基于统计数据的建筑坍塌事故时空特征分析

刘 晴， 张海燕， 姜 慧， 许 娜， 潘雨欣

(1.徐州工程学院 土木工程学院，江苏 徐州 221018；2.中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116)

随着建筑业高速发展，且行业具有高风险性和事故多发性特点，近年来，建设工程事故频发不止。据住建部相关数据(图1)显示，房屋市政工程事故起数与死亡人数呈现逐年增长态势，其中高处坠落、坍塌、起重伤害是房屋市政工程生产中应着重预防的对象[1]。并且，2011—2019年坍塌事故在较大及以上事故中占比最高；坍塌事故平均死亡率(死亡人数与事故起数之比)为1.9，远高于所有事故的平均死亡率1.2[2]。事故频发和高死亡率造成了消极的社会影响，引起了广泛的社会关注。

图1 2011—2019年房屋市政工程坍塌事故情况

目前，面对国内严峻的事故现状，相关学者从微观角度对坍塌事故展开了相关研究。唐琳瑶等[3]通过构建事故致因数据库，挖掘塔吊坍塌事故致因链；张兵等[4]从人为视角定性定量地剖析高支模施工安全事故的组合因果关系；罗秋实等[2]建立、分析坍塌事故风险演化网络，明确事故关键风险点并提出风险消减策略；王丹等[5]应用事故致因“2-4”模型对模板坍塌事故进行分析,定位事故发生的直接、间接原因和关系；Yikun Su等[6]利用案例推理模型实现建筑安全事故的事前控制和决策。

就各类型坍塌事故而言，此类研究立足于微观视角，侧重于从人、物层面分析导致事故发生的主要因果规律，为生产单位制定具体的事故预防措施提供科学的参考依据，但是从宏观角度，为了解我国各地区坍塌事故发生情况，缺乏对事故演化规律和时空特征的挖掘。

现有关于建筑安全事故的时空特征分析所涵盖的事故类型十分广泛。郑霞忠等[7]基于数据包络分析博弈交叉评价法评估2012—2017年我国各省域建筑安全生产水平，探究其时空演变特征及影响因素；Shao Bo等[8]利用数理统计方法分析2012—2016年建筑生产安全事故的类别、发生时段，指出提高建筑生产安全事故的主要监控对象和时间段；孙磊等[9]采用泰尔指数、空间马尔柯夫链方法来分析2007—2016年建筑业安全形势的区域差异及区位分布的时空演变。其研究对象聚焦于工程事故整体，缺少坍塌事故的针对性研究。

本文收集我国31省(自治区、直辖市)2011—2019年房屋市政工程454起坍塌事故，借助ArcGIS、SPSS软件，基于斯皮尔曼相关性原理、平均最邻近指数、不平衡指数分析其时空特征和规律，以期从宏观上把握事故发生的演变规律，科学衡量各区域间建筑安全水平的不均衡差异，为改善现行建筑安全管理模式提供参考。

1 数据和研究方法

1.1 数据来源

本研究通过查询中华人民共和国住房和城乡建设部、各省市应急管理局和安全管理网站中的事故公告以及事故调查报告，收集整理了2011—2019年中国31个省(自治区、直辖市)的454起坍塌事故，包括119起较大及以上坍塌事故。本研究根据《中国统计年鉴》收集2012—2020年在宏观上导致中国坍塌事故时空差异的相关指标数据。《中国统计年鉴》中数据更新到2019年，故下文的指标分析时间跨度为2011—2019年。

1.2 研究方法

本文运用SPSS对坍塌事故频数与建筑业相关因子数值进行相关性分析，利用ArcGIS对坍塌事故进行空间格局分析。相关衡量指标如下：

(1)平均最近邻指数。平均最近邻指数(ANNI)通过计算单个点与最近点之间的观测平均距离和随机模式下的预期平均距离之比，来比较与随机分布的偏离程度[10]。本文采用ANNI判别我国坍塌事故分布的类型，计算公式如下：

式中：ANNO为坍塌事故发生的平均距离；ANNE为预期距离；N为事故总数；A为中国的面积；dij为任一事故发生地点与最邻点间的距离。当ANNI>1时，事故为离散分布；ANNI<1时，事故为聚集分布；ANNI=1时，事故为随机分布。

(2)不平衡指数。不平衡指数反映了研究对象在不同层级或不同区域内分布的齐全程度或均衡程度[11]。本文用其度量坍塌事故在全国各省区中的分布均衡状况，采用罗伦兹曲线计算集中指数，公式如下：

式中：n为省区数量；Yi为各省区坍塌事故数量占总数从大到小排序后，第i位的累计百分比。不平衡指数S介于0～1之间，若事故平均分布在各省区中则S=0；若事故集中在一个省区中，则S=1。

(3)相关性分析。相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量因素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。斯皮尔曼(Spearman)相关性系数计算公式如下：

式中：x为独立变量；y为依赖变量。

2 坍塌事故时间格局分析

2.1 坍塌事故时间分布规律

根据统计数据显示，2011—2019年事故总数在15～76起范围内波动，依据事故主要类型[12]，将样本进一步划分为模板、脚手架、土石方、基坑、作业平台、拆除改造工程和其他建构筑物坍塌七类。如图2逐年变化的具体情况可知，2011—2012年事故总量较低，2012—2014年事故总数增长稳定，2017年达到最高峰，2018年数量虽有下降，但事故起数时间序列未来变化趋势均与过去总变化趋势相同，呈现的下降趋势不显著[1]。

图2 2011—2019年坍塌事故总数逐年变化情况

由2011—2019年各类型坍塌事故起数统计情况(表1)所示，在各类事故中，模板、脚手架坍塌事故于2013—2014年间出现小高峰后，事故起数明显下降；土石方、基坑坍塌事故起数仍有小幅增长；施工过程中建筑物局部区域、堆载物或钢筋、钢梁等构筑物引起的其他建构筑坍塌事故起数增长明显。

表1 2011—2019年各类型坍塌事故起数统计情况

坍塌事故逐月、逐时变化情况如图3所示，具有明显的时间性规律。从中发现1年12个月中5月、7—8月、11月—次年1月事故频发，2月情况最为良好；1天24小时中，9:00—11:00和15:00—18:00两个时段工程坍塌情况较为严重。

图3 2011—2019年坍塌事故时相分析

2.2 原因分析

2.2.1 事故频数年际波动因素

事故频数总体呈逐年上升趋势。2011—2012年较为平稳，2013年始，各类型事故分别出现频发现象，2014—2015年保持稳定，2017年达到峰值，2018年后增速放缓。其中，与土石方、基坑、其他建构筑物坍塌事故相较，模板、脚手架坍塌事故频数在2014年后得到明显控制。

(1)政策因素：在工程质量安全监管方面，住建部组织严查重点地区，落实事故主体责任，自2013年深入开展预防施工起重机械、脚手架等坍塌事故专项整治工作以来，成效显著。进而在2014年，住建部依据《国务院安委会办公室关于开展建筑施工预防坍塌事故专项整治“回头看”的通知》深化做好坍塌事故预防工作。由于事故预防工作的合理化、有效化开展，2014—2016年事故频数起伏平缓，模板、脚手架坍塌事故继2013—2014年出现小高峰后，高发趋势得以控制。

而在2015年5月，国家安全监管总局在“国家安全生产监督管理总局令”中对《〈生产安全事故报告和调查处理条例〉罚款处罚暂行规定》作出修改，并提出惩罚性条款“事故发生单位主要负责人迟报事故的，处上一年年收入60%～80%的罚款；漏报事故的，处上一年年收入40%～80%的罚款”；2016年6月，国家安全监管总局、公安部、农业部、质检总局和民航局联合发布《关于做好生产安全事故统计信息归口直报工作的通知〔2016〕70号》，通知规定从2016年7月1日起，生产安全事故统计信息将全面实行安全监管部门归口直报。两项文件的颁布使生产安全事故隐瞒不报、谎报及故意破坏事故现场、毁灭有关证据等违法行为得到有效遏制[13]，同时也暴露出2016年未上报的违法安全事故，事故频数出现上升趋势，2017年达到峰值。

(2)经济因素：根据国家统计局数据，建筑业总产值情况如图4a所示。将2011—2019年事故频数和建筑业总产值线性拟合后得出图4b，观察发现两者呈现正相关。换言之，随着年建筑业总产值的上升，其事故频数相应增长。利用SPSS进一步量化其相关性，验证得到相关性系数为0.946**(sig.=0.000，相关性显著)。由此，2014—2015年建筑业总产值增速下降，事故总频数几乎未出现增幅；2016年随总产值增速上升，事故频数随之增长；2017年达到近六年增速最高值，与该年事故频数峰值特征相符。

图4 2011—2019年建筑业总产值情况

2.2.2 事故频数季节性变动因素

坍塌事故发生在5月、7—8月、11月—次年1月较多；2月低谷期后又出现明显增幅；6月事故频数出现小幅下降。

(1)气候因素：7—8月是夏季施工期；11月—次年1月是冬季施工期。鉴于建筑施工周期长且露天作业多，极端气候条件下，工人在心理、生理以及精神状态不佳时容易决策失误，倾向于选择影响自身和他人安全的行为[14]。

(2)节气因素：2月多为春节期间。城市内，建设行业从业人员外来人口居多，节气返乡后施工进程延缓，因此，城市流动人口的季节性迁徙是2月事故量少的深层次原因[15]。节后复工，工人处于状态调整期，3—5月事故逐月频发。

(3)监管制度因素：每年6月为住房城乡建设系统“安全生产月”。各地区住房城乡主管部门加强对工程质量情况的监管、指导、总结，促使6月事故频数有所下降。

2.2.3 事故频数时相差异性因素

坍塌事故频数在每日9:00—11:00，15:00—18:00时间段为多发，两个时间段中的10:00，17:00最高。

(1)工人工作制因素：9:00—11:00和15:00—18:00处在工人正常的工作时间，是事故可能发生时间段。

(2)工人身心状态因素：临近午休和下班的10:00，17:00，施工工人精神疲惫、安全意识薄弱，是事故易发生时间点。

3 坍塌事故空间格局分析

3.1 坍塌事故空间分布规律

3.1.1 空间分布类型

各省市地区的较大及以上事故的发生情况对死亡人数起显著影响。本文依据全国7大地理分区(不包括港澳台)，统计的2011—2019年坍塌事故地区分布情况见表2，其中华东区各项数值均为最高，死亡人数最多，事故频数接近总数的1/3；西部地区事故频数较少。整体而言，越往东南沿海地区发展，事故分布越集中且死亡人数越高。通过表格统计，判断事故的地理分布在部分区域内具有集中性。

表2 中国各分区坍塌事故分布

为精确地判别坍塌事故在全国范围内的分布类型，在ArcGIS中投影119个较大及以上事故地址，根据119个点要素测算平均最近邻指数，得出平均观察距离ANNO=87631.0726 m，平均预期距离ANNE=142014.3204 m,平均最邻近指数ANNI=0.617058<1。因此，较大及以上坍塌事故在全国范围内属于集聚型分布。

3.1.2 空间分布均衡性

在全国31个省市中，广东、江苏、山东坍塌事故频数位居前三，与青海、内蒙古、西藏等西北地区相比，事故发生率、死亡率大，较大及以上事故多，总体呈现“区域内集中，区域间失衡”的分布情况。为此，如图5所示，以坍塌事故总频数为依据，考察坍塌事故在各省区分布的罗伦兹曲线，发现粤、苏、鲁、冀、湘、皖、豫、黑仅八个省区的事故频数就达到了总数的一半以上。经过计算，得出不平衡指数S=0.407，相应表明坍塌事故在31个省区中地理分布不均衡。

图5 各省市坍塌事故频数罗伦兹曲线

3.2 原因分析

为进一步探究事故地理分布“区域内集中，区域间失衡”的影响因素，本文收集了建筑业相关因子数值，利用斯皮尔曼相关性原理在SPSS中进行相关性分析，结果见表3。彼此显著的正相关性表明，各省的地区GDP、建筑业总产值、增加值、从业人员、企业单位数是坍塌事故发生的主要因素。即若一个地区经济发展水平越高、建筑业越鼎盛、价值创造活力越强、从业人员和企业单位数越多，坍塌事故发生的频次就相对越高。

表3 坍塌事故各因子相关性分析结果

3.2.1 地区GDP情况分析

地区经济发展水平直接影响一个省市的安全事故防控人力、财力等资源的丰缺，以及建设单位的建设能力、事故预警能力、管理工具与技术的先进水平，进而影响安全事故的预防和管理水平。如图6所示，海南、甘肃、宁夏、青海、贵州、黑龙江等省市年均GDP较低，而每单位GDP产出下事故频次相对较高，安全形势不容乐观[16]。一般地，地区经济越发达，建设单位所掌握的技术和工具水平越高，对坍塌事故预防和管理能力越强，单位GDP产出下事故频次越低。

图6 各省市年均单位GDP产出下事故频数变化

3.2.2 建筑业总产值、增加值情况分析

建筑业年总产值和增加值能确切地反映地区建筑业发展的经济效果。以各省市年均总产值为依据，得出不均衡指数S=0.477，与事故频数的不均衡指数(S=0.407)相近。并且，如图7所示，2011—2019年各省市年均总产值、增加值与事故频数总体趋势基本一致。结合上述两项分析，区域内建设规模的扩大、生产活力的提高均会增加事故隐患，区域间总产值和增加值的不均衡间接导致事故频数表现出显著的差异性。

图7 建筑业总产值与事故频数总体趋势

3.2.3 建筑业从业人员、企业单位数情况分析

如图8所示，将2011—2019年各省市年均企业单位和从业人员数量按地区汇总。明显地，大量数据集中在东南沿海地区所涉及的省份，与这些区域的建设行业发展快、经济体量大密切相关；西北和东北区域企业分布和从业人员稀疏且数值小。因此，企业单位和从业人员分布的不均衡性间接导致坍塌事故频数的地区差异性，各区域建设安全事故面临的风险程度不一。

图8 企业单位和从业人员数量地区分布

4 结论和展望

根据经济、地理、统计方面的相关知识和方法，从时间、空间两个角度对我国2011—2019年房屋市政工程坍塌事故进行分析，得出以下结论：

(1)坍塌事故频数呈现年际波动性。随着建筑业经济体量和整体规模的不断扩大，各类型坍塌事故频数保持逐年增长态势。紧跟着相关政策的出台，模板、脚手架等坍塌事故专题预防工作落到了实处，对该类事故发生起到了显著的遏制作用。但是，相关部门也应当及时地加强监管，防止严格管制下出现过度反弹现象。本文揭示出建筑行业发展的两面性，提出行业经济效益的提升必须利用好政策的约束作用，形成“促进-抑制”共同影响的局面。

(2)坍塌事故发生呈现季节性和时相差异性。事故频数受气候、工作规制等内外部环境影响，逐月、逐时差异性明显。如若在工程的现场管理方式上细化或创新，调整工人工作状态，深化工人安全认知，切断部分危险源，可以从根本上降低因气候、工人、节气等因素导致的事故风险。

(3)坍塌事故分布呈现地理分布不均衡性。在全国地理范围内，坍塌事故的分布类型为集聚型，主要集中在东南沿海地区，其建筑行业发展快，坍塌事故频发且死亡人数多。然而，也因地区建筑业起步早、施工技术水平高、企业安全管理较为规范，并且在地区较高的经济水平支撑下，能够针对坍塌事故预防和管理提供技术保障，一定程度抑制事故的过度发生。因此，在城市建设的过程中，建筑业应当注重工程安全技术的支撑和投入，进行专题防控，减少坍塌事故的发生。

研究总结了我国近年来房屋市政工程坍塌事故的时间、空间规律，有助于管理部门把握各省经济、政策推动下的事故演变状况。但针对两类建筑业发展情况不一的省份，例如甘肃和江苏，如何精选事故样本，对比事故变化差异，应对不同经济体提出因地制宜的事故预防策略尚需进一步研究。