基于STAMP-HFACS 的建筑坍塌事故风险因素分析

李 珏，李佳文

（1.长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙410114，E-mail：lij93@163.com；2.长沙理工大学 交通基础设施智慧建造与运维管理湖南省高等学校重点实验室，湖南 长沙 410114）

根据住房和城乡建设部发布的统计数据，2019年，全国共发生房屋市政工程生产安全事故773 起、死亡904 人，比2018 年事故起数增加39 起、死亡人数增加64 人，其中，坍塌事故虽然在总体事故中占比较小，但在较大及以上事故中，坍塌事故占比高达56.52%，可见坍塌事故造成的后果严重性很大[1]。因此，对建筑坍塌事故的深度研究在施工安全预防上具有重大意义。

国内许多学者已针对坍塌事故进行了相应研究。如谢洪涛[2]、张良翰等[3]通过德尔菲法，分别建立了基坑坍塌和隧道坍塌事故的致因指标体系。郑霞忠[4]等将解释结构模型ISM 和D-S 证据理论结合，针对脚手架坍塌的致因开展了研究。柴乃杰等[5]利用事故树模型分析了地铁施工地表坍塌事故。李卉等[6]将事故致因“2-4”模型运用到建筑坍塌事故致因的分类和统计。目前将多种事故分析模型混合分析的研究较少，应用单一事故模型方法，虽然也能形成研究结果，但不同的单一模型可能具有一定的局限性，为了消减局限可以将不同事故模型混合，形成混合分析方法。HFACS（人因分析和分类系统）和STAMP（系统理论事故建模与过程）模型是两种应用在事故分析上比较成熟的模型，已应用在建筑[7，8]、煤矿[9]、化工[10]、交通[11]等领域。有学者在对事故进行分析时提出将HFACS 中的人因分类与STAMP 模型中的系统约束方法结合，综合各自的优缺点，通过应用在航空[12，13]、铁路[14]领域，验证了STAMP-HFACS 混合方法能更加有效地识别出事故因素。鉴于此，本文利用STAMP-HFACS 框架，从住房和城乡建设部及全国各省市安监局等网站搜集到的2012～2021 年的249 起建筑坍塌事故报告案例识别出事故的风险因素，并根据事故发生路径的系统网络性，利用复杂网络分析得出建筑坍塌事故的关键因素，以期为降低建筑坍塌事故提出新的分析模型。

1 STAMP-HFACS 网络分析框架

1.1 STAMP

STAMP 是一种系统事故分析模型，主要有3 个基本概念：安全约束、分层安全控制结构和过程模型。STAMP 强调安全约束发挥作用，以避免事故发生，将安全视为约束所得的控制目标。在STAMP中，事故是由于系统运行过程中对安全约束的不当控制或强制执行造成的。STAMP 将系统视为一个由相互连接的组件组成的整体，并通过约束使各个组成部分保持动态平衡，以适应环境变化。在这个概念下，系统不是静态的，而是动态的过程[15]。

1.2 HFACS

为了解释复杂系统的事故因果关系，找出事故的因素，HFACS 采用组织影响、不安全监管、不安全行为的前提和不安全行为4 个层次，根据发生事故的不同，各个层级下包含不同的具体因素，来概括事故发生的致因。

1.3 复杂网络理论

复杂网络是由各个节点与节点相互之间的某种关系连接构成的“集合”[16]，是一种分析系统的方法，系统中的元素可以用网络节点表示，元素之间的关系可以借助点与点连接的边表示。坍塌事故的发生实质是整体安全系统的失效，所以坍塌事故中的各个风险因素可以看作网络的节点，风险因素之间的关系用边连接可以形成一个网络[17]。复杂网络的建模过程是根据事故报告中的事故经过，能够客观地反映事故，并且通过网络能够客观定量地将事故报告中隐藏的关键致因、路径、因素之间的关联等挖掘出来。

1.4 STAMP-HFACS 结合复杂网络

虽然STAMP和HFACS 都是运用比较多的事故研究方法，但是它们均有其局限性。HFACS 具有比较明确的人为原因因素层次，方便确定事故的致因，但其对事故路径的描述多为简单的线性描述，对如今复杂的事故系统很难较好地反映内部的交互关系。STAMP 用系统网状来表示事故的发生路径，以符合事故的复杂性。能够详细地对单个事故分析，但由于其缺乏模块化的原因因素分类，且分析效率不高，不利于大量事故统计分析[18]。将HFACS与STAMP 进行结合分析，利用HFACS 中模块化的分类类别完善STAMP 方法所强调的控制系统间的安全约束，可以降低这两种方法的局限，消减单一方法的孤立性，方便对大量的事故报告进行分析，并且能够提高事故分析的效果。所形成的用于建筑坍塌事故的安全控制结构分析框架如图1 所示。

图1 坍塌事故STAMP-HFACS 分析框架

本文综合STAMP和HFACS的优点及利用网络分析的客观性与灵活性，建立坍塌事故网络模型充分挖掘出坍塌事故中的关键因素与各因素之间的潜在关系。

2 基于STAMP-HFACS 的坍塌事故风险因素识别

从国家住房和城乡建设部官网、省直辖市自治区住建厅官网及安监局官网等网站，收集了我国2012～2021 年的286 起建筑坍塌事故报告，剔除信息不完整的事故报告后，最终得到了249 起事故报告的分析样本，遍及我国23 个省市自治区。并且分析样本在每个月份均有分布，包含各类事故类型，在事故责任主体、事发项目建设情况、事故经过与应急救援情况、事故责任认定等方面有详实的叙述，信息完整且具有可靠性。

2.1 坍塌事故涉及的控制约束系统

利用STAMP 模型来分析坍塌事故的首要步骤是识别出坍塌事故涉及的控制系统。根据我国建设项目运行过程现状，建设项目涉及的控制系统可分为政府系统、管理系统和基层系统。政府系统包含住房和城乡建设部门、安全生产监督管理局等各级建设行业监管及立法部门；管理系统包含建设工程项目的所有参建方，主要有建设单位、施工单位、监理单位和勘察设计单位。所有参建方各司其职，在建设工程项目建设过程中充分协调合作，对工程项目建设过程进行控制约束，最终完成工程项目的建设。基层系统主要包含现场管理的施工员、安全员、现场监督的监理员和各工种的一线作业工人。

2.2 控制约束系统安全要求及安全控制结构

在建设工程项目建设的全过程中，各个系统都发挥着不可或缺的作用，以确保项目成功建成的同时避免事故的发生。

（1）政府系统通过对建筑行业订立相关法律法规和相关建筑标准规范，在宏观上对建设工程项目进行把控，通过要求其他系统在建设工程项目的建设过程中对相关法律法规和相关建筑标准规范严格执行，达到对其他系统的约束控制。

（2）管理系统大多是包含多个参与方，通常会以项目部的组织形式，使各参与方彼此配合相互约束，在建设工程项目各阶段进行管控，以完成工程项目的建设目标。其中建设单位是建设工程项目的筹建出资方，也是建设任务的发出方，通过招投标等方式将建设工程中的勘察、设计、施工等各种任务委托给具有相应资质的单位，接收各单位的任务完成情况反馈，对各单位进行控制约束。

（3）基层系统是涉及主要人为因素的系统。施工员、安全员和监理员等管理人员按照相关法律法规、行业标准及接受施工单位和监理单位的巡查指令，对作业工人进行安全培训教育，指挥协调各工种作业工人按照相关施工组织方案和制度作业，从而对作业工人达到约束。

2.3 物理环境系统存在的风险因素

建设项目的控制系统在运行过程中会受到物理环境系统的影响，其主要包含天气气象、作业环境、建筑材料和机械设备等对实际建设过程造成不利影响的风险因素。施工期间出现的台风、暴雨等恶劣天气气象是安全控制约束失效的重要原因之一。恶劣的天气气象一方面会加重一线作业工人的作业负荷，同时也会对已完成的工程部分的稳定性产生影响，大大提升坍塌事故发生的风险。施工过程所使用的材料设备如果出现老化或者不合格的问题，将对工程质量产生重大的影响，极大地增强了安全隐患，增大管理人员的管理负荷。

施工环境的复杂程度，作业场所区域的划分也会影响安全控制系统的约束效果，当作业现场秩序混乱会增加管理人员的管理难度，同时也会一定程度地增加作业人员的作业难度。

2.4 较高级别系统对较低级别系统的控制不足

对于每个系统安全约束，确定高级别系统是否将执行该约束的责任分配给了安全控制结构中的下方组件，或者高级别系统是否进行足够的控制，以确保其分配的安全约束在其下方的组件中得到执行，是分析事故原因的关键。在这个阶段利用HFACS 可以有效地了解人为决策和有缺陷的控制行为，从而达到对坍塌事故的全面了解。

首先确定各控制系统中所包含的HFACS层级。政府系统对管理系统和基层系统起到监督作用，审核各个环节是否合法合规。管理系统营造了多方联合项目部与基层系统管理人员和作业人员的组织氛围，同时也对基层系统的管理人员和作业人员进行监督。在基层系统内部管理人员对作业工人进行监督，而作业工人在作业中的不当操作将直接导致坍塌事故的发生。因此，每个系统都包含不同的HFACS 层级，政府系统包含不安全监督，管理系统包含组织影响、不安全监督，基层系统包含不安全监督、不安全行为的前提和不安全行为。

（1）政府系统中存在未对建设程序进行严格审批、未对违法发（分）包进行严格纠察、部分法规与地方规定冲突，导致监管混乱、未对管理系统中的监管方进行有效监督等问题[19]。这些问题构成了政府系统的不安全监督因素。

（2）管理系统的组织影响包括安全文化氛围不佳，对安全培训教育不重视、建设组织权责混乱、设计方案，工期进度等组织计划不合理等。对项目参与单位和参与人员资质审核不充分、施工过程的安全质量验收落实不到位、不及时排查或处理安全隐患和设置安全防护措施、不编制科学的施工方案或无施工方案施工等情况构成管理系统的不安全监督。

（3）基层系统中不安全监督主要发生在管理人员中，管理人员违反相关规定，凭借个人经验指挥工人作业、对特种作业工人的资质审核不到位及自身缺乏相应管理资质、未定期组织工人进行安全教育培训和技能培训、监理工作失职及施工文件审查不到位都属于不安全监督。由于一线作业体力消耗大，工人存在疲劳作业、安全意识淡薄，为图工作方便，无效佩戴或未使用保护装备、作业人员经验素质参差不齐，这些都是不安全行为的前提。作业工人的不安全行为主要是违反相关规定违抗相关指令进行作业、作业过程中发生失误酿成事故等。

2.5 风险因素确定与编码

经过上述分析，总结归纳出坍塌事故风险因素，如表1 所示。为了便于后续分析，用英文字母组合对各元素编码，物理环境系统用PE 表示，政府系统、管理系统和基层系统分别用字母G、M 和B 表示，组织影响、不安全监督、不安全行为的前提和不安全行为分别用字母O、S、P 和B 表示，不同层级的风险因素用不同字母组合表示，例如政府系统的不安全监督用GS 表示。

表1 坍塌事故中的风险因素

3 坍塌事故网络构建与分析

3.1 坍塌事故网络构建

收集到的249 份坍塌事故报告案例都具有较为详细的事故发生经过，基于事故报告中的事故发生经过及相应的分析过程，将识别出的坍塌事故风险因素中具有直接关系的用箭线连接，从而形成能够反映坍塌事故发生的因素对。如果因素之间具有直接关系的则该因素对取值为1，反之则取0，继而对单个事故可以构成一个表达该事故因素关系的局部关系矩阵。

再对所收集到的249 个坍塌事故报告案例进行上述研究过程，识别出各事故因素关系，形成各局部关系矩阵，最终合并建立了一个28×28 的全局关系矩阵。将得到的全局关系矩阵导入NetDraw 软件中，生成了具有27 个风险因素节点和1 个事故节点的坍塌事故网络，如图2 所示。

图2 坍塌事故网络

3.2 核心—边缘分析

为了识别出坍塌事故网络中各风险因素在网络中的地位，借助UCINET 软件对坍塌事故网络进行核心—边缘分析，确定坍塌事故网络中的核心风险因素和边缘风险因素[20]。如表2 所示，整个网络的27 个风险因素有16 个处于核心位置，11 个处于相对边缘位置。超过一半的风险因素处于核心位置说明多数的风险因素对于坍塌事故网络是至关重要的，对坍塌事故的发生起到核心关键作用。

表2 坍塌事故网络核心—边缘分析

3.3 中心性分析

3.3.1 度数中心性分析

利用UCINET软件得出坍塌事故网络各风险因素的度数中心度按降序排列如图3 所示。度数中心度比较靠前的有现场管理不到位BS1、现场监理工作失职BS2、违规作业BB1、未严格落实安全生产责任制MS1、相关部门监管失职GS2，这些因素在坍塌事故网络中是比较关键的节点，在坍塌事故网络里与其他节点的直接联系最为密切。此外，在度数中心度排名前3 的风险因素都属于基层系统，体现出工程项目建设过程中基层管理的重要性。在排名前10 的风险因素中，政府系统的风险因素全部在内，体现出政府系统相关单位对坍塌事故的影响巨大，所应承担的安全责任重大，有8 个风险因素属于不安全监督层级，占比57.14%，表明在建设工程项目建设过程中不安全监督的出现会极大增加坍塌事故的发生风险。

图3 坍塌事故网络节点度数中心性

3.3.2 中间中心性分析

在网络中存在着许多没有直接关系的节点，它们之间的联系需要其它节点充当“媒介”，而这种“媒介”的作用强弱就用中间中心度来表示。计算得出各风险因素的中间中心度，按从高到低降序排列如图4 所示。现场管理不到位BS1、现场监理工作失职BS2、未严格落实安全生产责任制MS1、相关资质审查不到位MS2 和安全教育培训不到位BS8 的中间中心度排在前列，大部分风险因素的排名与度数中心度的排名相差不大，但值得注意的是，部门监管重叠混乱GS1、相关部门监管失职GS2 的度数中心度排名靠前，但是中间中心度却排在最后，说明这两个与其他风险因素都是直接联系不需要“媒介”。安全教育培训不到位BS8 虽然度数中心度比较靠后，但是其中间中心度比较靠前，说明其在坍塌事故网络“媒介”作用较大，在项目建设过程中不容忽视。

图4 坍塌事故网络节点中间中心性

3.3.3 中心性综合分析

为了对中心性进行综合分析，采用自然断点法对坍塌事故网络风险因素节点的度数中心度和中间中心度进行分级处理，将两种中心性分别分成三级并对其标准化评分，按度数大小分别评2、1 和0分，最后对两项分数之和进行等级划分，总分大于2的为高分等于2 为中分小于2 为低分，综合评价坍塌事故风险因素的重要程度。各风险因素的得分情况如表3 所示。有14 个风险因素位于高分段，超过整体风险因素的半数，与核心—边缘分析结果一致。

表3 坍塌事故风险因素综合评价

3.4 关联方向指数分析

网络中各个节点的连接传递具有方向性，采用关联方向指数来表达这种特征。在分析坍塌事故网络中，利用关联方向指数可以得出风险因素在网络中充当的角色。关联方向指数表达式如下：

式中，Di代表风险因素i的关联方向指数；Ai代表风险因素i的度数中心总度；Bi代表风险因素i的度数中心输入度；Ci代表风险因素i的度数中心输出度。

根据风险因素关联方向指数的正负可以确定风险因素的功能，指数为正时可认为该风险因素为结果因素，反之则可认为该因素为原因因素。关联方向指数的绝对值大小代表风险因素偏向结果或是原因因素的程度。

图5 展示了所有风险因素的关联方向指数，值得注意的是不同部门监管重叠混乱GS1、相关部门监管失职GS2、安全氛围不佳MO2、恶劣天气气象PE1 和材料设备老化PE2 的关联方向指数为-1，这表明这几个风险因素作为原因因素的程度为100%，不受其它风险因素影响的同时极易对其它风险因素产生影响。

图5 各风险因素的关联方向指数

3.5 综合分析

核心—边缘分析中处于核心位置的风险因素与中心性综合分析中高分段的风险因素大致上都重合，可以确定这些重合的风险因素为坍塌事故的关键风险因素。区别比较大的是，安全氛围不佳MO2、安全管理架构不健全MO3 两个风险因素虽然在核心—边缘分析中处于核心位置但是在中心性综合分析中位于低分段，表明处于网络位置中心的风险因素其影响效应不一定高。不同部门监管重叠混乱GS1、相关部门监管失职GS2、安全氛围不佳MO2、恶劣天气气象PE1 和材料设备老化PE2这几个100%程度的原因风险因素应加强重视，减弱或切断其对其它风险因素的影响。

3.6 坍塌事故预防对策

（1）相关监管部门应该不断完善监管制度，形成专职专管，专责专任的体系，避免交叉管理的情况出现，有效减缓监管不力和监管混乱的现象，进而降低事故发生的风险。

（2）制定科学的施工方案和安全生产责任制度，并且严格落实，安全生产责任制度没有有效落实会使得施工过程相关人员责任意识缺失，从而产生管理不到位，监查失职，违规作业等直接导致事故的因素。

（3）注重组织内部的安全氛围营造，加强安全知识培训与教育，不能流于形式，通过加强教育培训后的考核，可使作业人员的安全意识提升，减少作业人员的不安全行为。

（4）加强对天气气象的监测，对于恶劣天气气象提前预报，并及时对易发生坍塌的结构加固处理，必要时停工严格禁止冒险作业。

（5）对材料设备安排专人定期检查维护，对于老化不合格的，早发现早维修早更换。

4 结语

本文综合STAMP 模型和HFACS 模型的优势，消减单一模型的孤立和局限性，在坍塌事故分析过程中使用STAMP-HFACS 混合分析方法，识别出27 个坍塌事故的风险因素。根据大量坍塌事故报告的分析研究，构建了坍塌事故网络。通过对坍塌事故网络的分析，结合核心—边缘分析与中心性综合分析，明确了相关资质审查不到位、未严格落实安全生产责任制、现场管理不到位、现场监理工作失职等关键的风险因素。同时利用关联方向指数，识别出风险因素在网络中的原因结果特征。针对识别出的关键和原因特征的风险因素提出了相应的预防对策，在建设工程项目建设过程中应对这些风险因素加大重视和加强管理力度。