基于多智能體仿真的建筑施工安全監管模式研究

王興

（國家東中西區域合作示范區（連云港徐圩新區）建設局，連云港 222065）

0 引言

長期以來，建筑業是我國國民經濟的重要支柱產業之一，為國家經濟發展貢獻了重要力量，同時也解決了大量人員的就業問題，起到了社會穩定和脫貧致富的作用，但建筑業作為傳統高危行業之一，在高速發展的同時，建筑施工安全事故也一直居高不下。為進一步降低事故發生率，我國各級政府采取各種措施加強建筑施工安全監管力度，近年來建筑施工安全事故已成下降趨勢，整體安全形勢有所好轉。然而，我國建筑業仍面臨安全管理水平不高、從業人員素質參差不齊、安全風險控制不力等問題，全國每年都會發生較大以上安全事故，特別是2023年我國建筑業連續發生2 起重大安全事故。其中，2023年4 月18日，北京長峰醫院發生一起重大火災事故；2023年7 月23日，齊齊哈爾三十四中體育館發生一起重大坍塌事故。以上重大事故的發生，敲響了建筑業的警鐘，也表明政府安全監管存在較多漏洞，有必要進一步加強政府安全監管工作。

為提高政府建筑施工安全監管效能，有關研究人員進行了深入研究。如李緒江[1]對重慶J 區的建設質量安全監管工作進行了深入研究，發現監管工作存在職能定位不合理、監管執行不到位等問題，并針對性地提出了應對措施；王莉[2]認為建筑施工安全監管存在監管方式不適應、監管過程不完善等方面問題，并提出了具體的應對措施；金恩[3]通過研究溫州市建筑工程施工安全監管工作，認為存在監管方式不科學等方面的問題，并針對性地提出了工作建議；王凱[4]對常州市建筑工程安全政府監管工作研究后，發現存在監管手段傳統且單一等問題，并提出了針對性的對策；郭楊[5]以S 市為例，發現存在建筑安全生產監督管理方式、手段相對滯后等問題，并深入分析了問題的原因，提出了具體解決措施；李潤[6]對建筑工程安全監督現狀進行分析后，認為存在安全監督管理制度存在漏洞等方面的問題，并提出了解決辦法；桑子田[7]研究了宜昌市質安站監督管理工作，認為建設工程質量安全管理模式落后，經過成因分析后，提出了針對性措施與建議；徐會軍[8]認為建筑工程質量安全監督中政府監督職能未能充分發揮，并提出相應優化監督方法；顏錄超[9]對蘭州市建筑行業安全監管情況深入研究后，認為在監管體制、監管內容、評估方法等方面存在問題，并提出了具體的對策優化；董烽[10]對Z 縣建筑工程安全監管調查研究后，發現存在安全監管手段落后、監管能力不足等問題，并提出了針對性的對策和建議。以上研究表明，當前的建筑施工安全監管力度不足，監管模式效能不高，有必要進一步深入研究。

為了更好地分析政府建筑施工安全監管工作與工程項目之間的動態關系，本文利用美國西北大學開發的多智能體仿真軟件Netlogo 6.3.0 版本對工程項目與監管模式進行仿真模擬，模擬工程項目安全風險的動態變化過程，分析不同安全監管模式對工程項目安全風險的影響，以選擇出最佳的建筑施工安全監管模式。

1 模型假定

首先，由于每個工程項目的工期不同，政府監管轄區內的項目數量實際是動態變化的，并不是一成不變的，因此模型假定項目數量是隨時間變化，且隨機有一定的增長或降低。此外，因為發生安全事故的項目畢竟是少數，所以項目數量必須要有一定的規模，以方便模擬。

其次，每個工程項目都有獨特性，實際的安全風險也是不同的，參考《建筑施工企業安全生產風險分級管控體系實施指南》（DB37/T 3134-2018）[11]的規定，將項目安全風險分為低風險、一般風險、較大風險、重大風險4 個等級，分別采用綠色、黃色、橙色、紅色表示，并將建筑施工安全標準化合格的項目視為低風險項目。同時，為了模擬方便并結合實際情況，每個項目隨著時間變化，安全風險等級是逐步增大的。

再次，考慮政府監管效能是不同的，并且往往達不到理想的監管效率。因此，引入“安全監管強度”概念，即每次檢查將項目安全風險降低一個等級的能力，數值范圍為0-1。

最后，政府安全監管模式根據實際情況，分為雙隨機檢查、定期與專項全面檢查、項目分級管控等3 種模式。其中，雙隨機檢查模式，即根據檢查頻次每次隨機檢查一定數量的項目；定期與專項全面檢查模式，即根據檢查頻次，定期全面檢查所有項目，并隨機開展全面專項檢查；項目分級管控模式，即根據項目安全風險等級的大小，調整檢查頻次、安全監管強度，項目安全風險等級越高，檢查頻次越多，安全監管強度也越大，且優先監管高風險的項目。

2 模型設置

2.1 模型參數設定

為方便數據輸入與調整，采用滑塊設置“項目數量”、“低風險項目數量”、“安全監管強度”、“項目增長數量”、“雙隨機檢查比例”共5 個參數；采用開關設置“雙隨機檢查”、“定期+專項全面檢查”、“項目分級管控”共3 個參數；采用輸入框設置“檢查頻次”。為顯示方便，將世界模型的嵌塊的最大X 坐標、嵌塊的最大Y 坐標調整為22，其余設置保持默認不變。利用監視器繪圖顯示線性圖，同時顯示項目總數、低風險項目數量、一般風險項目數量、較大風險項目數量、重大風險項目數量。模型初始設置詳見圖1，參數設置詳見表1。

表1 模式參數明細表

圖1 仿真模型初始化設置

2.2 模型運行時間設定

Netlogo 軟件的時間為ticks，軟件每運行一步，數量自動增加一次，且可以根據實際情況調整運行速度。本模型設置按照每個模型時間代表1 天，并對每個項目隨機賦予一個隨機工期，最大不超過5年，即1825 天。同時，每天隨機增加一定數量的項目，上限不超過“項目增長數量”的設定值，以模擬一個相對穩定增長或者下降的環境。

2.3 智能體規則設定

模型初始設置規則。模型采用智能體（Turtles）模擬項目數量，未對采用嵌塊（Patches）進行設置。整體數量為“項目數量”設定值，智能體坐標隨機設置，其中低風險項目數量參考轄區安全標準化合格項目比例設置，顏色設為綠色，安全風險等級數值設置為1；剩余項目從黃色、橙色、紅色3 種顏色中隨機選取，并分別設置安全風險等級數值為2、3、4。所有項目隨機賦予一個工期天數，每運行一步工期減少1 天，當工期為零時項目結束，智能體死亡。

項目數量動態變化規則。軟件每運行一步，隨機生成一定數量的新項目，數量不超過“項目增長數量”設定值，隨機賦值工期、安全風險等級，并設置對應的顏色。

項目安全風險等級動態變化規則。軟件每運行一步，所有項目的安全風險等級，均有一定概率轉變為更高一級安全風險等級。其中，低風險項目每步轉換概率為0.1%，一般風險項目每步轉換概率為0.2%，較大風險項目每步轉換概率為0.4%，重大風險項目不再設置轉換概率。

雙隨機檢查模式規則。雙隨機檢查模式啟動時，按照設定的檢查頻次，隨機檢查一定比例的項目，具體數值為“雙隨機比例”滑塊設定數值。每次檢查，被檢查項目均有一定概率降低一個安全風險等級，概率上限為“安全監管強度”設定數值。同時，根據項目安全風險等級，設置對應的顏色和安全風險等級數值。

定期與專項全面檢查模式規則。定期與專項全面檢查模式啟動時，按照設定的檢查頻次，全面檢查所有項目。每次檢查，被檢查項目有一定概率降低一個安全風險等級，概率上限為“安全監管強度”設定數值。同時，根據項目安全風險等級，設置對應的顏色和安全風險等級數值。

項目分級管控模式規則。項目分級管控模式啟動時，按照設定的檢查頻次，分級檢查不同安全風險等級的項目，并將一般風險項目、較大風險項目、重大風險項目的檢查頻次數值，分別設置為低風險項目檢查頻次數值的、。每次檢查，被檢查項目有一定概率降低一個安全風險等級，概率上限為“安全監管強度”設定數值。同時，根據項目安全風險等級，設置對應的顏色和安全風險等級數值。

2.4 仿真流程

模型初始化設置。在仿真界面中分別輸入“項目數量”“低風險項目數量”“安全監管強度”“項目增長數量”“檢查頻次”的具體數量，其余“雙隨機檢查”“定期+專項全面檢查”“項目分級管控”均設置為“off”，點擊“設置”按鈕后即完成模型初始化。

雙隨機檢查模式仿真。在模型初始化后，將“雙隨機檢查”設置為“on”，“定期+專項全面檢查”“項目分級管控”設置為“off”，并輸入“雙隨機檢查比例”，點擊“運行”按鈕即可以開始雙隨機檢查模式仿真。

定期與專項全面檢查模式仿真。在模型初始化后，將“定期+專項全面檢查”設置為“on”，“雙隨機檢查”“項目分級管控”設置為“off”，并輸入“檢查頻次”，點擊“運行”按鈕即可以開始定期與專項全面檢查模式仿真。

項目分級管控模式仿真。在模型初始化后，將“項目分級管控”設置為“on”，“雙隨機檢查”“定期+專項全面檢查”設置為“off”，并輸入“檢查頻次”，點擊“運行”按鈕即可以開始項目分級管控模式仿真。

仿真流程圖，詳見圖2。

3 結果分析

3.1 雙隨機檢查模式仿真結果分析

根據雙隨機檢查的實際情況，分別設置“項目數量”為10000，“低風險項目數量”為2000，“安全監管強度”為0.5，“項目增長數量”為25 個/天，“雙隨機檢查比例”為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，“檢查頻次”為30、60、90、180、360，進行仿真模擬。從仿真的結果看，在“檢查頻次”不變的情況下，“雙隨機檢查比例”越高，高風險項目數量也越少；在“雙隨機檢查比例”不變的情況下，“檢查頻次”越低，高風險項目數量也越少，可以看出仿真結果與實際情況基本一致。從輸出圖表來看，在雙隨機檢查模式下，重大風險項目數量占據第一位，占比相對較高，可以看出雙隨機檢查模式無法有效控制重大風險項目數量。圖3 為“雙隨機檢查比例”為0.3、“檢查頻次”為90、“ticks”為4453 的仿真結果。

圖3 雙隨機檢查模式仿真結果

3.2 定期與專項全面檢查模式仿真結果分析

根據定期與專項全面檢查模式的實際情況，分別設置“項目數量”為10000，“低風險項目數量”為2000，“安全監管強度”為0.5，“項目增長數量”為25 個/天，“檢查頻次”為30、60、90、180、360，進行仿真模擬。從仿真的結果看，“檢查頻次”越低，高風險項目數量也越少，即在“安全監管強度”不變的情況，增加監督檢查次數，可以有效降低重大風險項目數量，可以看出仿真結果與實際情況基本一致。從輸出圖表來看，在定期與專項全面檢查模式下，重大風險項目數量占據最后一位，但仍然維持一個相對穩定的比例，重大風險項目并沒有徹底管控，可以看出定期與專項全面檢查模式可以控制高風險項目數量，這也是目前建筑施工安全監管模式中采用最多的一種。同時，也可以直觀的反映出目前的建筑安全監管困境，即雖然事故數量、死亡人數能夠得到控制，整體趨勢也逐年下降，但全國建筑施工安全事故數量仍然偶有發生，事故發生率并沒有降到發達國家的水平，人民群眾的滿意度仍然不高。圖4 為“檢查頻次”為90、“ticks”為4800 的仿真結果。

圖4 定期與專項全面檢查模式仿真結果

3.3 項目分級管控模式仿真結果分析

根據項目分級管控模式的實際情況，分別設置“項目數量”為10000，“低風險項目數量”為2000，“安全監管強度”為0.5，“項目增長數量”為25 個/天，“檢查頻次”為30、60、90、180、360，進行仿真模擬。從仿真的結果看，“檢查頻次”越低，高風險項目數量也越少，即在“安全監管強度”不變的情況，增加監督檢查次數，可以有效降低重大風險項目數量，可以看出仿真結果與實際情況基本一致。從輸出圖表來看，在項目分級管控模式下，重大風險項目數量較少，占比很低，可以看出項目分級管控模式可以有效控制重大風險項目數量，相較于其它監管模式，有了明顯提高。圖5 為“檢查頻次”為90、“ticks”為4111 的仿真結果。

圖5 項目分級管控模式仿真結果

4 結論與展望

本文采用多主體建模的方式，通過構建建筑施工安全監管模型，分別對雙隨機檢查模式、定期與專項全面檢查模式、項目分級管控模式進行了仿真分析。仿真結果表明，雙隨機檢查模式難以有效管控重大風險項目數量，定期與專項全面檢查模式可以降低但難以根本管控重大風險項目數量，項目分級管控模式可以有效降低重大風險項目數量。因此，可以考慮在建筑施工安全監管工作中推廣應用項目分級管控監管模式，并采取各種措施提高安全監管效率和安全監管強度，以切實提高建筑施工安全監管水平，降低事故發生率，盡快達到發達國家水平。