“2-4”模型及关联规则下塔吊坍塌事故致因分析

唐琳瑶，祁神军，叶云珊，张云波

(华侨大学 土木工程学院，福建 厦门，361021)

随着高层建筑的日益普及，塔吊的应用越发广泛，但塔吊给施工带来便捷的同时，也存在诸多安全隐患.这些安全问题一旦发生，不仅会造成巨大的经济损失，还会造成人员伤亡.据住建部发布的数据显示，自2015年1月至2019年12月，全国共发生房屋市政工程生产安全事故2 199起，造成3 840人死亡，其中，较大事故117起.2019年，较大事故中塔吊安全事故占30.43%，仅次于土方、基坑塌陷[1].因此，对塔吊相关安全事故致因及防范措施进行研究具有重要意义.

目前，国内外针对塔吊安全事故的研究主要分为两个方面.一方面，通过典型案例分析塔吊使用过程中某一阶段的安全致因，如影响塔式起重机操作安全的因素[2]、影响塔式起重机安装/拆卸安全的因素等[3].另一方面，通过大量案例对塔吊安全问题进行量化分析.赵挺生等[4]采用贝叶斯建模方法构建塔吊使用阶段的安全风险评价模型，分析塔吊使用阶段4个关键的安全影响因素.丁科等[5]运用事故致因理论对塔吊事故致因进行统计，并归纳分析事故风险因素.塔吊安全事故的发生通常不是由某个原因引起的，而是多个原因共同作用的结果.这些原因之间存在错综复杂的关联，但上述研究往往忽略了这些关联.

塔吊安全事故类型多样，其中，塔吊坍塌是最主要的类型[6]，故将其作为分析重点.受文献[7]启发，本文将Apriori算法运用于塔吊坍塌事故的研究中，通过分析大量塔吊坍塌事故报告，确立高关联度致因及各个致因之间的置信度.结合“2-4”模型得出事故致因链，深入分析致因链路径，确定预防塔吊坍塌事故的关键因素，提出具有一定可靠性和针对性的预防措施.

1 塔吊坍塌事故致因分析及模型的建立

1.1 事故致因“2-4”模型

文献[8-9]认为任何事故都发生在组织中，事故原因分为组织内部原因和外部原因，事故致因分析与管理的关键在于组织内部原因，故提出“2-4”模型，“2”表示事故原因划分为组织行为(层面Ⅱ)与个人行为(层面Ⅰ)；“4”表示将组织行为划分为指导行为(阶段Ⅳ)和运行行为(阶段Ⅲ)，将个人行为划分为习惯性行为(阶段Ⅱ)和一次性行为及物态(阶段Ⅰ)，共4个阶段，其模型如图1所示.图1中：阶段Ⅰ～Ⅳ分别对应安全事故发生的直接原因、间接原因、根本原因和根源原因，由此构成一条安全行为致因链.

图1 事故致因“2-4”模型

1.2 事故致因初步模型的构建

对收集的塔吊坍塌事故报告进行分析，结合相关文献，运用“2-4”模型和事故致因理论，通过人、物、环境、组织4个因素构建塔吊坍塌事故致因初步模型，如图2所示.

图2 塔吊坍塌事故致因初步模型

1.3 事故致因链

1.3.1 事故致因数据库及致因频数、频率分析 在中华人民共和国住房和城乡建设部及各省市的应急管理厅官网收集100起塔吊坍塌事故案例，以确保数据的准确性和完整性.对事故案例发生区域和发生时间进行统计分析，东北、西北、华北、华中、华南、华东、西南区域的事故数量分别为13，8，9，19，13，22，14起；第1季度、第2季度、第3季度、第4季度的事故数量分别为17，25，26，32起.由此可知，事故案例包含绝大部分区域，且各季度均有分布，说明发生区域与发生时间对事故致因分析的影响较小，可排除无关因素的影响.

塔吊坍塌事故致因是多层次、多方面的，事故致因之间的关系错综复杂.赵挺生等[10]运用系统思想建立5个塔吊安全系统层次，识别56项塔吊安全影响因素，表明塔吊安全是多层次、多维度因素的耦合结果.张潇等[11]从事故时间特性、事故类型和等级、发生阶段、致因4个方面揭示塔吊安全事故的发生规律.Shapira等[12]根据行业专家的意见及专业知识，提出21项塔吊安全影响因素，并评估其影响程度.综合相关研究及“2-4”模型、事故致因初步模型，通过人、物、环境、组织4个因素分析塔吊坍塌事故致因，确定4个一级指标，6个二级指标及22个三级指标.采用“0-1”法则，将100起塔吊坍塌事故调查报告的文本信息结构转化为数据型结构，形成事故致因数据库.塔吊坍塌事故致因频数及频率，如表1所示.表1中：n为频数；f为频率.

1.3.2 基于Apriori算法的塔吊坍塌事故致因链 Apriori算法是关联规则挖掘的重要方法，运用该算法对塔吊坍塌事故致因数据库中的致因因素进行关联规则的挖掘.通过迭代，先检索出数据库中所有频繁项集，即支持度不低于用户设定阈值的项集；再利用频繁项集构造出满足最小置信度的规则[13-14].

1)最大频繁项集的挖掘.支持度和置信度的阈值在关联算法中十分重要，若阈值过大，关联规则较少，不足以支撑进一步分析；若阈值过小，关联规则较多，则不利于致因链的形成.通过计算对比不同支持度下的频繁项集，从而确定最合适的支持度，当支持度为0.30，0.10时，频繁项集较小；当支持度为0.01时，频繁项集较大；当支持度为0.05时，频繁项集较为合适.因此，确定支持度为0.05，其频繁项集，如表2所示.

表2 支持度为0.05时的频繁项集

2)产生关联规则并构成致因链.利用Apriori算法确定最大频繁项集中的因素两两之间的置信度.将Apriori算法与实际情况相结合[15]，设置信度为0.600.把最大频繁项集中不同因素设为原因因素进行计算，运用计算结果中的lift值筛选结果.当lift=1时，说明两个因素之间不存在直接影响关系；当lift<1 时，两个因素负相关，具有阻碍作用；当lift>1时，说明两个因素正相关，具有促进作用，以此作为致因链分析的要素.塔吊坍塌事故致因因素的分析必须参照事故致因理论，遵循上层致因导致下层致因，而下层致因不能导致上层致因的原则.基于此，利用置信度矩阵表示不同因素之间的关联，其中的数值表示横向因素发生导致纵向因素也同时发生的概率.由此可得置信度表，如表3所示.

表3 置信度表

3)事故致因链分析.根据置信度表中各致因之间的关系及置信度，结合事故致因“2-4”模型建立塔吊坍塌事故致因链，如图3所示.

图3 基于“2-4”模型的塔吊坍塌事故致因链

由图3可知：缺乏安全培训和安全责任制度未落实会产生现场安全管理与监督松懈、对相关公司或人员资质审查不严及其他后续问题，同时，其对现场安全管理与监督松懈的影响极其突出，置信度分别高达0.982，0.960.在不安全监管过程中，施工人员缺乏安全教育培训会引起安全操作技术和规程未掌握，导致现场安全管理与监督松懈、不按规范作业和不注意安全隐患排查的概率极高，置信度为0.900以上，这些因素进一步导致违章作业的出现.维护保养不到位会造成不注意安全隐患的排查，影响塔吊结构部位或安全装置的可靠性，最终导致安全事故的发生.

在致因链中，缺乏安全教育培训、安全责任制度未落实、安全生产保障制度缺失这3项致因产生的路径最多，且与其他致因之间关联的置信度较高.结合事故致因“2-4”模型进行分析，可发现缺乏安全教育培训属于“2-4”模型中组织行为层面阶段Ⅳ的安全理念欠缺，属于安全事故的根源原因；安全生产责任制度未落实、安全生产保障制度缺失属于组织行为层面阶段Ⅲ的安全管理体系缺失，属于安全事故的根本原因.因此，将这3个致因作为重点致因进行分析.

2 塔吊坍塌事故预防的策略及建议

由事故致因链可知，组织行为层面的致因进一步影响个人行为层面的致因，如违章作业、不注意安全隐患的排查等.因此，将预防策略重点放在组织层面，针对政府及相关监管部门、施工企业和现场管理人员影响塔吊施工安全的组织主体，分别提出具有针对性和可行性的策略及建议.

2.1 政府及相关监管部门

由事故致因链可知，确保安全生产责任制度的落实和保障可从源头预防和减少塔吊坍塌事故.因政府部门监督管理不到位引发事故的频率为61%，这些不到位主要体现在对施工生产安全检查不到位、对施工手续审查不严，以及未严格督促下属部门履行职责.政府及相关监管部门是安全生产责任制度的制定者和监督者，是预防塔吊坍塌事故的先手，故对政府及相关监管部门提出以下4点建议.

1)健全安全生产责任制度.政府及相关监管部门从以往事故中吸取经验教训，制定具有针对性的政策.例如，以往存在部分项目审批手续不全擅自开工建设的行为，相关单位未能察觉，甚至是察觉后未严格进行查处.对此，政府及相关监管部门除建立并执行审核机制外，还应针对违规行为建立处罚机制.

2)建立监管部门内部的责任机制.政府及相关监管部门除了严格监管施工企业外，还应建立部门内部责任机制，对相关工作人员进行约束，避免由于监管不力、工作疏忽等问题造成不良后果.

3)积极推动安全生产知识学习.部分项目往往为了节约成本和时间而忽视安全生产知识培训，加之我国建筑行业从业人员的素质水平参差不齐，安全生产知识的普及率并不高，从而导致很多施工安全事故的发生.因此，政府及相关监管部门可以出台相关政策，推动安全生产知识的普及.例如，进行公益安全生产知识讲座，并对积极开展安全生产知识培训的施工企业予以一定补贴.

4)加强对高技术含量及危险性工种的监管.针对塔吊、强电和高空等具有较高技术含量和危险性的工种，除了加强安全生产知识学习外，还需要健全特种作业人员的资格认证体系.特种作业人员应具备专业知识，持证上岗，以降低安全事故发生的概率.

2.2 施工企业

由事故致因链可知，安全生产责任制度未落实和安全生产保障制度缺失会导致施工现场安全管理与监督松懈，进而产生不规范作业、对安全隐患的疏忽、不规范作业等问题.施工企业作为施工过程的参与者，是安全事故预防过程中将各种预防措施落到实处的关键，故对施工企业提出以下2点建议.

1)加强施工现场安全生产管理，建立责任机制和合理的奖惩制度.一方面，施工企业应促进监管部门的相关政策落到实处，确定政策对应现场各部门应如何实施；另一方面，需建立安全现场生产责任制，明确规定各部门的工作要求，将责任层层划分，落实到个人，同时，建立合理的奖惩制度，对施工过程中的失职、渎职造成安全事故和损失的部门和个人予以惩罚，对积极落实安全生产责任制并严格执行的部门和个人予以奖励，促进良性循环.

2)加强资质、审批手续审察和管理.对相关公司或人员资质审查不严占比引发事故的频率为64%，项目现场管理人员必须具备相应资质，不得弄虚作假.特殊工种必须有相应资质，做好资质审查及相关记录归档，方便责任划分与事故追责.项目建设必须做好审批手续核查，若审批手续不齐全，禁止开工.

2.3 现场管理人员

施工作为工程项目的关键环节，施工现场管理十分重要.由现场安全管理与监督松懈引发事故的频率高达95%.现场安全管理与监督松懈会引起不按规范作业、不注意安全隐患排查等问题，且置信度均高于0.900.因此，现场管理人员除了应当严格落实相关部门及施工企业的安全管理制度外，还需要确保现场施工过程安全进行，故对现场管理人员提出以下3点建议.

1)做好设施维护及安全隐患排查.因维修保养不到位和不注意安全隐患的排查引发事故的频率分别为58%，92%，故设施维护和安全隐患排查也是预防塔吊安全事故发生的要点.现场管理人员要做好塔吊等设施的维护，定期检查、保养并做好记录.施工现场有关安全隐患排查的各项检查工作应做好书面记录，不缺不漏.

2)加强专项施工方案执行及特殊工种作业管理.缺乏安全专项施工方案引发的塔吊坍塌事故的频率为39%.对技术性较高、风险较大的项目必须编制专项施工方案，做好风险事件应对措施.

3)施工时必须有具备相关资质的管理人员进行现场监管，确保施工过程各环节的安全.技术工人上岗前除了需要确认工种资质外，还要确保做好岗前培训与技术交接.

3 实证分析

3.1 背景资料

玛斯兰德国际社区项目位于四川省宜宾市珙县巡场镇，建设用地约5 8000 m2.事故发生于2019年2月，安拆人员对项目10号楼西侧起重塔吊加装标节提升作业过程中，发生塔吊起重臂失稳垮塌事故，造成现场3名安拆工人死亡，直接经济损失约460万元[16].

3.2 事故原因分析

根据塔吊坍塌事故报告进行分析，这起事故的发生主要有以下5点原因.

1)工人违规操作.在实施顶升过程中左侧顶升横梁未正确安装到位，操作人员即开动千斤顶开始受力，随后发生脱落，造成塔吊回转和套架往平衡臂方向侧翻，并全部脱落掉下.

2)项目施工总承包单位安全责任不落实.在施工手续不全的情况下提前开工，且项目现场负责人不具备相应资格，对塔吊租赁和安装过程监管不力.

3)塔吊租赁单位和监理单位未保障安全生产.现场安装技术负责人未对施工过程提供安全技术保障，技术交底不力且未编制专项施工方案.现场监理人员对施工现场塔吊租赁、安装环节存在突出问题失察，组织无岗位证书监理人员上岗旁站，事发时现场监理人员脱岗等情况.

4)现场安全管理及监督工作不到位.现场监理人员未按照法律、法规认真履行职责，未对项目违规、违法行为进行制止，个别监理人员不具备相关岗位证书.

5)缺乏安全教育培训.施工单位未督促、落实新进场作业人员的安全培训和技术交底，塔吊安装技术负责人未对现场安拆人员进行技术交底，致使工人在未对塔吊操作安全相关规程充分掌握的情况下就开始施工，最终出现违规作业的情况.

事故案例致因链，如图4所示.事故案例致因链是塔吊坍塌事故致因链的子链，可证明提出的致因链的有效性.若事故项目能按照建议建立和落实安全生产责任制度，加强对现场的管理和资质审查，尤其重视高危作业、特殊工种的资质管理，保证工程开工有准备、工人作业有资质就能在很大程度上避免事故的发生.同时，若行业主管部门做好安全生产规章制定、保障日常监管也能减少事故发生的概率.

图4 事故案例致因链

4 结论

1)将塔吊坍塌事故主要致因中的人、物、环境、组织4个因素划分为一级指标，包含6个二级指标及22个三级指标.

2)通过Apriori算法识别得出12项重点致因，并结合“2-4”模型，从组织行为和个人行为两个层面将致因划分为4个阶段，得出塔吊坍塌事故致因链.

3)缺乏安全教育培训是组织层面的根源原因，安全生产责任制度未落实、安全生产保障制度缺失是组织层面的根本原因，应将组织层面的管理作为预防事故发生的重点.

4)提出健全安全生产责任制度、加强施工现场安全生产管理、建立责任机制和合理的奖惩制度等具有针对性的预防策略，但仍存在需要改进的地方，例如，塔吊维修保养不到位等因素的置信度相对较小，但不能忽略这类与塔吊设备及维护相关致因导致的塔吊坍塌事故.