公路工程施工安全事故致因模型構建

佟瑞鵬教授 趙 輝 崔鵬程

（中國礦業大學（北京） 應急管理與安全工程學院，北京 100083）

0 引言

公路交通作為交通運輸體系的重要組成部分，正以它獨特的方式影響著中國經濟的發展和城市化的進程。城市的發展也影響著公路工程建設，近年來我國公路總里程數和公路網密度都實現了巨大的飛躍。與此同時我國對公路工程建設的投入也越來越大，根據國家交通發展規劃，“十三五”期間交通總投資將達15萬億元，其中公路投資7.8萬億元[1]，但公路工程的高速發展也帶來了更多的安全事故。隨著近年來我國相關法律體系不斷完善，社會對安全生產重視度明顯提高，企業對勞動者培訓的加強以及工人自身安全意識的提高，公路施工安全水平有了很大提升，但仍未達到國家和社會的期待水平[2]。公路工程項目施工點多線長，項目環境復雜，過程涉及高難度作業區域，人員和機械流動性大，其過程充滿風險、未知和不確定性，因此相關研究對于公路工程施工的致因機理探究不明。

目前國內外公路施工安全的研究主要針對于施工過程中存在的不安全因素的分析與評價[3]、不同施工過程的分析[4]、施工安全的管理[5]以及新技術[6]和新材料[7]的應用。對于事故致因模型的構建方面，Heinrich提出了多米諾模型[8]，Reason提出了瑞士奶酪模型[9]，Shappell和Wiegmann提出了HFACS模型[10]。傅貴總結前人研究成果運用組織行為學原理提出了事故致因“2-4”模型[11]，將事故發生歸結為直接原因、間接原因、根本原因、根源原因4個方面[12]。盡管國內外對于公路施工安全和事故致因的研究成果比較豐富，但將兩者相結合的研究較少[13]。因此本文將以“2-4”模型和“4M”理論為基礎，對公路工程施工安全事故進行致因因素分析和模型框架構建，運用Apriori算法對因素間關聯規則進行挖掘，以此構建公路工程施工安全事故致因模型，模型能夠幫助管理者和決策者科學有效地進行事故分析，找出預防事故發生的關鍵點，制定更加具有針對性的措施，確保公路施工的安全進行。

1 事故致因因素分析

隨著經濟的高速發展，公路工程施工項目規模越來越大，施工難度越來越高[14]，項目所處的環境也越來越復雜，為了有效反映事物組成部分之間的關系以及系統發展規律且能適應人的思維決策模式，根據“4M”理論將公路施工事故致因一級因素分為人的因素、物的因素、環境因素、管理因素。人的因素指的是導致事故發生的與人有關的致因因素，具體來說，就是指由于人的原因造成人員傷亡、財產損失、環境破壞等，致使公路施工系統無法正常運轉等事件的違背設計和操作規程的不安全行為或人的失誤。物的因素指的是施工設備和施工材料由于產生故障或管理不當等原因進而導致安全事故發生的不安全狀態。環境因素包括施工現場的生產環境和與施工作業有間接影響關系的自然環境。管理因素指的是安全管理規程、施工流程等文件和程序的合理性及執行力度。二級、三級因素是以《企業職工傷亡事故分類》（GB 6442-1986）[15]和“2-4”模型為基礎，通過大量的文獻查閱和對628起事故進行案例分析，以及對事故致因的識別來完成的，并最終通過專家訪談意見進行修改和完善，事故致因因素劃分，見表1。

2 事故致因模型框架初構

2.1 模型框架分析

在上述致因因素分析和“2-4”模型的基礎上，借鑒事故引發者致因鏈中的不同層級影響鏈，以及對于直接原因和間接原因的分類，充分考慮公路工程建設單位、施工單位以及相關方等因素，以施工單位為研究主體，其他單位為影響因素，構建模型框架，如圖1。公路工程施工安全事故的發生是由施工單位內外部原因所影響的，外部原因來源于施工相關的建設單位、勘察設計單位和監理單位，外部單位通過對施工單位進行管理和監督并提供支撐性文件來影響施工單位內部的安全管理。而內部原因又可分為根源原因、根本原因、間接原因和直接原因。決策層和管理層的安全素質及能力決定其對安全管理的重視程度和把控能力，影響著整個施工項目的安全績效，因此作為根源原因；施工程序和技術方案受決策層和管理層影響，當其出現缺陷時，會使基層作業人員暴露于危險的工作狀態，為根本原因；對作業層的安全素質及能力培訓教育不到位、安全監管的缺失使作業區域出現較多的不安全行為和不安全狀態而得不到及時發現和管理，為間接原因；作業區域的不安全行為和不安全狀態直接導致了事故的發生，為直接原因，各層級原因相互影響導致了事故的發生。

表1 公路工程施工安全事故致因因素表Tab.1 Causation factors of safety accidents in highway construction

2.2 影響路徑分析

圖1中灰色點劃線為施工單位組織邊界，不同的線型和標識代表致因因素間的影響路徑，黑色實線表示施工單位內部影響路徑，黑色虛線表示建設單位等施工相關單位對施工單位的外部影響路徑，黑色點劃線表示施工相關單位間的影響路徑。

圖1 公路施工安全事故致因模型框架Fig.1 Safety accident causation model framework in highway construction

施工單位的決策層和管理層作為組織層面，在整個施工過程中處于支配地位，影響路徑由1A1標注；施工程序中的作業任務安排不當、規章制度執行不到位等因素以及施工方案的缺陷容易使基層員工處于危險工作狀態，從而影響基層員工的生理和心理狀態（1B1）；相關規章制度執行不到位更多地表現在安全監管的不到位、技術管理不合理、技術交底不充分、應急救援處置不當（1B2）；安全監管對于塑造作業層員工的安全習慣有良好的促進作用，并且提高其面對危險情況時的心理素質及應對能力（1B21）； 作業層的安全素質和能力加上安全監管的不到位對于不安全動作的發生有直接的影響關系（1C1）；作業層的安全素質及能力的高低影響對于機械設備的不安全狀態、施工材料的安全性、環境的惡劣程度等的判斷，并且對于物和環境的管理不到位同樣容易使其處于不安全的狀態（1C2）；人的不安全動作和物的不安全狀態兩者耦合，導致事故（1D），進而造成損失（1E）。此外，公路建設單位的決策層和管理層決定施工單位的選擇，影響整個項目的施工安全性（2A1）；建設單位對于勘察設計單位和監理單位的選擇影響著勘察設計和監理效果（2A2）；勘察設計單位和監理單位作為主要的相關方對于施工單位的整個施工過程的安全性提供服務，因此對于公路工程事故的發生存在影響（2B1）。

3 事故致因因素相關性分析

3.1 關聯規則挖掘

關聯規則挖掘是Agrawal等人提出的一種數據分析方法[16]，已經廣泛應用于教育[17]、醫學[18]、城市規劃[19]等領域。本研究引入關聯規則挖掘中經典的Apriori算法進行事故致因分析，可直觀地展現事故致因之間的邏輯關系。

本研究所涉及關聯規則挖掘過程包括4個步驟：數據獲取，本文以某研究院提供的628起公路施工安全事故為主要數據來源，構建初始數據庫；數據預處理，對缺失或統計不詳細數據進行剔除后獲得最終包含426起事故的數據庫，依據事故案例及專家經驗對事故進行致因分析后進行規范化編碼并錄入SPSS 22.0，在某一事故中出現某致因因素時，取值為“1”，反之則取“0”，從而構建包含426起事故的布爾矩陣；閾值設定，在關聯規則挖掘中對閾值的選擇極為重要，閾值設置過高，則不會產生規則，過低則產生無效規則，因此在閾值選擇時應進行折中考慮；軟件分析，將所構建數據庫導入SPSS Modeler 18.0軟件，根據設定閾值，按照表2所示的邏輯維度進行關聯規則挖掘，將得出公路施工項目中人機環管各因素間的關聯規則關系網絡和強關聯規則。

表2 關聯規則分析維度Tab.2 Dimension of association rule analysis

3.2 結果呈現

由于維度過多，故此處僅呈現部分結果，以決策層安全素質及能力與管理層安全素質及能力為例，經關聯規則挖掘后得出關聯規則關系網絡，如圖2。圖2中不同形狀代表不同的致因因素，每一個致因因素有兩種狀態，分別為“1”、“0”，即存在或不存在。線的粗細代表兩個因素不同狀態同時出現的頻次，其中兩個因素之間的連線越粗，則說明兩者同時出現的頻次越高，反之越細。

圖2 關聯關系網絡部分結果Fig.2 Partial results of association relation network

4 事故致因模型構建

4.1 因素重要度分析

公路施工項目中存在著復雜的影響路徑和影響關系，某些根源性因素通過影響其他因素從而對整個系統的安全性進行影響，因此需對致因因素進行重要度分析，確定事故致因鏈中的各致因因素的重要性。其中，施工單位致因因素重要性程度是根據關聯規則挖掘結果來確定，先導因素與其他因素共同存在數目情況決定先導因素的重要程度，以后繼為后項挖掘規則強弱情況決定后繼項的重要程度。根據重要程度的確定對圖1所示的事故致因框架進行補充，對框架中施工單位的重要的事故致因因素用深灰色標注，次重要的用淺灰色標注。

而針對于施工相關方的致因因素，建設單位作為項目的所有者，在項目初期決定所建公路的規模和建設內容等，所以建設單位的決策層和管理層對事故發生影響較大，故標注為深灰色，勘察設計單位在勘察設計過程中應充分考慮安全因素，提高施工項目的安全性，對潛在的危險因素提出預防措施，并給出相關建議，因此其對事故發生有一定影響，但相對于建設單位處于次重要，故標注為淺灰色，監理單位在為建設單位提供相關咨詢服務時，還要在施工單位進行施工過程中完成有關監督管理職責，但監理單位作為服務機構，相對于建設單位屬于次重要，因此標注為淺灰色，為了區別施工單位與非施工單位，在相關方影響因素上加入陰影以進行區分。

4.2 致因模型呈現

模型中，實線與虛線分別代表施工組織內外部影響路徑，并通過標識進行區分，圖3影響路徑是對圖1的補充與完善，施工單位的決策層和管理層的安全素質及能力對于安全監管致因因素（1A21）、物的因素和環境因素有顯著影響（1A22）；建設單位決策層和管理層的安全素質及能力影響到施工單位的相關決策層和管理層的素質及能力（2A11）；建設單位的決策層和管理層也是公路建設工程的組織者，必須參與到公路項目施工程序和技術方案的設計中去，履行相關職責（2A12）；建設單位的核心地位決定其必須積極參與到施工現場的安全管理中去，在公路施工現場做到不違章指揮，按規章制度辦事，積極參與安全檢查、教育培訓等工作，因此，其對于安全監管和物的因素以及環境因素有顯著影響（2A12）；勘察、設計工作在公路工程施工的前期完成，勘察設計單位是否按照要求對所在地區水文地質等進行精確勘測，是否提出相關防護措施保護周邊環境，是否提出相關的安全建議等都對施工程序和技術方案的設計有重大影響（2B11）；監理單位需從公路項目的可行性分析、招投標、施工等方面的項目全生命周期提供咨詢和監管等服務，因此對于施工程序和技術方案同樣有重大影響（2B11）；監理單位是否建立健全安全管理制度、是否對公路工程施工現場進行有效監管都關系到安全監管的程度和相關不安全狀態的存在情況（2B12）。

圖3 公路施工安全事故致因模型Fig.3 Highway construction safety accident causation model

所構建出的模型[20]可以直觀地展示出公路施工項目安全績效的關鍵影響因素和各因素間的影響關系。對因素重要度的分析可以為管理者提供管控重點，以使得安全投入發揮最大化效益。另外影響路徑顯示出決策層與管理層的安全素質及能力作為根源原因，通過決策、指導和管理對施工程序和施工技術方案進行影響，施工作業任務和人員安排不當、相關制度執行不到位、施工方案有缺陷等直接影響施工企業內部的安全氛圍，導致作業人員和安全監管人員的安全素質及能力降低，建筑施工過程中存在著多種危險源，施工相關人員的某些不安全行為得不到糾正，最終將會觸發事故。此外，事故的發生不僅僅受內部因素影響，施工勘察設計、安全監管和施工全周期的管理指導都會對項目安全性產生影響。因此模型可以幫助項目管理者厘清事故發生路徑，科學而系統地進行事故分析，找出事故發生中的關鍵因素，及時提出有效應對預防措施，提高施工項目整體安全性。

5 結論

通過對426起公路施工安全事故進行關聯規則挖掘和事故分析，結合事故致因“2-4”模型和“4M”理論，構建出適用于公路施工安全事故的致因模型，并得出以下結論：

（1）該模型邏輯結構清晰、涵蓋因素全面且與公路施工項目契合度高，能夠有效識別公路施工安全事故的根源原因、根本原因、間接原因和直接原因，并且將事故原因分為施工單位內部原因和外部原因，明確公路工程各參建方安全管理職責，為事故預防提供指導，有效提高項目整體安全性。

（2）模型中的路徑和顏色展現出公路施工項目中各致因因素間的影響關系和重要程度，幫助管理者厘清事故演變規律和因素關鍵程度，使安全投入實現最大的安全效益。

（3）本研究對于每起事故的致因因素的分析和數據梳理階段，采用的是已有的事故致因分析研究成果、相關文獻參考和專家訪談的形式。因此如何降低和消除數據處理過程中人為主觀因素的干擾將是下一步的研究重點。