姚 浩（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032）

0 引 言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑施工技術(shù)不斷進步，建筑高度及建筑規(guī)模也不斷提升。作為社會高風險行業(yè)之一的建筑業(yè)，發(fā)生安全事故的可能性相當大。施工現(xiàn)場一旦發(fā)生安全事故，極有可能造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡，給社會帶來極壞的影響。根據(jù)住建部統(tǒng)計結(jié)果，我國建筑工程安全事故近年來發(fā)生率仍高居不下，并且造成了經(jīng)濟損失甚至人員傷亡的嚴重后果。風險是造成安全事故的潛在因素，建筑施工過程中風險事件間的關(guān)聯(lián)性和風險影響的傳遞性即風險耦合效應(yīng)，可能會加劇風險的損失程度[1]，識別引發(fā)事故的根源并對關(guān)鍵安全隱患進行整改，可以有效避免重大事故的發(fā)生，因而對建筑工程進行風險分析至關(guān)重要。鑒于目前國內(nèi)外學(xué)者對建筑施工風險管理的研究仍不夠深入，留下的研究資料也不多，有必要開展系統(tǒng)性研究工作。本文結(jié)合事故數(shù)據(jù)庫信息對建筑工程進行風險因素識別，采用故障樹結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，針對具體項目現(xiàn)場施工情況進行分析，提出一種量化風險耦合效應(yīng)和表達風險因素重要性的方法，能夠提高分析結(jié)果的準確率，快速篩選出可能導(dǎo)致事故發(fā)生及蔓延的關(guān)鍵因素，為建筑施工階段的風險管理提供參考。

1 建筑施工安全風險耦合

筆者查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻，收集了近 1 000 起建筑工程施工事故，整合形成事故案例庫，包含項目名稱、地點、類型、發(fā)生時間、事故類型、事故原因和事故后果等信息。依據(jù)案例庫中的事故報告及其他相關(guān)信息，統(tǒng)計得出建筑施工過程中各類重大安全事故風險事件清單和不同事故的風險因素清單。分析結(jié)果表明：影響施工安全的風險因素眾多，且事故的發(fā)生不只是與單一風險因素相關(guān)，往往是多因素如管理人員失職、施工人員操作失誤或機械老化等共同作用的結(jié)果。

借用物理學(xué)中對耦合的定義，將建筑施工風險管理領(lǐng)域的各類不安全因素間互為作用的復(fù)雜關(guān)聯(lián)程度稱為風險耦合。建筑施工安全系統(tǒng)中各組分的耦合特性決定系統(tǒng)狀態(tài)，項目施工過程中事故的發(fā)生與各風險因素間的相互聯(lián)系、相互影響密切相關(guān)，因而在對事故致因分析時應(yīng)充分考慮風險因素間的耦合效應(yīng)。耦合對象間的關(guān)系可簡單分為物理關(guān)聯(lián)、邏輯關(guān)聯(lián)和空間關(guān)聯(lián)。

（1）物理關(guān)聯(lián)是指耦合對象之間存在有形的或物質(zhì)的聯(lián)系[2]。例如：汛期降雨量過大導(dǎo)致塔吊基礎(chǔ)不均勻沉降，腳手架荷載超限導(dǎo)致腳手架坍塌事故發(fā)生，等等。

（2）邏輯關(guān)聯(lián)是指事物之間存在邏輯推演規(guī)律。例如，因管理人員安全程序監(jiān)管不力和安全技術(shù)交底不到位而對安拆工的施工作業(yè)產(chǎn)生影響。

（3）空間關(guān)聯(lián)是指事物空間上存在相互影響的關(guān)系。例如，2019年3月21日 13 時 10 分左右，揚州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)生較大事故，附著式升降腳手架在下降作業(yè)時發(fā)生墜落，墜落過程中與落地式腳手架相撞，造成 7 人死亡、4 人受傷。

建筑施工過程是一個動態(tài)變化的過程，在考慮風險因素間不同類型耦合關(guān)系的同時，還應(yīng)結(jié)合具體項目現(xiàn)場情況，增加事件間的聯(lián)系，從而進一步提高關(guān)鍵風險因素識別的準確性。

2 建筑施工安全風險識別

故障樹是一種廣泛運用于系統(tǒng)故障分析的工具，運用樹狀圖可以描述事件的邏輯關(guān)系。在故障樹中，頂事件表示系統(tǒng)的狀態(tài)，基本事件描述可能引發(fā)系統(tǒng)故障的因素。運用故障樹可對建筑施工安全事故進行定性和定量分析，其中，定量分析法大多采用根據(jù)底事件的發(fā)生概率推算頂事件的發(fā)生概率或其他定量指標，而底事件的發(fā)生概率主要取決于專家調(diào)查法的結(jié)果或歷史事故案例的統(tǒng)計結(jié)果。

在基于案例庫信息整合的風險因素清單中，風險因素被分為人員、機械和環(huán)境三大類別。其中，人員相關(guān)風險主要是指人的不安全行為，又細分為管理人員、安拆工、維保工和特種工等不安全行為；機械相關(guān)風險主要是指機械的質(zhì)量缺陷、安裝缺陷、安全裝置缺陷和維保缺陷等不安全狀態(tài)；環(huán)境相關(guān)風險主要是指施工地點不利的環(huán)境條件，如強風、暴雨等。運用風險清單建立故障樹，羅列不同類別風險事故的誘發(fā)風險因素并描述因素間的因果關(guān)系。

3 建筑施工安全風險系統(tǒng)

建筑施工安全風險系統(tǒng)是由一系列不同類別風險子系統(tǒng)相互連接而成的，擬用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)描述建筑施工安全風險系統(tǒng)，將各個子系統(tǒng)視為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，子系統(tǒng)間的聯(lián)系視為邊，將建筑施工安全風險研究轉(zhuǎn)化為一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析問題。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜性科學(xué)研究的研究方法之一。將各類故障樹通過頂事件間聯(lián)系、因素間聯(lián)系和因素共現(xiàn)情況轉(zhuǎn)化成一個整體復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度分析研究建筑安全系統(tǒng)，能夠從整體上把握網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和整個網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)的動力學(xué)特性。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論和方法能更具體地描述建筑施工安全風險系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和風險因素彼此間的相關(guān)性。

4 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法

圖論是研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的有力工具。在圖論與網(wǎng)絡(luò)分析中，中心性是判定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要性的指標，是對節(jié)點重要性的量化。中心度算法是社會網(wǎng)絡(luò)、生物蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的主要分析方法之一，中心度指標用于考察網(wǎng)絡(luò)中個體的地位?；诰W(wǎng)絡(luò)屬性的中心性算法主要包括度中心性算法、接近中心度算法、中介中心度算法和特征向量中心度算法等（見圖1）。

圖1 中心性方法應(yīng)用

在識別不同工程安全風險系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵風險因素過程中，各風險因素之間的相互影響容易被忽視，而各類安全隱患的級聯(lián)效應(yīng)最終會導(dǎo)致發(fā)生更為嚴重的事故。在建筑安全事故網(wǎng)絡(luò)中，由于不同因素造成的事故風險存在明顯差異，在控制各風險因素和降低事故發(fā)生概率的過程中需要考慮核心節(jié)點；同時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征和應(yīng)用要求，事故網(wǎng)絡(luò)分析需要考慮系統(tǒng)動態(tài)的全局信息[3-4]。因此，選用中介中心度指標進行風險因素的定量表達，能夠識別工程施工安全風險系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點，從而提高安全隱患的排查效率。中介中心度是一個以經(jīng)過某個節(jié)點的最短路徑數(shù)目反映節(jié)點重要性的指標，是由美國社會學(xué)家林頓·弗里曼（Freeman，1979）教授提出來的概念。它是指網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過某點并連接兩點的最短路徑占這兩點的最短路徑線總數(shù)之比，能夠用于揭示網(wǎng)絡(luò)中具有連接橋作用的節(jié)點，從而發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接中的關(guān)鍵點或脆弱點。計算表達式如式 1 所示。

式中：gjk（ni）表示節(jié)點對j和k最短路徑經(jīng)過i點的路徑數(shù)，gjk表示節(jié)點j和節(jié)點k之間存在所有最短路徑的路徑數(shù)。

5 實例分析

以上海市某高層建筑項目為例，采用故障樹結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進行施工安全風險的定量分析。該項目現(xiàn)階段核心筒內(nèi) 1 臺 600 t·m 內(nèi)爬塔吊塔身高度為 56 m，處于爬升狀態(tài)；1 臺 SC200/200 施工升降機，處于運行狀態(tài)，整體爬升腳手架及鋼平臺均處于使用狀態(tài)。

5.1 風險識別

結(jié)合事故案例庫中類似項目的較大施工安全事故，列舉本項目現(xiàn)階段可能發(fā)生的 4 類重大事故（案例庫里未搜集到與鋼平臺相關(guān)的較大安全事故）：塔吊坍塌、施工升降梯梯籠墜落、施工升降梯垮塌和整體提升腳手架坍塌。在所搜集的案例庫歷史事件信息的統(tǒng)計結(jié)果中，塔吊坍塌事件達 210 起，施工升降梯垮塌或墜落事件 19 起，整體爬升腳手架坍塌 24 起，均屬于建筑施工重大安全風險事故；內(nèi)爬塔吊坍塌所致的發(fā)生率較高，風險損失后果較為嚴重。對風險事件的風險清單進行篩選整合，運用故障樹整理事故致因機理，得出 4 類事故故障樹（見圖2～圖5）。

圖2 塔吊坍塌故障樹

圖3 施工升降梯垮塌故障樹

圖4 施工升降機梯籠墜落故障樹

圖5 整體腳手架坍塌故障樹

5.2 構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，利用風險耦合矩陣描述風險事件之間的物理、邏輯和空間耦合效應(yīng)，結(jié)果如表1 所示。其中，“1”表示行事件對列事件可能具有風險連鎖反應(yīng)，“0”則表示行事件的發(fā)生對列事件的發(fā)生未產(chǎn)生直接影響。

將以上 4 類事故故障樹進行整合，由 29 個風險因素間聯(lián)系構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，利用 UCINET 軟件繪制所對應(yīng)的施工風險系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖（見圖6）。

圖6 施工安全風險系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

表1 事故風險耦合結(jié)構(gòu)矩陣

5.3 關(guān)鍵風險因素分析

采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法中的中介中心度指標對該建筑現(xiàn)施工階段風險因素的重要程度進行量化表達，按數(shù)值進行排序（見表2），數(shù)值高的個體通常被認為在網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)控制資源和信息流通的位置。

表2 風險因素中介中心度

經(jīng)統(tǒng)計，各類風險因素的中介中心度分布不均勻，風險因素中介中心度處于 0～79.607 范圍內(nèi)，80% 的風險因素的中介中心度 ＜30，因而存在少數(shù)對網(wǎng)絡(luò)具有較大控制力的重要節(jié)點。這些節(jié)點是安全風險系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)風險因素，即關(guān)鍵節(jié)點。

表2 中風險因素“構(gòu)件局部變形過大”的中介中心度數(shù)值最大，重要度最高。結(jié)合故障樹層級可知，“構(gòu)件局部變形過大”是導(dǎo)致發(fā)生 4 類事故的最重要的直接因素，其次為“結(jié)構(gòu)受力異?！薄Ｒ虼?，工程施工階段機械的安全性能對風險的傳播具有較大的控制力。

從風險因素中介中心度的排序結(jié)果和故障樹中的事件及因素層級中可以看出（由上至下）：在 4 類重大事故中，“塔吊坍塌”是該項目現(xiàn)階段應(yīng)采取措施加以重點控制的風險事故，其對本工程施工風險網(wǎng)絡(luò)具有較高的控制能力，與案例庫歷史事件數(shù)據(jù)相吻合；低層級因素“工人操作失誤”“工人違規(guī)操作”具有較高的中介中心度，表明施工人員的不安全操作會造成或加劇機械的不安全狀態(tài)，而做好對施工過程中人員的管控是實施現(xiàn)場安全管理的關(guān)鍵。

6 結(jié) 語

（1）依據(jù)風險事件、因素間耦合效應(yīng)和因素共現(xiàn)情況，將各類故障樹轉(zhuǎn)化成一個整體風險網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法中的中介中心度指標，對該建筑現(xiàn)施工階段風險因素的重要程度進行量化分析，以彌補風險管理中評價指標難以量化的缺陷，從而提高安全管理效率。此方法能夠?qū)κ┕わL險系統(tǒng)進行分階段評估，動態(tài)提取關(guān)鍵風險因素。

（2）在本工程施工現(xiàn)階段，機械的不安全狀態(tài)最易引發(fā)重大事故，對風險傳播具有較大的控制力。因此，日常加強對機械設(shè)備及構(gòu)件的維護與管理，在很大程度上能夠控制工程的安全隱患并提高工程的安全水平。

（3）在本工程施工現(xiàn)階段，對塔吊風險的控制和對安全隱患的排查尤為重要。這也驗證了事故案例庫事故的統(tǒng)計結(jié)果。現(xiàn)場人員的工作疏忽極易成為事故發(fā)生的導(dǎo)火索，因而控制安全事故的關(guān)鍵在于重視對現(xiàn)場人員的安全教育。