基于N-K模型的建筑施工安全风险耦合研究

潘和平，凡 稳

（安徽建筑大学经济与管理学院，合肥230000）

工程建设项目施工处于一个复杂的风险系统中，安全事故一般都受到多个因素相互作用的影响，多个因素的相互耦合作用使得事故发生的概率更加难以确定。

就目前而言，国内外学者对建筑施工安全风险研究成果颇丰，例如，英美等国已逐渐建立完善了一套关于建筑施工安全风险控制的规章制度和指标体系；清华大学卢有杰、卢家仪在其《项目风险管理》一书中提出风险是人们不希望的后果发生的潜在可能性；李红敏、田杰芳在《业主的风险管理》中提出根据风险的不同特征可以将风险因素划分为不同的风险类。大量研究成果可以为我国的建筑施工提出建设性意见，但是迄今为止我国关于安全事故产生的起因分析相对比较少，而且很少考虑到各因素间的耦合作用。基于此，本文主要研究导致建筑施工安全事故发生的各因素间的耦合作用，利用N-K模型进行进一步研究。

1 建筑施工安全风险机理分析

本文将建筑施工风险源分为以下四类：人的不安全行为、物的不安全状态、环境的不安全条件、管理的缺陷。

1.1 人的不安全行为

人是建筑施工过程中最活跃的因素，也是最可能造成事故产生的原因。人的不安全行为主要包括工人的素质较低、身体状况不好和身体缺陷、技术操作水平低下等。

1.2 物的不安全状态

建筑施工现场物主要分为机械和材料。在建筑施工现场有大量复杂和庞大的机械需要协同工作，这就对机械的安全性能提出了较高的要求。施工现场的材料种类多，数量大，同样对物质装备的要求也比较高。物的不安全状态主要包括机械老化和故障、材料质量不过关、机械和材料运输不规范或放置不符合现场要求等。

1.3 环境的不安全条件

建筑施工一般受环境的影响比较大，环境因素一般包括施工地的水文、地质、天气等自然环境，还包括施工现场的管线、周边建筑物、道路分布等。环境的不安全条件主要包括天气恶劣、地质不良、周边建筑物或道路等分布复杂等。

1.4 管理的缺陷

建筑施工现场必须建立完善的建筑施工安全风险控制规章制度和指标体系，只有遵守规章制度和指标体系才能将施工风险降低，提高安全系数。管理的缺陷主要包括没有建立完善的规章制度、管理制度未得到落实、安全检查工作不到位等。

2 N-K模型下的建筑施工风险耦合因素的耦合关系分析

N-K模型是生物学家Kauffman在1993年提出来的，他认为生物有机体是一种由基因组成的复杂系统，后经相关学者的研究论证认为N-K模型适合研究系统内部要素间的相互作用关系，且对系统的整体适应性会产生巨大影响。在此基础上，本文尝试将N-K模型与建筑施工风险因素相结合，度量双因素和多因素间的耦合值大小。在建筑施工系统中，N-K模型包含两个参数：N是系统构成要素的个数，K是元素之间相互作用关系的多少。在任何一个子系统中，K可能为0，也可能是1，2，…，N-1。

2.1 建筑施工耦合风险分类

本文将建筑施工安全风险耦合分为以下3种：

2.1.1 单因素风险耦合

单因素风险耦合是指上文提到的四类风险源所属的子因素，各子因素也会相互作用，形成耦合风险。基于此，将人的不安全行为耦合风险、物的不安全状态耦合风险、环境的不安全条件耦合风险、管理的缺陷耦合风险分别记为T11（a）、T12（b）、T13（c）、T14（d），总耦合值记为T1（图1）。

图1 单因素风险耦合机理图

2.1.2 双因素风险耦合

双因素风险耦合是指上文提出的四类风险源两两作用发生耦合风险。如“技术操作水平比较低下的工人”遇到“可能出现故障的机械”，这就会加大事故出现的概率，也就是人的不安全行为与物的不安全状态发生耦合作用，较大概率出现耦合风险。由此可以得出6种耦合情况，即人-物耦合、人-环耦合、人-管耦合、物-环耦合、物-管耦合、环-管耦合，将这六种耦合情况分别记为T21（a,b）、T22（a,c）、T23（a,d）、T24（b,c）、T25（b,d）、T26（c,d），总耦合值记为T2（图2）。

图2 双因素风险耦合机理图

2.1.3 三因素风险耦合

三因素风险耦合是指上文提出的四类风险源任意三个相互作用发生耦合风险。如技术操作水平比较低下的工人在操作出现故障的机械时，没有遵照规章制度的要求，这就使得出现事故的概率激增，也即人的不安全行为、物的不安全状态与管理的缺陷三因素发生耦合作用。三因素风险耦合可以得出4种耦合情况，即人-物-环耦合、人-物-管耦合、人-环-管耦合、物-环-管耦合，分别记为T31（a,b,c）、T32（a,b,d）、T33（a,c,d）、T34（b,c,d）,总耦合值记为T3（图3）。

图3 三因素风险耦合机理图

2.2 确定风险耦合信息交互公式

基于N-K模型的建筑施工安全风险耦合研究是通过计算建筑施工过程中出现的四类风险源的交互信息，进一步度量其耦合产生的新的风险状态程度。研究证明，耦合次数越多，该种耦合方式出现的概率也就越大；计算得到的耦合值越大，事故发生的概率也就越大。风险耦合信息交互公式如下：

该公式中phijk是指人在第h种状态下、物在第i种状态下、环境在第j种状态下、管理在第k种状态下，四种因素互相耦合事故发生的概率。T值越大，说明建筑施工过程中风险也就越大。从公式（1）可以看出，T值是对建筑施工过程中风险耦合的量值。

2.3 构建双因素风险耦合计算公式

在建筑施工过程当中，大部分事故都是由于双因素或三因素进行局部耦合而造成的。双因素耦合会出现图2所示六种情况，这就需要提供双因素风险耦合计算公式，将六种情况进行量化，可以得到以下六个公式：

公式（2）是人和物相互耦合后的度量值；公式（3）是人和环境相互耦合后的度量值；公式（4）是人和管理相互耦合后的度量值；公式（5）是物和环境相互耦合后的度量值；公式（6）是物和管理相互耦合后的度量值；公式（7）是环境和管理相互耦合后的度量值。

2.4 构建多因素风险耦合计算公式

多因素耦合包括三因素耦合和四因素耦合两种情况。由图3提出的风险因素耦合机理图可知，三因素耦合有四种情况。可提出三因素耦合计算公式如下：

公式（8）是人、物和环境相互耦合后的度量值；公式（9）是人、物和管理相互耦合后的度量值；公式（10）是人、环境和管理相互耦合后的度量值；公式（11）是物、环境和管理相互耦合后的度量值。

3 实证分析

3.1 风险耦合计算

建筑施工事故的风险因素可以总结为人、物、环境和管理四个因素，在事故中，有该因素发挥了作用记为1，没有该因素发挥作用的记为0。收集总结2006年～2017年我国各地建筑施工事故共108起，根据事故调查报告将108起事故按照单因素耦合、双因素耦合和多因素耦合导致的次数和概率统计见表1。

根据表1，分别计算单因素、双因素和多因素耦合导致事故的概率，分别见表2、表3、表4。

表1 2006年～2017年建筑施工安全事故风险耦合次数及频率

表2 单因素风险导致事故发生频率

表3 双因素风险导致事故发生频率

表4 多因素风险导致事故发生频率

根据公式（1）～（11）和表1、表2、表3、表4中的数据可得各项风险偶和值如下：

由计算结果可以得到：T4>T32>T33>T34>T31>T23>T26>T25>T22>T21>T24。

3.2 计算结果分析

1）四因素耦合得到的耦合值T4最大，且三因素耦合得到的耦合值都比双因素耦合得到的耦合值要大，这就说明了耦合因素越多，造成的风险也就越大。

2）在三因素耦合中，人-物-管因素耦合值最大且人-环-管因素耦合值比物-环-管因素耦合值和人-物-环因素耦合值要大，这就说明了人和管理因素相耦合造成的风险是最大的。且在双因素耦合中，人-管耦合值最大也验证了这一结论的正确性。

3）在双因素耦合中，人-管耦合值最大，环-管和物-管耦合紧随其后，说明管理因素在事故发生中发挥比较大的作用。与2）结合来看，人的因素与管理因素相耦合发生事故的风险值是非常大的，更易导致事故的发生。

4 结论与建议

文章收集分析近十年来我国建筑施工事故发生的原因与频率，与N-K模型相结合，得出各因素耦合值，对耦合结果进行度量分析，得出比较直观的数据与结论。在人、物、环、管四大因素中，人的因素与管理因素在事故风险分析中占据了最主要的地位，有这两个因素相耦合造成的风险值是比其他因素耦合造成的风险值大的。

通过以上结论分析，结合施工现场实际情况，可以提出以下建议：（1）在施工过程中，要尽量控制人的因素与其他因素相耦合。尽量提高施工人员的素质和安全意识，选用一些操作水平较高的技术工，提升整体施工人员的基本素质，同时应加强对施工现场人员的管理和安全教育。（2）制定完善的管理监督制度，加强对施工现场人、材、机的管理，将成熟的管理思想和制度贯彻到施工现场的每个角落。（3）加强对施工现场物的管理，包括材料、机械等。避免物的因素与其他因素相耦合造成风险。（4）对施工地的环境要进行实时监控，出现恶劣天气、地质不明等状况时要及时停工，不可存在侥幸心理。施工时必须要对附近道路、桥梁、地下管线、建（构）筑物等进行严格监控，避免环境因素与其他因素相耦合。（5）在施工现场一定要最大程度避免出现多因素耦合，尤其是避免出现四因素耦合。