地铁施工安全风险预警系统详解

地铁施工安全风险管理系统中，利用前兆信息分析安全风险还是一个崭新的课题，前兆信息的分析是研究地铁施工安全风险的重要前提。Weick和Sutcliffe认为“事故前兆信息”的建立能够鼓励组织间进行持续有效的沟通，从而可以提高其安全意识［39］；Grabowski等学者同样认为事故发生前识别出安全事故前兆信息对提高系统的安全性具有极大的潜力，因此分析地铁施工安全风险的前兆信息显得尤为重要。戴牡巧将施工现场危险源分为人、材料、机械、环境四个方面［40］。蔚朋基于海因里希的事故致因理论和轨迹交叉理论，将风险因素分为人、机、环境、管理四个维度［17］。杨远程从人、机、环境、管理四个角度分析了地铁施工中存在的危险源［19］。吴伟巍提出了从人、机、环境三个方面分析建筑施工安全风险前兆信息［37］。陆莹等从人、机、环境角度构建了地铁运营安全风险前兆信息体系［41-42］。在学者研究的基础上，本书从人、机、环境的角度分析地铁施工安全风险前兆信息。图1-5表示一个地铁施工安全事故中可能的前兆信息来源。

图1-5　地铁施工安全事故的前兆信息来源

1）人员相关的前兆信息分析

事故致因理论认为人的不安全行为是导事故发生的主要原因。生产活动中，因人的不安全行为造成的事故占总量的70%～90%［43］。人是施工活动的主体，人的行为对施工活动有着重大影响，很多学者对事故中人的因素做了研究。

戴牡巧将施工中人员危险源分为个体防护、技能、体能因素［40］。周洁静将人对施工安全事故的影响分为人的不安全行为（施工操作方法错误、未合理使用防护用具、安全质量观念差、违章作业、违反劳动纪律）和人的不安全状态（工作态度、工作状态、工作能力）［44］。杨远程将地铁施工人员危险源因素分为作业人员不熟悉操作规程、安全防护措施缺陷、安全知识缺乏、违章作业、疲劳操作、酒后操作、无证操作等［19］。赵宁认为导致施工安全事故的人为因素包括不正确操作、粗心大意、漫不经心、心理因素、生理因素、不正确管理、不正确训练、指挥失误、判断决策失误、设计出错、错误安排等［45］。这些因素包括心理因素、生理因素，显性因素、隐性因素等，本书从人为因素分析与分类系统进行全面系统分析。

（1）人为因素分析与分类系统（HFACS）

人为因 素 分 析 与 分 类 系 统（HFACS，Human Factors Analysis and Classification System）［46］是由美国FAA专家Shappell与伊利诺伊州立大学航空学院教授Wiegman对军用飞行航空事故进行分析，在James Reason著名的“瑞士奶酪”模型（“Swiss cheese”model）［47］的基础上，提出的一种调查和分析航空事故中人为因素的方法。

事故致因“奶酪模型”即Reason概念模型，将事故人为因素分为四个层次：不安全行为、不安全行为的前提条件、不安全监督和组织影响，如图1-6所示。其中，不安全行为是导致事故发生的直接原因，是显在的。如地铁施工安全事故中，通常指班组和一线工人的错误。不安全行为的前提条件、不安全监督和组织影响属于影响事故发生的隐性因素。不安全行为的前提条件是指直接影响不安全行为的条件，包括环境因素、操作者的状态、人员因素。不安全监督和组织影响是导致事故发生的潜在根源［48］。“奶酪模型”从上层逐步影响下层，反映了最高层次组织因素对事故的作用。“奶酪模型”给出了一个事故中人为因素理论描述，但是没有详细给出每个层次的不安全因素，不能应用于实际事故的分析。

图1-6　事故致因的“奶酪模型”

模型2建立在“奶酪模型”的基础上，四个层次分别对应于“奶酪模型”的四个层面，通过研究详细定义了“奶酪模型”中的显性和隐性因素，描述了四个层次的失效［49］。不安全行为（差错、违规）是显性因素，不安全行为的前提条件、不安全监管和组织影响是隐性因素，如图1-7所示。HFACS详细定义了系统中的显性和隐性因素，对于事故的分析具有实用性。

（a）不安全行为。操作人员的不安全行为是导致系统安全事故的直接表现。这种不安全行为可以分为失误和违规。二者在结果表现方面大多是相同的，但是失误是指不违反组织规则和规章的行为，却没有达到预定的目标，而违规指有意无视组织规则和规章的行为。

失误通常被分为技能失误、决策失误和感知失误三种类型。技能失误是指操作人员较少意识或者无意识的行为，如疏忽大意、操作技术差、注意力不集中等。决策失误是指按照相关规定实施的有目的、有意识的行为，通常是指做出与实际情况不符合的错误选择，或者对信息指令的错误解释、利用，如由于经验不足、缺乏训练、外界压力、自身理解、紧急判断做出的决策失误。感知失误是指个人的感知和实际情况不一致，如视觉错觉，在夜间光线不足或者气候恶劣的工作条件下，操作人员视觉模糊，不能做出正确判断。

违规是一种主观故意不遵守规章制度的行为，违规分为日常违规和偶然违规。日常违规是指习惯性的行为，在组织和监管能容忍和默许偏离规定的行为。偶然违规是指明显偏离于规章制度或者正常的行为模式，为组织和监管者所不允许的。

（b）不安全行为的前提条件。不安全行为的前提指出了导致不安全行为发生的条件，包括环境因素、操作人员状态和人员因素。

图1-7　HFACS模型

环境因素分为物理因素和技术因素。物理因素是指操作环境，包括通风、温度、照明、工作面、有毒气体等。技术因素包括方案设计、技术方案、组织设计等。

操作人员状态包括精神状态不利、生理状态不利和自身能力限制。精神状态不利是指对操作产生不利影响的精神状态，如精神疲劳、注意力不集中、过分自信、自满、自以为是、不良动机等。生理状态不利是指由于生病、服用药物、视力障碍、身体疲劳等引起的不利生理状态。自身能力限制是指操作要求超出个人能力范围，操作人员不具备完成任务的能力、技能、时间等，为安全埋下隐患。

人员因素包括班组资源管理和人员准备。施工离不开各个班组成员之间的协同，班组资源管理是指在班组内或者班组之间进行沟通协调的失误，如班组成员不服从协调，个人行动不服从团队行动。人员准备是指操作人员没有从精神和生理上做好充足的准备，如不按班组要求休息、培训等。

（c）不安全监管。HFACS系统将不安全监管分为监管不充分、操作计划不当、纠正问题失败和监管违规四种情况。

监管不充分是指监管者或组织者对操作人员提供的指导、培训、激励、监督、管理不足。如组织者没有为操作人员提供相关的技能培训，则操作人员不具备充足的技能，为事故发生埋下安全隐患。操作计划不当是指班组的工作节奏或者工作安排不当使操作人员处于危险中，如指令响应时间不足、工作负荷过重、盲目赶工等，使得安全风险加大。纠正问题失败是指监管人员知道操作人员、材料、设备等存在缺陷或者其他的安全问题，但是任由其持续发展下去。监管违规是指监管者有意违反现有的规章制度，如允许特种作业人员无证上岗、不带安全帽进入施工场地等。

（d）组织影响。组织影响指的是高层管理者的决策对监管者和操作人员的影响。高层很大程度上决定了一个系统的安全，但是这种影响往往被忽视。HFACS系统中认为组织影响体现在资源管理、组织氛围和组织过程上。

资源管理是指组织中人力资源、资金、材料、设施等的分配，如过度削减安全措施经费属于资源管理不当，会埋下安全隐患。组织氛围是组织成员对组织结构、组织文化、组织政策等的共同感受，影响组织成员的绩效。如组织政策不公平、消息反馈不畅通、缺乏激励措施等会影响成员对组织的认可和工作绩效。组织过程是指组织运营过程中的程序、流程以及监督安排，如排班程序、标准制定、监管程序存在缺陷漏洞会对组织不利。

HFACS最初是由FAA针对航空业发展提出来的，它具有通用性，能够应用于各个行业对人为因素进行分析。Scarborough和Pounds、Wiegmann和Shappell、Reinach和Viale分别对飞行交通控制、军队活动、铁路系统建立了HFACS-ATC、CF-HFACS及HFACS-RR，其中HFACS-RR包括5个层次和23个因素。王盼盼等将HFACS应用于建筑业中，建立了HFACS-CI用于分析建筑施工事故人为因素［50］。陆莹用HFACS分析地铁运营安全风险人员相关前兆信息［42］。王黎静等在HFACS的基础上，提出改进的HFACS-MM用于煤矿事故人因分析，HFACS-MM包括6个事故致因层级，23个分类条目［51］。目前美国陆军、空军，加拿大国防部和美国NASA已经采用HFACS。自从HFACS使用以来，该系统已经在航空维修、军事航空、民用航空等航空相关的领域取得了成功，在其他领域也得到了广泛应用。本书将运用HFACS分析地铁施工安全事故中与人员相关的前兆信息。

（2）基于HFACS人员相关前兆信息分析(www.xing528.com)

地铁项目施工系统中，有设计方、施工方、业主方、监理方、政府部门等参与项目的建设。因此，地铁施工中，与人员相关的前兆信息可细分为设计人员、具体操作人员（测量监测队、降水队、钻孔桩队、明挖队、模板队、钢筋队、混凝土队、搅拌桩队、机械队、盾构队、支撑架设队、土体加固队等）、监管人员（安全检查队、质量检查队）、地铁项目施工系统管理人员的前兆信息。参照前面人为因素分析和分类系统的分析，与人员相关的前兆信息很多，如机械队的技能型失误、盾构队的技能失误、测量监测队的日常违规、盾构队精神状态不利、土体加固队班组资源管理不当等，地铁施工项目人员相关的前兆信息分类参见表1-9。

表1-9　地铁施工项目人员相关的前兆信息

2）机（材料／设备）相关的前兆信息分析

（1）设备相关的前兆信息分析

地铁项目施工阶段用到的设备非常多，地铁施工中一般有勘探设备、开挖设备、地层处理设备、围护设备、盾构设备、混凝土设备、管片预制设备、隧道内机具及运输设备、泥浆设备、起重设备、测量监控设备等，此外还有供电系统、通风系统、通信系统、给排水系统。

拉夫堡大学的ConCA建筑业事故原因模型将导致事故的机械原因分为机械的状态、机械的适用性和机械的可用性［37］。蔚朋将常见施工机械设备分为盾构机、挖土机、起重机、吊机、打桩机、连续墙成槽机、灌注桩及搅拌桩机械等［17］。机械性能、质量不达标、维护不善、使用不当是机械设备风险因素。戴牡巧将设备和设施危险源分为设备质量和管理因素，包括设备本身缺陷、维修保养不当、设备防护和保险装置缺陷、设施搭设放置缺陷、超载运行、人机操作不匹配［40］。周洁静认为机械对安全事故的影响主要包括机械的状态（设备和装置结构不良、零部件磨损和老化、机械设备维修保养不当、设备失灵）、适用性（强度不够、非正常状态下运行）和可用性（质量不合格、工具附件缺陷）［44］。杨远程将地铁施工中的机械器具危险源分为物质装备缺陷（生产设备、安全防护措施缺陷）和施工器具操作不当［19］。

在拉夫堡大学的ConCA建筑业事故原因模型的基础上，综合学者们的研究，设备方面的前兆信息可以从设备状态、设备适用性、设备可用性、系统能力、系统故障角度来分析，如表1-10所示。

表1-10　地铁施工项目设备相关的前兆信息

（2）材料相关的前兆信息分析

地铁施工中主要使用的材料有水泥、石材、钢材、钢结构连接件、管片、外加剂、粉煤灰、砂浆、混凝土、商品混凝土、防水材料、砖及砌块、节能材料及其他材料。拉夫堡大学的ConCA建筑业事故原因模型将导致事故的材料原因分为材料的状态、材料的适用性和材料的可用性［37］。戴牡巧用WBS-RBS方法将材料危险源因素分为材料堆放、存储、使用状况缺陷、输送方式、特殊材料使用、存储缺陷［40］。杨远程指出施工材料危险源包括材料输送方式危害、构配件和预制件缺陷、不合格材料使用危害、特殊材料存放使用缺陷、施工材料质量问题等［19］。周洁静认为材料对安全事故的影响主要包括材料的状态（存储、堆放不合理）、适用性（使用设计失误）和可用性（质量不合格）［44］。

在拉夫堡大学的ConCA建筑业事故原因模型的基础上，综合学者们的研究，从材料的状态、适用性和可用性三个角度分析地铁施工项目与材料相关的前兆信息，如表1-11所示。

表1-11　地铁施工项目材料相关的前兆信息

3）环境相关的前兆信息分析

环境相关的前兆信息分析可以从环境因素的角度入手。阳光采用危险源辨识原理，对影响地铁施工安全的危险源进行分析识别，其中环境因素分为自然环境和周边环境。自然环境包括气象情况（温度、湿度、风、雨、雷电等）、地质水文条件（岩土情况、不良地质、河流、湖泊等特殊地质水文条件）。周边环境主要包括地下管线、周边建筑、道路交通、周围重大危险设施［52］。蔚朋将环境风险因素分为自然环境（地质水文条件、地下管线、周边环境复杂）、工作环境（现场空间布局、工作面窄小、照明、通风、有毒气体等）［17］。戴牡巧将作业环境危险源分为恶劣自然环境（台风、飓风、大雪、大雨）、作业区照明、特殊环境（缺氧、有毒气体、烟尘、噪声、振动、高低温、易燃易爆危险品）、作业区安排不合理（作业面狭窄、无工作平台）、高空作业、深基坑作业、施工场地不文明、混乱［40］。杨远程认为水文地质环境（地质、水文、地层中其他障碍物）和周边环境（地面构筑物、构筑物与地铁工程之间的空间关系、周边道路及管线、周边生态环境和社会群体）是地铁施工的孕险环境［19］。

综合学者们的研究，从自然环境、社会环境、作业环境三个角度分析地铁施工项目环境相关的前兆信息，如表1-12所示。其中自然环境包括天气情况、地质条件、水文条件、自然灾害；社会环境包括地下管线、周边建筑、周边荷载、周边危险设施、环境破坏；作业环境包括现场布置、物理环境、现场卫生。

表1-12　地铁施工项目环境相关的前兆信息

续　表

上文分析的地铁盾构掘进法施工活动的可监测信息，受构建的前兆信息体系影响，如“盾构轴线偏移、千斤顶推力、推进速度”等可能由于人、设备及材料、环境影响而发生变化。可见，施工活动的可监测信息是由于人的不安全状态、设备及材料的不安全状态和环境影响而产生的可监测前兆信息，是风险识别应用分析的基础。

4）典型地铁施工安全事故前兆信息分析

根据前面对杭州地铁11·15坍塌事故的描述和分析，在地铁施工前兆信息体系构建的基础上，对杭州地铁坍塌事故可能的前兆信息进行分析，如表1-13所示。

表1-13　杭州地铁坍塌事故原因分析和可能的前兆信息