基于蒙特卡羅法的建筑工人不安全行為風險評估

田水承，郭 謙，張江江，范彬彬

（1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 安全與應急管理研究所，陜西 西安 710054）

0 引 言

建筑業為安全事故高發行業［1］，安全生產形勢十分嚴峻［2］。相關數據顯示，2021年中國房屋市政工程發生各類安全事故734起，840人死亡［3］。同時，施工過程中人的不安全行為造成建筑安全事故所占比高達80%［4］。因此，評估并量化建筑工人在施工過程中的各類不安全行為對事故發生產生的影響程度，可為有針對性的管控施工人員不安全行為，減少事故發生提供理論依據。

目前，國內外學者采用多種評估方法對不安全行為影響因素進行評估。JAHANGIRI等將安全檢查表與模糊推理系統（ANFIS）相結合，評估施工現場腳手架墜落的風險，結果表明有效使用個人防護設備是減少墜落風險的重要因素［5］。PATEL等基于人工神經網絡建立建筑施工單位員工的安全工作行為預測模型，根據敏感度分析結果發現，監督環境對工人的安全行為影響最大［6］。GOH等基于理性行動理論，采用機器學習的方法評估建筑工人不同認知因素對安全行為的影響程度，根據評估結果排序，意圖和社會規范對工人安全行為影響程度最大［7］。遲鵬德等基于未知測度理論結合改進的層次分析法和熵權法，分析礦工的不安全行為及其風險程度。結果發現工作氛圍與作業強度時對礦工不安全行為影響較大的因素［8］。宣越等基于“2-4”模型理論和貝葉斯網絡模型計算對員工不安全行為影響的因素權重，并根據模型分析結果得出對員工不安全行為影響最大的5條路徑［9］。謝長震等結合魚刺圖和網絡層次分析法構建了包括礦工個體因素在內的5個方面的不安全行為影響因素指標體系，根據權重排序結果發現個體因素是影響員工不安全行為最重要的指標因素［10］。鄭僑宏選用熵值法和集對分析法構建評估模型，對礦工的不安全行為風險進行評估，根據風險排序，安全文化缺失風險行為的發生影響較大［11］。戴娜娜等通過調查問卷和結構方程模型研究化工建筑工人不安全行為的影響因素，根據顯著性排序，安全技能對工人的行為風險影響程度最大［12］。常樂等采用層次分析法和ABC分析法構建建筑工人不安全行為影響因素指標體系，結果發現，違反勞動紀律、勞動防護用品未正確使用等4項不安全行為主要因素［13］。張孟春為評估腳手架工人2項常見的風險行為—不使用安全帶和高空拋扔物體，基于問卷調查確定風險行為的評估值，使用方差分析和t檢驗2種統計學方法檢驗年齡和經驗對風險認知的差異性［14］。

通過閱讀文獻，發現目前國內外學者大多評估各個不安全行為影響因素對不安全行為的影響程度，且這些研究方法易受評價人主觀因素影響，不確定性較強。而關于從個體角度探究不安全行為導致后果的嚴重程度鮮少見到。鑒于此，選用蒙特卡羅法，定量描述風險行為后果值，并采用概率分布的形式，有效克服傳統風險評估中每個風險因素的不確定性問題［15-16］。通過統計分析2017—2019年建筑施工行業4類高頻事故：高處墜落、坍塌、物體打擊、起重傷害；基于蒙特卡羅法建立建筑工人的不安全行為風險評估模型；根據不安全行為發生的概率和事故發生造成的損失量化不安全行為后果值；運用軟件模擬不同事故類型的行為風險值，進而對模擬結果進行敏感度及不確定性分析，從而為管控工人不安全行為，減少事故發生提供理論依據。

1 建筑施工不安全行為分析

1.1 不安全行為分類

根據《企業職工事故傷亡分類標準》GB6441—1986可知，不安全行為可造成事故損失的人為錯誤，并將不安全行為劃分為13類［17-18］。建筑施工中的不安全行為分類，見表1。

表1 不安全行為分類Table 1 Classification of unsafe behaviors

1.2 不安全行為風險程度的描述

參照最新《生產安全事故報告和調查處理條例》、建筑安全生產現狀等［19-20］，將不同類型事故可能引起的損失按嚴重程度進行分級劃分，并按等級量化分值，見表2。

表2 事故損失描述與量化分值Table 2 Accident loss grade and classification standard

2 行為風險評估模型的建立

2.1 基本流程

選用蒙特卡羅法構建建筑施工中不安全行為風險評估模型流程，如圖1所示。

圖1 行為風險評估模型Fig.1 Assessment model of behavioral risk

2.2 構造功能函數

采用行為風險后果值量化事故行為風險的大小。事故的發生是多種不安全行為同時作用的結果，故建立功能函數［21-22］，見式（1）。

式中 R為行為風險后果值；Pi為第i個不安全行為發生的概率；Si為第i個不安全行為引發事故后所造成的損失；n為不安全行為的個數。

2.3 確定行為風險因素的概率分布

每類不安全行為發生的概率分布可以根據建筑事故中該類不安全行為引發事故的概率確定，數據主要來源于《房屋市政工程生產安全事故情況通報》。據統計，2017—2019年建筑施工行業發生安全事故2 199起，其中，高處墜落（因在高處施工作業發生墜落）［23］、物體打擊（在力的作用下運動的物體打擊人所造成的傷害，不包括其他事故造成的傷害）［24］、起重傷害（從事起重作業時所引發的事故）［25］、坍塌（因不合理施工導致物體倒塌而造成的傷害）［26］占比較高，分別為：51.34%，14.41%，7.69%，9.28%。文中共統計500起建筑安全生產事故，分別按照各類事故占比選取事故數，對所統計事故依據事故調查報告中對每起事故原因的分析，確定各類不安全行為頻數，由此可得各類不安全行為發生概率。此外，由表1可得各高頻事故損失量化值，由此確定每類不安全行為造成事故損失的概率分布。通過Crystal Ball 11.1對事故損失量化值進行擬合優度檢驗，可得事故損失概率大體是服從正態分布，統計結果見表3。

3 結果與討論

3.1 行為風險結果分析

選用Crystal Ball 11.1軟件模擬時，將表3建筑事故中不安全行為風險因素概率分布設置為模擬數據，將各類不安全行為發生的概率值和事故損失量化值，分別設置為相應的正態分布假設單元格，結合式（1）計算出不安全行為風險后果值并設置為預測單元格。設置模擬次數：1 000次，置信度：95%，運行可得各事故的行為風險累計概率分布和行為風險后果值分布，如圖2，圖3所示。

表3 建筑事故中不安全行為風險因素概率分布Table 3 Probability distribution of risk factors of unsafe behaviors in construction accidents

圖2 建筑高頻事故行為風險累積概率分布Fig.2 Cumulative probability distribution of the risk of building high-frequency accident behaviors

由圖3可得4類高頻事故：物體打擊、坍塌、起重傷害、高處墜落風險均值依次為6.17，7.10，8.99，4.91。結合事故風險均值以及累計概率分布情況可知：4類建筑事故中的建筑工人的行為風險具有明顯差異，其風險嚴重程度由大到小分別為起重傷害、坍塌、物體打擊、高處墜落。

圖3 建筑高頻事故行為風險后果值分布Fig.3 Distribution of risk consequence values of building high frequency accident behaviors

3.2 敏感度及不確定性分析

事故發生可能是多種不安全行為同時作用的結果，而行為風險值不能反應某類不安全行為對事故的影響程度。因此，通過分析通過Crystal Ball 11.1軟件模擬獲得的各類不安全行為敏感度，確定其對風險值的影響程度。

高處墜落事故中，A類不安全行為的敏感度為44.6%。具體表現形式為：在工人高處作業時，外腳手架未掛設安全網以及多人擁擠乘坐施工電梯等。J類不安全行為的敏感度為34.5%，具體表現形式為：未佩戴好安全防護措施進行高處作業等。

坍塌事故中，A類不安全行為的敏感度為29.2%。具體表現形式為：建筑工人違反建筑拆除規范，導致墻體坍塌，在未采取有效支護、放坡等安全措施前提下挖掘溝槽。B類不安全行為的敏感度為40.9%，具體表現形式為：私自拆除墻體支撐，導致墻體穩定性破壞坍塌等。

物體打擊事故中，C類不安全行為的敏感度為28.8%。具體表現形式為：長期使用的設備未進行維修、更換以及截斷機無防護罩便開始作業等。F類不安全行為的敏感度為31.5%，具體表現形式為：在機械旋轉半徑內隨意行走以及在模架拆除區域工作等。

起重傷害事故中，A類不安全行為的敏感度為60.0%。具體表現形式為：塔吊作業人員頂升前未做好塔吊配平等準備工作，安排無天車工操作證人員從事起吊作業。C類不安全行為的敏感度為25.8%。具體表現形式為：在鋼絲繩有安全隱患情況下未及時更換，吊鉤滑輪組未設置有效的鋼絲繩防脫槽裝置等。

由上述敏感度分析結果可得，J，B，F，A這4種不安全行為敏感度值都在30%以上，對4類建筑事故的安全行為風險值影響較大。

各類高頻事故不安全行為種類數參考《房屋市政工程生產安全事故情況通報》，依據此統計獲得建筑事故中不安全行為風險因素概率分布，但只統計數量有限，故后續研究可擴大樣本數量，獲得更精確的樣本參數。

3.3 主要安全措施及建議

根據敏感度分析結果和各類不安全行為在事故中的表現形式，提出建議措施。

1）高處墜落事故：重點加強對A和J類不安全行為的監管。①在工人高處作業時，對于各項防護措施的搭建必須符合安全規定，佩戴好個人的安全防護設備，安排專人定時進行巡查。②加強對工人安全操作技能的培訓。

2）坍塌事故：重點加強對A和B類不安全行為的監管。加強對建筑工人在建筑拆除過程中的監管，禁止個人未經許可私自進行拆除作業。在拆除前：①必須編制專項拆除施工方案，并且經專家審查合格后才可執行。②施工前，做好安全技術交底等工作，并按照專項施工方案施工。

3）物體打擊事故：重點加強對C和F類不安全行為的監管。①定期對操作設備進行，并及時填寫維修記錄。②操作過程嚴格按照相關規定，在有安全風險的部位，加設有效的安全防護裝置。

4）起重傷害事故：重點加強對A和C類不安全行為的監管。①分工種對作業人員進行有效的安全培訓。②定期檢查各安全設備使用情況，及時消除隱患。

4 結 論

1）參考相關文獻，通過統計近3年來4類高頻建筑事故起數和不安全行為數量；基于蒙特卡羅法構建行為風險評估模型，獲得建筑事故中不安全行為風險因素概率分布；依據此運用軟件模擬得：建筑高頻事故行為風險累積概率分布與建筑高頻事故行為風險后果值分布。

2）結合建筑高頻事故行為風險累積概率分布和建筑高頻事故行為風險后果值分布，對4類事故的行為風險結果進行分析發現，起重傷害事故行為風險值最大，其次是坍塌事故、物體打擊事故、高處墜落事故行為風險值最小。

3）由敏感度分析結果可知：在4類建筑事故工人不安全行為中，忽視使用個人防護用品用具（J）、造成安全裝置失效（B）、冒險進入危險場所（F）、“操作錯誤，忽視安全，忽視警告（A）”這4種不安全行為敏感度值都在50%以上，對4類建筑事故的行為風險值影響較大。因此，參建方應參考以上數據，加強安全生產管控，有效降低建筑行業事故發生率。