基于多智能体仿真的建筑施工安全监管模式研究

王兴

（国家东中西区域合作示范区（连云港徐圩新区）建设局，连云港 222065）

0 引言

长期以来，建筑业是我国国民经济的重要支柱产业之一，为国家经济发展贡献了重要力量，同时也解决了大量人员的就业问题，起到了社会稳定和脱贫致富的作用，但建筑业作为传统高危行业之一，在高速发展的同时，建筑施工安全事故也一直居高不下。为进一步降低事故发生率，我国各级政府采取各种措施加强建筑施工安全监管力度，近年来建筑施工安全事故已成下降趋势，整体安全形势有所好转。然而，我国建筑业仍面临安全管理水平不高、从业人员素质参差不齐、安全风险控制不力等问题，全国每年都会发生较大以上安全事故，特别是2023年我国建筑业连续发生2 起重大安全事故。其中，2023年4 月18日，北京长峰医院发生一起重大火灾事故；2023年7 月23日，齐齐哈尔三十四中体育馆发生一起重大坍塌事故。以上重大事故的发生，敲响了建筑业的警钟，也表明政府安全监管存在较多漏洞，有必要进一步加强政府安全监管工作。

为提高政府建筑施工安全监管效能，有关研究人员进行了深入研究。如李绪江[1]对重庆J 区的建设质量安全监管工作进行了深入研究，发现监管工作存在职能定位不合理、监管执行不到位等问题，并针对性地提出了应对措施；王莉[2]认为建筑施工安全监管存在监管方式不适应、监管过程不完善等方面问题，并提出了具体的应对措施；金恩[3]通过研究温州市建筑工程施工安全监管工作，认为存在监管方式不科学等方面的问题，并针对性地提出了工作建议；王凯[4]对常州市建筑工程安全政府监管工作研究后，发现存在监管手段传统且单一等问题，并提出了针对性的对策；郭杨[5]以S 市为例，发现存在建筑安全生产监督管理方式、手段相对滞后等问题，并深入分析了问题的原因，提出了具体解决措施；李润[6]对建筑工程安全监督现状进行分析后，认为存在安全监督管理制度存在漏洞等方面的问题，并提出了解决办法；桑子田[7]研究了宜昌市质安站监督管理工作，认为建设工程质量安全管理模式落后，经过成因分析后，提出了针对性措施与建议；徐会军[8]认为建筑工程质量安全监督中政府监督职能未能充分发挥，并提出相应优化监督方法；颜录超[9]对兰州市建筑行业安全监管情况深入研究后，认为在监管体制、监管内容、评估方法等方面存在问题，并提出了具体的对策优化；董烽[10]对Z 县建筑工程安全监管调查研究后，发现存在安全监管手段落后、监管能力不足等问题，并提出了针对性的对策和建议。以上研究表明，当前的建筑施工安全监管力度不足，监管模式效能不高，有必要进一步深入研究。

为了更好地分析政府建筑施工安全监管工作与工程项目之间的动态关系，本文利用美国西北大学开发的多智能体仿真软件Netlogo 6.3.0 版本对工程项目与监管模式进行仿真模拟，模拟工程项目安全风险的动态变化过程，分析不同安全监管模式对工程项目安全风险的影响，以选择出最佳的建筑施工安全监管模式。

1 模型假定

首先，由于每个工程项目的工期不同，政府监管辖区内的项目数量实际是动态变化的，并不是一成不变的，因此模型假定项目数量是随时间变化，且随机有一定的增长或降低。此外，因为发生安全事故的项目毕竟是少数，所以项目数量必须要有一定的规模，以方便模拟。

其次，每个工程项目都有独特性，实际的安全风险也是不同的，参考《建筑施工企业安全生产风险分级管控体系实施指南》（DB37/T 3134-2018）[11]的规定，将项目安全风险分为低风险、一般风险、较大风险、重大风险4 个等级，分别采用绿色、黄色、橙色、红色表示，并将建筑施工安全标准化合格的项目视为低风险项目。同时，为了模拟方便并结合实际情况，每个项目随着时间变化，安全风险等级是逐步增大的。

再次，考虑政府监管效能是不同的，并且往往达不到理想的监管效率。因此，引入“安全监管强度”概念，即每次检查将项目安全风险降低一个等级的能力，数值范围为0-1。

最后，政府安全监管模式根据实际情况，分为双随机检查、定期与专项全面检查、项目分级管控等3 种模式。其中，双随机检查模式，即根据检查频次每次随机检查一定数量的项目；定期与专项全面检查模式，即根据检查频次，定期全面检查所有项目，并随机开展全面专项检查；项目分级管控模式，即根据项目安全风险等级的大小，调整检查频次、安全监管强度，项目安全风险等级越高，检查频次越多，安全监管强度也越大，且优先监管高风险的项目。

2 模型设置

2.1 模型参数设定

为方便数据输入与调整，采用滑块设置“项目数量”、“低风险项目数量”、“安全监管强度”、“项目增长数量”、“双随机检查比例”共5 个参数；采用开关设置“双随机检查”、“定期+专项全面检查”、“项目分级管控”共3 个参数；采用输入框设置“检查频次”。为显示方便，将世界模型的嵌块的最大X 坐标、嵌块的最大Y 坐标调整为22，其余设置保持默认不变。利用监视器绘图显示线性图，同时显示项目总数、低风险项目数量、一般风险项目数量、较大风险项目数量、重大风险项目数量。模型初始设置详见图1，参数设置详见表1。

表1 模式参数明细表

图1 仿真模型初始化设置

2.2 模型运行时间设定

Netlogo 软件的时间为ticks，软件每运行一步，数量自动增加一次，且可以根据实际情况调整运行速度。本模型设置按照每个模型时间代表1 天，并对每个项目随机赋予一个随机工期，最大不超过5年，即1825 天。同时，每天随机增加一定数量的项目，上限不超过“项目增长数量”的设定值，以模拟一个相对稳定增长或者下降的环境。

2.3 智能体规则设定

模型初始设置规则。模型采用智能体（Turtles）模拟项目数量，未对采用嵌块（Patches）进行设置。整体数量为“项目数量”设定值，智能体坐标随机设置，其中低风险项目数量参考辖区安全标准化合格项目比例设置，颜色设为绿色，安全风险等级数值设置为1；剩余项目从黄色、橙色、红色3 种颜色中随机选取，并分别设置安全风险等级数值为2、3、4。所有项目随机赋予一个工期天数，每运行一步工期减少1 天，当工期为零时项目结束，智能体死亡。

项目数量动态变化规则。软件每运行一步，随机生成一定数量的新项目，数量不超过“项目增长数量”设定值，随机赋值工期、安全风险等级，并设置对应的颜色。

项目安全风险等级动态变化规则。软件每运行一步，所有项目的安全风险等级，均有一定概率转变为更高一级安全风险等级。其中，低风险项目每步转换概率为0.1%，一般风险项目每步转换概率为0.2%，较大风险项目每步转换概率为0.4%，重大风险项目不再设置转换概率。

双随机检查模式规则。双随机检查模式启动时，按照设定的检查频次，随机检查一定比例的项目，具体数值为“双随机比例”滑块设定数值。每次检查，被检查项目均有一定概率降低一个安全风险等级，概率上限为“安全监管强度”设定数值。同时，根据项目安全风险等级，设置对应的颜色和安全风险等级数值。

定期与专项全面检查模式规则。定期与专项全面检查模式启动时，按照设定的检查频次，全面检查所有项目。每次检查，被检查项目有一定概率降低一个安全风险等级，概率上限为“安全监管强度”设定数值。同时，根据项目安全风险等级，设置对应的颜色和安全风险等级数值。

项目分级管控模式规则。项目分级管控模式启动时，按照设定的检查频次，分级检查不同安全风险等级的项目，并将一般风险项目、较大风险项目、重大风险项目的检查频次数值，分别设置为低风险项目检查频次数值的、。每次检查，被检查项目有一定概率降低一个安全风险等级，概率上限为“安全监管强度”设定数值。同时，根据项目安全风险等级，设置对应的颜色和安全风险等级数值。

2.4 仿真流程

模型初始化设置。在仿真界面中分别输入“项目数量”“低风险项目数量”“安全监管强度”“项目增长数量”“检查频次”的具体数量，其余“双随机检查”“定期+专项全面检查”“项目分级管控”均设置为“off”，点击“设置”按钮后即完成模型初始化。

双随机检查模式仿真。在模型初始化后，将“双随机检查”设置为“on”，“定期+专项全面检查”“项目分级管控”设置为“off”，并输入“双随机检查比例”，点击“运行”按钮即可以开始双随机检查模式仿真。

定期与专项全面检查模式仿真。在模型初始化后，将“定期+专项全面检查”设置为“on”，“双随机检查”“项目分级管控”设置为“off”，并输入“检查频次”，点击“运行”按钮即可以开始定期与专项全面检查模式仿真。

项目分级管控模式仿真。在模型初始化后，将“项目分级管控”设置为“on”，“双随机检查”“定期+专项全面检查”设置为“off”，并输入“检查频次”，点击“运行”按钮即可以开始项目分级管控模式仿真。

仿真流程图，详见图2。

3 结果分析

3.1 双随机检查模式仿真结果分析

根据双随机检查的实际情况，分别设置“项目数量”为10000，“低风险项目数量”为2000，“安全监管强度”为0.5，“项目增长数量”为25 个/天，“双随机检查比例”为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，“检查频次”为30、60、90、180、360，进行仿真模拟。从仿真的结果看，在“检查频次”不变的情况下，“双随机检查比例”越高，高风险项目数量也越少；在“双随机检查比例”不变的情况下，“检查频次”越低，高风险项目数量也越少，可以看出仿真结果与实际情况基本一致。从输出图表来看，在双随机检查模式下，重大风险项目数量占据第一位，占比相对较高，可以看出双随机检查模式无法有效控制重大风险项目数量。图3 为“双随机检查比例”为0.3、“检查频次”为90、“ticks”为4453 的仿真结果。

图3 双随机检查模式仿真结果

3.2 定期与专项全面检查模式仿真结果分析

根据定期与专项全面检查模式的实际情况，分别设置“项目数量”为10000，“低风险项目数量”为2000，“安全监管强度”为0.5，“项目增长数量”为25 个/天，“检查频次”为30、60、90、180、360，进行仿真模拟。从仿真的结果看，“检查频次”越低，高风险项目数量也越少，即在“安全监管强度”不变的情况，增加监督检查次数，可以有效降低重大风险项目数量，可以看出仿真结果与实际情况基本一致。从输出图表来看，在定期与专项全面检查模式下，重大风险项目数量占据最后一位，但仍然维持一个相对稳定的比例，重大风险项目并没有彻底管控，可以看出定期与专项全面检查模式可以控制高风险项目数量，这也是目前建筑施工安全监管模式中采用最多的一种。同时，也可以直观的反映出目前的建筑安全监管困境，即虽然事故数量、死亡人数能够得到控制，整体趋势也逐年下降，但全国建筑施工安全事故数量仍然偶有发生，事故发生率并没有降到发达国家的水平，人民群众的满意度仍然不高。图4 为“检查频次”为90、“ticks”为4800 的仿真结果。

图4 定期与专项全面检查模式仿真结果

3.3 项目分级管控模式仿真结果分析

根据项目分级管控模式的实际情况，分别设置“项目数量”为10000，“低风险项目数量”为2000，“安全监管强度”为0.5，“项目增长数量”为25 个/天，“检查频次”为30、60、90、180、360，进行仿真模拟。从仿真的结果看，“检查频次”越低，高风险项目数量也越少，即在“安全监管强度”不变的情况，增加监督检查次数，可以有效降低重大风险项目数量，可以看出仿真结果与实际情况基本一致。从输出图表来看，在项目分级管控模式下，重大风险项目数量较少，占比很低，可以看出项目分级管控模式可以有效控制重大风险项目数量，相较于其它监管模式，有了明显提高。图5 为“检查频次”为90、“ticks”为4111 的仿真结果。

图5 项目分级管控模式仿真结果

4 结论与展望

本文采用多主体建模的方式，通过构建建筑施工安全监管模型，分别对双随机检查模式、定期与专项全面检查模式、项目分级管控模式进行了仿真分析。仿真结果表明，双随机检查模式难以有效管控重大风险项目数量，定期与专项全面检查模式可以降低但难以根本管控重大风险项目数量，项目分级管控模式可以有效降低重大风险项目数量。因此，可以考虑在建筑施工安全监管工作中推广应用项目分级管控监管模式，并采取各种措施提高安全监管效率和安全监管强度，以切实提高建筑施工安全监管水平，降低事故发生率，尽快达到发达国家水平。