城市軌道交通工程安全隱患網(wǎng)絡(luò)特征分析

李金雨

(曼徹斯特大學(xué) 電氣工程學(xué)院,英國 M13 9PL)

1 數(shù)據(jù)信息提取

1.1 數(shù)據(jù)來源說明

研究數(shù)據(jù)來自2015年～2020年某城市軌道交通工程，共計(jì)3 822條數(shù)據(jù)，涵蓋8條軌道線路。數(shù)據(jù)信息包括：(1)基坑當(dāng)中主體施工階段，外部鋼筋加固場地未設(shè)置防護(hù)欄引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)。(2)軌道隧道內(nèi)部施工過程中，某區(qū)間段左線部分開關(guān)箱出現(xiàn)一閘多機(jī)情況導(dǎo)致的用電安全風(fēng)險(xiǎn)。(3)工程高架施工環(huán)節(jié)中，起重機(jī)大臂部分固定在腳手架上，以致于兩臺(tái)塔式起重機(jī)之間的距離小于最小安全距離，使得起重吊機(jī)的使用安全性受到影響，產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。(4)基坑挖掘階段，基坑外的明挖挖掘段對(duì)于挖掘深度超過2 m的施工井以及基坑等部分未進(jìn)行安全防護(hù)，因此導(dǎo)致基坑的支護(hù)安全性并未得到有效的保障。(5)高架施工的基礎(chǔ)部分，需要進(jìn)行樁基礎(chǔ)部分的某區(qū)間，未按照要求進(jìn)行廢泥漿的保護(hù)作業(yè)，即泥漿、污水以及廢水等能夠在無任何保護(hù)的狀態(tài)下流入附近的水系當(dāng)中，對(duì)水系造成污染。

1.2 數(shù)據(jù)信息提取

針對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行類型分析時(shí)，設(shè)計(jì)了分析的四個(gè)維度，分別為D類維度，即安全隱患；A類維度，即工種；B類維度，即施工階段；C類維度，即施工地點(diǎn)。根據(jù)上述各維度與施工安全之間的關(guān)系，參照城市軌道交通施工安全的相關(guān)要求，上述四個(gè)維度能夠進(jìn)行進(jìn)一步的劃分。

D類：包括22個(gè)大類、198個(gè)小事件，分別為Da—安全隱患的忽視；Db—安全防護(hù)裝置的安裝不當(dāng)；De—所處位置缺乏安全性；Dc—使用機(jī)械以及其他設(shè)備缺乏安全性；Dd—物品放置錯(cuò)誤導(dǎo)致的隱患；Df—吊裝行為；Dg—個(gè)人安全防護(hù)保障并不到位；Dh—施工人員的裝束不安全；Dj—缺乏必要的防護(hù)措施；Dk—特種作業(yè)；Dl—安全裝置拆除作業(yè)；Dm—不符合安全規(guī)范的作業(yè)；Dn—隧道當(dāng)中的作業(yè)；Dp—爆破行為；Dq—用電行為；Dr—消防安全；Ds—文明施工問題；Dt—施工管理問題；Du—施工質(zhì)量不佳；Dv—其他。

A類：包括19個(gè)大類，分別為A1—安全員；A2—電工；A3—焊工；A4—鋼筋工；A5—盾構(gòu)機(jī)操作員；A6—防水作業(yè)工；A7—架子工；A8—混凝土施工員；A9—模板工；A10—吊籃作業(yè)工；A11—吊籃拆卸工；A12—機(jī)械設(shè)備操作員；A13—司索工；A14—信號(hào)員；A15—通風(fēng)工；A16—砌筑工；A17—油漆工；A18—裝修工；A19—普工。

B類：包括8個(gè)大類，分別為B1—防水施工作業(yè)；B2—工程附屬結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)；B3—高架基礎(chǔ)部分的施工作業(yè)；B4—高架主體部分的施工作業(yè)；B5—基坑開挖的施工；B6—基坑部分的維護(hù)以及支護(hù)作業(yè)；B7—基坑主體部分的施工；B8—隧道部分的施工。

C類：包括8個(gè)大類，分別為C1—車輛段；C2—高架；C3—基坑內(nèi)部；C4—基坑外部；C5—隧道的軌道區(qū)間；C6—隧道豎井區(qū)域；C7—隧道作業(yè)面；C8—停車場。

2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析

2.1 軌道交通工程安全隱患網(wǎng)絡(luò)

由于D類項(xiàng)目每個(gè)大類包含的事件較多，因此在實(shí)際表示時(shí)為進(jìn)行更為清晰的區(qū)分，根據(jù)數(shù)據(jù)的編號(hào)增加兩位數(shù)字編碼進(jìn)行標(biāo)注，如Da類型的具體事件能夠使用Da02進(jìn)行表示。根據(jù)上述四個(gè)維度構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要建立涵蓋四個(gè)維度的無向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。將每個(gè)數(shù)據(jù)作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要通過如下措施進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。某事件“圍擋損壞”，四個(gè)維度分別為“Ds01”、“A19”、“B7”、“C4”，根據(jù)上述四個(gè)維度能夠劃出三條線，分別為Ds01-A19、Ds01-B7、Ds01-C4。每條線均為該節(jié)點(diǎn)的一個(gè)邊，邊的權(quán)重由節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的總計(jì)頻次決定，鑒于不同的節(jié)點(diǎn)并不存在時(shí)空的關(guān)聯(lián)性，因此所有邊均屬于無向邊。使用Gephi軟件能夠?qū)⑺袛?shù)據(jù)形成見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)安全網(wǎng)絡(luò)模型圖

圖1中標(biāo)簽為該節(jié)點(diǎn)的要素，而節(jié)點(diǎn)的大小與節(jié)點(diǎn)的影響性相關(guān)，圖中節(jié)點(diǎn)所占面積越大，則代表該節(jié)點(diǎn)的影響性越高，邊越粗同樣代表該邊的重要性越高。

2.2 網(wǎng)絡(luò)安全分析方法

在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，需要使用拓?fù)鋮?shù)進(jìn)行特征的分析。需要采用累計(jì)的模式進(jìn)行分析，分析的內(nèi)容包括累計(jì)度以及強(qiáng)度，同時(shí)包括度數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的密度。在子系統(tǒng)分析時(shí)，則需要使用可視化模型以及強(qiáng)度模型進(jìn)行分析。

對(duì)度和累計(jì)的分布情況進(jìn)行分析時(shí)，以i表示節(jié)點(diǎn)并以ki表示與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的邊數(shù)時(shí)，能夠得到ki計(jì)算公式(1)如下

(1)

式中:ki為節(jié)點(diǎn)i的度值；aij為節(jié)點(diǎn)i以及節(jié)點(diǎn)j之間的邊；N為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

由于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)總量較少，未降低尾部噪點(diǎn)造成的影響，應(yīng)當(dāng)使用累計(jì)的度分布取代原本的度分布，即度的概率應(yīng)當(dāng)在k以上，累計(jì)度的模型計(jì)算公式(2)

(2)

式中:p(k)為節(jié)點(diǎn)的度值必須在k以上。

在強(qiáng)度分析時(shí)，考慮到網(wǎng)絡(luò)各邊的權(quán)重，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)需要采用下公式(3)

(3)

式中:si為節(jié)點(diǎn)i的強(qiáng)度；wij為節(jié)點(diǎn)i以及節(jié)點(diǎn)j之間邊的權(quán)重；N為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

與上述度數(shù)相同，在實(shí)際計(jì)算過程中同樣采用累計(jì)強(qiáng)度取代強(qiáng)度，根據(jù)累計(jì)強(qiáng)度的要求強(qiáng)度需要大于s節(jié)點(diǎn)的分布概率，此時(shí)累計(jì)強(qiáng)度的計(jì)算公式(4)應(yīng)當(dāng)為

(4)

式中:p(s)為節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度必須在s以上。

在網(wǎng)絡(luò)密度計(jì)算過程中，需要明確網(wǎng)絡(luò)的密度指網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系越緊密則代表節(jié)點(diǎn)之間的密度越高。網(wǎng)絡(luò)密度D的計(jì)算公式(5)為

(5)

式中:M為該復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中邊的總數(shù)量；N(N-1)/2為該網(wǎng)絡(luò)能夠擁有的邊的總數(shù)量。

在整體性分析時(shí)同樣需要分析度數(shù)是否存在中心化的趨勢，存在中心化趨勢時(shí)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)向中心偏移的情況。中心化趨勢顯著，則對(duì)應(yīng)度高的節(jié)點(diǎn)則呈現(xiàn)更為密集的狀態(tài)。度數(shù)中心勢使用CAD表示，計(jì)算公式(6)為

(6)

式中:CADmax為最高度值；CADi為節(jié)點(diǎn)i的度值；N為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 總體特征

通過可視化的模型能夠初步觀察復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)整體的狀態(tài)，但是并不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為詳細(xì)的分析。為達(dá)到詳細(xì)分析的目的，除進(jìn)行整體性分析外，同時(shí)需要將整體性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拆分為8個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)的整體分析過程中，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)累計(jì)度以及累計(jì)強(qiáng)度的相關(guān)特征進(jìn)行分析，能夠在擬合的情況下獲得分布曲線，其中p(k)值為3.705 9-1.089，對(duì)應(yīng)的R2為0.896 9；p(s)值為3.905 3-0.636，對(duì)應(yīng)的R2為0.867 8。根據(jù)上述分析能夠確定，該復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有顯著性的無標(biāo)度特征，或者說該網(wǎng)絡(luò)具有較為顯著的異質(zhì)性。大部分連線均與特定的節(jié)點(diǎn)相關(guān)，從現(xiàn)實(shí)角度來看，則表明大部分安全風(fēng)險(xiǎn)均由特點(diǎn)的幾項(xiàng)因素造成，對(duì)這幾項(xiàng)因素進(jìn)行控制，則能夠更為有效避免安全風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)。

3.2 施工階段

對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體進(jìn)行分析時(shí)能夠確定整體性的趨勢，但針對(duì)趨勢的具體變化情況則依然需要通過將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步展開才能夠確定。

對(duì)工程安全網(wǎng)絡(luò)密度以及度數(shù)中心勢進(jìn)行分析，根據(jù)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)的位置能夠明確每個(gè)影響較大的節(jié)點(diǎn)均與大部分施工地點(diǎn)以及施工環(huán)境相關(guān)。中心勢能夠用于分析該子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中是否存在較高的安全隱患發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，以及哪些工種或者施工地點(diǎn)發(fā)生安全隱患的概率更高。

對(duì)兩項(xiàng)因素進(jìn)行融合分析，能夠明確。

(1)8個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的密度分布在0.06～0.22范圍內(nèi)，不同節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性并不高；度數(shù)的中心勢則分布在0.24～0.82之間，即所有子系統(tǒng)幾乎均存在中心勢的表現(xiàn)。在這些子網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，施工的地點(diǎn)以及工種關(guān)系更為顯著。

(2)B1網(wǎng)絡(luò)即防水工程網(wǎng)絡(luò)，密度更高但是同時(shí)中心勢的趨勢并不顯著，該種表現(xiàn)與防水工程的工程性質(zhì)相符。在所有子系統(tǒng)當(dāng)中，防水工程的工程內(nèi)容較為單一，施工地點(diǎn)較為固定，且施工內(nèi)容的變化同樣相對(duì)較少，因此安全隱患出現(xiàn)的概率同樣相對(duì)較低。該子系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)較為緊密，在控制管理方面能夠采用更為明確的規(guī)范進(jìn)行管理。

在子系統(tǒng)當(dāng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)越高，即該節(jié)點(diǎn)的k值越高，則代表與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的安全隱患因素越多，即該節(jié)點(diǎn)在安全網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中更為重要。而強(qiáng)度則主要影響邊的權(quán)重，某個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度越高，代表與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的邊權(quán)重越高。權(quán)重越高的節(jié)點(diǎn)，對(duì)安全隱患的影響越顯著。通過綜合考量節(jié)點(diǎn)的度數(shù)以及強(qiáng)度，能夠更為清晰的確定網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的重要性。分析每個(gè)子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不僅能夠明確不同施工階段可能存在的重要安全隱患，同樣能夠確定施工階段以及施工地點(diǎn)以及工種之間的關(guān)系。

采用上述形式對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，由于B1子系統(tǒng)的趨勢與需求并不相同，因此并不適合采用上述的方法進(jìn)行分析，針對(duì)其他7個(gè)子系統(tǒng)，即B2～B7，能夠采用上述的形式進(jìn)行分析。采用上述方法對(duì)其他7個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，為使用分析圖更為清晰，在展現(xiàn)時(shí)其中重要性較低的節(jié)點(diǎn)采用了不顯示的模式。

進(jìn)行分析，初步的分析結(jié)果顯示其余的7個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，有幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的影響更為突出，如表1所示。

表1 大度值節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表1從度數(shù)角度來看，所有節(jié)點(diǎn)當(dāng)中Dg05、Do01、Dq01以及Dj04四個(gè)節(jié)點(diǎn)的度數(shù)最大，即與最多的安全風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

而所有的節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 強(qiáng)度較大節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，上述節(jié)點(diǎn)當(dāng)中DL02、Do01、Dj01以及Dn12四個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度最高，對(duì)安全隱患的影響最大。

進(jìn)一步分析能夠確定。

(1)施工地點(diǎn)以及工種當(dāng)中，架子工發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率更高，而基坑外作為施工地點(diǎn)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率同樣更高。(2)高架的基礎(chǔ)施工以及基坑的圍護(hù)工程發(fā)生隱患的概率更高，而基坑支護(hù)不及時(shí)造成的風(fēng)險(xiǎn)同樣相對(duì)更高。(3)施工人員未按照要求佩戴安全繩等安全設(shè)備，屬于普遍性的事故原因，因此各個(gè)施工環(huán)節(jié)均必須重視優(yōu)化該項(xiàng)管理。(4)四口以及五邊界造成的安全事故屬于較為頑固的類型，解決的難度較高，且復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)而言較高。

4 結(jié) 語

分析研究時(shí)，針對(duì)圈定的城市以及軌道交通工程反饋的3 822條數(shù)據(jù)信息進(jìn)行，在研究模型方面使用了無向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，形成了整體網(wǎng)絡(luò)以及子網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)模型分析明確了軌道交通工程進(jìn)行時(shí)可能出現(xiàn)的安全隱患特征等。研究的結(jié)果顯示，雖然部分因素在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中節(jié)點(diǎn)影響并不顯著，但上述網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中明顯存在中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)對(duì)應(yīng)含義代表該情況存在更大的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。如人工風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)包括施工過程中未佩戴安全繩，軌道空間結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)如基坑支護(hù)存在不足等，均是本類型安全風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的主要原因。通過對(duì)上述節(jié)點(diǎn)的有效控制，能夠避免工程安全隱患的出現(xiàn)。