基于组合模型的建筑触电事故人因失效分析

李珏， 陈菲菲

(长沙理工大学交通运输工程学院， 长沙 410114)

随着中国经济建设的大规模进行，建筑业在迅速发展的同时，也伴随着施工事故的频繁发生。据官方统计数据[1]，2019年全国共发生房屋市政工程生产安全事故773起，按照事故类型划分，6种常见事故类型及占比分别为：触电2.59%，机械伤害2.98%，起重伤害5.43%，坍塌8.93%，物体打击15.91%，高处坠落53.69%[1]。触电事故位列六大类型之一，发生时间极短，甚至来不及开展救援活动，致死率极高。事故致因分析指出，绝大多数建筑事故是由人为因素导致。因此为了提高建筑施工安全水平，系统地分析触电事故中人为因素的关联性，找到事故中关键致因[2-3]进行有效预防至关重要。

在以往对人因事故的研究中，文献[4-5]利用人因分析和分类系统(human factors analysis and classification system, HFACS)模型对事故的致因因素进行相关性分析，确定致因的重要性；文献[6-8]通过对认知可靠性和失误分析方法(cognitive reliability and error analysis method, CREAM)追溯法以及拓展法进行改进，结合区间值直觉模糊集和网络层次分析(analytic network process, ANP)/决策试验和评价实验(decision-making trial and evaluation laboratory, DEMATEL)，更加客观地定量预测人因失误概率。而针对触电事故研究较少，文献[9-10]通过分析事故报告确定触电事故特征，总结了触电事故死亡的最重要的因素；文献[11-12]通过分析工作场所中工人的行为以辨识其中的不安全因素，了解导致触电事故发生的关键致因及事故链。

目前，已有的研究多在HFACS模型的基础上确定指标因素，侧重系统化的上下逐层级影响，未从人因的角度对可能的因素进行全面的罗列分析，且在触电事故的研究中，大多只是对易于获取的客观影响因素进行统计分析，缺乏对致因重要程度的客观判断。而对于触电人因事故，利用全面且不存在事先设定的相互依赖关系的因素确定其层级关系及客观权重对事故预防更有意义。 因此，现基于CREAM提取2012—2021年共192起触电事故报告中的人因影响因素，利用改进DEMATEL解释结构模型(interpretative structural modeling, ISM)识别各影响因素的层级关系与网络结构，再通过ANP确定影响因素的客观权重，得到关键影响因素，以期在事中对其进行重点控制，预防事故的发生，为提高现场安全管理水平提供应对措施。

1 研究方法设计

人因失效事故不仅仅是操作执行错误或行为展开失败所导致的，还可能是因为作业人员对工作环境感知不够灵敏，不能很好地预测事件的发展走向，误判了事故的发生。而事故发生伴随着众多因素的组合出现，分析事故的人因失效机理是分析事故内在形成的关键步骤。

CREAM法根据 “失误模式前因表 ”确定前因类别，接着进行追溯分析，将已经确定的前因作为后果，对照 “后果-前因链表 ”找出对应的一般前因和具体前因。得到的一般前因继续作为后果按照上述操作进行，直至找出事故的根原因。作者选用追溯法确定的事故前因组合作为本文研究的致因因素，根据人的观察、辨识、决策等认知活动到行为展开的整个过程，更加详细地划分影响因素，以便从人因失误的机理分析事故的形成机制。

DEMATEL法通过矩阵计算以及原因结果图的绘制，对影响因素的类型进行判定。ISM法通过建立邻接矩阵、计算可达矩阵划分影响因素层次，将整个系统转化为简单明了的多级递阶结构形式，直观地描述因素间的联系[13]。DEMATEL-ISM已经是一个成熟的分析影响因素属性、层次结构以及作用机理的模型，但是因素权重并未量化，各因素的重要程度可视化不够具体，因此利用ANP确定影响因素的重要性，更易进行风险管理及事故防控。

ANP法考虑了同一层级各影响因素间相互影响关系，解决了AHP过于理想化假设的问题，往往用于建立安全评价指标体系。但是由于ANP的判断矩阵经常是由专家打分或问卷调查确定的，存在很强主观性，因此需要结合其他评价方法对其主观性进行弥补，尽量定量地分析因素间存在的客观联系[14]。

采用关联规则挖掘代替DEMATEL-ISM模型中的专家打分生成矩阵的方式，利用让步比值和统计的前因频率值作为ANP输出判断矩阵的前提，皆消除了方法中的主观性，让致因相关性得以定量的计算分析。研究框架如图1所示。

图1 研究框架Fig.1 Research framework

2 触电人因事故影响因素分类

作者根据从国家应急管理部门以及住建部收集到的192份建筑触电报告，利用CREAM法提取报告中的人为影响因素，并且对照郭中华等[15]给出的前因后果分析表列出事故的前因分类表。结合建筑施工事故的实际情况，将建筑触电事故前因类别归纳成“与人有关的前因”“与技术有关的前因”“与环境有关的前因”“与组织有关的前因”四类，共计30个前因，即触电事故的影响因素，其名称、含义及发生频率详见表1。

3 DEMATEL-ISM-ANP组合模型构建

3.1 直接影响矩阵的建立

利用关联规则挖掘算法确定两两因素间置信度大小，生成置信度矩阵，表示因素相互的关联性强弱。因DEMATEL中直接影响矩阵中数值也表示因素的相关性，可以利用置信度矩阵代替直接影响矩阵[13]。直接影响矩阵B的元素值bij为

(1)

式(1)中：fi、fj分别为致因i、致因j(i≠j)；conf(fi→fj)为关联规则中致因i到致因j的置信度；bij为根据致因i到致因j的置信度所在区间确定的元素值。

由于错过观察、不完善的质量控制两个指标的影响与被影响均为零，所以在整个系统中处于孤立因素，所以后续不纳入本次研究范围。由此得到建筑触电人因事故影响因素直接影响矩阵B。

3.2 综合影响矩阵的建立

对直接影响矩阵B进行规范化处理得到B*为

(2)

根据规范化矩阵计算出综合影响矩阵T，计算公式为

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

(3)

3.3 确定邻接矩阵和可达矩阵

为达到获得最优结构图的目的，取综合影响矩阵T中所有非零元素的中位数0.08为阈值λ，对多余信息进行清除，简化矩阵结构。首先对矩阵T进

表1 触电人因事故前因分类及发生频率

行阈值化处理，确定邻接矩阵C=(cij)n×n，再利用MATLAB软件计算可达矩阵F=(fij)n×n。相关公式为

(4)

F=(C+I)n=(C+I)n-1≠…≠

(C+I)2≠(C+I)1

(5)

式中：cij为邻接矩阵的元素值；tij为综合影矩阵的元素值；I为单位矩阵。

3.4 影响因素层级划分,构建ISM模型

对可达矩阵归类每个因素的前因集合Q(fi)及可达集合S(fi)，若S(fi)=S(fi)∩Q(fi)，则S(fi)作为最高层级的元素，剔除已分层元素S(fi) ，对剩余元素进行同上操作，逐层划分因素类别，直至所有因素归属确定完毕，即可得到触电人因事故影响因素多级递阶结构模型为

(6)

3.5 ANP模型建立

为了找到最易导致建筑触电人因事故发生的影响因素，并且考虑到影响因素以及ISM模型层级间存在的关联关系，利用网络层次分析法对事故中的影响因素进行权重的计算。

根据得出的ISM模型建立建筑触电人因事故影响因素的ANP网络，包括控制层和网络层[16]。控制层是指实现的目标，即无建筑触电人因事故；网络层是由人-技术-环境-组织四个维度27个影响因素共同构成。在SPSS软件中对各类影响因素进行卡方检验、让步比(odds ratio，OR)相关性分析；利用超级决策软件(SD)计算各致因因素的权重(根据OR值和作为初步赋权值的致因频率两个参数进行客观性权重赋值)。

4 结果分析

4.1 DEMATEL-ISM分析

按照3.1节中式(1)，利用Apriori算法确定建筑触电人因事故影响因素直接影响矩阵B，如表2所示。由于影响因素过多，省略余下矩阵的计算过程以及结果。经矩阵计算、模型处理后，建筑触电人因事故影响因素多级递阶结构模型如图2所示。

根据图2，可以看出建筑触电人因事故影响因素体系是一个四阶六层递阶结构模型[17]，直观地反映了人、技术、环境与组织间的相互交织的关系，分析结果如下。

错误辨识、决策失误以及设备失效属于表层直接影响因素，直接导致人因事故的发生，前两者属于人的不安全行为的范畴，设备失效属于技术方面的因素，在建设过程中工人应注意自己的行为是否规范，对机械设备是否有经常性检修；安全教育失效、分心、操作技能差、知识培训不充分以及现场用电不规范等囊括在第二、三、四层的因素是中间层间接影响因素，中间层起到过渡的作用，承接上层的促进作用，逐级向下层推进不安全风险的传递，促进直接因素的产生，导致事件向劣势演化直至形成事故，因此要对中间层进行一个良好的把控，切断枢纽的连接，使致因链条无法连接；不良的自然环境与不充分的班组支持是深层间接影响因素，受根层影响，反过来影响中层因素的出现，对此环节的重视将会对事故预防有着重要意义，但自然环境属于客观现象，无法加以调控，只能对恶劣天气做好防范工作；不完善的安全防护措施管理是根层影响因素，在措施管理方面严格把控，会给工人提供一个安全且有保障的工作环境，降低违规作业的可能性，进而防止工人不安全行为等表层直接因素的发生。

表2 建筑触电人因事故影响因素直接影响矩阵B(部分)Table 2 Direct influence matrix B of influencing factors of construction electrocution human factors accidents (partial)

图2 建筑触电人因事故影响因素多级递阶结构模型Fig.2 Multi-level recursive structural model of influencing factors of construction electrocution human factors accidents

4.2 ANP结果分析

(1)在上节得到的解释结构模型的基础上，建立的ANP网络结构如图3所示。

图3 ANP网络结构图Fig.3 ANP network diagram

根据图3的网络结构图，可以看到触电人因事故中人、技术、环境与组织4个维度之间相互关联，相互促进，比如技术与环境间的作用机理可以对照图2的ISM模型图，现场用电不符合规范(环境因素)促使设备失效(技术因素)的出现，不规范使用电器会导致现场管线凌乱、归置设备不及时，影响设备的经常维护与管理，进而出现设备损坏的现象；管理、技术与人3个维度的相互关系可以用不充分的班组支持导致设计失败，设计失败进而影响认知偏好这一链条来表现，当负责人班组不具备管理能力未能发现或解决施工设计出现的问题，致使作业人员在施工过程中盲目根据自己的工作习惯完成作业，引发后续风险甚至发生事故。对于技术与组织之间无直接箭线相连的现象，分析这两个维度的影响因素可知，技术层面中的3个影响因素(设备失效、操作受限制和设计失败)均只受环境层面包含的因素影响，与组织层面的相应管理问题无直接关系，故而会出现此种情况。

(2)对ISM模型中的致因因素进行两两相关性分析，部分结果如表3所示；利用ANP法计算得到的影响因素权重结果如表4所示。

根据表3的结果可知：

(1)与人有关方面。具有最大权重值的因素是错误辨识和决策失误，对应多级递阶结构模型的表层直接影响因素，直接导致事故的发生，主要表现为未能正确识别危险元素、违法开工建设、未发现工艺变更、未执行停工指令。而其他具有较高权重的因素分别是操作技能差以及违规作业，其主要表现为冒险作业、违章作业、工作经验不足，因此，要严格按照要求施工，加强知识培训，使工人能正确辨别危险源；加强安全教育以及现场管理监督，降低违规作业出现的可能性。而这些高(低)权重因素又与其初始统计频率值相对应，比如在发生频率中频次最高的是安全意识差、违规作业、操作技能差，与网络层次分析得到的权重等级基本吻合；具有最大权重值的错误辨识与决策失误发生频次只是较大，虽然出现次数略少，但具有重要的影响作用，直接导致事故的出现，因此需要格外注意个人的操作细节，严格按照规范进行操作。

表3 ISM模型中两两因素相关性分析结果(部分)

表4 建筑触电人因事故影响因素权重

(2)与技术有关方面。设备失效的权重最高，表现形式为设备损毁、线路老化，这些表现形式会大大地增加触电事故发生的可能性，因此需要经常性地进行护理维修，确保技术方面不存在任何风险。而较为高权重的是操作受限制，因为空间地点的不适当，导致间距影响操作，不能很好甚至正确地完成工作，因此安全人员应时常进行现场管理，保证工人有足够安全的作业条件。对比三个影响因素的权重与发生频率可以看出，设备失效具有最大的权重，设计失败的发生频率最大，结合实际情况，设备损坏极易带来各种安全隐患，导致触电事故的发生，而设计失败并不会直接导致表层影响因素的出现，但是设计的问题却会频繁发生，因此设备失效具有极大的权重，比设计失败更需要重点控制。

(3)与环境有关方面。不充分的班组支持以及现场用电不规范为权重较高的影响因素，前者属于深层间接影响因素，会对中间因素产生很大的推动作用，因此要安排有能力的管理人员统筹整个施工进程，关注施工安全、质量、进度一体化；后者会直接影响表层直接影响因素的出现，现场临时用电设施的杂乱无章会给工人带来安全隐患，比如错过观察，导致事故频发，故在施工时监管人员应管理好现场用电，用电装置要符合施工方案设计。在影响因素的权重与发生频率的对照分析中可以看出，与环境有关的前三个因素权重值的变化趋势符合发生频率的实际统计情况，但是现场用电不符合规范这一低出现率因素的权重却最高，这说明了现场的用电管理大多符合要求，但一旦出现用电设施混乱的情况，就会带来很大的安全风险。

(4)与组织有关方面。权重较大的因素有不完善的规程、管理问题以及不完善的安全防护措施管理，其主要表现为：管理规章制度有缺陷、未督促和检查本单位安全生产工作以及发现问题不及时上报备案和防护措施的缺失。这表明各参建单位监管方面的失责，监督检查走形式不落到实处。因此，各单位应加强对施工项目的管理，制定安全监管制度并予以落实。通过对照这一维度的影响因素的权重值与发生频率可以看出，具有较高发生频率的影响因素也具有较高的权重值，这一基本吻合的现象表明这些因素的重要性；也有相反的情况，权重表中不完善的规程具有较高权重，但实际统计频次却很低，结合现实可以理解，施工中的规程一般可以很好地制定或者执行，所以出现的次数较少，但是一旦有规程问题，会引起其他管理方面的隐患以及作业人员的各种失误，造成极大影响，因此权重值较高，需要管理层更加注重规程的完善。

5 实例分析

5.1 事故案例

以2022年2月19日江西赣州发生的一般触电事故为背景进行实例分析，给出切合具体案例的关键因素及干预对策。事故描述如下：在进行吊机吊装作业时，工人因违规操作使吊机吊臂触碰到高压线，导致其触电，造成1人死亡，直接经济损失约160万元。

5.2 ISM模型分析

根据前文确定的触电事故影响因素类别，对照事故报告中的事故发生经过、事故原因分析及事故责任划分，提取此案例的影响因素，并形成其ISM模型如图4所示。

由图4可知，案例中存在的影响因素分布在各个层级，并由根层影响因素“不完善的安全防护措施”出发，影响“不充分的班组支持”这一深层间接影响因素，与同一层级以及第二、三、四中间过渡层的影响因素共同催化了表层直接影响因素的出现，最终导致事故的发生。据此，要对根层、深层、中间层以及表层影响因素加以严格把控，有利于预防触电事故的发生，也为现场安全管理提供了参考。

图4 所选案例的ISM模型Fig.4 ISM model of the selected case

5.3 ANP法确定权重

基于ISM模型中各影响因素之间存在的相互关联性，利用ANP重建评价模型并进行权重的计算。各影响因素权重计算结果如表5所示。

从表5可知，与人和组织有关的因素是造成触电事故的主要方面，其中与人有关的因素权重占据最大比重，由此可见人的意识行为会给触电人因事故带来极大的推动。而指标层中，错误辨识、决策失误这两个直接影响因素权重最大，属于关键影响因素，作为根层影响因素的不完善的安全防护措施管理权重较前两者次之，也属于关键影响因素；不良的自然环境是对触电人因事故影响最小的间接因素，但是与环境有关的影响因素也很重要。这个权重排序表与上文得到的权重表高度吻合，并且证实了关键影响因素得出的准确性。因此，从施工单位角度来看，减少组织方面不良因素的产生，就能降低不充分的班组支持、安全意识差、违规作业等间接因素出现的概率，从而进一步降低工人错误辨识、决策失误的出现概率，以达到减少触电人因事故发生的目的。

表5 所选案例影响因素权重

6 结论

(1)作者使用关联规则挖掘算法解决DEMATEL方法中利用专家打分获得直接影响矩阵的主观性问题，同时设计两个参数(影响因素的发生频率以及两两因素间相关性分析得到的OR值)构造出ANP方法第一步中的判断矩阵，增强了客观性，更有说服力。

(2)通过DEMATEL-ISM-ANP的混合使用，分析了建筑触电人因事故4个方面25个影响因素的相互关系、作用机理及其权重影响程度，得到了明显的层级关系和网络结构。

(3)通过对影响因素的ISM模型结果和ANP网络结构的分析，建筑触电人因事故中权重均较高的错误辨识、决策失误属于表层直接影响因素为，也是关键影响因素，会导致事故的直接发生，因此要加强对施工人员的安全知识教育，促使工人对危险持有防患于未然的谨慎态度。而对于另一关键影响因素不完善的安全防护措施管理，需要现场加强防护设施管理，为施工人员提供完备的施工保护器具，保障其身心安全。