基于系统动力学的建筑施工落物伤害人因分析

夏志海工程师 付国荣 寇俊辉

(1.长江水利委员会河湖保护与建设运行安全中心，湖北 武汉 430000；2.烟台厚仁安全技术服务有限公司，山东 烟台 265599；3.中国地质大学(武汉) 工程学院，湖北 武汉 430074)

0 引言

在建筑施工过程中高空作业是最常见和最危险的环节。根据2019年建筑业生产安全事故统计分析，高处坠落和物体打击排在事故数量前2位[1]。多数情况下，建筑施工安全事故是由施工作业过程中人的不安全行为、设备不安全状态以及管理缺陷引起的。随着技术进步和管理理念的提升，施工设备的安全性和安全管理模式不断优化，对减少事故的发生起到一定作用。但人的因素对建筑施工落物伤害有重要影响，通过人因分析减少建筑工人的不安全行为，对保障建筑工人的生命安全与施工作业的正常运行十分重要。

国外学者对建筑施工事故人因分析开展诸多研究，如JACKSON等[2]从人的行为造成的危害开始研究，认为失误是由错误或不恰当的反应刺激导致，提出人为错误事故模型；GARRETT等[3]通过对人为错误意识培训(Human Error Awareness Training， HEAT)和人为因素分析分类系统(Human Factor Analysis Classification System， HFACS)进行分析，发现人为错误对建筑施工安全影响较大，应予以重视。近几年，国内学者逐渐开始重视工人人为因素在施工事故原因分析和风险防范中的作用，如夏润禾等[4]采用前因—行为—结果分析法，针对地铁施工工人的不安全行为构建不安全行为风险管理模型；杨彦等[5]提出装配式建筑人为因素分析与分类系统，分析各类人为因素对建筑施工安全的影响程度，并提出相关措施建议。

目前国内对于高空落物伤害的研究主要集中在对易坠落物的管理和风险防范上，真正着眼于行为心理角度分析人因影响探讨落物相关的研究很少[6]。分析建筑施工作业中的人因因素，建立落物伤害人因影响系统动力学(System Dynamics，SD)模型，研究建筑工人生理、心理、作业环境等因素对施工落物伤害的影响，并提出预防和控制措施。

1 落物伤害人因影响模型构建

1.1 内在影响因素分析

根据建筑施工特点，构建建筑施工落物伤害人因内在影响因素子系统，包括基本情况、生理因素、心理因素[7]，见表1。

表1 人因内在因素子系统

为描述生理、心理等影响因素与个人安全行为之间的因果关系，运用SD模拟软件Vensim7.3绘制落物伤害人因内在影响因素因果关系图，如图1。图1中因果回路显示生理因素、心理因素的提升与个人安全行为的提升正相关，个人安全行为对心理动力因素和心理特征因素是正反馈，同时心理动力因素与心理特征因素也是心理因素的正反馈。

注：+表示正反馈

1.2 外在影响因素分析

建筑施工落物伤害人因外在影响因素子系统，见表2。

表2 人因外在因素子系统

为描述管理、环境等影响因素与个人安全行为之间的因果关系，运用SD模拟软件Vensim7.3绘制落物伤害不安全行为外在因素因果关系图，如图2。图2中因果回路显示作业环境因素对个人安全行为是正反馈，个人安全行为对安全教育和组织体系也是正反馈。

图2 落物伤害不安全行为外在因素因果关系图

1.3 落物伤害人因影响SD模型的构建

综合考虑建筑施工落物伤害人因的内外影响因素，绘制落物伤害人因影响的因果关系图，如图3。

图3 落物伤害人因影响因果关系图

建筑施工落物伤害人因内在影响因素子系统和人因外在因素行为子系统之间相互连接、相互作用，构建整个的SD模型，使2个子系统构成一个完整、动态的相关模型。构建模型的变量集，见表3。

表3 落物伤害不安全行为SD模型变量集

模型变量确定后，根据SD理论构建落物伤害人因SD模型，如图4。

图4 建筑施工落物伤害人因影响SD模型流程图

2 SD模型落物伤害人因分析工程应用

2.1 调查问卷设计

选取武汉市某施工企业某项目部现场作业人员作为调查对象。《建筑施工落物伤害人因分析调查问卷》由人员基本情况、引导语、问题等部分构成，包含被调查者基本情况、生理条目、心理条目、作业环境条目、安全管理条目、安全教育条目等。通过对落物伤害人因影响SD模型分析，针对内在影响因素和外在影响因素设置问卷问题，调查问卷具体问题，见表4。对于每一个条目问题的回复选项，由李克特5级量表组成：1、2、3、4、5分别表示完全符合、符合、比较符合、不符合、完全不符合。

表4 建筑施工落物伤害人因分析调查问卷设计

参与问卷调查的有60名现场工人，回收56份，问卷回收率93.35%，在数据录入时去除2份空白无效问卷，问卷有效率为90%，最后对54份有效问卷进行数据整理与分析。

2.2 调查问卷结果描述性分析

为分析落物伤害人因的SD模型各因素在具体工程实例中的影响，运用数据分析软件SPSS25对本次问卷问题进行描述性分析。图5-9展示问卷中建筑工人对施工安全的生理、心理、作业环境、安全管理和安全教育等问题的回复结果分布情况。该结果可作为落物伤害人因SD模型参数定量化的基础，同时也为提出改进建筑施工落物伤害的不安全行为措施提供有效依据。

图5 生理条目调查结果

图6 心理条目调查结果

图7 作业环境条目调查结果

图8 安全管理条目调查结果

图9 安全教育条目调查结果

2.3 模型变量参数定量化

为定量化仿真模型的变量参数，建立不安全行为变量体系，采用变量估计法[8]，确定各变量的影响系数。以调查问卷的权重作为依据，利用权重公式进行运算[9]，得到各变量的影响系数：

(1)

式中：

N1-N5—选择符合程度分别为1-5的人数；

Wi—各因素的权重；

Ii—各因素的影响系数取值；

i— 变量名称。

计算各因素值，见表5。

表5结果显示，生理因素中的辅助变量能力的提高G2的I值最大，表明其对安全水平的提高具有积极作用。另外个人心理因素、教育、管理因素也产生积极作用，恶劣的作业环境会产生负面的影响(I<1)。变量能力的提升G2受到员工个人条件、后期学习、素质提升等影响，企业安全教育培训可以充分协助提高员工的能力，从而提高整体安全水平，减少落物伤害人的不安全行为。

表5 因素取值

2.4 落物伤害人因SD模型模拟分析

对模型进行SD仿真分析，通过对施工企业的研究，一个工程项目的平均施工作业周期一般为3年，将作业周期设置为36个月，模型的时间范围为0～36月，时间步长为1个月。根据建立的人因各影响因素因果关系图、建筑施工落物伤害人因影响SD模型流程图，依次输入模型参数，运用SD模拟软件Vensim7.3进行仿真模拟，表函数采用阶梯函数(STEP Function)模拟结果，如图10。

图10 整体安全水平趋势图

建筑工人安全水平趋势整体上升，前3个月，上升迅速，与项目施工初期施工单位大力开展安全教育、安全培训有关。随着项目的逐渐开展，工人工作逐渐熟练，安全教育培训等手段对行文安全水平的提升效果逐渐放缓，安全水平的提升也逐渐趋于平缓，这也受到工人自身水平的限制，最后趋于较高的水平。模拟结果表明：工人能力的提升可以促进施工项目安全水平的提升，减少落物伤害的可能性，建筑施工单位应当重视对工人的各类安全教育和培训，而且随着时间推移，能力提升对安全水平的提高效果速度放缓，对工人教育培训应当长期投入。

3 落物伤害人因安全控制措施

个人能力的提升、自身积极的心理状态对于行为安全有提升作用，恶劣的作业环境会使工人的不安全行为增加，企业的教育和管理水平可以显著提高企业的施工安全水平。为减少落物伤害不安全行为，提出落物伤害的控制预防措施如下：

(1)提升工人素质，优化工人选择及岗位匹配。加强岗位技能培训，提高工人的技能和操作水平，根据工人的性格、情绪等特点，安排适合的岗位，优化劳动组合提高效率，减少不安全行为的产生。

(2)改善作业环境，减少工人在恶劣天气的工作时间，不能为赶工期而忽视安全。施工现场应区分好施工区域和生活区域，在危险区域设置警示标语，高处作业区域平台上放置的物资材料要设围栏板，优化环境设计，保证建筑工人可以安全高效地完成施工任务。

(3)强化企业管理，开展安全文化建设，可以使企业各层级都具有良好的态度和行为规范。

4 结论

本文以武汉某建筑施工项目为研究对象，通过模拟落物伤害人因影响因素对安全水平的影响，发现工人能力的提高对安全水平的提升效果显著，有利于降低落物事故发生的可能性。最后从建筑工人素质的提升、作业环境的改善、企业管理的强化3个方面提出企业减少落物伤害事故的改进措施。