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基于改进ISM-MICMAC建筑工程高处坠落事故致因分析

来源:未知
 

 

摘    要:通过收集我国事故频发省份2016—2020年共320起典型事故案例,选取20项具有代表性的事故影响因素进行分析。本研究利用灰色关联度模型和ISM进行混合建模,相较传统依靠专家评判所得结果较为客观,揭示了各致因因素间的层级关系,表明其在事故中的作用路径;同时利用MICMAC构建驱动力-依赖性坐标图,进一步解析各因素之间相互作用机理。研究发现,建筑工程高处坠落事故致因可划分为7级3阶的递阶结构,其中安全管理因素是最根本的深层因素,设备、环境因素是最关键的中间因素,人的影响是最确定的直接因素,同时安全教育、现场安全监管等驱动力因素的率先解决也有助于减少高处坠落事故发生,提高施工安全。
 
关键词:安全系统学;高处坠落事故; ISM模型; MICMAC;施工安全管理;
 
Cause Analysis of Falling Accidents in Construction Engineering Based on Improved ISM-
MICMAC
XUE Xiao-jie XIN Cong-cong
XU Dong-ping Liu Tian-si
School of Civil Architecture and Engineering, Xi'an University of Technology
 
Abstract:
To effectively prevent and control falling accidents in construction projects, it is very important for construction project risk management to accurately identify the main causes of risks and analyze their mechanism. After collecting 320 typical accident cases from 2016 to 2020 in China's accident prone provinces, this paper selects 20 representative accident influencing factors for analysis. In this study, grey relational model and interpretive structure model are mixed. Compared with the traditional independent evaluation model, this method reduces the deviation caused by experts' different perceptions of the same event, and enhances the objectivity of the evaluation results. Moreover, it also makes the cause system of falling from height in construction engineering present a relatively reasonable hierarchical structure. Taking the correlation matrix between risk factors as the basis of ISM analysis, and using ISM to reveal the hierarchical relationship among the causes, a hierarchical structure chart is constructed to show the action path of risk factors in accidents. Moreover, the driving force dependence coordinate graph is constructed by using MICMAC to further analyze the interaction mechanism between various factors. It is found that the causes are distributed in the spontaneous, independent and dependent quadrants, and there are no factors in the linkage quadrant, which indicates that the causal factors are controllable. The research shows that the causes of falling accidents in construction projects can be divided into 7 grades and 3 levels of hierarchical structure, in which safety management is the most fundamental deep factor, equipment and environment are the most critical intermediate factors, and human influence is the most definite direct factor. In addition, safety education, on-site safety supervision and other factors in the independent quadrant are less affected by other factors, but have a greater impact on other factors. Therefore, identifying such factors and taking the lead in solving them will help to reduce the occurrence of falling accidents from height, so as to improve construction safety.
 
Keyword:
safety systematics; falling accident; ISM model; MICMAC; construction safety management;
 
0 引言
建筑业作为推动我国经济社会快速发展的支柱性产业之一,由于其自身属于劳动密集型产业,不安全因素较多,施工过程中会造成许多安全生产事故,其中高处坠落事故尤为突出。根据中华人民共和国住房和城乡建设部官网公布的关于房屋市政工程生产安全事故情况的文件可知[1],2015年—2019年高处坠落事故起数占全年总事故数分别为53.17%、52.52%、47.83%、52.2%、53.67%,作为施工安全 “五害之首”的高处坠落事故历年均占当年事故数的一半以上,而且近几年出现增长趋势。相较于其他类型的事故,高处坠落事故发生频率及导致的人员伤亡和财产损失更是居高不下,所以如何通过科学管控降低该类事故的发生是建筑事故伤亡管理的首要任务。杨少华[2]针对高处坠落事故特征,于1995年首次将事故原因归结于“人-物-管理”三个方面,为后续构建影响因素体系奠定基础。陈大伟等[3]从施工人员行为及企业管理行为出发,对我国建筑安全生产事故统计指标进行了改进和创新。张鸿辉等[4]通过对我国2012—2018年共4100起建筑工程安全事故案例多方面的综合分析,探究了高处坠落事故发生的趋势及规律。仇国芳等[5]抽取了123例典型高处坠落事故的调查报告,建立ISM模型分析致因要素的层级结构关系,挖掘导致事故发生的深层原因。李明柱等[6]将ISM与MIAMAC应用于某一具体施工案例,分析风险因素的相互作用关系,对于建筑施工的风险管理极其重要。薛佳敏等[7]依据相关研究文献摘取了18个共性的风险因素,利用ISM-MICMAC将风险因素划分为直接、核心及深层因素层,进行分层有重点的监管。
 
通过梳理文献资料,国内学者对于高处坠落事故的研究多在造成事故的原因分析上,对于致因因素间相互作用机理的研究有待进一步深入。探究影响高处坠落事故致因因素之间的相互作用关系,判别应优先解决的关键因素,对减少或避免此类事故的发生具有重要的现实意义。本文通过收集整理北京、广东、江苏、四川的县级以上人民政府官网公布的2016—2020年共320起高处坠落事故报告,探究近年来高处坠落事故发生的特点,总结引发高处坠落事故的风险因素,筛选占比较大的致因因素;利用K-均值聚类确定阈值,运用灰色关联度确定各致因因素相对于其他指标的相关系数,形成关联度矩阵,克服了主观判断所带来的误差,进而构建改进的ISM-MICMAC模型,从新的研究思路探究高处坠落事故致因的深层关系。
 
1 构建高处坠落事故致因评价体系
高处坠落事故是一种综合性极强的事故,并不是由单因素造成的,因此选取的评价指标是否客观、可靠、具有综合性,直接影响最终评价结果的可信赖度[8]。通过分析研究大量高处坠落事故的调查报告,对事故致因进行分类统计,初步筛选主要致因因素。查阅相关文献并根据专家意见进一步确定最终致因因素,筛选所占比例较大的 20 项事故致因因素,作为二级指标;依据各因素性质进行归纳整理并分为 4 大类,作为一级指标。建立高处坠落事故风险评价指标体系,如图 1 所示。
 
为充分考虑数据时效性及研究周期性,本文基于建筑工程高处坠落事故特征,通过分析研究我国住房和城乡建设工程建筑安全事故报告,统计了北京、广东、江苏、四川2016-2020年320起典型事故,得出各致因因素的发生频数,如表1所示。
 
2 构建灰色关联系数矩阵
灰色关联分析的基本思想是分析各数据序列图像之间的贴合度,图像越贴近则表示各因素间的相似程度越高[9]。灰色关联分析通过关联度系数可以衡量两个随机因素之间的线性相关程度[10],以比较目标序列与基准序列的相关性大小,获得最优序列。本文利用灰色关联系数矩阵代替传统依靠专家评判打分得到的邻接矩阵,确保结果客观性,其计算步骤如下:
 
步骤1:确定参考数列和比较数列
 
收集相关数据,确定原始评价矩阵X'及参考数列为 X'0=(x'01,x'02,…,x'0n)。
 
X'=⎛⎝⎜⎜x'01⋮x'm1⋯⋮⋯x'0n⋮x'mn⎞⎠⎟⎟(1)
 
步骤2:无量纲化处理
 
本文采用均值法处理各省市高处坠落事故数据。
 
均值法:
 
xik=x'ik1m∑mk=1x'ik(2)
 
初值法:
 
xik= (3)
 
步骤3 :计算绝对差值和关联系数
 
本文将各致因因素发生频数依次作为参考序列,其余因素发生频数作为其比较序列,计算其对应的绝对差值|x0k−xik|,利用式(4)分别对应元素的关联系数。其中ρ为分辨系数,在[0,1]中取值,若ρ越小,表明各因素的关联系数相差较多,越容易区分关联性强弱[11],通常ρ取0.5。
 
ζik=minimink|x0k−xik|+ρmaximaxk|x0k−xik||x0k−xik|+ρmaximaxk|x0k−xik|(4)
 
步骤4:计算关联度
 
将各关联系数列的平均值代替各点的关联数值,使数据表达的信息更加准确可靠,作为下一步研究的基础。其定义式如下:
 
r0i=1m∑mk=1ζik (5)
 
本文以统计的各省市致因因素发生频数依次作为参考序列,其余因素发生频数作为其比较序列,利用公式(1)-(4)依次求出参考序列与其余致因因素之间的相关系数,从而构建关联强度系数矩阵B,如表2所示。可以看出未佩戴或未正确佩戴防护用具(H2)与对现场情况不明(H3)、无证施工(H6)与现场安全防护设施不到位(E2)、现场安全防护设施不到位(E2)与管理人员无相应资质(P7)、人员安全意识淡薄(H1)与未向施工人员提供安全防护用具(P8)、安全教育不到位(P2)与管理人员失职(P9)相关性均大于0.9,表明两两因素间具有很强的关联,主要包括管理行为以及施工过程中施工人员及管理人员导致施工事故的习惯性行为。如因管理人员的失职未对施工人员进行安全教育导致现场安全管理以及安全教育流于形式;管理人员为节约资金,减缩对安全用具的投入,而从业人员安全意识也比较薄弱未争取自身权益,抱有侥幸心理,造成一定的经济损失和人员伤亡。可以看出致因因素间都是相互影响,环环相套,任一环节出错都会造成安全事故发生。
 
3 基于改进的ISM-MICMAC分析研究
解释结构模型(ISM)[12]可以将涉及到多方面且相互关联的因素转化为相对清晰的递阶结构,用来分析复杂系统中不同风险因素间相互作用关系。交叉影响矩阵相乘法(MICMAC)可应用于高处坠落致因系统,依据各致因因素所求得的驱动力值和依赖度值,可分为4个象限类别,即自发象限、依赖象限、联动象限和独立象限[13]。其中,处于独立象限的因素驱动力较高而依赖度较低,其因素受其余要素影响程度较弱,但对其他要素影响较大,故此类因素的识别对于预防高处坠落事故非常重要,是决定事故是否发生的根本原因[14]。
 
传统的ISM模型主要是由行业专家依靠自身对于事件的认知能力以及丰富的工程经验做出比较合理、可信度较高的评判,但由于这种专家评判结果易受人为主观因素的影响,可能会导致评判结果失真,影响层级结构的划分[15]。本文基于灰色关联度改进的ISM模型降低了业内专家对同一事件不同认知所导致的偏差,增强评价结果的客观性,使建筑工程高处坠落致因系统呈现出比较合理的分级递阶结构。本文基于改进的ISM分析各因素内在联系,结合研究对象实际情况提出具有针对性的改进措施[16]。其操作步骤如下:
 
步骤1:构建邻接矩阵A
 
aij={0,bij<λ1,bij>λ,i,j=1,2,…,20(6)
 
利用ISM原理,以表2得到的各致因因素的灰色关联系数矩阵B作为构建邻接矩阵的基础。聚类分析是研究“物以类聚”的一种行之有效的方法[17],通过K-均值聚类选取阈值。基本思路为:将致因因素之间的190个关联系数作为样本点,划分为2个聚类,迭代100次之后得到聚类中心,即阈值。本文使用SPSS软件进行计算,得出阈值分别为0.773、0.560,分别进行试算,发现当阈值为0.773时,构建的解释结构模型更加合理,故取阈值λ=0.773,得到20×20的邻接矩阵。
 
步骤2:计算可达矩阵M
 
依据布尔幂矩阵运算规则:定义I为单位矩阵,当邻接矩阵A满足(A+I)K-1=(A+I)K时停止运算,则可达矩阵M=(A+I)K。利用MATLAB求解,生成可达矩阵M,如表3所示。将可达矩阵M横向加和求出驱动力Di,列项加和求出依赖度Rj。
 
步骤3:绘制 ISM 递阶图
 
依据可达矩阵M,求出可达集R(Pi)、先行集Q(Pi)、交集A(Pi)= R(Pi)∩ Q(Pi),接下来就是层级分解。当R(Pi)∩ Q(Pi)成立时,则 Pi为第1层级因素。然后将 Pi因素从 M中剔除,重复此步骤确定第 2 层级的因素集,直到确定出最底层因素集,最终绘制出致因因素的ISM递阶图。本研究利用MATLAB软件计算,最终将高处坠落事故致因划分为7个层级:L1={H1,H2,H5,E3};L2={H3,P4,P8};L3={H4,H6,P6};L4={M1,M2,E1};L5={E2,P1,P5};L6={P2,P3};L7={P7,P9},构建高处坠落事故致因递阶结构图,如图2所示。
 
依据图3可将7层关键影响因素划分为3大类,分别为:直接因素(L1、L2、L3)、间接因素(L4、L5)及深层因素(L6、L7)。
 
直接因素包含L1、L2、L3三层共10个因素,其中人的不安全行为和物的不安全状态是主要结果因素,据统计96%的事故是由于人的不安全行为造成的,其中特种作业人员未取得特种作业操作证造成操作失误,从而导致的高处坠落事故是占比最大的一类原因。由递阶关系图可以看出未佩戴或未正确佩戴安全防护用具、操作失误、违规作业等都是造成施工人员不安全行为的直接原因,是引发高处坠落事故的直接动作,因此直接因素应是管控事故发生主抓的关键因素。
 
间接因素包含L4、L5两层共6个因素,此类因素间接影响建筑工人的直接行为,从而产生不安全行为。间接因素主要包括作业环境和设备问题,如作业面承载力不足、材料堆放杂乱且无防坠落设施、瓦斯超限且通风不良等,再加上施工人员未按操作章程或复杂混乱的环境使得人员误操作,都是引发安全生产事故的间接原因。如脚手架在多次周转使用后产生严重变形和锈蚀,未及时进行维护保养造成的倒塌事故。因此加强对高空作业环境整治管理以及对高空作业设备做到一用一检,关键部位经常性检修,确保施工安全。
 
深层因素包含L6、L7两层共4个因素。此类因素不易被察觉,常常被忽略,但深层因素的解决会促使直接和间接因素的解决,从而减少安全事故发生。组成深层因素有安全教育不到位、安全技术交底不充分、现场安全监管松懈等,很多时候事故的发生就是管理人员自身安全意识不足,松懈于对施工现场以及工人不安全行为的监管,未及时制止施工现场的违规行为;同时施工人员安全知识储备不足,未充分了解现场作业情况以及所从事施工活动的危险性,仅依靠以往施工经验进行施工,在一定程度上增加了施工安全风险。因此建立健全安全生产监管制度,加强对作业人员安全教育及行为规范,对于保障施工作业的安全,避免高处坠落事故发生有很大的现实意义。
 
步骤4:绘制依赖力与驱动力图
 
如图3所示,依据各因素驱动力Di及依赖度Rj进行MICMAC分析可以看出,高处坠落事故的致因因素主要为自发因素、独立因素和依赖因素三类,联动因素象限内未有影响因素存在。进一步分析可知:
 
自发因素包括:H4违规作业、M1设备未及时维护保养、M2设备可靠性不足、P4未投入足够安全管理资金、P6未配备足够安全管理人员、P8未向施工人员提供安全防护用具,可以看出这类因素具有承先启后的作用,如很多施工单位以及建设单位为了追求经济效益,减少安全资金的投入并轻忽项目安全文化的建设,无视后果随意缩短施工工期导致施工现场的管理产生漏洞或管理混乱,现场安全管理以及安全教育流于形式,导致处于施工一线的建筑工人缺乏足够的安全意识,进一步加剧了现场安全事故的发生。由此可以看出,自发因素应是工程前期需多方充分考虑的必要条件,也是避免发生不安全事故的关键因素。
 
独立因素包括:E2现场安全防护设施不到位、P1安全管理制度不完善、P2安全教育不到位、P3安全技术交底不充分、P5未落实安全生产责任制、P7管理单位无相应资质、P9现场安全监管松懈,如由于现场安全监管不到位,未及时发现安全隐患并采取有效的管控措施,直接会增加高处坠落事故发生的机率。此类因素驱动力较高,是发生高处坠落事故的源头,不易受其他因素牵制,无法通过解决其他因素消除其影响,因此率先解决此类因素更有助于其他因素的解决。
 
联动因素具有较高的不稳定性,不易控制。本研究中联动因素象限内并不包含任何致因因素,说明导致高处坠落的致因因素都处于相对可控的范围。
 
依赖因素包括:H1人员安全意识薄弱、H2未佩戴或未正确佩戴防护用具、H3对现场情况不明、H5操作失误、H6无证施工、E1现场作业环境不良,由图可以看出此类因素具有较高依赖性,安全意识淡薄、防护用具未佩戴、操作失误等依赖于管理者对施工现场进行的有效管理,同时应提高施工人员的安全意识,制定相应管理制度约束施工行为,创建可以安全施工的工作环境。此类因素是导致建筑工人产生不安全行为最直接的原因,可伴随其他因素的解决而得到相应改善。由此,可通过加强对自发因素的控制,提高外部环境的监管力度、完善相应的法律法规有助于减少安全事故的发生。
 
4 结论
通过ISM递阶关系图发现安全监管不到位以及缺乏安全教育位于结构的最底层,属于导致高处坠落事故发生最根本的深层因素,而人的不安全行为和物的不安全状态处于最高层,属于造成不安全事故的直接因素,其他因素在系统中扮演着过渡作用。
 
通过MICMAC得到所归纳的致因因素分布于自发、独立和依赖3个象限,联动象限内不存在因素,说明致因因素均处于可控范围。在防范高处坠落事故的过程中,为有效解决自发因素,项目决策者及施工人员应具有一定的前瞻性,提前预估风险因子并做出相应对策;对于独立因素的解决,需要项目负责人加强工人的安全文明建设,从事故源头去解决,从而减少高处坠落事故发生;而对于依赖因素的解决,需要企业加强自身安全文明建设,创造安全施工的作业环境。
 
综合分析来看高处坠落事故致因主要是由于安全监管工作不到位、安全教育不足、从业人员安全意识淡薄、未佩戴安全防护用具等。在此基础上对于高处坠落事故的发生进行预判,针对性地制定相应的预防对策,从而降低事故发生的可能性,保障施工人员人身安全及企业的经济效益。
 
参考文献
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