考慮多風險源耦合作用的建筑工程施工人員安全狀態評價

何光輝 李鑫奎 沈志勇

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

超高層建筑項目的施工具有施工周期長、建造難度大、施工環境涉及人-機-環-管等復雜因素耦合的特點。這給項目管理人員和施工現場作業人員均帶來了挑戰。

為了控制建筑工地的施工安全，降低施工人員的安全風險，國內外已有學者對建筑施工人員的施工安全狀態進行了定性和定量的分析與研究。李志鵬[1]采用系統動力學理論研究了施工現場的安全狀態，發現了風險管控的重點因素。Cheng等[2-3]采用數據挖掘技術中的相關性法則研究了我國臺灣地區施工事故中各意外事件之間的因果關系。Zhou等[4]進行了較為系統的文獻綜述，總結了目前國際上土建工程中風險事故的分析與管理研究進展，并給出了基于網絡理論的建設現場事故管理分析方法。雖然Zhou等[4]建立的方法考慮了施工現場多風險耦合的事實，但并未量化地給出事故風險指標，僅從多方面對風險事故展開了詳盡的可視化工作。

風險相互作用矩陣分析方法在眾多領域內均有廣泛的應用，如礦藏挖掘工程[5]、巖土工程[6-7]。然而這種方法缺乏理性的矩陣元素確定方法，目前更多地需要依靠經驗確定，這直接降低了計算結果的可靠性與算法的可行性。本文將嘗試借助網絡理論描述建筑工地中各種風險源之間的因果關系，量化分析風險源網絡參數，以此作為風險源相互作用矩陣系數的確定依據，從而對建筑工地施工人員的安全狀態進行分析和評估。

1 網絡理論

網絡理論又稱社會網絡理論，其較成熟的定義由Wellman于1988年提出，認為社會網絡是由某些個體間的社會關系構成的相對穩定的系統。隨著網絡理論的應用范圍不斷拓展，社會網絡的概念已超越了人際關系的范疇。網絡成員除了人，也可以是建筑工程施工過程中的風險事故。網絡成員之間的關系也可以擴展為施工過程中風險事故之間的因果關系。為了便于直觀地分析和研究網絡成員之間的拓撲關系，本文將借助大型網絡分析軟件Pajek展開可視化分析。

圖1示范了某一土建工程的風險網絡。圖中節點表示事故（或風險源），每個節點的箭頭所指和指出箭頭，分別表示風險的輸入度和輸出度。如圖中土體塌陷這一事故節點，具有8個輸出度和4個輸入度，合計12個輸入輸出度；停工這一風險源具有3個輸出度和7個輸入度，合計10個輸入輸出度。輸入輸出度越大表明該節點在整個網絡中具備更大的貢獻，即對整個工程風險具有更大的權。利用Pajek軟件可以統計每個節點的輸入輸出度參數。

圖1 某土建工程事故網絡

2 多因素耦合關系矩陣

2.1 相互作用關系矩陣

為了量化整個建筑工程施工過程中盡可能多的風險源耦合參與對整個工程的風險貢獻，多因素相互作用關系矩陣描述方法是一種簡單而又流行的方法。在一個具有n個風險源的建筑施工過程中，相互作用關系矩陣V為一n階方陣。方陣的第i個主對角線元素Vi,i為第i個風險源導致整個施工現場出現人員意外的可能性因子。第i行j列個元素Vi,j表示第i個風險源作用于第j個風險源的可能性因子。

矩陣V的確定對后續的施工人員安全狀態計算起著決定性作用。在以往的文獻報道中，V中元素的取值較多依賴經驗，而本文根據相互作用關系矩陣的定義，結合建筑工程施工現場風險源網絡關系生成矩陣元素的數值。如上節所述，第i個節點的輸入度和輸出度之和αi即為第i個主對角線元素；第i行j列個元素Vi,j可以由第i個節點對第j個節點的輸出度確定。基于這種假定，建筑工程施工人員作業場地中，人-機-環-管之間的網絡關系一旦確定，則矩陣V可以由計算機程序唯一且迅速地計算得到。

在V確定后，任意第i個風險源的影響因子權重ki可以由式（2）確定：

其中，SR(i)、SC(i)為矩陣V的第i行以及第i列元素之和，即：

基于計算得到的權重ki，可進一步得到施工人員安全狀態參數：

2.2 安全等度分級

為了對施工人員的安全狀態程度進行量化表示，參數DS的數值具有決定性價值。一般可以將人員安全狀態劃分為5個級別，即1、2、3、4和5級，具體劃分見表1。

表1 施工人員安全狀態分級

3 算例分析

3.1 網絡分析

基于彭鵬等[8]的研究成果，超高層建筑工程施工風險源可以分為以下7類：深基坑、主體結構、塔式起重機、施工平臺、施工升降機、幕墻和臨邊防護。每一類風險源又存在大量的風險因素類型，限于篇幅在此不做展開[9-10]。作為分析算例，本文對某一超高層建筑施工現場人員作業環境進行網絡描述（圖2）。

經過統計分析，表2給出了圖2所示網絡圖輸入和輸出度的分布結果。從表2中可以得知，合計度最大的幾個因素為超高層建筑建造過程中需要給予較多安全管理的因素。

3.2 多因素耦合分析

根據表2得出的統計數據，可得多因素耦合關系矩陣V。該矩陣主對角線元素為：{4,4,7,3,4,1,1,1,1,2,3,2,12,11,6,6,4,2,7,2,14,7,7,2,4,3,7,10,2,2,1}。矩陣其余位置由0或1組成，其元素為1的行列號如下：(1,19),(2,1),(2,19),(3,1),(3,2),(3,4),(3,13),(3,19),(3,28),(4,27),(5,6),(5,21),(5,25),(10,11),(12,27),(13,21),(13,25),(13,26),(13,28),(14,13),(14,15),(14,16),(14,22),(14,24),(14,26),(14,27),(14,28),(14,29),(14,30),(14,31),(15,13),(15,21),(15,26),(15,27),(15,28),(16,10),(16,11),(16,12),(16,13),(16,21),(17,11),(17,13),(17,18),(17,21),(18,28),(19,13),(19,21),(19,28),(20,21),(20,28),(21,5),(21,7),(21,8),(21,9),(21,13),(22,13),(22,19),(22,21),(22,24),(22,28),(23,1),(23,2),(23,3),(23,4),(23,21),(23,22),(25,23),(25,28),(28,27),(29,27),(30,27)。假定以上31個風險源平均發生率為1%，則可得DS為0.017 9，施工人員安全狀態分級屬于1級，安全。

圖2 某超高層建筑工程施工事故網絡

表2 網絡分析統計指標

4 結語

本文引入網絡理論有關概念，輔助多因素耦合關系矩陣的生成，進行風險源網絡分析，展開建筑工程施工人員安全狀態的評估和分析。

應用多因素相互作用矩陣方法對某超高層建筑工地的某一施工階段工人作業安全狀態進行計算分析，分析結果表明本文方法具有一定的可實踐性，可作為今后同類型問題分析的一種參考。