基于組合模型的建筑觸電事故人因失效分析

李玨， 陳菲菲

(長沙理工大學交通運輸工程學院， 長沙 410114)

隨著中國經濟建設的大規模進行，建筑業在迅速發展的同時，也伴隨著施工事故的頻繁發生。據官方統計數據[1]，2019年全國共發生房屋市政工程生產安全事故773起，按照事故類型劃分，6種常見事故類型及占比分別為：觸電2.59%，機械傷害2.98%，起重傷害5.43%，坍塌8.93%，物體打擊15.91%，高處墜落53.69%[1]。觸電事故位列六大類型之一，發生時間極短，甚至來不及開展救援活動，致死率極高。事故致因分析指出，絕大多數建筑事故是由人為因素導致。因此為了提高建筑施工安全水平，系統地分析觸電事故中人為因素的關聯性，找到事故中關鍵致因[2-3]進行有效預防至關重要。

在以往對人因事故的研究中，文獻[4-5]利用人因分析和分類系統(human factors analysis and classification system, HFACS)模型對事故的致因因素進行相關性分析，確定致因的重要性；文獻[6-8]通過對認知可靠性和失誤分析方法(cognitive reliability and error analysis method, CREAM)追溯法以及拓展法進行改進，結合區間值直覺模糊集和網絡層次分析(analytic network process, ANP)/決策試驗和評價實驗(decision-making trial and evaluation laboratory, DEMATEL)，更加客觀地定量預測人因失誤概率。而針對觸電事故研究較少，文獻[9-10]通過分析事故報告確定觸電事故特征，總結了觸電事故死亡的最重要的因素；文獻[11-12]通過分析工作場所中工人的行為以辨識其中的不安全因素，了解導致觸電事故發生的關鍵致因及事故鏈。

目前，已有的研究多在HFACS模型的基礎上確定指標因素，側重系統化的上下逐層級影響，未從人因的角度對可能的因素進行全面的羅列分析，且在觸電事故的研究中，大多只是對易于獲取的客觀影響因素進行統計分析，缺乏對致因重要程度的客觀判斷。而對于觸電人因事故，利用全面且不存在事先設定的相互依賴關系的因素確定其層級關系及客觀權重對事故預防更有意義。 因此，現基于CREAM提取2012—2021年共192起觸電事故報告中的人因影響因素，利用改進DEMATEL解釋結構模型(interpretative structural modeling, ISM)識別各影響因素的層級關系與網絡結構，再通過ANP確定影響因素的客觀權重，得到關鍵影響因素，以期在事中對其進行重點控制，預防事故的發生，為提高現場安全管理水平提供應對措施。

1 研究方法設計

人因失效事故不僅僅是操作執行錯誤或行為展開失敗所導致的，還可能是因為作業人員對工作環境感知不夠靈敏，不能很好地預測事件的發展走向，誤判了事故的發生。而事故發生伴隨著眾多因素的組合出現，分析事故的人因失效機理是分析事故內在形成的關鍵步驟。

CREAM法根據 “失誤模式前因表 ”確定前因類別，接著進行追溯分析，將已經確定的前因作為后果，對照 “后果-前因鏈表 ”找出對應的一般前因和具體前因。得到的一般前因繼續作為后果按照上述操作進行，直至找出事故的根原因。作者選用追溯法確定的事故前因組合作為本文研究的致因因素，根據人的觀察、辨識、決策等認知活動到行為展開的整個過程，更加詳細地劃分影響因素，以便從人因失誤的機理分析事故的形成機制。

DEMATEL法通過矩陣計算以及原因結果圖的繪制，對影響因素的類型進行判定。ISM法通過建立鄰接矩陣、計算可達矩陣劃分影響因素層次，將整個系統轉化為簡單明了的多級遞階結構形式，直觀地描述因素間的聯系[13]。DEMATEL-ISM已經是一個成熟的分析影響因素屬性、層次結構以及作用機理的模型，但是因素權重并未量化，各因素的重要程度可視化不夠具體，因此利用ANP確定影響因素的重要性，更易進行風險管理及事故防控。

ANP法考慮了同一層級各影響因素間相互影響關系，解決了AHP過于理想化假設的問題，往往用于建立安全評價指標體系。但是由于ANP的判斷矩陣經常是由專家打分或問卷調查確定的，存在很強主觀性，因此需要結合其他評價方法對其主觀性進行彌補，盡量定量地分析因素間存在的客觀聯系[14]。

采用關聯規則挖掘代替DEMATEL-ISM模型中的專家打分生成矩陣的方式，利用讓步比值和統計的前因頻率值作為ANP輸出判斷矩陣的前提，皆消除了方法中的主觀性，讓致因相關性得以定量的計算分析。研究框架如圖1所示。

圖1 研究框架Fig.1 Research framework

2 觸電人因事故影響因素分類

作者根據從國家應急管理部門以及住建部收集到的192份建筑觸電報告，利用CREAM法提取報告中的人為影響因素，并且對照郭中華等[15]給出的前因后果分析表列出事故的前因分類表。結合建筑施工事故的實際情況，將建筑觸電事故前因類別歸納成“與人有關的前因”“與技術有關的前因”“與環境有關的前因”“與組織有關的前因”四類，共計30個前因，即觸電事故的影響因素，其名稱、含義及發生頻率詳見表1。

3 DEMATEL-ISM-ANP組合模型構建

3.1 直接影響矩陣的建立

利用關聯規則挖掘算法確定兩兩因素間置信度大小，生成置信度矩陣，表示因素相互的關聯性強弱。因DEMATEL中直接影響矩陣中數值也表示因素的相關性，可以利用置信度矩陣代替直接影響矩陣[13]。直接影響矩陣B的元素值bij為

(1)

式(1)中：fi、fj分別為致因i、致因j(i≠j)；conf(fi→fj)為關聯規則中致因i到致因j的置信度；bij為根據致因i到致因j的置信度所在區間確定的元素值。

由于錯過觀察、不完善的質量控制兩個指標的影響與被影響均為零，所以在整個系統中處于孤立因素，所以后續不納入本次研究范圍。由此得到建筑觸電人因事故影響因素直接影響矩陣B。

3.2 綜合影響矩陣的建立

對直接影響矩陣B進行規范化處理得到B*為

(2)

根據規范化矩陣計算出綜合影響矩陣T，計算公式為

T=B*(1-B*)-1

(3)

3.3 確定鄰接矩陣和可達矩陣

為達到獲得最優結構圖的目的，取綜合影響矩陣T中所有非零元素的中位數0.08為閾值λ，對多余信息進行清除，簡化矩陣結構。首先對矩陣T進

表1 觸電人因事故前因分類及發生頻率

行閾值化處理，確定鄰接矩陣C=(cij)n×n，再利用MATLAB軟件計算可達矩陣F=(fij)n×n。相關公式為

(4)

F=(C+I)n=(C+I)n-1≠…≠

(C+I)2≠(C+I)1

(5)

式中：cij為鄰接矩陣的元素值；tij為綜合影矩陣的元素值；I為單位矩陣。

3.4 影響因素層級劃分,構建ISM模型

對可達矩陣歸類每個因素的前因集合Q(fi)及可達集合S(fi)，若S(fi)=S(fi)∩Q(fi)，則S(fi)作為最高層級的元素，剔除已分層元素S(fi) ，對剩余元素進行同上操作，逐層劃分因素類別，直至所有因素歸屬確定完畢，即可得到觸電人因事故影響因素多級遞階結構模型為

(6)

3.5 ANP模型建立

為了找到最易導致建筑觸電人因事故發生的影響因素，并且考慮到影響因素以及ISM模型層級間存在的關聯關系，利用網絡層次分析法對事故中的影響因素進行權重的計算。

根據得出的ISM模型建立建筑觸電人因事故影響因素的ANP網絡，包括控制層和網絡層[16]。控制層是指實現的目標，即無建筑觸電人因事故；網絡層是由人-技術-環境-組織四個維度27個影響因素共同構成。在SPSS軟件中對各類影響因素進行卡方檢驗、讓步比(odds ratio，OR)相關性分析；利用超級決策軟件(SD)計算各致因因素的權重(根據OR值和作為初步賦權值的致因頻率兩個參數進行客觀性權重賦值)。

4 結果分析

4.1 DEMATEL-ISM分析

按照3.1節中式(1)，利用Apriori算法確定建筑觸電人因事故影響因素直接影響矩陣B，如表2所示。由于影響因素過多，省略余下矩陣的計算過程以及結果。經矩陣計算、模型處理后，建筑觸電人因事故影響因素多級遞階結構模型如圖2所示。

根據圖2，可以看出建筑觸電人因事故影響因素體系是一個四階六層遞階結構模型[17]，直觀地反映了人、技術、環境與組織間的相互交織的關系，分析結果如下。

錯誤辨識、決策失誤以及設備失效屬于表層直接影響因素，直接導致人因事故的發生，前兩者屬于人的不安全行為的范疇，設備失效屬于技術方面的因素，在建設過程中工人應注意自己的行為是否規范，對機械設備是否有經常性檢修；安全教育失效、分心、操作技能差、知識培訓不充分以及現場用電不規范等囊括在第二、三、四層的因素是中間層間接影響因素，中間層起到過渡的作用，承接上層的促進作用，逐級向下層推進不安全風險的傳遞，促進直接因素的產生，導致事件向劣勢演化直至形成事故，因此要對中間層進行一個良好的把控，切斷樞紐的連接，使致因鏈條無法連接；不良的自然環境與不充分的班組支持是深層間接影響因素，受根層影響，反過來影響中層因素的出現，對此環節的重視將會對事故預防有著重要意義，但自然環境屬于客觀現象，無法加以調控，只能對惡劣天氣做好防范工作；不完善的安全防護措施管理是根層影響因素，在措施管理方面嚴格把控，會給工人提供一個安全且有保障的工作環境，降低違規作業的可能性，進而防止工人不安全行為等表層直接因素的發生。

表2 建筑觸電人因事故影響因素直接影響矩陣B(部分)Table 2 Direct influence matrix B of influencing factors of construction electrocution human factors accidents (partial)

圖2 建筑觸電人因事故影響因素多級遞階結構模型Fig.2 Multi-level recursive structural model of influencing factors of construction electrocution human factors accidents

4.2 ANP結果分析

(1)在上節得到的解釋結構模型的基礎上，建立的ANP網絡結構如圖3所示。

圖3 ANP網絡結構圖Fig.3 ANP network diagram

根據圖3的網絡結構圖，可以看到觸電人因事故中人、技術、環境與組織4個維度之間相互關聯，相互促進，比如技術與環境間的作用機理可以對照圖2的ISM模型圖，現場用電不符合規范(環境因素)促使設備失效(技術因素)的出現，不規范使用電器會導致現場管線凌亂、歸置設備不及時，影響設備的經常維護與管理，進而出現設備損壞的現象；管理、技術與人3個維度的相互關系可以用不充分的班組支持導致設計失敗，設計失敗進而影響認知偏好這一鏈條來表現，當負責人班組不具備管理能力未能發現或解決施工設計出現的問題，致使作業人員在施工過程中盲目根據自己的工作習慣完成作業，引發后續風險甚至發生事故。對于技術與組織之間無直接箭線相連的現象，分析這兩個維度的影響因素可知，技術層面中的3個影響因素(設備失效、操作受限制和設計失敗)均只受環境層面包含的因素影響，與組織層面的相應管理問題無直接關系，故而會出現此種情況。

(2)對ISM模型中的致因因素進行兩兩相關性分析，部分結果如表3所示；利用ANP法計算得到的影響因素權重結果如表4所示。

根據表3的結果可知：

(1)與人有關方面。具有最大權重值的因素是錯誤辨識和決策失誤，對應多級遞階結構模型的表層直接影響因素，直接導致事故的發生，主要表現為未能正確識別危險元素、違法開工建設、未發現工藝變更、未執行停工指令。而其他具有較高權重的因素分別是操作技能差以及違規作業，其主要表現為冒險作業、違章作業、工作經驗不足，因此，要嚴格按照要求施工，加強知識培訓，使工人能正確辨別危險源；加強安全教育以及現場管理監督，降低違規作業出現的可能性。而這些高(低)權重因素又與其初始統計頻率值相對應，比如在發生頻率中頻次最高的是安全意識差、違規作業、操作技能差，與網絡層次分析得到的權重等級基本吻合；具有最大權重值的錯誤辨識與決策失誤發生頻次只是較大，雖然出現次數略少，但具有重要的影響作用，直接導致事故的出現，因此需要格外注意個人的操作細節，嚴格按照規范進行操作。

表3 ISM模型中兩兩因素相關性分析結果(部分)

表4 建筑觸電人因事故影響因素權重

(2)與技術有關方面。設備失效的權重最高，表現形式為設備損毀、線路老化，這些表現形式會大大地增加觸電事故發生的可能性，因此需要經常性地進行護理維修，確保技術方面不存在任何風險。而較為高權重的是操作受限制，因為空間地點的不適當，導致間距影響操作，不能很好甚至正確地完成工作，因此安全人員應時常進行現場管理，保證工人有足夠安全的作業條件。對比三個影響因素的權重與發生頻率可以看出，設備失效具有最大的權重，設計失敗的發生頻率最大，結合實際情況，設備損壞極易帶來各種安全隱患，導致觸電事故的發生，而設計失敗并不會直接導致表層影響因素的出現，但是設計的問題卻會頻繁發生，因此設備失效具有極大的權重，比設計失敗更需要重點控制。

(3)與環境有關方面。不充分的班組支持以及現場用電不規范為權重較高的影響因素，前者屬于深層間接影響因素，會對中間因素產生很大的推動作用，因此要安排有能力的管理人員統籌整個施工進程，關注施工安全、質量、進度一體化；后者會直接影響表層直接影響因素的出現，現場臨時用電設施的雜亂無章會給工人帶來安全隱患，比如錯過觀察，導致事故頻發，故在施工時監管人員應管理好現場用電，用電裝置要符合施工方案設計。在影響因素的權重與發生頻率的對照分析中可以看出，與環境有關的前三個因素權重值的變化趨勢符合發生頻率的實際統計情況，但是現場用電不符合規范這一低出現率因素的權重卻最高，這說明了現場的用電管理大多符合要求，但一旦出現用電設施混亂的情況，就會帶來很大的安全風險。

(4)與組織有關方面。權重較大的因素有不完善的規程、管理問題以及不完善的安全防護措施管理，其主要表現為：管理規章制度有缺陷、未督促和檢查本單位安全生產工作以及發現問題不及時上報備案和防護措施的缺失。這表明各參建單位監管方面的失責，監督檢查走形式不落到實處。因此，各單位應加強對施工項目的管理，制定安全監管制度并予以落實。通過對照這一維度的影響因素的權重值與發生頻率可以看出，具有較高發生頻率的影響因素也具有較高的權重值，這一基本吻合的現象表明這些因素的重要性；也有相反的情況，權重表中不完善的規程具有較高權重，但實際統計頻次卻很低，結合現實可以理解，施工中的規程一般可以很好地制定或者執行，所以出現的次數較少，但是一旦有規程問題，會引起其他管理方面的隱患以及作業人員的各種失誤，造成極大影響，因此權重值較高，需要管理層更加注重規程的完善。

5 實例分析

5.1 事故案例

以2022年2月19日江西贛州發生的一般觸電事故為背景進行實例分析，給出切合具體案例的關鍵因素及干預對策。事故描述如下：在進行吊機吊裝作業時，工人因違規操作使吊機吊臂觸碰到高壓線，導致其觸電，造成1人死亡，直接經濟損失約160萬元。

5.2 ISM模型分析

根據前文確定的觸電事故影響因素類別，對照事故報告中的事故發生經過、事故原因分析及事故責任劃分，提取此案例的影響因素，并形成其ISM模型如圖4所示。

由圖4可知，案例中存在的影響因素分布在各個層級，并由根層影響因素“不完善的安全防護措施”出發，影響“不充分的班組支持”這一深層間接影響因素，與同一層級以及第二、三、四中間過渡層的影響因素共同催化了表層直接影響因素的出現，最終導致事故的發生。據此，要對根層、深層、中間層以及表層影響因素加以嚴格把控，有利于預防觸電事故的發生，也為現場安全管理提供了參考。

圖4 所選案例的ISM模型Fig.4 ISM model of the selected case

5.3 ANP法確定權重

基于ISM模型中各影響因素之間存在的相互關聯性，利用ANP重建評價模型并進行權重的計算。各影響因素權重計算結果如表5所示。

從表5可知，與人和組織有關的因素是造成觸電事故的主要方面，其中與人有關的因素權重占據最大比重，由此可見人的意識行為會給觸電人因事故帶來極大的推動。而指標層中，錯誤辨識、決策失誤這兩個直接影響因素權重最大，屬于關鍵影響因素，作為根層影響因素的不完善的安全防護措施管理權重較前兩者次之，也屬于關鍵影響因素；不良的自然環境是對觸電人因事故影響最小的間接因素，但是與環境有關的影響因素也很重要。這個權重排序表與上文得到的權重表高度吻合，并且證實了關鍵影響因素得出的準確性。因此，從施工單位角度來看，減少組織方面不良因素的產生，就能降低不充分的班組支持、安全意識差、違規作業等間接因素出現的概率，從而進一步降低工人錯誤辨識、決策失誤的出現概率，以達到減少觸電人因事故發生的目的。

表5 所選案例影響因素權重

6 結論

(1)作者使用關聯規則挖掘算法解決DEMATEL方法中利用專家打分獲得直接影響矩陣的主觀性問題，同時設計兩個參數(影響因素的發生頻率以及兩兩因素間相關性分析得到的OR值)構造出ANP方法第一步中的判斷矩陣，增強了客觀性，更有說服力。

(2)通過DEMATEL-ISM-ANP的混合使用，分析了建筑觸電人因事故4個方面25個影響因素的相互關系、作用機理及其權重影響程度，得到了明顯的層級關系和網絡結構。

(3)通過對影響因素的ISM模型結果和ANP網絡結構的分析，建筑觸電人因事故中權重均較高的錯誤辨識、決策失誤屬于表層直接影響因素為，也是關鍵影響因素，會導致事故的直接發生，因此要加強對施工人員的安全知識教育，促使工人對危險持有防患于未然的謹慎態度。而對于另一關鍵影響因素不完善的安全防護措施管理，需要現場加強防護設施管理，為施工人員提供完備的施工保護器具，保障其身心安全。