居民自建房安全風(fēng)險評估方法與應(yīng)用研究

石軍勝SHI Jun-sheng；曹東強(qiáng)CAO Dong-qiang

（①中國二十冶集團(tuán)有限公司安全環(huán)保部，上海 201900；②西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710054）

0 引言

中國政府對居民住房環(huán)境尤為重視，提出新型城鎮(zhèn)化建設(shè)戰(zhàn)略，持續(xù)促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化，增加了城鄉(xiāng)居民參與房屋建設(shè)的積極性，加之租房熱，使得建房需求持續(xù)提升[1]。然而，居民自建房受建筑質(zhì)量缺陷和后期使用不當(dāng)?shù)挠绊懀陙砭用褡越ǚ恐靥卮笫鹿蕰r有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人民安全健康和經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定發(fā)展[2]。有效地預(yù)防或遏制城鄉(xiāng)居民自建房事故的發(fā)生已成為當(dāng)前亟待解決的問題，因此，需全面識別居民自建房涉及的風(fēng)險因素，制定一套可靠的風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)，對于提升城鄉(xiāng)居民自建房風(fēng)險管理水平尤為重要。

大型建筑施工因工程規(guī)模大、工期長、參與人員多等特性，其安全方面的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注。Louisa Wong 運用人為因素分析和分類系統(tǒng)（HFACS）研究建筑施工高處墜落事故，使用頻率分析法分析了事故特征和根本原因[3]；Zhao Dong 運用決策鏈分析獲得建筑項目中建筑工人在工作場所電氣事故風(fēng)險因素，找出關(guān)鍵風(fēng)險因素[4]；InSeok Park 基于導(dǎo)致事故直接原因來分析建筑事故的因果關(guān)系，將邏輯回歸應(yīng)用探究研究人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)，并使用Delphi 方法確定施工事故發(fā)生的直接原因和根本原因之間的關(guān)系[5]；Li Qiming、Cheng Zhou 運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論探討了地鐵施工事故原因之間的關(guān)聯(lián)性，解釋事故內(nèi)在發(fā)生機(jī)理[6-7]；陳紹清綜合采用事故樹和層次分析法，對地鐵深基坑坍塌事故安全風(fēng)險分析，獲得各風(fēng)險因素的重要性[8]。已有研究對居民自建房安全相關(guān)研究主要集中在抗震技術(shù)與設(shè)計[9]、抗震建筑行為[10]、抗震加固與評估[11]等。由于單個居民自建房建設(shè)規(guī)模較小的特征，現(xiàn)有研究針對自建房風(fēng)險研究較少，也對居民自建房安全風(fēng)險因素識別不充分。再者，已有研究針對自建房風(fēng)險定量化的研究存在不足，特別在確定風(fēng)險因素重要度及風(fēng)險等級判別等方面。

鑒于此，以自建房事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用事故樹分析法獲得風(fēng)險因素重要度排序結(jié)果；綜合考慮城鄉(xiāng)居民自建房的安全管理狀況和專家打分法確定居民自建房風(fēng)險概率及后果嚴(yán)重程度，應(yīng)用改進(jìn)的風(fēng)險矩陣法確定相應(yīng)風(fēng)險等級，為我國居民自建房安全管理提供決策依據(jù)。

1 居民自建房事故樹模型構(gòu)建

基于此，分析當(dāng)前自建房安全現(xiàn)狀和借鑒相關(guān)領(lǐng)域研究，從居民自建房規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、使用的全流程，全面識別出32 項居民自建房事故風(fēng)險因素，并界定了各風(fēng)險因素的事件性質(zhì)。各地市應(yīng)急管理部門官方網(wǎng)站發(fā)布的2015－2021 年期間67 份事故調(diào)查報告，經(jīng)事故原因統(tǒng)計獲得各個風(fēng)險因素發(fā)生概率，見表1。

表1 居民自建房安全風(fēng)險因素

事故樹分析法作為事故原因分析的重要工具，通過事件符號、邏輯符號構(gòu)成的可視化圖形，利用頂上事件和中間事件、基本事件之間的關(guān)系，表達(dá)各類事件之間的因果邏輯關(guān)系。該方法通過分析居民自建房事故和各層級原因的邏輯關(guān)系，并用邏輯符號連接起來，最終形成具有因果關(guān)系的事故樹模型。事故樹分析法不僅可以分析出事故的直接原因和間接原因，還能找出影響事故發(fā)生關(guān)鍵原因，具有較強(qiáng)的邏輯性和實用性[12]。

為了便于表示，頂上事件用T 表示，中間事件用M 表示，基本事件用X 表示，以引起居民自建房事故的直接原因和間接原因為中間事件，應(yīng)用FreeFta 軟件構(gòu)建的居民自建房事故樹模型，如圖1 所示。

圖1 居民自建房事故樹模型

2 居民自建房事故樹分析

2.1 居民自建房事故樹定性分析

使用布爾代數(shù)法對建立的居民自建房事故樹進(jìn)行定性分析，計算得到該事故樹的最小割集和最小徑集。事故樹最小割集表征系統(tǒng)危險性，即最小割集數(shù)目越多，系統(tǒng)危險性越大。分析上述事故樹獲得的最小割集數(shù)為266，說明導(dǎo)致居民自建房事故有266 種事故演化路徑，體現(xiàn)出當(dāng)前居民自建房事故發(fā)生的可能性和危險性很大，這與近幾年居民自建房事故形勢相吻合。

最小徑集是指不能導(dǎo)致事故樹頂上事件發(fā)生最小數(shù)量的基本事件集合。任一最小徑集不發(fā)生，頂上事件就絕不發(fā)生。鑒于該事故樹的最小割集數(shù)較多，通過將事故樹轉(zhuǎn)化為成功樹并計算最小徑集，得到該事故樹的最小徑集如下：

事故樹最小徑集表征的是系統(tǒng)安全性，即最小徑集越多，系統(tǒng)安全性越高。通過分析上述事故樹模型得到的最小徑集數(shù)為2。因此，居民自建房系統(tǒng)安全性較低，即危險性較高。

事故樹的各個基本事件均會對頂上事件產(chǎn)生不同程度的影響，結(jié)構(gòu)重要度是從事故樹結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，假設(shè)各基本事件發(fā)生概率相等的條件下，分析基本事件影響頂上事件發(fā)生的重要程度，并進(jìn)行排序。

根據(jù)最小徑集，由公式（1）計算得到事故數(shù)模型的結(jié)構(gòu)重要度為：

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度分析可知，居民自建房事故的直接原因和間接原因都是事故發(fā)生的重要原因，因此，必須同時注重對直接原因和間接原因的安全管理，才能達(dá)到自建房安全管理的目標(biāo)。

2.2 居民自建房事故樹定量分析

概率重要度反映了基本事件發(fā)生概率變化對頂上事件發(fā)生概率變化的敏感度，利用頂上事件發(fā)生概率Q 函數(shù)是一個多線性函數(shù)的性質(zhì)，對自變量qi求一次偏導(dǎo)，可得到該基本事件的概率重要度系數(shù)。

臨界重要度是從概率和結(jié)構(gòu)兩個方面來衡量各基本事件重要性的一個評價標(biāo)準(zhǔn)。

通過求偏導(dǎo)，獲得臨界重要度與概率重要度的關(guān)系。

結(jié)構(gòu)重要度是由事故樹模型結(jié)構(gòu)來分析基本事件的重要性，未能全面說明各基本事件的危險重要程度。因此，通過公式（3）和公式（4）定量計算獲得基本事件的概率重要度和臨界重要度來表示基本事件的重要度，見表2 和圖2。

表2 基本事件重要度結(jié)果

圖2 基本事件重要度

由圖2 可知，X1（操作錯誤）、X2（未佩戴個人防護(hù)用品）、X7（無安全防護(hù)設(shè)施）等基本事件的概率重要度和臨界重要度均明顯高于其他基本事件，表明人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)應(yīng)作為重點管控的對象。概率重要度和臨界重要度中基本事件的結(jié)果存在一定差異，人員違章作業(yè)和物的原因概率重要度和臨界重要度偏高，對于管理缺陷的概率重要度和臨界重要度明顯低，然而居民自建房事故很多原因來自于管理不善。因此，需結(jié)合居民自建房安全管理實際，考慮到居民自建房風(fēng)險造成后果，對基本事件風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)評估尤為重要，使得風(fēng)險評價結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3 居民自建房風(fēng)險評估方法提出與應(yīng)用

3.1 風(fēng)險分級評價方法

風(fēng)險矩陣作為一種簡單、清晰的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險評價方法，在建筑業(yè)風(fēng)險評價中得到廣泛應(yīng)用，常用于進(jìn)行半定量的風(fēng)險估算。將風(fēng)險概率和風(fēng)險后果分別用一定的差距數(shù)值來表示，以定性衡量風(fēng)險的大小并確定風(fēng)險等級。基于此，結(jié)合建筑安全管理實際，將風(fēng)險矩陣法中的風(fēng)險概率和風(fēng)險后果進(jìn)行更加明確的制定，提出改進(jìn)的風(fēng)險矩陣，計算公式如下。

式中：R 為風(fēng)險值；L 為風(fēng)險概率；S 為風(fēng)險后果。

3.1.1 風(fēng)險概率

本文綜合采用3σ 模糊表征法[13]和事故原因統(tǒng)計獲得事件發(fā)生的概率，取各基本事件估計概率的均值為m，方差為σ，并且假設(shè)基本事件概率服從正態(tài)分布，根據(jù)3σ 原則，落在區(qū)間［m－3σ，m+3σ］的概率為99.7%，因此u=l=3σ，3σ 為波動范圍的上下界限，將各個概率表征為表示為（3σ，m，3σ）的形式。風(fēng)險概率分級標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 風(fēng)險概率分級標(biāo)準(zhǔn)

3.1.2 風(fēng)險后果

城鄉(xiāng)居民自建房風(fēng)險后果涉及種類較多，增加了風(fēng)險后果的度量的難度，且存在較強(qiáng)的不確定性。因此，為了增強(qiáng)風(fēng)險后果度量的可操作性，采用專家調(diào)查法來確定風(fēng)險后果，計算過程選取可能引起經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和社會影響程度的這三類任一項最高風(fēng)險后果等級作為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理條例》建立居民自建房安全風(fēng)險后果分級標(biāo)準(zhǔn)，見表4。

表4 風(fēng)險后果分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)事故統(tǒng)計結(jié)果可知，常見的居民自建房事故有高處墜落、物體打擊、起重傷害、坍塌、機(jī)械傷害、觸電、火災(zāi)、車輛傷害等。本研究通過邀請2 位建筑安全管理人員、2位施工技術(shù)人員、1 位高等院校專家學(xué)者組成的5 位專家對8 類事故類型風(fēng)險后果給出評分，取5 位專家評分的平均值作為風(fēng)險后果等級，見表5。

3.1.3 風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表3 判斷其風(fēng)險概率的等級；結(jié)合表4 和表5 確定各類事故的風(fēng)險后果等級，評估過程結(jié)合可能導(dǎo)致的事故類型進(jìn)行等級確定，當(dāng)同時可能誘發(fā)多種事故類型，取事故嚴(yán)重性最高作為風(fēng)險后果等級；然后，參照表6 由事件的風(fēng)險概率等級和風(fēng)險后果等級確定各風(fēng)險因素的風(fēng)險等級。風(fēng)險等級分為五個級別：1 級風(fēng)險（高風(fēng)險），2 級風(fēng)險（較高風(fēng)險），3 級風(fēng)險（中等風(fēng)險），4 級風(fēng)險（較低風(fēng)險），5級風(fēng)險（低風(fēng)險）。風(fēng)險事件的可接受的居民自建房水平是根據(jù)ALARP 原則。在這項研究中，最高風(fēng)險、高風(fēng)險和中等風(fēng)險被認(rèn)為是不可接受的，在風(fēng)險管理中應(yīng)尤為重視。

表5 事故類型的風(fēng)險后果等級

表6 風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)風(fēng)險值是系統(tǒng)所有風(fēng)險的累加和與最高風(fēng)險個數(shù)累加和之比，其中最高風(fēng)險取風(fēng)險概率等級和風(fēng)險后果等級乘積最大值，計算公式如下

其中，Q 為系統(tǒng)風(fēng)險值；Ri為單個風(fēng)險值，k 為風(fēng)險因素個數(shù)。

參照文獻(xiàn)[14]可得，居民自建房系統(tǒng)風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)見表7。

表7 系統(tǒng)風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)

3.2 實例驗證

實例事故源自案例庫中的一起高處墜落事故，該事故位于中國華南某居民自建房，建設(shè)規(guī)模約590 平方米（三層半），一至三層每層約160 平方米，第四層（半層）約110平方米，居民A 與居民B 只達(dá)成口頭協(xié)議（未簽定書面協(xié)議、未簽訂安全生產(chǎn)管理協(xié)議），雙方約定以每平方177 元（包工和模板）價格發(fā)包給居民B，所建的整棟房屋無相關(guān)行業(yè)主管部門報建審批手續(xù)。分析該事故調(diào)查報告獲得，該事故涉及的風(fēng)險因素有X2（未佩戴個人防護(hù)用品）、X7（無安全防護(hù)設(shè)施）、X8（無警示標(biāo)識）、X17（安全意識淡薄）、X23（違法建設(shè)）、X24（違法發(fā)包）、X25（承包無資質(zhì)）、X27（教育培訓(xùn)缺失）。運用改進(jìn)的風(fēng)險矩陣和傳統(tǒng)風(fēng)險矩陣評價結(jié)果，見圖3。

圖3 中顯示本研究風(fēng)險評估結(jié)果與傳統(tǒng)風(fēng)險評估相比都有一定程度的提升，特別X23、X24、X25 的風(fēng)險等級提升與近年來居民自建房安全事故頻發(fā)、社會影響更加深遠(yuǎn)的情況相符。根據(jù)公式（5）和公式（6）獲得，該案例整體風(fēng)險值Q 為51.32%，對照表7 可知，系統(tǒng)風(fēng)險等級較高。

圖3 風(fēng)險等級評價結(jié)果

本文分析認(rèn)為這種提升主要源自傳統(tǒng)評估方法主要采用專家經(jīng)驗確定事件發(fā)生概率，而居民自建房安全事故的高度社會敏感性導(dǎo)致其分析結(jié)果極可能存在偏差。因此，本文將事故發(fā)生頻次和事故后果嚴(yán)重程度等歷史數(shù)據(jù)作為支撐依據(jù)，可增加風(fēng)險分級評價方法的可操作性和實用性。上述評價結(jié)果符合居民自建房建造過程風(fēng)險認(rèn)知，能夠反映居民自建房安全管理實際狀況，體現(xiàn)出該方法具有較強(qiáng)的推廣性。

4 結(jié)論

①分析自建房安全現(xiàn)狀和借鑒相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者研究成果，經(jīng)全面辨識確定識別出32 項風(fēng)險因素。基于此，從直接原因和間接原因兩個層面，建立居民自建房事故樹模型。②通過事故樹的定性和定量分析，利用最小徑集和最小割集對居民自建房風(fēng)險因素進(jìn)行了定性分析，應(yīng)用概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度確定了影響城鄉(xiāng)居民自建房事故發(fā)生的主要原因，明確了各基本事件對居民自建房風(fēng)險的影響程度。③基于改進(jìn)的風(fēng)險矩陣法，提出了居民自建房安全風(fēng)險評價方法。通過實例計算表明，風(fēng)險評價結(jié)果與傳統(tǒng)方法相比，風(fēng)險因素的評價等級在一定程度上均有所提高，能夠?qū)ψ越ǚ匡L(fēng)險等級進(jìn)行快速評價；進(jìn)一步計算獲得系統(tǒng)風(fēng)險等級，該案例的系統(tǒng)風(fēng)險值為51.32%，屬于較高風(fēng)險等級，符合該案例實際風(fēng)險狀況。