基于结构方程模型的基坑工程事故致因分析＊

李红霞，范永斌，孙庆兰，杜 娇

(1.西安科技大学 管理学院，陕西 西安710054;2.河北民泰安全评价咨询有限公司，河北 石家庄050000)

0 引 言

高层建筑数量的不断增多促进了地下空间的开发和利用，具“近、深、大”特点的深基坑越来越多［1］，基坑距离周边保护对象越来越近，规模加大，深度加深［2］，甚至出现20 多米以上深度的超大型基坑，深基坑增多加大了支护及安全管理的难度。据统计，全国有1/4 的基坑工程都发生过或多或少的事故［3］，不仅带来巨大的经济损失，甚至造成人员伤亡，带来恶劣的社会影响。因此，研究基坑工程事故影响因素，进行有针对性的干预，对提高基坑工程安全管理水平尤为重要［4］。

Martin Th.van Staveren［5］(2007)分析得出:地层的不确定性会带来风险并导致基坑工程事故的发生;Hyun Ho Choi［6］等人(2008)等对基坑工程存在的风险进行辨识，认为及时监测会降低基坑工程事故发生概率。赵挺生［7］等人(2005)对建筑施工的伤害诱因、质量管理和安全控制等进行统计调查发现:间接因素比直接因素导致的事故频率要高。王曙光［8］(2005)从勘察、设计、施工、地下水或管理不善等方面分析了基坑支护事故发生的原因。边亦海［9］(2006)从勘察、设计、施工、监理、监测、管理失误等方面分析了深基坑工程事故发生的原因并提出相关对策。兰守奇(2009)［10］等人将基坑事故发生的原因归纳为自然、事故、环境、施工等3 类，并分析了基坑工程的破坏机理。刘翔(2008)［11］等人将危险源分为主观、客观两个危险源并提出相应对策。他认为规划、管理、设计、施工和监理等环节是主观风险源;土层条件、技术难度、工程管理、市政管网及周边建筑物等是客观危险源。王鸣晓(2011)［12］分析得出基坑存在地质、施工及环境风险等问题。田水承(2014)［2］等分析了建设、勘察、设计、施工监理监测等环节的基坑工程事故影响因素。

纵观多位学者的研究，大部分研究侧重于技术及风险评价方面，对于基坑事故原因分析尚欠系统深入，且大多数研究重在基坑工程建设管理现状分析及事故总结，侧重于定性分析，定量分析较少，而已有的定量分析也存在分析涉及环节较少、抽样不合理等问题，所以，在对基坑建设的各个环节进行大量调研的基础上，建立基坑工程事故致因模型，运用结构方程模型方法分析基坑事故影响因素及相互关系，可以为加强基坑安全管理做出理论探索。

1 研究变量设计与样本选取

通过反复讨论，结合基坑工程建设实际，在王曙光(2005)、兰守奇(2009)、王鸣晓(2011)等人的研究成果的基础上，参考田水承、高瑞霞、杜娇(2014)等人对建筑基坑事故影响因素研究一文中提取的6 方面30 项影响因素作为研究变量，具体见表1，事故运用事故次数，伤亡人数、经济损失3个变量进行测量。

基坑建设涉及的环节较多，与建设单位的管理能力、勘察、设计的技术水平、施工、监理等现场管理能力都有一定联系［13］，全国各地的土质、地理条件也各不相同，为了保证研究的客观及全面性，项目研究人员在陕西、山东、甘肃、河南、河北等省区选择了相应的建筑、勘察、设计、施工等单位作为调研样本，进行了深入的调研。

在各样本单位进行调研，共收回调查问卷165份，其中有效问卷145 份，被调研人员包含勘察、设计、施工、监理人员等，职位包括项目经理、施工组长、安全总工、安全员、设计人员、监理员、技术部长等。学历层次构成为:本科学历占68%，大专学历占19%，其他学历占13%;工作年限构成为:工龄10 年以上的占52%，工龄5 ～10 年的占33%;调查涉及的单位中，建设与施工单位占74%，设计单位占10%，勘察单位占5%，监理与监测单位占11%.从调查样本情况来看，本次调查的样本比较全面，结构合理，具有一定的普遍性。

2 研究假设

基坑工程事故的发生是由于多种因素造成的，建设、勘察、设计、施工、监理、监测任何环节的疏忽或管理不善，都有可能造成事故隐患，从而引发事故的发生。要防止事故发生，需要对各环节加强管理。具体研究假设如下。

H1:建设管理对事故有显著影响。建设单位往往存在以下问题:建筑单位未严格审查勘查、设计、施工单位的资质与条件，任意发包;未按照规定办理报建审批手续;没有进行严格论证就提前开始进行设计、施工;过度压低工程造价，随意修改支护结构体系设计，干预场地探孔及测试方案;缺乏动态信息管理及安全监督;工程负责人对深基坑工程经验缺乏，教育培训工作弱化等。这些问题累积后，容易造成基坑工程现场管理不到位，对信息化施工、监测数据分析不够重视、报警标准不正确，或对异常数据不能及时应对等现象，如果相关单位的应急预案不合理，不能快速的进行抢险救援，就更容易引发工程事故。

表1 基坑事故影响因素表Tab.1 Accident-causation of excavation

H2:勘察对事故有显著影响。勘察过程中往往存在一些隐患:如基坑勘察布点过少、勘察方案不合理、或者实地勘察不认真，这都容易造成勘察资料失误，从而导致土层厚度、压力计算等数据不准确，影响方案设计。

H3:设计对事故有显著影响。基坑支护方案设计受基坑深度、水土条件、相邻建筑、道路、地下管道、变形要求、施工能力、工期、造价等因素的限制，非常复杂，所以在进行基坑工程方案设计时，应首先进行详细勘察，同时邀请专家进行严格论证，保证设计方案准确合适。但个别设计单位存在管理不善，设计人员经验缺乏、资质不足或违反相关规范盲目设计等问题，以致出现方案不当、措施不得力、支撑结构设计失误等问题。

H4:施工对事故有显著影响。在施工过程中也存在随意修改设计文件，不按照设计方案和施工方案施工、不严格遵守施工规程等问题。有些基坑未按照“分层、分块、对称、平衡、限时”原则施工，支护不及时，导致基坑边坡稳定性受到影响;没有合适的地下水治理措施和坑底土突涌措施;在建设过程中现场管理混乱，机械操作不当，存在碰撞支撑系统及支护桩墙等问题;施工荷载超载，使支护体系产生大变形;或者存在周边环境保护措施不够、造成管线破损以及地表沉降、建筑物开裂等问题。

H5:监理对事故有显著影响。监理过程中往往出现下列问题:监理人员责任心不强，对错误行为不及时制止，使得隐患进入施工阶段;或者受建设单位的影响，不能实施有效监理，工作走形式，这都对基坑工程的正常建设造成影响。

H6:监测对事故有显著影响。有的单位为了节约成本，削减监测内容，造成监测不及时不全面、数据不准确等问题，对于出现的问题不能及时判断与处理，不能根据工程进展情况及时调整施工或设计方案;另外，由于工作经验不足等原因，对监测数据不能充分分析，或者出现报警不及时等问题，都会导致严重的工程事故。

除了以上各个环节对事故有直接影响外，各环节之间还有交叉影响，也会对事故的发生造成间接影响。具体假设如下:H7:勘察对设计有显著影响;H8:设计对施工有显著影响;H9:监理对施工有显著影响;H10:建设单位对施工有显著影响;H11:监测对施工有显著影响。

3 建模与检验

3.1 模型的构建

依据基坑工程建设的各环节的特点，文中构建了基坑工程事故致因模型，具体如图1 所示。

图1 基坑工程事故致因关系假设模型Fig.1 Hypothetical relationship model of excavation engineering accident causation

3.2 模型的检验与修正

文中运用SPSS17.0 软件，进行信效度检验，检验结果表明，建设、勘察、施工、设计、监理、监测等指标的Cronbach’s α 分别为0.780，0.729，0.705，0.825，0.764，0.786，0.861，均大于0.6，同时各指标的CITC 值均符合标准，说明其可靠性可以接受。同时，KMO 测量与Bartlett’s 球形检验的结果显示，各指标的KMO 值分别为0.691，0.671，0.672，0.824，0.679，0.767，各指标巴特莱特球体检验的X2统计值的显著性概率均小于0.01，说明数据具有相关性，适宜做因子分析［14］。

在此基础上，文中运用AMOS7.0 分析软件对初始模型进行拟合度检验，得出初始模型的χ2/df的统计值为2.477，符合参考标准;CFI 值为0.834，NFI 值为0.750，IFI 值为0.836，低于参考标准0.90;近似误差均方根(RMSEA)为0.078，符合参考标准。通过模型内在结构拟合度对所有的假设进行检验，模型中路径回归系数及检验指数见表2.

表2 初始模型的路径参数估计Tab.2 Parameter estimation path of initial model

结果显示:监理对施工的影响这一路径参数的C.R.绝对值为1.441，监测对施工的影响这一路径参数的C.R.绝对值为0.475，均小于1.96 的参考值，且均为p ＞0.05，表明未通过显著性检验，应该删除，其余路径参数的C. R. 绝对值均大于1.96，且p ＜0.05，表明通过显著性检验，应予以保留［15］。经过多次拟合和修正，得到最终的模型拟合指标，与初始模型的拟合指标比较得表3.

修正后，结构模型潜变量之间的路径关系及其误差项各系数值结果为:各潜变量之间路径参数临界值的绝对值最小为2.224，最大为4.964，远远大于参考标准1.96，各误差项的标准误差在0.054 ～0.079 间，数值较小，全部通过显著性检验。完整的修正验证模型以简化的路径图表示，具体如图2 所示。

表3 初始模型和修正后模型拟合指标比较Tab.3 Initial model and modified model fitting index comparison

从图2 可知，施工环节对事故的影响最大，监测环节对事故的影响次之，接下来依次是设计、监理、勘察及建设单位的管理。同时，勘察对设计影响显著，设计对施工影响显著。

3.3 结果分析

从修正路径图中可以看出，模型修正后，建设单位管理对事故有显著影响，同时，勘察、设计、施工、监理、监测环节均对事故有显著影响，勘察环节对设计环节有显著影响、设计环节对施工环节有显著影响、建设单位对施工环节有显著影响等9个假设路径均通过显著性检验，结果解释如下。

现场施工管理水平及监测的有效及全面性对基坑事故的影响最大，假设路径系数分别为0.84与0.78，因此，在施工过程中，必须实施动态监测，而更重要的是规范施工管理，严格管控每一环节，才能够降低基坑事故的发生概率。

接下来影响较大的两个环节为设计及监理，图中的路径系数分别为0.75 与0.68，这一数据表明，合理规范的设计能够降低基坑事故的发生率，同时，配备合适的监理人员，进行规范监理，能够降低基坑工程事故的发生率。

相对其他因素，勘察环节也对基坑事故的发生有一定影响，路径系数为0.64，同时，勘察环节对设计环节影响较大，路径系数为0.72，表明提供详细准确的勘察资料，能够提高基坑设计方案的可靠性，因此，基坑工程施工前，必须设计完善的勘察方案，严格进行实地勘察。

研究结果还表明，建设单位的决策管理及设计环节分别对施工环节有一定影响，路径系数为0.59 与0.73，表明建设单位在招投标时，需要严格资质审核，加强对施工单位的管理与监督，并且需要设计单位提供详细、合理的基坑设计方案，才能为安全施工提供支持，从而降低基坑事故的发生率。

4 结 论

通过分析可以看出，建筑基坑建设过程中，每一环节的工作都不能忽视，环环相扣，在施工、监测环节加强管理的同时，也要加强对勘察、设计、监理及建设单位的管理与监督。

建设单位在招投标过程中，应当坚持公开、公正、平等、竞争原则，择优选择承包单位，选择工程勘察、设计、施工单位时，注意相应资质等级的审核，不得肢解发包工程。勘察单位应该根据基坑工程设计、施工的特点，对勘察工作提出具体要求，提供准确完整的设计参数，重视周边环境的调查。设计单位应该重视基坑工程建设的设计工作，设计合理的基坑工程方案，实行动态设计。施工单位应该结合设计要求，严格按照规程组织施工，并重视信息监测结果。监理单位也应贯彻落实监理制度，严格监督工程质量，加强重点环节监理控制。监测单位不能随意删减监测项目，应该按照要求布点，实施动态监测。只有各相关方严格按照规程操作，才能杜绝基坑工程事故。

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