CN113506020A - 一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，包括以下步骤：通过事故案例分析、风险因素提取、风险因素分类，参考国家、行业法规、标准，通过运用复杂网络理论，建立房屋建筑施工风险致因网络模型；根据节点风险因素在网络中的位置，根据相关拓扑参数，综合使用ABC分类法和节点触发性，判定风险因素的风险等级，进而识别出关键风险因素，经现场实例应用，实现房屋建筑施工风险评价。本发明提高评价结果的可信性和客观性，有效提升房屋建筑施工安全管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及施工风险评价方法，具体涉及一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法。
背景技术
目前，在建筑行业普遍采用安全检查表、LEC法、LS法等方法，但存在主观性强，使用这些方法受打分或评价人员主观意愿较强、缺少客观性、评价结果准确性较低等问题。在学术界，国内外各学者也围绕事故致因、风险评价等方面开展了卓有成效的研究工作，取得了丰硕成果，但应用于实际房屋建筑风险评价，存在评价人员门槛高、复杂程度高、可操作性差等问题，不能适应当前建筑施工风险评价现状。因此，亟待开发一种新的适用于房屋建筑施工生产实际的风险评价方法，对提升建筑施工安全管理水平有着重要现实意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：通过事故案例分析、风险因素提取、风险因素分类，参考国家、行业法规、标准，通过运用复杂网络理论，应用Gephi软件，建立房屋建筑施工风险致因网络模型；根据节点风险因素在网络中的位置，根据相关拓扑参数，综合使用ABC分类法和节点触发性，判定风险因素的风险等级，进而识别出关键风险因素；节点触发性、复杂网络、Gephi软件、ABC分类法，实现房屋建筑施工风险评现场应用评价。
进一步地，所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特还包括：分析房屋建筑事故演化发展的全过程，根据这些风险因素按时序排列形成逻辑触发关系建立的事故风险致因链，基于复杂网络理论，建立事故致因链，并根据事故类型的不同，融合每一事故类型构成所有事故风险致因链，根据提取的风险的因素，按照“风险因素1→风险因素2→···→事故”形成完整事故风险致因链，将事故演化中的管理因素作为事故风险致因链的前端因素，事故作为事故风险致因链的终点，根据节点间的时间顺序、触发关系和逻辑关系，运用Gephi软件将所有风险因素对应的节点用连边相连，形成某类事故（如高处坠落）的子网络，再将所有子网络进行融合，通过适当调整节点位置，最终应用Gephi软件构建的房屋建筑施工事故风险致因网络模型。
更进一步地，所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，还包括：通过计算房屋建筑施工事故风险致因网络图的拓扑参数分析结果，根据复杂网络相关研究成果，网络状态可通过对其内部重要节点的影响来实现，通过控制少数节点的运行状态来实现控制整个网络，这些重要节点称为网络的关键节点，也被称为关键风险因素。
更进一步地，所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，还包括：按风险因素的重要性，将风险因素划分为重大、较大、一般3个风险等级对应的因素分别为关键风险因素、重要风险因素、一般风险因素；依据直接接触因素和度值大小因素，综合确定风险因素评价等级；直接触发因素：为直接触发事故的因素，通常此类因素距离事故节点因素较近，便认为是重要因素；根据房屋建筑施工事故风险致因网络图，结合房屋建筑施工实际，确定出的直接触发因素；总度值排序风险因素：根据ABC分类法，确定风险因素的重要性程度；结合对风险因素分类管理有利于房屋建筑施工单位集中资金和人员投入到重要风险点，做到分类管理，提高相关单位安全管理效率；通过总度值排序风险因素确定，针对节点重要程度的不同，采取不同等级的控制程度和安全检查频率，及时消除事故隐患，以优化传统事故管控措施，提升房屋建筑施工安全管理效率；根据综合直接触发因素和度值大小因素这两类风险因素重要度判别方法，综合确定键风险因素评价等级，构建风险因素层级表，进而实现房屋建筑施工安全评价。
本发明的优点：
（1）风险因素提取系统、全面。根据事故发展全过程，从相关单位、作业环境、作业人员、外部监管等不同层面，结合《生产过程危险和有害因素分类与代码》和《企业职工伤亡事故分类标准》，实现房屋建筑施工事故风险因素的提取和分类。
（2）提高评价结果的可信性和客观性。现有传统评价方法依赖于专家或打分人员的主观判断，导致评价结果准确性较低。为此，本研究根据房屋建筑施工风险致因网络模型中节点所处的位置，判定风险因素的风险等级，实现房屋建筑施工风险评价，与传统评价方法相比，评价结果更加科学、准确。
（3）有效提升房屋建筑施工安全管理水平。针对节点重要程度的不同，采取不同等级的控制程度和安全检查频率，及时消除事故隐患，以优化传统事故管控措施，提升房屋建筑施工安全管理效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法框架图；
图2是本发明的基于194个事故案例的房屋建筑施工事故风险致因网络模型图；
图3是本发明的风险因素层级分布图；
图4是本发明的总度值大于10的事故风险因素分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：通过事故案例分析、风险因素提取、风险因素分类，参考国家、行业法规、标准，通过运用复杂网络理论，建立房屋建筑施工风险致因网络模型；根据节点风险因素在网络中的位置，根据相关拓扑参数，综合使用ABC分类法和节点触发性，判定风险因素的风险等级，进而识别出关键风险因素；节点触发性、复杂网络、Gephi软件、ABC分类法，实现房屋建筑施工风险评现场应用评价。
所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，还包括：分析房屋建筑事故演化发展的全过程，根据这些风险因素按时序排列形成逻辑触发关系建立的事故风险致因链，基于复杂网络理论，建立事故致因链，并根据事故类型的不同，融合每一事故类型构成所有事故风险致因链，根据提取的风险的因素，按照“风险因素1→风险因素2→···→事故”形成完整事故风险致因链，将事故演化中的管理因素作为事故风险致因链的前端因素，事故作为事故风险致因链的终点，根据节点间的时间顺序、触发关系和逻辑关系，运用Gephi软件将所有风险因素对应的节点用连边相连，形成某类事故（如高处坠落）的子网络，再将所有子网络进行融合，通过适当调整节点位置，最终应用Gephi软件构建的房屋建筑施工事故风险致因网络模型。
所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，还包括：通过计算房屋建筑施工事故风险致因网络图的拓扑参数分析结果，根据复杂网络相关研究成果，网络状态可通过对其内部重要节点的影响来实现，通过控制少数节点的运行状态来实现控制整个网络，这些重要节点称为网络的关键节点，也被称为关键风险因素。
所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，还包括：按风险因素的重要性，将风险因素划分为重大、较大、一般3个风险等级对应的因素分别为关键风险因素、重要风险因素、一般风险因素；依据直接接触因素和度值大小因素，综合确定风险因素评价等级；直接触发因素：为直接触发事故的因素，通常此类因素距离事故节点因素较近，便认为是重要因素；根据房屋建筑施工事故风险致因网络图，结合房屋建筑施工实际，确定出的直接触发因素；总度值排序风险因素：根据ABC分类法，确定风险因素的重要性程度；结合对风险因素分类管理有利于房屋建筑施工单位集中资金和人员投入到重要风险点，做到分类管理，提高相关单位安全管理效率；通过总度值排序风险因素确定，针对节点重要程度的不同，采取不同等级的控制程度和安全检查频率，及时消除事故隐患，以优化传统事故管控措施，提升房屋建筑施工安全管理效率；根据综合直接触发因素和度值大小因素这两类风险因素重要度判别方法，综合确定键风险因素评价等级，构建风险因素层级表，进而实现房屋建筑施工安全评价。
复杂网络理论：复杂网络是一种基于图论对复杂系统抽象描述的方式，是由数量巨大的节点和节点之间错综复杂的关系共同构成的网络结构，强调拓扑结构特征，将复杂系统的各单元结构抽象为网络，则各单元抽象为复杂网络中的节点，单元之间的联系抽象为复杂网络的边。目前已在广泛应用于社会关系、交通运输、环境保护、资源利用等方面。拓扑分析了致因因素之间的相互依赖性和级联效应，Gephi是基于复杂系统的动态和分层图交互可视化与探测开源工具，以对系统整体拓扑结构进行建模。
事故发生过程相当复杂，只有在多个致因因素以一定的顺序排列同时或依次触发时，由于多级屏障失效，导致事故发生。房屋建筑施工事故致因网络是由多条致因链构成，网络节点表示各事故致因因素，网络节点间连边表示致因因素间存在的因果关系，即由多条连锁事故致因链所连接形成的网络，利用网络的拓扑特性进而解释建筑事故。致因链中节点度定义为与某个致因节点直接连接的致因节点的数量。节点度的度是一阶邻居数，表示一个节点在拓扑网络中的中心性及其对相邻节点的影响程度，在一定程度上能够反映出网络中致因节点重要程度。在有向拓扑网络中，由某个节点指向其他节点的边数称为该节点的出度，由其他节点指向某个节点边数称为该节点的入度，节点总度值为入度和出度值之和。
形成事故致因链关键在于致因因素之间存在着因果关系，包括单因单果、单因多果、互为因果三种关系。鉴于考虑实际事故致因链，互为因果情况的事故发生概率较小，且为了研究方便，具体的事故致因链暂不考虑这种互为因果致因因素间的关联关系。复杂网络的建立可以综合分析数据集合，探寻房屋建筑施工生产安全事故的演化、运行规律和模式。
ABC分类法
ABC分类法（Activity Based Classification）是由意大利经济学家帕累托提出的一种数学分析方法，其基本原理是对存在多种因素进行分析和管理，将需要管理的对象按事物属性或频数进行排序和分类，通常划分为 A、B、C 三个等级，分别对应关键、重要、一般三种程度，分类标准如表1所示。
表1 ABC级别分类标准
房屋建筑施工工序多、设备复杂、人员流动大、施工周期长，找到事故致因因素的主次关系，才能够采取针对性措施预防和控制事故的发生。ABC分类法具有计算简单、便捷，数据表现直观、清晰等优点。将ABC分类法运用在房屋建筑施工事故致因分析中，主要是依据相关统计数据，对待分析指标进分类和排列，找到关键因素或薄弱环节，能够客观地分析建筑施工事故致因因素，以促进房屋建设施工项目安全生产。
房屋建筑施工事故致因网络模型
根据《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB/T13861-2009）和《企业职工伤亡事故分类标准》（GB6441-86），将提取的房屋建筑施工风险因素及事故类型进行归类，为便于表示，将房屋建筑施工事故类型与风险因素进行编码，见表2和表3。
表2 事故类型编码表
表3 房屋建筑施工风险因素及其编码
分析194起房屋建筑事故演化发展的全过程，根据这些风险因素按时序排列形成逻辑触发关系建立的事故风险致因链如表4所示。基于复杂网络理论，建立了194条事故致因链，并根据事故类型的不同，融合每一事故类型构成所有事故风险致因链，根据提取的风险的因素，按照“风险因素1→风险因素2→···→事故”形成完整事故风险致因链，将事故演化中的管理因素作为事故风险致因链的前端因素，事故作为事故风险致因链的终点，根据节点间的时间顺序、触发关系和逻辑关系，运用Gephi软件将所有风险因素对应的节点用连边相连，形成某类事故（如高处坠落）的子网络，再将所有子网络进行融合，通过适当调整节点位置，最终应用Gephi软件构建的房屋建筑施工事故风险致因网络模型如图3所示。
表4 事故风险致因链汇总表
在此拓扑网络图中每个风险因素作为网络的一个节点，若同一事故出现多个致因因素，则用多条有向线将风险因素两两连接。致因链上的网络节点由表示关联关系的有向边连接；再将事故风险致因链进行整合叠加，同一条有向边在不同事故风险致因链中出现的次数之和即为该条边的权值。节点的入度表示直接风险因素，出度表示间接风险因素。节点的关联程度通过线的粗细体现，有向线越粗表示节点间关联程度越深。
评价过程：总度值排序风险因素确定通过计算房屋建筑施工事故风险致因网络图的拓扑参数分析结果显示：网络直径为6，表示网络中任意两节点最短距离的最大值为6；平均度为4.051，表示平均每个节点连接5条边；平均路径长度为2.248，表示该网络各节点因素之间联系紧密，平均经过3个节点便可触发事故。由表3可知，各类事故发生全过程在不同程度上贯穿于“人-物-环-管”4大类主要因素所形成的复杂风险致因系统中，由于房屋建筑施工风险因素众多，故找出关键风险因素尤为必要。根据复杂网络相关研究成果，网络状态可通过对其内部重要节点的影响来实现，通过控制少数节点的运行状态来实现控制整个网络，这些重要节点称为网络的关键节点，也被称为关键风险因素。
根据ABC分类法，按度值从大到小排序，在109个节点因素中有27个关键因素、24个重要因素、58个一般因素，节点度值层级分布情况见图3。节点面积大表示节点越重要。由圆心逐渐向外扩散的节点，随着节点度值的减少，节点连边数越少，重要度越小；反之，靠近原圆心周围的节点，节点连边数越多，其重要度越大。图3中，度值显著较大的节点如：21（隐患未及时处理）、节点22（安全教育培训不到位）、79（作业方法、作业程序或操作姿势不安全）、80（未佩戴、使用或正确佩戴、使用个人防护用品、用具）等。由于风险因素较多，由于论文篇幅有限，本文将27个总度值大于10的节点视为关键风险因素，其度值分布情况如图4所示。
房屋建筑施工风险因素等级确定：按风险因素的重要性，将风险因素划分为重大、较大、一般3个风险等级对应的因素分别为关键风险因素、重要风险因素、一般风险因素。本研究依据直接接触因素和度值大小因素，综合确定风险因素评价等级。
（1）直接触发因素：为直接触发事故的因素，通常此类因素距离事故节点因素较近，便认为是重要因素。根据房屋建筑施工事故风险致因网络图，结合房屋建筑施工实际，确定出的直接触发因素有32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68；78、79、80、81、82、83、84、85、86、88、89、90、91、92、94；95、96、97、99、100、101、102、103、104、106、107、108、109。这些因素集中在人的因素、物的因素、环境因素。
（2）总度值排序风险因素：根据ABC分类法，确定风险因素的重要性程度。结合对风险因素分类管理有利于房屋建筑施工单位集中资金和人员投入到重要风险点，做到分类管理，提高相关单位安全管理效率。通过第8.1节总度值排序风险因素确定，针对节点重要程度的不同，采取不同等级的控制程度和安全检查频率，及时消除事故隐患，以优化传统事故管控措施，提升房屋建筑施工安全管理效率，房屋建筑施工风险因素层级控制表如表5所示。
表5 房屋建筑施工风险因素分级
（3）本研究根据综合直接触发因素和度值大小因素这两类风险因素重要度判别方法，综合确定键风险因素评价等级，构建风险因素层级表，如表6所示，进而实现房屋建筑施工安全评价。
表6 房屋建筑施工风险因素层级控制表
距离事故节点近的因素主要源自于作业人员；而距离事故节点远的因素大多为管理因素主要源自于管理人员。房屋建筑施工事故发生的根本原因是人的不安全行为，可知对于人的行为控制远远没有达到理想的水平。不良管理者行为是造成员工选择不安全行为的重要因素，是造成房屋建筑施工事故的根本行为因素。因而在建筑生产的各个层面上有各种安全生产规章制度、法规、条例，用于约束人的行为。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：通过事故案例分析、风险因素提取、风险因素分类，参考国家、行业法规、标准，通过运用复杂网络理论，应用Gephi软件，建立房屋建筑施工风险致因网络模型；根据节点风险因素在网络中的位置，根据相关拓扑参数，综合使用ABC分类法和节点触发性，判定风险因素的风险等级，进而识别出关键风险因素，经现场实例应用进行验证，实现房屋建筑施工风险评价。
2.根据权利要求1所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，还包括：分析房屋建筑事故演化发展的全过程，根据这些风险因素按时序排列形成逻辑触发关系建立的事故风险致因链，基于复杂网络理论，建立事故致因链，并根据事故类型的不同，融合每一事故类型构成所有事故风险致因链；根据提取的风险的因素，按照“风险因素1→风险因素2→···→事故”形成完整事故风险致因链；基于此，将事故演化中的管理因素作为事故风险致因链的前端因素，事故作为事故风险致因链的终点，根据节点间的时间顺序、触发关系和逻辑关系，运用Gephi软件将所有风险因素对应的节点用连边相连，形成某类事故（如高处坠落）的子网络，再将所有子网络进行融合，通过适当调整节点位置，最终应用Gephi软件构建的房屋建筑施工事故风险致因网络模型。
3.根据权利要求1所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，还包括：通过计算房屋建筑施工事故风险致因网络图的拓扑参数分析结果，根据复杂网络相关研究成果，网络状态可通过对其内部重要节点的影响来实现，通过控制少数节点的运行状态来实现控制整个网络，这些重要节点称为网络的关键节点，也被称为关键风险因素。
4.根据权利要求1所述的基于复杂网络的房屋建筑施工风险评价方法，其特征在于，还包括：按风险因素的重要性，将风险因素划分为重大、较大、一般3个风险等级对应的因素分别为关键风险因素、重要风险因素、一般风险因素；依据直接接触因素和度值大小因素，综合确定风险因素评价等级；直接触发因素：为直接触发事故的因素，通常此类因素距离事故节点因素较近，便认为是重要因素；根据房屋建筑施工事故风险致因网络图，结合房屋建筑施工实际，确定出的直接触发因素；总度值排序风险因素：根据ABC分类法，确定风险因素的重要性程度；结合对风险因素分类管理有利于房屋建筑施工单位集中资金和人员投入到重要风险点，做到分类管理，提高相关单位安全管理效率；通过总度值排序风险因素确定，针对节点重要程度的不同，采取不同等级的控制程度和安全检查频率，及时消除事故隐患，以优化传统事故管控措施，提升房屋建筑施工安全管理效率；根据综合直接触发因素和度值大小因素这两类风险因素重要度判别方法，综合确定键风险因素评价等级，构建风险因素层级表，进而实现房屋建筑施工安全评价。
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