基于N-K模型的建筑施工安全風險耦合研究

潘和平，凡 穩

（安徽建筑大學經濟與管理學院，合肥230000）

工程建設項目施工處于一個復雜的風險系統中，安全事故一般都受到多個因素相互作用的影響，多個因素的相互耦合作用使得事故發生的概率更加難以確定。

就目前而言，國內外學者對建筑施工安全風險研究成果頗豐，例如，英美等國已逐漸建立完善了一套關于建筑施工安全風險控制的規章制度和指標體系；清華大學盧有杰、盧家儀在其《項目風險管理》一書中提出風險是人們不希望的后果發生的潛在可能性；李紅敏、田杰芳在《業主的風險管理》中提出根據風險的不同特征可以將風險因素劃分為不同的風險類。大量研究成果可以為我國的建筑施工提出建設性意見，但是迄今為止我國關于安全事故產生的起因分析相對比較少，而且很少考慮到各因素間的耦合作用。基于此，本文主要研究導致建筑施工安全事故發生的各因素間的耦合作用，利用N-K模型進行進一步研究。

1 建筑施工安全風險機理分析

本文將建筑施工風險源分為以下四類：人的不安全行為、物的不安全狀態、環境的不安全條件、管理的缺陷。

1.1 人的不安全行為

人是建筑施工過程中最活躍的因素，也是最可能造成事故產生的原因。人的不安全行為主要包括工人的素質較低、身體狀況不好和身體缺陷、技術操作水平低下等。

1.2 物的不安全狀態

建筑施工現場物主要分為機械和材料。在建筑施工現場有大量復雜和龐大的機械需要協同工作，這就對機械的安全性能提出了較高的要求。施工現場的材料種類多，數量大，同樣對物質裝備的要求也比較高。物的不安全狀態主要包括機械老化和故障、材料質量不過關、機械和材料運輸不規范或放置不符合現場要求等。

1.3 環境的不安全條件

建筑施工一般受環境的影響比較大，環境因素一般包括施工地的水文、地質、天氣等自然環境，還包括施工現場的管線、周邊建筑物、道路分布等。環境的不安全條件主要包括天氣惡劣、地質不良、周邊建筑物或道路等分布復雜等。

1.4 管理的缺陷

建筑施工現場必須建立完善的建筑施工安全風險控制規章制度和指標體系，只有遵守規章制度和指標體系才能將施工風險降低，提高安全系數。管理的缺陷主要包括沒有建立完善的規章制度、管理制度未得到落實、安全檢查工作不到位等。

2 N-K模型下的建筑施工風險耦合因素的耦合關系分析

N-K模型是生物學家Kauffman在1993年提出來的，他認為生物有機體是一種由基因組成的復雜系統，后經相關學者的研究論證認為N-K模型適合研究系統內部要素間的相互作用關系，且對系統的整體適應性會產生巨大影響。在此基礎上，本文嘗試將N-K模型與建筑施工風險因素相結合，度量雙因素和多因素間的耦合值大小。在建筑施工系統中，N-K模型包含兩個參數：N是系統構成要素的個數，K是元素之間相互作用關系的多少。在任何一個子系統中，K可能為0，也可能是1，2，…，N-1。

2.1 建筑施工耦合風險分類

本文將建筑施工安全風險耦合分為以下3種：

2.1.1 單因素風險耦合

單因素風險耦合是指上文提到的四類風險源所屬的子因素，各子因素也會相互作用，形成耦合風險。基于此，將人的不安全行為耦合風險、物的不安全狀態耦合風險、環境的不安全條件耦合風險、管理的缺陷耦合風險分別記為T11（a）、T12（b）、T13（c）、T14（d），總耦合值記為T1（圖1）。

圖1 單因素風險耦合機理圖

2.1.2 雙因素風險耦合

雙因素風險耦合是指上文提出的四類風險源兩兩作用發生耦合風險。如“技術操作水平比較低下的工人”遇到“可能出現故障的機械”，這就會加大事故出現的概率，也就是人的不安全行為與物的不安全狀態發生耦合作用，較大概率出現耦合風險。由此可以得出6種耦合情況，即人-物耦合、人-環耦合、人-管耦合、物-環耦合、物-管耦合、環-管耦合，將這六種耦合情況分別記為T21（a,b）、T22（a,c）、T23（a,d）、T24（b,c）、T25（b,d）、T26（c,d），總耦合值記為T2（圖2）。

圖2 雙因素風險耦合機理圖

2.1.3 三因素風險耦合

三因素風險耦合是指上文提出的四類風險源任意三個相互作用發生耦合風險。如技術操作水平比較低下的工人在操作出現故障的機械時，沒有遵照規章制度的要求，這就使得出現事故的概率激增，也即人的不安全行為、物的不安全狀態與管理的缺陷三因素發生耦合作用。三因素風險耦合可以得出4種耦合情況，即人-物-環耦合、人-物-管耦合、人-環-管耦合、物-環-管耦合，分別記為T31（a,b,c）、T32（a,b,d）、T33（a,c,d）、T34（b,c,d）,總耦合值記為T3（圖3）。

圖3 三因素風險耦合機理圖

2.2 確定風險耦合信息交互公式

基于N-K模型的建筑施工安全風險耦合研究是通過計算建筑施工過程中出現的四類風險源的交互信息，進一步度量其耦合產生的新的風險狀態程度。研究證明，耦合次數越多，該種耦合方式出現的概率也就越大；計算得到的耦合值越大，事故發生的概率也就越大。風險耦合信息交互公式如下：

該公式中phijk是指人在第h種狀態下、物在第i種狀態下、環境在第j種狀態下、管理在第k種狀態下，四種因素互相耦合事故發生的概率。T值越大，說明建筑施工過程中風險也就越大。從公式（1）可以看出，T值是對建筑施工過程中風險耦合的量值。

2.3 構建雙因素風險耦合計算公式

在建筑施工過程當中，大部分事故都是由于雙因素或三因素進行局部耦合而造成的。雙因素耦合會出現圖2所示六種情況，這就需要提供雙因素風險耦合計算公式，將六種情況進行量化，可以得到以下六個公式：

公式（2）是人和物相互耦合后的度量值；公式（3）是人和環境相互耦合后的度量值；公式（4）是人和管理相互耦合后的度量值；公式（5）是物和環境相互耦合后的度量值；公式（6）是物和管理相互耦合后的度量值；公式（7）是環境和管理相互耦合后的度量值。

2.4 構建多因素風險耦合計算公式

多因素耦合包括三因素耦合和四因素耦合兩種情況。由圖3提出的風險因素耦合機理圖可知，三因素耦合有四種情況。可提出三因素耦合計算公式如下：

公式（8）是人、物和環境相互耦合后的度量值；公式（9）是人、物和管理相互耦合后的度量值；公式（10）是人、環境和管理相互耦合后的度量值；公式（11）是物、環境和管理相互耦合后的度量值。

3 實證分析

3.1 風險耦合計算

建筑施工事故的風險因素可以總結為人、物、環境和管理四個因素，在事故中，有該因素發揮了作用記為1，沒有該因素發揮作用的記為0。收集總結2006年～2017年我國各地建筑施工事故共108起，根據事故調查報告將108起事故按照單因素耦合、雙因素耦合和多因素耦合導致的次數和概率統計見表1。

根據表1，分別計算單因素、雙因素和多因素耦合導致事故的概率，分別見表2、表3、表4。

表1 2006年～2017年建筑施工安全事故風險耦合次數及頻率

表2 單因素風險導致事故發生頻率

表3 雙因素風險導致事故發生頻率

表4 多因素風險導致事故發生頻率

根據公式（1）～（11）和表1、表2、表3、表4中的數據可得各項風險偶和值如下：

由計算結果可以得到：T4>T32>T33>T34>T31>T23>T26>T25>T22>T21>T24。

3.2 計算結果分析

1）四因素耦合得到的耦合值T4最大，且三因素耦合得到的耦合值都比雙因素耦合得到的耦合值要大，這就說明了耦合因素越多，造成的風險也就越大。

2）在三因素耦合中，人-物-管因素耦合值最大且人-環-管因素耦合值比物-環-管因素耦合值和人-物-環因素耦合值要大，這就說明了人和管理因素相耦合造成的風險是最大的。且在雙因素耦合中，人-管耦合值最大也驗證了這一結論的正確性。

3）在雙因素耦合中，人-管耦合值最大，環-管和物-管耦合緊隨其后，說明管理因素在事故發生中發揮比較大的作用。與2）結合來看，人的因素與管理因素相耦合發生事故的風險值是非常大的，更易導致事故的發生。

4 結論與建議

文章收集分析近十年來我國建筑施工事故發生的原因與頻率，與N-K模型相結合，得出各因素耦合值，對耦合結果進行度量分析，得出比較直觀的數據與結論。在人、物、環、管四大因素中，人的因素與管理因素在事故風險分析中占據了最主要的地位，有這兩個因素相耦合造成的風險值是比其他因素耦合造成的風險值大的。

通過以上結論分析，結合施工現場實際情況，可以提出以下建議：（1）在施工過程中，要盡量控制人的因素與其他因素相耦合。盡量提高施工人員的素質和安全意識，選用一些操作水平較高的技術工，提升整體施工人員的基本素質，同時應加強對施工現場人員的管理和安全教育。（2）制定完善的管理監督制度，加強對施工現場人、材、機的管理，將成熟的管理思想和制度貫徹到施工現場的每個角落。（3）加強對施工現場物的管理，包括材料、機械等。避免物的因素與其他因素相耦合造成風險。（4）對施工地的環境要進行實時監控，出現惡劣天氣、地質不明等狀況時要及時停工，不可存在僥幸心理。施工時必須要對附近道路、橋梁、地下管線、建（構）筑物等進行嚴格監控，避免環境因素與其他因素相耦合。（5）在施工現場一定要最大程度避免出現多因素耦合，尤其是避免出現四因素耦合。