城市軌道交通工程安全隱患網絡特征分析

李金雨

(曼徹斯特大學 電氣工程學院,英國 M13 9PL)

1 數據信息提取

1.1 數據來源說明

研究數據來自2015年～2020年某城市軌道交通工程，共計3 822條數據，涵蓋8條軌道線路。數據信息包括：(1)基坑當中主體施工階段，外部鋼筋加固場地未設置防護欄引發的安全風險。(2)軌道隧道內部施工過程中，某區間段左線部分開關箱出現一閘多機情況導致的用電安全風險。(3)工程高架施工環節中，起重機大臂部分固定在腳手架上，以致于兩臺塔式起重機之間的距離小于最小安全距離，使得起重吊機的使用安全性受到影響，產生安全風險。(4)基坑挖掘階段，基坑外的明挖挖掘段對于挖掘深度超過2 m的施工井以及基坑等部分未進行安全防護，因此導致基坑的支護安全性并未得到有效的保障。(5)高架施工的基礎部分，需要進行樁基礎部分的某區間，未按照要求進行廢泥漿的保護作業，即泥漿、污水以及廢水等能夠在無任何保護的狀態下流入附近的水系當中，對水系造成污染。

1.2 數據信息提取

針對上述數據進行類型分析時，設計了分析的四個維度，分別為D類維度，即安全隱患；A類維度，即工種；B類維度，即施工階段；C類維度，即施工地點。根據上述各維度與施工安全之間的關系，參照城市軌道交通施工安全的相關要求，上述四個維度能夠進行進一步的劃分。

D類：包括22個大類、198個小事件，分別為Da—安全隱患的忽視；Db—安全防護裝置的安裝不當；De—所處位置缺乏安全性；Dc—使用機械以及其他設備缺乏安全性；Dd—物品放置錯誤導致的隱患；Df—吊裝行為；Dg—個人安全防護保障并不到位；Dh—施工人員的裝束不安全；Dj—缺乏必要的防護措施；Dk—特種作業；Dl—安全裝置拆除作業；Dm—不符合安全規范的作業；Dn—隧道當中的作業；Dp—爆破行為；Dq—用電行為；Dr—消防安全；Ds—文明施工問題；Dt—施工管理問題；Du—施工質量不佳；Dv—其他。

A類：包括19個大類，分別為A1—安全員；A2—電工；A3—焊工；A4—鋼筋工；A5—盾構機操作員；A6—防水作業工；A7—架子工；A8—混凝土施工員；A9—模板工；A10—吊籃作業工；A11—吊籃拆卸工；A12—機械設備操作員；A13—司索工；A14—信號員；A15—通風工；A16—砌筑工；A17—油漆工；A18—裝修工；A19—普工。

B類：包括8個大類，分別為B1—防水施工作業；B2—工程附屬結構的施工作業；B3—高架基礎部分的施工作業；B4—高架主體部分的施工作業；B5—基坑開挖的施工；B6—基坑部分的維護以及支護作業；B7—基坑主體部分的施工；B8—隧道部分的施工。

C類：包括8個大類，分別為C1—車輛段；C2—高架；C3—基坑內部；C4—基坑外部；C5—隧道的軌道區間；C6—隧道豎井區域；C7—隧道作業面；C8—停車場。

2 網絡構建與分析

2.1 軌道交通工程安全隱患網絡

由于D類項目每個大類包含的事件較多，因此在實際表示時為進行更為清晰的區分，根據數據的編號增加兩位數字編碼進行標注，如Da類型的具體事件能夠使用Da02進行表示。根據上述四個維度構建復雜網絡時，需要建立涵蓋四個維度的無向加權網絡。將每個數據作為一個節點，需要通過如下措施進行網絡的構建。某事件“圍擋損壞”，四個維度分別為“Ds01”、“A19”、“B7”、“C4”，根據上述四個維度能夠劃出三條線，分別為Ds01-A19、Ds01-B7、Ds01-C4。每條線均為該節點的一個邊，邊的權重由節點出現的總計頻次決定，鑒于不同的節點并不存在時空的關聯性，因此所有邊均屬于無向邊。使用Gephi軟件能夠將所有數據形成見圖1。

圖1 數據安全網絡模型圖

圖1中標簽為該節點的要素，而節點的大小與節點的影響性相關，圖中節點所占面積越大，則代表該節點的影響性越高，邊越粗同樣代表該邊的重要性越高。

2.2 網絡安全分析方法

在復雜的網絡當中，需要使用拓撲參數進行特征的分析。需要采用累計的模式進行分析，分析的內容包括累計度以及強度，同時包括度數以及網絡的密度。在子系統分析時，則需要使用可視化模型以及強度模型進行分析。

對度和累計的分布情況進行分析時，以i表示節點并以ki表示與該節點相關的邊數時，能夠得到ki計算公式(1)如下

(1)

式中:ki為節點i的度值；aij為節點i以及節點j之間的邊；N為節點的數量。

由于復雜網絡的數據總量較少，未降低尾部噪點造成的影響，應當使用累計的度分布取代原本的度分布，即度的概率應當在k以上，累計度的模型計算公式(2)

(2)

式中:p(k)為節點的度值必須在k以上。

在強度分析時，考慮到網絡各邊的權重，在強度計算時需要采用下公式(3)

(3)

式中:si為節點i的強度；wij為節點i以及節點j之間邊的權重；N為節點的數量。

與上述度數相同，在實際計算過程中同樣采用累計強度取代強度，根據累計強度的要求強度需要大于s節點的分布概率，此時累計強度的計算公式(4)應當為

(4)

式中:p(s)為節點的強度必須在s以上。

在網絡密度計算過程中，需要明確網絡的密度指網絡當中各個節點之間的關系，節點的聯系越緊密則代表節點之間的密度越高。網絡密度D的計算公式(5)為

(5)

式中:M為該復雜網絡當中邊的總數量；N(N-1)/2為該網絡能夠擁有的邊的總數量。

在整體性分析時同樣需要分析度數是否存在中心化的趨勢，存在中心化趨勢時網絡呈現向中心偏移的情況。中心化趨勢顯著，則對應度高的節點則呈現更為密集的狀態。度數中心勢使用CAD表示，計算公式(6)為

(6)

式中:CADmax為最高度值；CADi為節點i的度值；N為節點的數量。

3 結果分析

3.1 總體特征

通過可視化的模型能夠初步觀察復雜網絡整體的狀態，但是并不能對網絡內部的結構進行更為詳細的分析。為達到詳細分析的目的，除進行整體性分析外，同時需要將整體性的復雜網絡拆分為8個子網絡。在網絡的整體分析過程中，需要根據網絡累計度以及累計強度的相關特征進行分析，能夠在擬合的情況下獲得分布曲線，其中p(k)值為3.705 9-1.089，對應的R2為0.896 9；p(s)值為3.905 3-0.636，對應的R2為0.867 8。根據上述分析能夠確定，該復雜網絡具有顯著性的無標度特征，或者說該網絡具有較為顯著的異質性。大部分連線均與特定的節點相關，從現實角度來看，則表明大部分安全風險均由特點的幾項因素造成，對這幾項因素進行控制，則能夠更為有效避免安全風險的出現。

3.2 施工階段

對網絡整體進行分析時能夠確定整體性的趨勢，但針對趨勢的具體變化情況則依然需要通過將網絡進一步展開才能夠確定。

對工程安全網絡密度以及度數中心勢進行分析，根據關鍵性節點的位置能夠明確每個影響較大的節點均與大部分施工地點以及施工環境相關。中心勢能夠用于分析該子網絡系統當中是否存在較高的安全隱患發生風險，以及哪些工種或者施工地點發生安全隱患的概率更高。

對兩項因素進行融合分析，能夠明確。

(1)8個子網絡的密度分布在0.06～0.22范圍內，不同節點之間的關聯性并不高；度數的中心勢則分布在0.24～0.82之間，即所有子系統幾乎均存在中心勢的表現。在這些子網絡當中，施工的地點以及工種關系更為顯著。

(2)B1網絡即防水工程網絡，密度更高但是同時中心勢的趨勢并不顯著，該種表現與防水工程的工程性質相符。在所有子系統當中，防水工程的工程內容較為單一，施工地點較為固定，且施工內容的變化同樣相對較少，因此安全隱患出現的概率同樣相對較低。該子系統當中各個節點的關聯較為緊密，在控制管理方面能夠采用更為明確的規范進行管理。

在子系統當中，每個節點的度數越高，即該節點的k值越高，則代表與該節點相關的安全隱患因素越多，即該節點在安全網絡當中更為重要。而強度則主要影響邊的權重，某個節點的強度越高，代表與該節點相關的邊權重越高。權重越高的節點，對安全隱患的影響越顯著。通過綜合考量節點的度數以及強度，能夠更為清晰的確定網絡當中每個節點的重要性。分析每個子系統的網絡時，不僅能夠明確不同施工階段可能存在的重要安全隱患，同樣能夠確定施工階段以及施工地點以及工種之間的關系。

采用上述形式對子系統進行分析，由于B1子系統的趨勢與需求并不相同，因此并不適合采用上述的方法進行分析，針對其他7個子系統，即B2～B7，能夠采用上述的形式進行分析。采用上述方法對其他7個子系統進行分析，為使用分析圖更為清晰，在展現時其中重要性較低的節點采用了不顯示的模式。

進行分析，初步的分析結果顯示其余的7個系統當中，有幾個節點的影響更為突出，如表1所示。

表1 大度值節點統計表

根據表1從度數角度來看，所有節點當中Dg05、Do01、Dq01以及Dj04四個節點的度數最大，即與最多的安全風險相關。

而所有的節點當中，強度的統計結果如表2所示。

表2 強度較大節點統計表

統計結果顯示，上述節點當中DL02、Do01、Dj01以及Dn12四個節點的強度最高，對安全隱患的影響最大。

進一步分析能夠確定。

(1)施工地點以及工種當中，架子工發生風險的概率更高，而基坑外作為施工地點發生風險的概率同樣更高。(2)高架的基礎施工以及基坑的圍護工程發生隱患的概率更高，而基坑支護不及時造成的風險同樣相對更高。(3)施工人員未按照要求佩戴安全繩等安全設備，屬于普遍性的事故原因，因此各個施工環節均必須重視優化該項管理。(4)四口以及五邊界造成的安全事故屬于較為頑固的類型，解決的難度較高，且復發的風險相對而言較高。

4 結 語

分析研究時，針對圈定的城市以及軌道交通工程反饋的3 822條數據信息進行，在研究模型方面使用了無向加權網絡，形成了整體網絡以及子網絡，通過對模型分析明確了軌道交通工程進行時可能出現的安全隱患特征等。研究的結果顯示，雖然部分因素在網絡當中節點影響并不顯著，但上述網絡當中明顯存在中心節點，中心節點的現實對應含義代表該情況存在更大的安全隱患風險。如人工風險節點包括施工過程中未佩戴安全繩，軌道空間結構風險節點如基坑支護存在不足等，均是本類型安全風險產生的主要原因。通過對上述節點的有效控制，能夠避免工程安全隱患的出現。