接受的，在風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)尤為重視。

表5 事故類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)

表6 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值是系統(tǒng)所有風(fēng)險(xiǎn)的累加和與最高風(fēng)險(xiǎn)個(gè)數(shù)累加和之比，其中最高風(fēng)險(xiǎn)取風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)乘積最大值，計(jì)算公式如下

其中，Q 為系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值；Ri為單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值，k 為風(fēng)險(xiǎn)因素個(gè)數(shù)。

參照文獻(xiàn)[14]可得，居民自建房系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表7。

表7 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 實(shí)例驗(yàn)證

實(shí)例事故源自案例庫(kù)中的一起高處墜落事故，該事故位于中國(guó)華南某居民自建房，建設(shè)規(guī)模約590 平方米（三層半），一至三層每層約160 平方米，第四層（半層）約110平方米，居民A 與居民B 只達(dá)成口頭協(xié)議（未簽定書(shū)面協(xié)議、未簽訂安全生產(chǎn)管理協(xié)議），雙方約定以每平方177 元（包工和模板）價(jià)格發(fā)包給居民B，所建的整棟房屋無(wú)相關(guān)行業(yè)主管部門(mén)報(bào)建審批手續(xù)。分析該事故調(diào)查報(bào)告獲得，該事故涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素有X2（未佩戴個(gè)人防護(hù)用品）、X7（無(wú)安全防護(hù)設(shè)施）、X8（無(wú)警示標(biāo)識(shí)）、X17（安全意識(shí)淡薄）、X23（違法建設(shè)）、X24（違法發(fā)包）、X25（承包無(wú)資質(zhì)）、X27（教育培訓(xùn)缺失）。運(yùn)用改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣和傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)圖3。

圖3 中顯示本研究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相比都有一定程度的提升，特別X23、X24、X25 的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提升與近年來(lái)居民自建房安全事故頻發(fā)、社會(huì)影響更加深遠(yuǎn)的情況相符。根據(jù)公式（5）和公式（6）獲得，該案例整體風(fēng)險(xiǎn)值Q 為51.32%，對(duì)照表7 可知，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高。

圖3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

本文分析認(rèn)為這種提升主要源自傳統(tǒng)評(píng)估方法主要采用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)確定事件發(fā)生概率，而居民自建房安全事故的高度社會(huì)敏感性導(dǎo)致其分析結(jié)果極可能存在偏差。因此，本文將事故發(fā)生頻次和事故后果嚴(yán)重程度等歷史數(shù)據(jù)作為支撐依據(jù)，可增加風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)方法的可操作性和實(shí)用性。上述評(píng)價(jià)結(jié)果符合居民自建房建造過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知，能夠反映居民自建房安全管理實(shí)際狀況，體現(xiàn)出該方法具有較強(qiáng)的推廣性。

4 結(jié)論

①分析自建房安全現(xiàn)狀和借鑒相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者研究成果，經(jīng)全面辨識(shí)確定識(shí)別出32 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素?；诖耍瑥闹苯釉蚝烷g接原因兩個(gè)層面，建立居民自建房事故樹(shù)模型。②通過(guò)事故樹(shù)的定性和定量分析，利用最小徑集和最小割集對(duì)居民自建房風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了定性分析，應(yīng)用概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度確定了影響城鄉(xiāng)居民自建房事故發(fā)生的主要原因，明確了各基本事件對(duì)居民自建房風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。③基于改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣法，提出了居民自建房安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。通過(guò)實(shí)例計(jì)算表明，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比，風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)等級(jí)在一定程度上均有所提高，能夠?qū)ψ越ǚ匡L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)；進(jìn)一步計(jì)算獲得系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，該案例的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值為51.32%，屬于較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，符合該案例實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)狀況。