基于事故成因的房屋建筑施工风险耦合评价方法

李 欣高级工程师 石军胜高级工程师 曹东强 成连华教授

(1.中国二十冶集团有限公司，上海 201999；2.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054)

0 引言

尽管我国建筑工程设计、建造技术和装备有了显著提升，但由于施工现场的复杂性和动态性[1-2]，加之安全管理不善，房屋建筑施工事故时有发生。据统计，近年来我国房屋市政工程领域事故居高不下[3]，而房屋建筑施工事故在房屋市政工程占比较大[4]。研究表明，房屋建筑施工过程中涉及的风险因素种类繁多，多因素在耦合关联作用下诱发事故[5]。因此，如何在风险决策中明晰房屋建筑施工系统风险耦合演化机理，提出耦合风险量化评估方法是一个亟待解决的科学问题。

国内外学者关于施工安全风险评价方面的研究已取得一定进展。在单因素风险评价方面，诸多研究通过运用多属性决策法[6]、概率统计法[7]、粗糙集理论[8]、层次分析法[9]等评估施工安全风险。房屋建筑施工安全系统是一个复杂系统，系统内多个风险因素的复杂交互作用，单因素风险评估无法综合考虑风险耦合过程风险放大作用，难以获得更为准确的评估结果。近年来，多因素耦合风险评价逐渐成为学者们研究的热点，如贝叶斯网络[10]、复杂网络理论[11]、相互作用矩阵[12]、N-K模型[13]等方法被用来评估工程耦合风险。以往研究针对施工风险定量化表述做出大量研究，但未针对风险评价对象差异和应用阶段展开分类评价，存在复杂程度高、计算量大、可操作性差等问题，未能适应风险评价方法实际应用状况。

因此，系统分析事故成因和风险构成要素，参考传统方法的基础上，考虑风险因素的耦合效应，提出一种基于事故成因的房屋建筑施工风险耦合评价方法，使风险评价结果更贴近工程项目实际，以期为风险评价提供新思路。

1 房屋建筑施工风险耦合成因机理

1.1 数据样本来源与整理

收集2015-2020年全国各地市应急管理局和住建局(不含港澳台)发布的涉及房屋建筑工程范围的事故调查报告，共得到986份事故调查报告。构建房屋建筑施工事故案例库，包含一般事故909起、较大事故72起、重大事故5起，收集的事故案例仅涉及房屋建筑工程范围。通过分析事故调查报告中事故基本情况、发生经过、事故原因和事故责任人处置等具体信息，得出基础管理因素发生概率，为事故特征统计提供有力的数据支撑。经统计,案例库中事故类型主要包含高处坠落、物体打击、坍塌、起重伤害，占案例库中房屋建筑施工事故总数近88%，这与住建部发布的统计数据一致，说明收集案例具有较强的代表性。

1.2 风险耦合成因机理

借鉴物理学中的触发器原理分析风险耦合导致事故形成机理，将房屋建筑施工项目视为由一个“人、机、料、法、环”等要素相互作用、相互影响的一个开放系统[14]，施工作业条件涵盖设施结构、施工工艺、施工材料、机械设备、作业环境、自然环境、安全措施等。房屋建筑施工事故则是由不同的风险因素耦合后，按照风险耦合过程，诱发建设施工项目原有系统中的隐性问题，突破风险阈值，破坏系统原有稳定的运行状态，导致险兆事件或事故的发生。风险因素耦合效应会影响其作用对象的发生概率，此概率可分为2部分：各因素自身条件概率的叠加增量；由耦合效应带来的风险溢出结果产生的额外变化量[5]。即对相同的风险因素，其耦合效应强弱会随作业特性的不同存在差异。因此，根据耦合效应的强弱程度将耦合状态分为弱耦合、中耦合、强耦合和极强耦合，耦合因素数量越多，风险因素之间相对发生耦合的概率越高，产生的耦合风险性越大，诱发事故的可能性越大[15]。房屋建筑施工风险耦合成因机理，如图1。

图1 房屋建筑施工风险耦合成因机理

(1)弱耦合。弱耦合是施工作业条件中存在一个风险因素，在管理疏漏情况下，该风险因素及其关联的其他因素可能导致的极端结果和人员自身危险性中或低的耦合，其耦合概率低，引发事故发生可能性小。

(2)中耦合。中耦合是施工作业条件中存在一个风险因素，在管理疏漏情况下，该风险因素及其关联的其他因素可能导致的极端结果和人员自身危险性高的耦合，或存在2个或2个以上风险因素，在管理疏漏情况下，此类风险因素及其关联的其他因素可能导致的极端结果和人员自身危险性中的耦合，其耦合概率较高，引发事故发生的可能性较大。

(3)强耦合。强耦合是施工作业条件存在2个或2个以上风险因素，在管理疏漏情况下，此类风险因素及其关联的其他因素可能导致的极端结果和人员自身危险性中的耦合，其耦合概率高，引发事故发生的可能性大。

(4)极强耦合。极强耦合是施工作业条件存在2个或2个以上风险因素，在管理疏漏情况下，此类风险因素及其关联的其他因素可能导致的极端结果和人员自身危险性高的耦合，其耦合概率极高，引发事故发生的可能性极大。

2 房屋建筑施工风险耦合评估框架

2.1 风险评估流程

基于大量房屋建筑施工事故案例，分析事故发生要素和风险类别，考虑设施结构、施工工艺、施工材料、机械设备、作业环境、自然环境、安全措施等因素的单事件风险，引入耦合概率和人的自身危险性，提出一种基于事故成因的房屋建筑施工风险耦合评价方法。根据《上海市企业安全风险分级管控实施指南》[16]，在开工前预判风险因素和施工过程中进行评价。基于此，将风险评价方法分为固有风险评价和动态风险评价2种，其中动态风险是基于固有风险并考虑人的因素和风险耦合概率等所提出，包含基础管理动态定量风险评价和施工过程定量风险评价2个部分。本研究针对有无作用因素区分固有风险和动态风险，其中，作用因素是指安全措施和人员自身危险性。评价结果需结合项目可接受风险实际状况，确定每一项风险因素对应的风险等级，借鉴风险矩阵法的评价方式进行风险等级的判定。风险评价流程，如图2。特别指出，评价过程中有直接判定的状况，优先根据直接判定所包含的内容进行判定，再使用风险评价法进行评价。

图2 风险评价流程

2.2 风险等级判定准则

结合施工现场安全管理实际，风险等级判定准则，见表1。房屋建筑施工安全风险等级从高到低划分为4级：重大风险、较大风险、一般风险、低风险，分别用红、橙、黄、蓝4种危险色度表示。

表1 风险等级判定准则

为了有效管控风险，防止风险评估时某些重大风险发生轻判、漏判。结合施工现场安全管理状况和相关工程技术人员意见，针对少数固有危险性高的风险因素进行提级管理，涉及以下情况直接判定为重大风险。

(1)涉及《房屋市政工程生产安全重大事故隐患判定标准》中的相关内容。

(2)违反建筑施工工序，私自压缩工期且未采取保证安全施工具体措施的行为。

(3)曾发生过死亡、重大财产损失或重伤、3次及3次以上轻伤、一般财产损失事故，且发生事故的条件依然存在的。

(4)存在引发中毒、爆炸风险的施工作业行为。

3 房屋建筑施工风险耦合评价方法

3.1 基础管理动态风险定量评价

分析事故致因理论发现，基础管理风险因素不直接释放能量，是导致事故的间接原因。从事故成因角度来看，基础管理因素对其他各类因素发生作用。因此，基础管理风险评价方式应区别与传统的风险评价方法，采用独立的评价方法。安全检查过程中发现合格资料的数目占比影响其评分值，故基础管理动态风险评价需考虑基础管理因素异常比例系数，结合风险矩阵，提出计算公式如下：

R1=P×A×I

(1)

式中：

R1—基础管理动态风险值；

P—基础管理因素引发事故概率；

A—基础管理因素异常比例系数；

I—基础管理因素异常状态可能引发事故后果严重程度。

(1)基础管理因素引发事故概率评价标准。基础管理因素引发事故概率P指基础管理因素在历史事故原因中的占比。依据基础管理因素对事故发生的内在影响从不可能到频繁发生，将基础管理因素概率分为低、中、高、极高4个等级。基础管理因素引发事故概率越高，产生的风险性越大。统计事故基础管理因素发生频次并归类，基础管理因素引发事故概率评价标准，见表2。

表2 引发事故概率评价标准

(2)基础管理因素异常比例系数评价标准。基础管理因素异常比例系数A指检查过程发现同类基础管理因素中异常因素的占比。基础管理因素异常比例系数越大，风险性越大，基础管理因素异常比例系数评价标准，见表3。

表3 异常比例系数评价标准

(3)基础管理因素后果严重程度评价标准。基础管理因素异常状态可能引发事故后果严重程度I指异常基础管理因素可能引发事故损失的大小。通过分析2015-2020年期间发生的各类事故原因，研判各类基础管理因素对不同级别事故的影响程度，结合危大工程界定构成条件，确定基础管理因素异常状态可能引发事故后果严重程度评价标准，见表4。

表4 后果严重程度评价标准

基于施工安全管理状况和历史案例的统计数据，并咨询相关专家意见，确定基础管理动态风险值判定风险等级，按照基础管理动态风险定量评价等级进行判定，见表5。

表5 基础管理动态风险定量评价等级判定

3.2 施工过程定量风险评价

施工过程中存在多个风险因素耦合作用，参考传统风险评价方法，需增加风险因素间的耦合概率和人员自身危险性，评估其动态风险。施工过程定量风险判定用下式表示：

R2=W×H×C×S

(2)

式中：

R2—施工过程定量风险值；

W—施工条件风险可能性；

H—人员自身危险性；

C—耦合概率；

S—施工条件异常状态可能引发事故后果严重程度。

(1)施工条件风险可能性评价标准。施工条件风险可能性W指施工人员在不同施工环境，采用不同施工工艺、施工材料，使用或接触不同的机械设备等进行施工作业过程，造成事故发生的可能性存在差异。作业条件状态越差，事故发生的可能性越大；若作业条件状态良好，事故发生的可能性较小。咨询现场工程技术人员，确定施工条件风险可能性评价标准，见表6。

表6 施工条件风险可能性评价标准

(2)人员自身危险性评价标准。人员自身危险性H指作业人员处于不同身体状况、精神状态、作业行为规范性的情况下，造成事故发生的可能性存在差异。人员自身危险性在不同状态下差异较大，造成事故发生可能性大小影响不一。若人员身体状况良好、精神状态佳、作业行为规范，事故发生的可能性小；反之，事故发生的可能性大。人员自身危险性评价标准，见表7。

表7 人员自身危险性评价标准

(3)耦合概率评价标准。耦合概率C也可称为耦合度，事故发生是人员自身危险性和作业条件(同上)之间多风险因素耦合作用下产生的后果。按照风险耦合理论，风险因素越多，风险因素之间相对发生耦合的概率越高，诱发事故的可能性越大。事故的发生不存在危害有害因素因子耦合的概率为0，必然存在耦合的概率为1。因此，将风险因素发生耦合概率分为低、中、较高、高4个等级，将风险因素耦合概率低作为“打分”参考点，定其分值为1，耦合概率高将其分值规定为6。耦合概率评价标准，见表8。

表8 耦合概率评价标准

(4)施工条件异常状态可能引发事故后果严重程度评价标准。施工条件异常状态可能引发事故后果严重程度S指施工条件异常状态可能引发事故造成人员伤亡或直接财产损失的大小，依据《生产安全事故报告和调查处理条例》划分了后果严重等级。施工条件异常状态可能引发事故后果严重程度评价标准，见表9。

表9 施工条件异常状态可能引发事故后果严重程度评价标准

针对可能出现的所有风险结果进行排列组合，得到所有风险结果的整体累加值。依据《生产安全事故报告和调查处理条例》中关于事故风险等级划分标准，将重伤数量划分基准作为动态风险等级取值范围划分的依据，风险取值采取就近取值的原则，获得风险等级的取值范围，施工过程定量风险等级判定，见表10。

表10 施工过程定量风险等级判定

4 实例分析

4.1 评价方法应用

4.1.1 基础管理动态风险定量风险评价方法应用

以“施工单位未对作业人员进行安全教育培训(12%的安全教育培训记录缺失)”进行评价为例。

经查表2安全教育培训发生概率极高，P赋值为10，12%的安全教育培训记录缺失，异常状态因素占比高；经查表3，A赋值3，产生一般事故；经查表4，I赋值为3。根据公式(1)可得R1=90,查找基础管理动态风险定量风险评价等级判定(见表5)，属于较大风险。

评价结果符合房屋建筑施工中对风险的认知。

4.1.2 施工过程定量风险评价方法应用

以“电梯井口无防护栏杆，作业人员正在进行砌筑作业且无采取任何保护措施”进行评价为例。

电梯井口属于关键部位，电梯井口无防护栏杆，属于关键部位安全措施缺失，经查表6，W取值为6；作业人员正在电梯井口边上进行作业，且未采取任何保护措施，属于人员自身危险性高，经查表7，H取值为6；无采取任何保护措施的条件下，电梯井口无防护和作业人员正在电梯井口边上进行作业，2个风险因素一旦发生耦合，极易造成作业人员坠落电梯井的风险，属于存在一个风险因素，以及在管理疏漏情况下，风险因素可能产生的因果关系中其他危险因素可能发生的极端结果和人员自身危险性高的耦合，经查表8，耦合概率C取值为2，引起的后果是1人高处坠落死亡，经查表9，S取值为3。根据公式(2)可得R2=216，查找风险等级判定表10，属于较大风险。

以上考虑了多因素耦合下的风险作用结果，评价结果更加符合房屋建筑施工中对风险的认知。

4.2 建议

本方法依据性强，计算简便、可操作性强，打分标准易于评价人员判断，一定程度上减少了评价人员的主观不确定性，提升了评价结果的准确性，评价结果更加符合房屋建筑施工中对风险的认知，表明方法具有较强的实用性和适用性。在方法的具体使用中，参照建筑安全生产法规、标准等，如《危险性较大的分部分项工程范围》《超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围》等，区分不同状况下采取风险判定方式，使风险评价结果更贴近工程项目实际。

5 结论

(1)在参考传统施工评价方法的基础上，分析风险因素的固有本质属性和事故成因，充分考虑风险评价对象差异和应用阶段，引入风险因素耦合概率，提出一种基于事故成因的房屋建筑施工风险耦合评价方法。

(2)实例应用结果表明：评价结果更加符合专业经验认知及社会公众预期，能够反映房屋建筑施工现场生产安全状况，表明本方法具有较强的实用性和适用性。

(3)后续研究聚焦于分析更多事故案例，统计违章行为频次、事故频次等作为量化指标，细化评价标准，确定更为合理的风险等级取值范围，并探究各类事故间的耦合叠加效应等。