基于突变理论的城市基础设施建设安全评价及应对研究

黄锦 黄翁翱

（1.杭州未来科技城建设有限公司，杭州 311121；2.安徽建筑大学 土木工程学院，合肥 230601）

0 引言

随着城镇化发展，新城区建设和老城区改造并行，2010年以来，我国城市基础设施建设发展迅速、规模空前。截至2016年末，全国设市城市657个，建成区面积5.43万km2，完成城市市政公用设施固定资产投资17 460亿元，比2015年增长7.7%，占同期全社会固定资产投资总额的2.88%［1］。城市基础设施建设规模的不断扩大，对促进现代化城镇建设、提升居民生活体验、满足人民群众文化需求发挥着重要作用。在快速发展的同时，建设安全管理存在的问题日渐显露，相关领域风险隐患问题日益凸显。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，分别上升了5.31%、7.62%，总体安全形势不容乐观［2］。加强建设安全领域研究，对保障安全生产、维护社会稳定具有重大意义。

经过长期的研究发展，建设领域形成了风险矩阵法、故障树分析法、模糊分析综合评估法、贝叶斯网络法等安全状态评价方法，这些方法的评价结果受人的主观判断影响较为明显。安全事故是建设生产活动中由于一系列隐患缺陷持续发酵而导致的质变结果，本文以突变理论为研究基础，依据城市基础设施建设现状，建立评价模型。以某区域城市基础设施建设为案例，分析安全状态，提出改进应对措施。

1 突变理论及评价体系构建

1.1 突变理论

突变理论［3］是由法国数学家Rene Thom于20世纪60年代后期创立，描述系统状态突然发生变化的一种理论，应用于突变现象分析。利用突变理论建立模型，系统的状态通常由势函数表示，对势函数推导找出临界点，通过分析临界点的特性进而判断各点是否处于突变区域内。势函数中有2类变量，即状态变量和控制变量。状态变量为分析对象，即系统自身的行为状态情况；控制变量即为影响因素。常见的突变模型分为4种，其势函数如表1所示。

表1 初等突变模型势函数

以尖点型突变类型为例，推导其归一公式。对势函数求导得：

临界点方程为：

方程（2）的判别式为：

临界点方程解的个数由△决定。对公式（1）进行求导得：

其奇点集方程为：

分歧点方程为：

分解式为：

将分解表达式改写为：

为了运算简单准确，将所有变量的取值范围调整到0~1，调整式（8）得尖点突变模型归一公式：

同理分别得到燕尾型和蝴蝶型突变类型归一公式如式（10）、式（11）所示：

1.2 突变理论评价原则

由归一公式求得隶属度值，通过递归计算得到目标隶属度值。对于多目标的突变类型，评价过程需要遵循以下原则［4］：

1）非互补原则。如果体系中各控制变量不能互相替代或者弥补相互之间的不足，则将各控制变量取值的最小值作为体系状态变量值。

2）互补原则。如果体系中各控制变量能够互相替代或者弥补相互之间的不足，则可将各控制变量取值的平均值作为体系状态变量值。

1.3 评价体系构建

建立安全评价指标体系是进行安全综合评价的基础。从安全系统观点出发，城市基础设施建设安全管理指标可以分为4个一级指标，即人的不安全行为a、物的不安全状态b、环境的不安全因素c、管理缺陷d，每个指标下设了若干个二级指标［5］，结合风险因素和指标体系建立的原则，安全风险评价指标体系具体设置如表2所示。

表2 基础设施建设安全风险评价指标体系

1.4 安全状态评价标准

安全状态评价分级标准的制定对于准确判断评价安全状态至关重要，基于突变理论的特点和建设管理实施过程中的风险控制评判，采用安全性极差、安全性较差、安全性一般、安全性较好、安全性好5个等级的分级标准［6］，如表3所示。

表3 安全状态评价分级标准

2 案例分析

某区域位于杭州市城西，核心区建设面积约49.5 km2。2021年1—7月该区域在建基础设施项目共计28个，其中建筑工程6个、市政工程16个、景观工程5个、电力工程1个，投资额约54.44亿元。

2.1 评价指标对象确定及分析

为保证评价结果的科学性和准确性，每月开展综合检查调研，累计开展6次，每次综合检查调研工程数量不低于全部在建项目数量的80%。结合表2、相关管理人员及专家建议，最大限度规避主观评价，以汇总得到该区域城市基础设施建设二级指标隐患每月出现次数作为客观分析对象，检查调研结果如表4所示。

表4 某区域城市基础设施建设二级指标隐患每月出现次数汇总

根据表4中汇总结果进行无量纲化处理，以评价指标d1为例：

依此类推得出标准化处理结果。以管理缺陷为例，有4个二级指标，运用蝴蝶突变模型归一化公式得到

由于各级指标替代性相对较弱，采用非互补原则，即取层级中最小值作为上级指标的突变值，则：Yd=min（xd1，xd2，xd3，xd4）=0.669 4，依次类推，得到结果Ya、Yb、Yc，汇总如表5所示。同理，递归得出一级指标突变级数值ya、yb、yc、yd，最终计算出目标指标突变隶属度值Z，即Z=min（ya，yb，yc，yd）=0.767 0。

表5 某区域城市基础设施建设安全评价结果

2.2 安全状态评价结果

该区域城市基础设施建设安全评价突变隶属度值为0.767 0（0.6，0.8］，安全评价等级为Ⅳ级，即安全性较好，与实际安全状况基本一致。通过分析一级指标如a、c的值分别为0.588 3、0.577 4，可以看出人的不安全行为、环境的不安全因素对安全状态的评价影响较大，特别是管理人员的安全意识及能力、自然环境因素需给予重点关注，完善管控并予以加强。

3 提升安全管理应对

3.1 着重提升人的管理行为

人作为管理和被管理对象，是核心要素并覆盖影响安全工作的全部领域。从工程项目安全管理人员的压力—倦怠—绩效出发，提出加强压力管理、合理安排工作任务、完善信息发布渠道、建立良好沟通机制、加强安全价值教育，促进安全管理水平提升。坚持以人为本，着重对人的心理的关注引导，联通个体与组织集合信任［7］。设定群体管理目标，通过构建部署—反馈—完善循环机制，创新标杆引领，提升人的参与管理纵向深度。立足岗位、群体、环境多角度分析，差异化制定安全行为动作标准，补强个体缺陷。强化物的保证及安全培训，基于筛选有效物质条件下的风险识别、紧急应对，提升实操能动并辅以行为监督纠正。

3.2 构建多重体系的安全防线

城市基础设施建设涉及专业聚集、建构筑物多、社会接触面广，加之项目建设管理粗放导致风险管控缺位，需要强化建立政府（市场）-企业-项目三重体系安全防线并赋能运行。政府（市场）层面从源头整治提升建设工程市场准入及招投标门槛，特别注重企业及人员有效业绩评定，同时在现有监管体制中融入社会技术力量参与监督。企业层面对组织架构扁平化管理，促进信息指令传达高质高效，避免由于职能重叠造成管理真空，完善制度的设立及跟踪执行。项目层面更加注重管理、技术、经验、实践的结合，规范动作流程，强调风险首见负责，确保安全管理制度切实落地。

3.3 完善安全考核管理体制

城市基础设施行业有着成熟的安全管理制度和规范标准，但在实际操作中执行尺度不一，安全管理工作存在漏洞和形式主义。建全安全生产责任制、安全生产奖惩制，曝光典型，设立安全生产黑名单，建立市场企业淘汰机制，提高企业从管理决策层到执行层的全员责任认识并加大责任风险考核。层层分解安全管理目标，签订风险激励责任书，利用经济激励机制实行连带责任，做到责权利相统一。

3.4 营造安全氛围，完善应急应对

加强企业安全文化建设，营造有效安全氛围，凝聚安全意识形态。在建设实施过程中，挖掘提炼安全价值理念，强化思想认识，多途径、多种类、多方式宣贯，打造安全的氛围环境，发挥安全文化导向性作用。在风险识别和风险分级的基础上模拟风险发展，建立完善分级应急响应程序，完备资源配置并专时专用。注重平时的应急演练，防止走过场，明确各岗位、各人员的角色分工、动作指令、外协内控等。运用PDCA循环发现应急应对策略中的措施短板，谋划针对性的矫正举措，不断完善应急应对。

4 结语

本文结合突变理论的基本原理，构建安全状态评价指标体系。以某区域城市基础设施建设安全为例，通过对安全状态的评价研究，发掘安全薄弱环节，提出应对改进，为基础设施建设的安全管理提供参考。同时，基础设施建设安全状态评价指标受多重不确定因素影响，不同的区域、管理模式、涉及范围等差异较大，评价体系的优化还需进一步深入。