地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究*

文艷芳 劉嘉欣

（西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，710054，西安//第一作者，副教授）

地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究*

文艷芳 劉嘉欣

（西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，710054，西安//第一作者，副教授）

為了提高地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理水平，以地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的危險(xiǎn)源為研究對象，從人-物-環(huán)境-管理4個(gè)方面對危險(xiǎn)源進(jìn)行分類，明確險(xiǎn)兆事件的致因因素，基于解釋結(jié)構(gòu)模型法對地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明：利用解釋結(jié)構(gòu)模型法分析地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是可行的，分析結(jié)果與三類危險(xiǎn)源理論相契合，并且與實(shí)際情況一致。

地鐵施工；險(xiǎn)兆事件；危險(xiǎn)源；解釋結(jié)構(gòu)模型

地鐵建設(shè)在我國蓬勃發(fā)展，與此同時(shí)，各種類型的地鐵事故也頻頻發(fā)生，這些事故的發(fā)生不僅造成了巨大的人員、經(jīng)濟(jì)損失，而且也造成了惡劣的社會影響①*國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51374165）；西安科技大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目（2014QDJ028）。所以，加強(qiáng)地鐵安全管理，防止地鐵事故的發(fā)生具有重要意義。

任何事故發(fā)生前都有征兆可循。在一起嚴(yán)重事故發(fā)生之前，會出現(xiàn)許多微小的無傷害、無損失或只有輕微傷害、損失的事件，即險(xiǎn)兆事件［2］。海因里希法則［3］表明：要消除重傷事故，須從消除險(xiǎn)兆事件著手。但在目前的地鐵安全管理中，大多只研究事故致因機(jī)理，忽略了險(xiǎn)兆事件，是一種被動的管理方法，無法從事件源頭上預(yù)防事故的發(fā)生。

險(xiǎn)兆事件的研究遍布于航空［4］、化工［5］、醫(yī)療［6］和消防［7］等高危行業(yè)，而對地鐵工程中險(xiǎn)兆事件的研究卻很少。在我國，文獻(xiàn)［8］第一次將險(xiǎn)兆事件概念引入地鐵施工安全管理中，構(gòu)建了適用于地鐵施工安全管理的險(xiǎn)兆事件管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)［9］針對地鐵施工的安全管理問題，構(gòu)建出地鐵工程的險(xiǎn)兆事件知識庫。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［10］對險(xiǎn)兆事件管理系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營階段軌行區(qū)施工中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。由此可見，險(xiǎn)兆事件在地鐵工程中的研究大多限于險(xiǎn)兆事件管理方面，對險(xiǎn)兆事件致因分析尚沒有研究。因此，本文通過對地鐵施工階段的險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源進(jìn)行分類，采用解釋結(jié)構(gòu)模型法，對地鐵施工階段的險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要素之間的影響關(guān)系進(jìn)行分析和研究，明確導(dǎo)致險(xiǎn)兆事件發(fā)生的根本原因和直接原因，旨在提高地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控水平，為從根本上解決地鐵施工安全管理問題提供一種新方法。

1 危險(xiǎn)源要素分析

本文根據(jù)GB/T 13861—2009《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》的規(guī)定，將地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的危險(xiǎn)源分為人的因素、物的因素、環(huán)境因素和管理因素4類。

（1）人的因素。是指由于施工人員的不安全行為導(dǎo)致在地鐵施工中發(fā)生的各類安全事故。如：特殊作業(yè)施工人員無證操作、疲勞操作等違規(guī)操作；施工人員缺乏安全施工意識，對安全施工不夠重視；施工人員不熟悉操作規(guī)程，技術(shù)素質(zhì)低等。

（2）物的因素。是指物的不安全狀態(tài)，包括施工材料的不安全狀態(tài)和設(shè)備的不安全狀態(tài)。施工材料的不安全狀態(tài)包括使用不合格的材料、有缺陷的構(gòu)配件和預(yù)制件、有質(zhì)量問題的施工材料等因素。比如，不合格材料常會揮發(fā)有毒、有害氣體，對環(huán)境和施工人員造成危害，并且腐蝕性材料還會導(dǎo)致施工機(jī)械結(jié)構(gòu)受損。設(shè)備的不安全狀態(tài)包括施工機(jī)械故障和安全防護(hù)設(shè)施缺陷。比如，施工機(jī)械設(shè)備陳舊老化，施工機(jī)械設(shè)備的維護(hù)不夠使得設(shè)備性能低下，施工人員安全防護(hù)用品佩戴不全等。

（3）環(huán)境因素。是指施工現(xiàn)場的自然環(huán)境和作業(yè)環(huán)境不良，如施工現(xiàn)場存在地裂縫、鄰近建筑物、地下管線和地下水等。

（4）管理因素。是指管理缺陷，包括內(nèi)部管理失誤和外部監(jiān)管不到位。內(nèi)部管理失誤是指管理者在決策、管理和組織過程中出現(xiàn)問題，如安全規(guī)章制度不健全、獎(jiǎng)懲不明和安全教育不夠等。外部監(jiān)管不到位是指相關(guān)部門疏于對施工過程的監(jiān)管，如對施工現(xiàn)場安全檢查力度不夠或檢查流于形式，未落到實(shí)處等。

上述危險(xiǎn)源之間相互影響，共同組成地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般情況下，當(dāng)這些危險(xiǎn)源交互作用，就有可能導(dǎo)致險(xiǎn)兆事件發(fā)生。

2 危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模

2.1 解釋結(jié)構(gòu)模型法的建模步驟

解釋結(jié)構(gòu)模型法（Interpretative Structural Modeling，簡稱為ISM）將復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)（要素），利用人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識，以及電子計(jì)算機(jī)的幫助，逐步明確若干要素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，最終將系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)多級遞階的結(jié)構(gòu)模型。

鑒于ISM的以上特征，本文將其引入地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的分析中，研究地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)要素對地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的影響關(guān)系。其基本步驟如下：

（1）選擇系統(tǒng)要素，制定系統(tǒng)要素明細(xì)表。

（2）根據(jù)系統(tǒng)要素明細(xì)表，建立系統(tǒng)要素關(guān)系表。

（3）根據(jù)系統(tǒng)要素關(guān)系表，構(gòu)造有向連接圖，并建立鄰接矩陣。

鄰接矩陣用A表示，其元素aij的值是：

（4）通過矩陣運(yùn)算求出該系統(tǒng)的可達(dá)矩陣。

定義可達(dá)矩陣M滿足如下運(yùn)算：

其中，Ar=（A+I）r，符合布爾運(yùn)算法則；r≤n，n為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；I為單位矩陣。

將要素Pi可以到達(dá)的要素集合定義為要素Pi的可達(dá)集，用R（Pi）表示。

式中：

R（Pi）——由可達(dá)矩陣中的第Pi行中所有矩陣元素為1的列對應(yīng)的要素集合而成；

N——所有節(jié)點(diǎn)的集合；

mij———i節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)（可達(dá)）值，mij=1表示i關(guān)聯(lián)j。

將要到達(dá)要素Pi的要素集合定義為要素Pi的前因集，用A（Pi）表示。

式中：

A（Pi）——由可達(dá)矩陣中的第Pi列中所有矩陣元素為1的行對應(yīng)的要素集合而成。

（5）對可達(dá)矩陣進(jìn)行分解。

對可達(dá)矩陣進(jìn)行分解即級別劃分。若Pi是最上一級要素，它必須滿足下列條件：

這樣，就可用這一條件，確定出結(jié)構(gòu)的最上一級要素。然后，暫時(shí)去掉它們，再利用這個(gè)條件，便可求得結(jié)構(gòu)的次一級要素，一直做下去，就能把各要素一級一級劃分開。

（6）建立解釋結(jié)構(gòu)模型。

2.2 求解解釋結(jié)構(gòu)模型

2.2.1 選擇系統(tǒng)要素

結(jié)合上述從人-物-環(huán)境-管理4個(gè)方面對危險(xiǎn)源的劃分，采用文獻(xiàn)收集、調(diào)研訪談等方法，針對地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件進(jìn)行致因分析，歸納出地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源的系統(tǒng)要素，并制定系統(tǒng)要素明細(xì)表，如表1所示。

解釋結(jié)構(gòu)模型中系統(tǒng)要素為：外部監(jiān)管不到位P1，安全管理失誤P2，安全規(guī)章制度缺陷P3，施工材料不安全狀態(tài)P4，排水系統(tǒng)不佳P5，施工人員的不安全行為P6，安全防護(hù)設(shè)施缺陷P7，施工環(huán)境不良P8，施工機(jī)械故障P9，施工階段險(xiǎn)兆事件P10。

表1 地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素明細(xì)表

2.2.2 建立系統(tǒng)要素關(guān)系表

列出地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素之間的作用關(guān)系，建立系統(tǒng)要素關(guān)系表，如表2所示。

表2 地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素關(guān)系表

根據(jù)系統(tǒng)要素關(guān)系表，作出系統(tǒng)要素有向連接圖，如圖1所示。

圖1 地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素有向連接圖

由表2和圖1易得各系統(tǒng)要素之間的相互影響關(guān)系，但是無法得知各系統(tǒng)要素之間的級別關(guān)系。所以，仍需對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

2.2.3 建立鄰接矩陣

根據(jù)圖1所構(gòu)造的有向連接圖，建立鄰接矩陣A。

2.2.4 求解可達(dá)矩陣

運(yùn)用MATLAB7.0軟件對鄰接矩陣A進(jìn)行計(jì)算，可以求得可達(dá)矩陣M。

2.2.5 分解可達(dá)矩陣

對可達(dá)矩陣M進(jìn)行分析，分別求出每個(gè)要素的可達(dá)集R（Pi），前因集A（Pi）及其交集R（Pi）∩A（Pi），如表3所示。

表3 第一級可達(dá)集、前因集及其交集

由表 3 可知，R（P10）=R（P10）∩A（P10），P10符合條件，因此P10為第一級要素。然后在可達(dá)矩陣M中去掉P10所在的行和列，得到第二級可達(dá)集、前因集及其交集，如表4所示。

表4 第二級可達(dá)集、前因集及其交集

同上，可得第二級要素：P4、P6、P8、P9。然后在可達(dá)矩陣 M 中去掉 P4、P6、P8、P9所在的行和列，得到第三級可達(dá)集、前因集及其交集，如表5所示。

表5 第三級可達(dá)集、前因集及其交集

同上，可得第三級要素：P5、P7。然后在可達(dá)矩陣M中去掉P5、P7所在的行和列，得到第四級可達(dá)集、前因集及其交集，如表6所示。

表6 第四級可達(dá)集、前因集及其交集

同上，可得第四級要素：P2、P3。然后在可達(dá)矩陣M中去掉P2、P3所在的行和列，得到第五級可達(dá)集、前因集及其交集，如表7所示。

表7 第五級可達(dá)集、前因集及其交集

同上，可得第五級要素：P1。

2.2.6 建立解釋結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)上述級別劃分結(jié)果和可達(dá)矩陣M，建立地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素解釋結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

圖2 地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素解釋結(jié)構(gòu)模型

3 危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素級別分析

通過級別劃分建立的地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素解釋結(jié)構(gòu)模型，清晰地表達(dá)了系統(tǒng)中各要素之間的級別關(guān)系，最上一級表示系統(tǒng)的最終目標(biāo)，往下各級分別表示上一級的原因。

地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素解釋結(jié)構(gòu)模型的建立，將危險(xiǎn)源系統(tǒng)要素分為5級。第1級為系統(tǒng)的最終的目標(biāo)——地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件。從第2級到第5級的系統(tǒng)要素對地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的影響逐步由直接原因過渡到根本原因，即導(dǎo)致地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件發(fā)生的根本原因是安全管理失誤、安全規(guī)章制度缺陷和外部監(jiān)管不到位等管理監(jiān)督型危險(xiǎn)源，而不是施工材料不安全狀態(tài)、施工人員的不安全行為、施工環(huán)境不良和施工機(jī)械故障等現(xiàn)場作業(yè)型危險(xiǎn)源。

從圖2可以看出，在地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)各要素之間，不僅級與級之間存在著影響關(guān)系，而且各級要素之間也存在著影響關(guān)系，這些要素的交互作用最終導(dǎo)致地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的發(fā)生。由于外部的監(jiān)管不到位，在一定程度上為施工單位的不安全行為提供保護(hù)，使得施工單位的安全管理組織為了追求經(jīng)濟(jì)利益或追趕工期疏于安全管理，導(dǎo)致安全管理規(guī)章制度缺陷，并且使已有的安全規(guī)章制度形同虛設(shè)，進(jìn)而可能使安全防護(hù)設(shè)備等安全保障型要素在施工過程中失效。此時(shí)，施工人員行為等現(xiàn)場作業(yè)型要素如果發(fā)生偏差，那么在層層防御失效的情況下，就會直接導(dǎo)致地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的發(fā)生。

結(jié)合文獻(xiàn)［11］的三類危險(xiǎn)源理論，在圖2中，施工材料不安全狀態(tài)屬于第一類危險(xiǎn)源；施工機(jī)械故障、排水系統(tǒng)不佳、安全防護(hù)設(shè)施缺陷、施工環(huán)境不良和施工人員的不安全行為屬于第二類危險(xiǎn)源；安全管理失誤、安全規(guī)章制度缺陷和外部監(jiān)管不到位屬于第三類危險(xiǎn)源。由圖2可知，導(dǎo)致地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件發(fā)生的根本原因是安全管理失誤、安全規(guī)章制度缺陷和外部監(jiān)管不到位等第三類危險(xiǎn)源，這與三類危險(xiǎn)源理論中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)第三類危險(xiǎn)源的識別與控制是相契合的。因此，為預(yù)防地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件的發(fā)生，可引入文獻(xiàn)［12］提出的預(yù)防事故“三雙手”理論，從安全技術(shù)、安全裝備、安全管理、規(guī)章制度、安全文化、哲學(xué)等方面加以管理和控制。

4 結(jié)語

（1）利用解釋結(jié)構(gòu)模型法來分析地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是可行的，根據(jù)建立的解釋結(jié)構(gòu)模型可以將危險(xiǎn)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行級別劃分，結(jié)果與三類危險(xiǎn)源理論相契合，并與實(shí)際情況一致。

（2）導(dǎo)致地鐵施工階段險(xiǎn)兆事件發(fā)生的根本原因是安全管理失誤、安全規(guī)章制度缺陷和外部監(jiān)管不到位等管理監(jiān)督型危險(xiǎn)源，而不是施工材料不安全狀態(tài)、施工人員的不安全行為、施工環(huán)境不良和施工機(jī)械故障等現(xiàn)場作業(yè)型危險(xiǎn)源。

（3）在地鐵安全管理中不僅要加強(qiáng)“硬支撐”管理如安全防護(hù)設(shè)備等，而且應(yīng)重視運(yùn)用安全理念等“軟支撐”對施工人員進(jìn)行全面教育，增強(qiáng)施工人員的安全意識，形成先進(jìn)的安全文化和安全理念。只有將兩者相互結(jié)合，才能從根本上避免險(xiǎn)兆事件的發(fā)生。

（4）解釋結(jié)構(gòu)模型法假定各級要素間是一種遞階結(jié)構(gòu)關(guān)系，不存在級間反饋回路，而實(shí)際問題卻常存在反饋關(guān)系。另外，ISM法常采用兩兩要素間的關(guān)系符號，有時(shí)僅看兩兩要素間關(guān)系而不從整體考慮，得出結(jié)果也會有片面性，這是解釋結(jié)構(gòu)模型法的一些不足之處。

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Study of Near-miss Hazard System Structure in Subway Construction Stage

WEN Yanfang，LIU Jiaxin

In order to improve the level of risk pre-control management in subway construction stage,near-miss hazard in subway construction is selected as the research object.Hazards are classified from aspects of man，object，environment and management to detect factors that cause near-miss，and the structure of near-miss hazard in subway construction is studied systematically based on ISM.The results show that it is feasible to use ISM for the analysis of near-miss hazard system structure in subway construction stage.The analysis result corresponds to the theory of three hazard sources,and consistent with the actual situation.

subway construction；near-miss；hazard source；interpretative structural modeling（ISM）

Author′s address Schoolof Architecture and Civil Engineering,Xi′an University of Science and Technology，710054，Xi′an，China

TU714∶U231

10.16037/j.1007-869x.2017.12.009

2017-06-17）