基于蒙特卡罗法的建筑工人不安全行为风险评估

田水承，郭 谦，张江江，范彬彬

（1.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054；2.西安科技大学 安全与应急管理研究所，陕西 西安 710054）

0 引 言

建筑业为安全事故高发行业［1］，安全生产形势十分严峻［2］。相关数据显示，2021年中国房屋市政工程发生各类安全事故734起，840人死亡［3］。同时，施工过程中人的不安全行为造成建筑安全事故所占比高达80%［4］。因此，评估并量化建筑工人在施工过程中的各类不安全行为对事故发生产生的影响程度，可为有针对性的管控施工人员不安全行为，减少事故发生提供理论依据。

目前，国内外学者采用多种评估方法对不安全行为影响因素进行评估。JAHANGIRI等将安全检查表与模糊推理系统（ANFIS）相结合，评估施工现场脚手架坠落的风险，结果表明有效使用个人防护设备是减少坠落风险的重要因素［5］。PATEL等基于人工神经网络建立建筑施工单位员工的安全工作行为预测模型，根据敏感度分析结果发现，监督环境对工人的安全行为影响最大［6］。GOH等基于理性行动理论，采用机器学习的方法评估建筑工人不同认知因素对安全行为的影响程度，根据评估结果排序，意图和社会规范对工人安全行为影响程度最大［7］。迟鹏德等基于未知测度理论结合改进的层次分析法和熵权法，分析矿工的不安全行为及其风险程度。结果发现工作氛围与作业强度时对矿工不安全行为影响较大的因素［8］。宣越等基于“2-4”模型理论和贝叶斯网络模型计算对员工不安全行为影响的因素权重，并根据模型分析结果得出对员工不安全行为影响最大的5条路径［9］。谢长震等结合鱼刺图和网络层次分析法构建了包括矿工个体因素在内的5个方面的不安全行为影响因素指标体系，根据权重排序结果发现个体因素是影响员工不安全行为最重要的指标因素［10］。郑侨宏选用熵值法和集对分析法构建评估模型，对矿工的不安全行为风险进行评估，根据风险排序，安全文化缺失风险行为的发生影响较大［11］。戴娜娜等通过调查问卷和结构方程模型研究化工建筑工人不安全行为的影响因素，根据显著性排序，安全技能对工人的行为风险影响程度最大［12］。常乐等采用层次分析法和ABC分析法构建建筑工人不安全行为影响因素指标体系，结果发现，违反劳动纪律、劳动防护用品未正确使用等4项不安全行为主要因素［13］。张孟春为评估脚手架工人2项常见的风险行为—不使用安全带和高空抛扔物体，基于问卷调查确定风险行为的评估值，使用方差分析和t检验2种统计学方法检验年龄和经验对风险认知的差异性［14］。

通过阅读文献，发现目前国内外学者大多评估各个不安全行为影响因素对不安全行为的影响程度，且这些研究方法易受评价人主观因素影响，不确定性较强。而关于从个体角度探究不安全行为导致后果的严重程度鲜少见到。鉴于此，选用蒙特卡罗法，定量描述风险行为后果值，并采用概率分布的形式，有效克服传统风险评估中每个风险因素的不确定性问题［15-16］。通过统计分析2017—2019年建筑施工行业4类高频事故：高处坠落、坍塌、物体打击、起重伤害；基于蒙特卡罗法建立建筑工人的不安全行为风险评估模型；根据不安全行为发生的概率和事故发生造成的损失量化不安全行为后果值；运用软件模拟不同事故类型的行为风险值，进而对模拟结果进行敏感度及不确定性分析，从而为管控工人不安全行为，减少事故发生提供理论依据。

1 建筑施工不安全行为分析

1.1 不安全行为分类

根据《企业职工事故伤亡分类标准》GB6441—1986可知，不安全行为可造成事故损失的人为错误，并将不安全行为划分为13类［17-18］。建筑施工中的不安全行为分类，见表1。

表1 不安全行为分类Table 1 Classification of unsafe behaviors

1.2 不安全行为风险程度的描述

参照最新《生产安全事故报告和调查处理条例》、建筑安全生产现状等［19-20］，将不同类型事故可能引起的损失按严重程度进行分级划分，并按等级量化分值，见表2。

表2 事故损失描述与量化分值Table 2 Accident loss grade and classification standard

2 行为风险评估模型的建立

2.1 基本流程

选用蒙特卡罗法构建建筑施工中不安全行为风险评估模型流程，如图1所示。

图1 行为风险评估模型Fig.1 Assessment model of behavioral risk

2.2 构造功能函数

采用行为风险后果值量化事故行为风险的大小。事故的发生是多种不安全行为同时作用的结果，故建立功能函数［21-22］，见式（1）。

式中 R为行为风险后果值；Pi为第i个不安全行为发生的概率；Si为第i个不安全行为引发事故后所造成的损失；n为不安全行为的个数。

2.3 确定行为风险因素的概率分布

每类不安全行为发生的概率分布可以根据建筑事故中该类不安全行为引发事故的概率确定，数据主要来源于《房屋市政工程生产安全事故情况通报》。据统计，2017—2019年建筑施工行业发生安全事故2 199起，其中，高处坠落（因在高处施工作业发生坠落）［23］、物体打击（在力的作用下运动的物体打击人所造成的伤害，不包括其他事故造成的伤害）［24］、起重伤害（从事起重作业时所引发的事故）［25］、坍塌（因不合理施工导致物体倒塌而造成的伤害）［26］占比较高，分别为：51.34%，14.41%，7.69%，9.28%。文中共统计500起建筑安全生产事故，分别按照各类事故占比选取事故数，对所统计事故依据事故调查报告中对每起事故原因的分析，确定各类不安全行为频数，由此可得各类不安全行为发生概率。此外，由表1可得各高频事故损失量化值，由此确定每类不安全行为造成事故损失的概率分布。通过Crystal Ball 11.1对事故损失量化值进行拟合优度检验，可得事故损失概率大体是服从正态分布，统计结果见表3。

3 结果与讨论

3.1 行为风险结果分析

选用Crystal Ball 11.1软件模拟时，将表3建筑事故中不安全行为风险因素概率分布设置为模拟数据，将各类不安全行为发生的概率值和事故损失量化值，分别设置为相应的正态分布假设单元格，结合式（1）计算出不安全行为风险后果值并设置为预测单元格。设置模拟次数：1 000次，置信度：95%，运行可得各事故的行为风险累计概率分布和行为风险后果值分布，如图2，图3所示。

表3 建筑事故中不安全行为风险因素概率分布Table 3 Probability distribution of risk factors of unsafe behaviors in construction accidents

图2 建筑高频事故行为风险累积概率分布Fig.2 Cumulative probability distribution of the risk of building high-frequency accident behaviors

由图3可得4类高频事故：物体打击、坍塌、起重伤害、高处坠落风险均值依次为6.17，7.10，8.99，4.91。结合事故风险均值以及累计概率分布情况可知：4类建筑事故中的建筑工人的行为风险具有明显差异，其风险严重程度由大到小分别为起重伤害、坍塌、物体打击、高处坠落。

图3 建筑高频事故行为风险后果值分布Fig.3 Distribution of risk consequence values of building high frequency accident behaviors

3.2 敏感度及不确定性分析

事故发生可能是多种不安全行为同时作用的结果，而行为风险值不能反应某类不安全行为对事故的影响程度。因此，通过分析通过Crystal Ball 11.1软件模拟获得的各类不安全行为敏感度，确定其对风险值的影响程度。

高处坠落事故中，A类不安全行为的敏感度为44.6%。具体表现形式为：在工人高处作业时，外脚手架未挂设安全网以及多人拥挤乘坐施工电梯等。J类不安全行为的敏感度为34.5%，具体表现形式为：未佩戴好安全防护措施进行高处作业等。

坍塌事故中，A类不安全行为的敏感度为29.2%。具体表现形式为：建筑工人违反建筑拆除规范，导致墙体坍塌，在未采取有效支护、放坡等安全措施前提下挖掘沟槽。B类不安全行为的敏感度为40.9%，具体表现形式为：私自拆除墙体支撑，导致墙体稳定性破坏坍塌等。

物体打击事故中，C类不安全行为的敏感度为28.8%。具体表现形式为：长期使用的设备未进行维修、更换以及截断机无防护罩便开始作业等。F类不安全行为的敏感度为31.5%，具体表现形式为：在机械旋转半径内随意行走以及在模架拆除区域工作等。

起重伤害事故中，A类不安全行为的敏感度为60.0%。具体表现形式为：塔吊作业人员顶升前未做好塔吊配平等准备工作，安排无天车工操作证人员从事起吊作业。C类不安全行为的敏感度为25.8%。具体表现形式为：在钢丝绳有安全隐患情况下未及时更换，吊钩滑轮组未设置有效的钢丝绳防脱槽装置等。

由上述敏感度分析结果可得，J，B，F，A这4种不安全行为敏感度值都在30%以上，对4类建筑事故的安全行为风险值影响较大。

各类高频事故不安全行为种类数参考《房屋市政工程生产安全事故情况通报》，依据此统计获得建筑事故中不安全行为风险因素概率分布，但只统计数量有限，故后续研究可扩大样本数量，获得更精确的样本参数。

3.3 主要安全措施及建议

根据敏感度分析结果和各类不安全行为在事故中的表现形式，提出建议措施。

1）高处坠落事故：重点加强对A和J类不安全行为的监管。①在工人高处作业时，对于各项防护措施的搭建必须符合安全规定，佩戴好个人的安全防护设备，安排专人定时进行巡查。②加强对工人安全操作技能的培训。

2）坍塌事故：重点加强对A和B类不安全行为的监管。加强对建筑工人在建筑拆除过程中的监管，禁止个人未经许可私自进行拆除作业。在拆除前：①必须编制专项拆除施工方案，并且经专家审查合格后才可执行。②施工前，做好安全技术交底等工作，并按照专项施工方案施工。

3）物体打击事故：重点加强对C和F类不安全行为的监管。①定期对操作设备进行，并及时填写维修记录。②操作过程严格按照相关规定，在有安全风险的部位，加设有效的安全防护装置。

4）起重伤害事故：重点加强对A和C类不安全行为的监管。①分工种对作业人员进行有效的安全培训。②定期检查各安全设备使用情况，及时消除隐患。

4 结 论

1）参考相关文献，通过统计近3年来4类高频建筑事故起数和不安全行为数量；基于蒙特卡罗法构建行为风险评估模型，获得建筑事故中不安全行为风险因素概率分布；依据此运用软件模拟得：建筑高频事故行为风险累积概率分布与建筑高频事故行为风险后果值分布。

2）结合建筑高频事故行为风险累积概率分布和建筑高频事故行为风险后果值分布，对4类事故的行为风险结果进行分析发现，起重伤害事故行为风险值最大，其次是坍塌事故、物体打击事故、高处坠落事故行为风险值最小。

3）由敏感度分析结果可知：在4类建筑事故工人不安全行为中，忽视使用个人防护用品用具（J）、造成安全装置失效（B）、冒险进入危险场所（F）、“操作错误，忽视安全，忽视警告（A）”这4种不安全行为敏感度值都在50%以上，对4类建筑事故的行为风险值影响较大。因此，参建方应参考以上数据，加强安全生产管控，有效降低建筑行业事故发生率。