陳立 翦朝霞 王龍 毛惠宗 徐志強(qiáng)

（河北工程大學(xué)礦業(yè)與測繪工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

0 引言

塔式起重機(jī)是建筑施工現(xiàn)場重要的垂直運(yùn)輸設(shè)備，在建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期中發(fā)揮著重要的作用。塔式起重機(jī)械具有起重負(fù)荷大、起重高度高、作業(yè)范圍廣等特點(diǎn)。近年來，由于人的不安全行為及管理不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致塔吊事故頻發(fā)，在較大事故方面，以建筑起重機(jī)械為代表的工程事故占總數(shù)的82.61%，塔吊作業(yè)依然是風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，研究塔吊事故對提高塔吊作業(yè)效率，減少作業(yè)隱患具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者廣泛采用理論分析、事故統(tǒng)計(jì)、構(gòu)建模型等方法識(shí)別出影響塔吊安全的各種因素。2004年，HOLLNAGEL S［1］首次提出了功能共振分析模型，突破了傳統(tǒng)的如故障樹等安全分析方法的局限性，為功能共振分析法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著事故致因理論的不斷發(fā)展，2020年趙挺生等［2］首次將功能共振分析法用于塔吊事故案例分析中，為塔吊起重作業(yè)事故的預(yù)防提供了可能。

現(xiàn)代事故分析方法中，功能共振分析法（The Functional Resonance Analysis Method，F(xiàn)RAM）在討論潛在變化和實(shí)際變化時(shí)，人員和組織行為的變化都是最受關(guān)注的功能部分，并且在確定系統(tǒng)功能時(shí)需要考慮功能間的相互耦合作用，能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行定性分析；另一方面，模糊層次分析法（The Fuzzy Analytic Hierarchy Process，F(xiàn)AHP）能夠?qū)⒏鞣N事故影響因素進(jìn)行量化，不僅考慮因素更全面，而且主觀影響程度更低，解決了各種變化指標(biāo)的不確定性問題，能在FRAM的基礎(chǔ)上更好的量化各個(gè)功能模塊之間的相互作用。鑒于此，本文將功能共振分析法和模糊層次分析法相結(jié)合，建立了塔吊起重作業(yè)事故分析模型（即FRAM-FAHP分析法）。FRAM-FAHP分析法可以從整個(gè)系統(tǒng)功能特征角度，采用定性與定量相結(jié)合的方法分析功能正常運(yùn)行的因素，從而獲得影響功能正常運(yùn)行的鏈接，為塔吊起重作業(yè)事故的預(yù)防提供了可能。

1 FRAM-FAHP融合機(jī)制分析

FRAM-FAHP分析法是將功能共振分析法［1-2］中的隨機(jī)共振理論和模糊層次分析法［3-6］中的多因素決策理論相結(jié)合的定性又定量的分析方法。針對同一事物或現(xiàn)象具有多種屬性，需要進(jìn)行多因素、多層次決策時(shí)，F(xiàn)RAM-FAHP分析法能確認(rèn)多因素間的相互關(guān)系，很好的將多因素量化，并根據(jù)各因素權(quán)重確定最終影響因子。具體來說采取下述步驟對事故進(jìn)行分析。

1）功能因素的識(shí)別與描述。功能因素識(shí)別是通過六邊形來實(shí)現(xiàn)，對塔吊作業(yè)人員的事故演化機(jī)制研究時(shí)，六邊形的每個(gè)角或頂點(diǎn)對應(yīng)于作業(yè)人員行為功能的某一方面特征，將每一個(gè)與塔吊運(yùn)行有關(guān)的事件均作為一個(gè)功能模塊，并且在描述每個(gè)功能模塊時(shí)，均需從輸入（I）、輸出（O）、資源（R）、時(shí)間（T）、前提（P）、和控制（C）6個(gè)方面對功能進(jìn)行描述。功能因素識(shí)別見圖1，其中，輸入（I）：表示開始做某事的許可或指令，輸出（O）：表示功能運(yùn)行后的結(jié)果，資源（R）：表示功能執(zhí)行需要消耗的事物，時(shí)間（T）：表示影響功能執(zhí)行的約束，前提（P）：表示功能執(zhí)行前必須存在的條件，控制（C）：表示為了得到預(yù)期輸出而對功能進(jìn)行監(jiān)控或調(diào)整的事物，各個(gè)功能間的相互耦合關(guān)系通過輸入、輸出端相連，構(gòu)成功能整體。

圖1 功能因素的識(shí)別與描述

2）確定多因素評(píng)分矩陣。多因素評(píng)分矩陣主要根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和專家訪談等形式對各因素的風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估。通過模糊層次分析法將功能特征中的各因素分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層，從而確定多因素各級(jí)權(quán)重。

3）分析結(jié)果，制定防控措施。功能共振分析法中認(rèn)為失敗和成功同源，事物運(yùn)行無論正確還是錯(cuò)誤都是由于相同的原因引起的，根據(jù)成敗等價(jià)原則確定造成事故發(fā)生的影響因素，從而針對影響因素采取相應(yīng)措施。

FRAM-FAHP融合機(jī)制演化流程見圖2。

圖2 FRAM-FAHP融合機(jī)制演化流程

1.1 功能因素定性分析

在考慮功能變化時(shí)，本文從3個(gè)方面來考慮塔吊作業(yè)人員功能的變化特性，分別是人員功能、技術(shù)功能和組織功能。

1）人員功能是由人實(shí)施的，無論是以個(gè)人還是群體形式，前者意味著個(gè)人行為，后者意味著群體行為，當(dāng)涉及安全問題時(shí)，人的行為過程常被描述為易出錯(cuò)的環(huán)節(jié)，例如塔吊司機(jī)疲勞上崗、信號(hào)工警惕性和注意力不強(qiáng)、司索工焦躁情緒等均可導(dǎo)致在作業(yè)過程中產(chǎn)生不安全行為，從而導(dǎo)致人員功能失效。人員功能失效主要影響FRAM中的R、P和I。

2）技術(shù)功能，一般由于磨損或耗損、周圍環(huán)境的影響、機(jī)械特性或維護(hù)不當(dāng)?shù)仍驎?huì)造成技術(shù)功能下降，但是技術(shù)功能退化的過程非常緩慢，在塔吊作業(yè)中，主要涉及起重機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、液壓頂升機(jī)構(gòu)、電纜卷筒機(jī)構(gòu)等部分的功能失效，任意一部分的技術(shù)功能失效都可能將對下游功能的輸入端產(chǎn)生影響，技術(shù)功能失效主要影響FRAM中的I、R、C、P和T。

3）組織功能是在組織層面上進(jìn)行描述和定義的，本質(zhì)上是系統(tǒng)的功能，組織將人員功能進(jìn)行協(xié)調(diào)，形成自身產(chǎn)出，一般認(rèn)為組織行為變化通常發(fā)生頻率較低，但是幅度很大，低頻率就意味著組織行為改變緩慢，比如在施工作業(yè)時(shí)的規(guī)則、規(guī)章和政策的改變。在塔吊運(yùn)行過程中，組織管理者需要根據(jù)工作環(huán)境意外變化，如天氣、技術(shù)問題、調(diào)度命令等，來調(diào)整塔吊班組作業(yè)模式，組織管理失效可能歸結(jié)于多種因素，例如安全教育未落實(shí)、信號(hào)下達(dá)不及時(shí)、班組內(nèi)部信任感缺乏以及周邊環(huán)境影響等都將引起塔吊作業(yè)系統(tǒng)功能模塊超出事故臨界閾值，導(dǎo)致事故發(fā)生。組織功能失效主要影響FRAM中的T、C、和P。

1.2 多因素決策定量分析

第1步：建立塔吊作業(yè)層次模型，建立正互補(bǔ)判斷矩陣。根據(jù)功能共振分析方法，明確塔吊作業(yè)時(shí)輸入、輸出端影響因素，對準(zhǔn)則層、方案層元素進(jìn)行打分，采用0.1—0.9標(biāo)度法，分別構(gòu)造準(zhǔn)則層Ci（i=1，2，3，4，5）相對于目標(biāo)層兩兩相互比較的正互補(bǔ)判斷矩陣A，方案層Pi（i=1，2，3）相對于準(zhǔn)則層兩兩相互比較的正互補(bǔ)判斷矩陣B，A、B中元素aij（或bij）需滿足：

從而準(zhǔn)則層元素兩兩相互比較構(gòu)建正互補(bǔ)判斷矩陣，見表1。

表1 準(zhǔn)則層相對于目標(biāo)層影響因素評(píng)分

其中，若aij>0.5，則說明i比j重要，反之則j比重要。

第2步：進(jìn)行模糊層次單排序及一致性檢驗(yàn)。對于每一個(gè)判斷矩陣，先計(jì)算每個(gè)矩陣的特征值，確定最大特征值對應(yīng)的特征向量，將其歸一化，得到的向量wi中的每一個(gè)分量即為相應(yīng)元素單排序的權(quán)值。若正互補(bǔ)矩陣中任意指定行和其他各行對應(yīng)元素之差為某一常數(shù)時(shí)則一致性檢驗(yàn)通過。

第3步：模糊層次分析法的層次總排序。將第2步中方案層對準(zhǔn)則層層次單排序的每個(gè)準(zhǔn)則權(quán)重作為列向量與目標(biāo)層權(quán)向量相乘，具體為：

最終得到模糊層次總排序矩陣W，根據(jù)矩陣W中各元素Zij比重確定影響因子，從而對方案層進(jìn)行決策。

2 塔吊起重事故案例分析

起重材料經(jīng)項(xiàng)目部報(bào)備，開始進(jìn)行吊裝工作。司索工綁扎好龍骨型材，下午3點(diǎn)10分左右開始起吊，信號(hào)工呼叫塔吊司機(jī)起吊，起吊時(shí)龍骨型材無滑動(dòng)跡象，直到吊到約42 m高空處，龍骨型材從吊裝繩索中脫落，一部分散掉到工地圍檔內(nèi)部，一部分散掉到工地圍檔外面路道上，并砸到路過的汽車和行人。具體事故報(bào)告參見文獻(xiàn)［7］。

2.1 基于FRAM的功能因素定性分析

這次事故可分成9個(gè)正常功能模塊：安全教育培訓(xùn)F1、培訓(xùn)合格人員上崗F2、特種作業(yè)持證人員人數(shù)充足F3、技術(shù)交底F4、司索工器具檢查F5、信號(hào)工發(fā)起吊信號(hào)F6、起吊F7、發(fā)現(xiàn)滑脫風(fēng)險(xiǎn)F8、避讓F9。將從6個(gè)方面描述每個(gè)功能模塊的具體內(nèi)容，以功能模塊“起吊F7”為例，起吊功能的具體內(nèi)容見表2。在分析功能階段，應(yīng)該對FRAM模型的一致性和完整性進(jìn)行檢查。通過確認(rèn)上下游功能的特征是用相同名稱來進(jìn)行描述的，可檢查其一致性。例如上游“塔吊司機(jī)接收停機(jī)信號(hào)”，而下游另一特征功能表述為“塔吊司機(jī)接收信號(hào)”，那么就需要確認(rèn)這兩者描述的是同一特征還是兩種不同特征，若為同一特征，則上下游兩個(gè)功能描述應(yīng)一致，若是前后具有不同特征，那么功能描述應(yīng)該更加顯著，凸顯兩種特征是有區(qū)別的。因此，在檢驗(yàn)一致性時(shí)，要確保功能的每一特征能與其他一個(gè)或多個(gè)功能特征相呼應(yīng)。最后根據(jù)各個(gè)功能模塊信息和模塊間的相互耦合作用，通過輸入（I）、輸出（O）端將各個(gè)功能之間相互連接，形成如圖3的塔吊系統(tǒng)功能共振演化流程圖。

圖3 塔吊系統(tǒng)功能共振演化流程

表2“起吊”的FRAM表示

在功能共振流程圖中，功能F2、F4、F5輸入和輸出端連接較多，具體來說：F2執(zhí)行需要上游功能F1輸入，與此同時(shí)F2的成功輸出可作為下游功能F4正常運(yùn)行的前提；F4輸出后可作為F9運(yùn)行的資源，也可作為功能F5運(yùn)行時(shí)的輸入條件；功能F5正常運(yùn)行時(shí)的前提是F1，運(yùn)行結(jié)束后輸出成為F6運(yùn)行的輸入端，各個(gè)功能環(huán)環(huán)相扣構(gòu)成一個(gè)功能整體。

2.2 基于FAHP的功能因素定量分析

從功能共振分析原理出發(fā)，將塔吊成功起吊作為目標(biāo)層；為減少對F1~F9評(píng)分時(shí)的主觀影響，根據(jù)人員功能變化特性，將其分為3類，分別為人員功能P1（F3、F8、F9）、技術(shù)功能P2（F5、F6、F7）、組織功能P3（F1、F2、F4），這3類作為方案層。針對功能模糊性評(píng)分時(shí)，本文主要參考了量化分析塔吊起重滑脫事故的文獻(xiàn)［2，8-10］，獲得塔吊起重成功的5大類因素：安全教育培訓(xùn)C1、環(huán)境C2、人員心理素質(zhì)C3、人的安全行為C4、塔吊正常運(yùn)轉(zhuǎn)C5，將其5大類作為功能的準(zhǔn)則層，并對準(zhǔn)則層和方案層影響程度進(jìn)行評(píng)分，得到功能模塊“起吊”輸出共振層次流程圖（圖4）。

圖4 功能模塊“起吊”輸出共振層次流程

由于專家打分法是構(gòu)建模糊評(píng)分矩陣的重要依據(jù)，因此，針對此次事故邀請具有豐富項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)的專家和參與一線施工的技術(shù)工人進(jìn)行打分，并以實(shí)際參考資料為依托，形成兩兩相互比較的模糊評(píng)分矩陣（表3）。

表3 兩兩相互比較的模糊評(píng)分矩陣

其中：A表示準(zhǔn)則層各因素相對于目標(biāo)層O評(píng)分矩陣；B1、B2、B3、B4和B5分別表示方案層相對于準(zhǔn)則層因素C1、C2、C3、C4和C5評(píng)分矩陣。

對每個(gè)正互補(bǔ)矩陣的特征向量進(jìn)行歸一化處理后，準(zhǔn)則層各元素對總目標(biāo)的權(quán)向量如下：

w2=（0.250 9，0.208 5，0.250 9，0.166 0，0.123 6）T（3）

同理分別可得方案層Pi對各準(zhǔn)則層Ci的權(quán)重向量：

最后確定模糊層次總排序矩陣W：

2.3 塔吊起重事故主要影響因素分析

根據(jù)式（3）—（4）計(jì)算結(jié)果可知，對于塔吊成功“起吊”，準(zhǔn)則層安全教育培訓(xùn)C1、人員心理素質(zhì)C3影響較大，對于C1、C3，方案層人員功能P1（F3、F8、F9）、組織功能P3（F1、F2、F4）權(quán)重較大，因此功能共振模型中F3、F8、F9一旦失效就更容易造成塔吊事故。

結(jié)合塔吊系統(tǒng)功能共振演化流程圖可知，具體失效表現(xiàn)為：第一，F(xiàn)3（O）-F4（I）中，特種作業(yè)持證人員人數(shù)不足，這樣造成工作流程混亂，未及時(shí)意識(shí)到不安全行為，各方作業(yè)人員施工前未及時(shí)進(jìn)行技術(shù)交底；第二，F(xiàn)1（O）-F5（P）中，施工單位對作業(yè)人員崗前安全教育工作不夠重視，司索工在吊掛龍骨型材時(shí)未仔細(xì)檢查掛鉤是否穩(wěn)定；第三，F(xiàn)4（O）-F9（R）中各方作業(yè)人員均未及時(shí)發(fā)現(xiàn)重物滑脫風(fēng)險(xiǎn)，信號(hào)工未及時(shí)發(fā)送停止作業(yè)信號(hào)，導(dǎo)致司機(jī)未及時(shí)避讓行人及汽車，造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

針對功能描述以及模糊判斷評(píng)分，可以確認(rèn)塔吊起重的成功因素，也可以確定起重的失敗因素，因此通過功能共振分析中的近似調(diào)整原則，對權(quán)重較高的失效功能采取安全防范措施，以F3（O）-F4（I）為例，如施工單位加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，對在崗人員進(jìn)行明確的責(zé)任劃分，規(guī)范作業(yè)行為，積極落實(shí)作業(yè)人員崗前培訓(xùn)，滿足特種作業(yè)人員持證數(shù)量要求，開工前做好技術(shù)交底。

3 結(jié)論

本文將功能共振分析法和模糊層次分析法相結(jié)合，運(yùn)用FRAM-FAHP分析法來分析廣東汕頭某項(xiàng)目塔吊起重作業(yè)事故影響因素及其權(quán)重，同時(shí)提出了預(yù)防事故發(fā)生的具體措施，相關(guān)結(jié)論如下：

1）采用FRAM-FAHP分析法，定性和定量相結(jié)合，針對塔吊起重作業(yè)事故，對模型中的9類功能進(jìn)行模糊層次劃分并確定每部分功能權(quán)重，根據(jù)權(quán)重大小確認(rèn)失效關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的對策措施，為塔吊起重作業(yè)事故的預(yù)防控制和安全生產(chǎn)提供了理論支撐。

2）根據(jù)廣東汕頭某項(xiàng)目塔吊起重事故分析結(jié)果表明：人員功能、技術(shù)功能、組織功能的影響程度分別為0.389 0、0.273 4、0.345 7，其中人員功能對事故的發(fā)生影響最大，具體來說施工單位崗前安全教育和技術(shù)交底不夠重視、特種作業(yè)持證人員不足等危險(xiǎn)因素導(dǎo)致各自功能模塊發(fā)生變化，最終超過功能可承受的閾值，導(dǎo)致事故發(fā)生。

3）相比于傳統(tǒng)事故分析方法，F(xiàn)RAM-FAHP分析法能夠在一定程度上針對多層次、多維度的功能特征間的相互耦合分析具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)特征，能更好地將專家意見集成到?jīng)Q策中，對多因素復(fù)雜問題評(píng)價(jià)效果比較明顯。與實(shí)際事故原因相比，采用FRAMFAHP分析法得出的事故原因與實(shí)際事故原因契合度較高，在實(shí)際事故調(diào)查過程中具有參考價(jià)值。下一步可考慮將FRAM-FAHP分析法在流程上進(jìn)行優(yōu)化，在功能共振演化流程方面，使其更加簡潔流暢，應(yīng)用范圍更廣。