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    地铁施工事故统计分析与研究*

    时间：2023-01-12 13:40:17来源：百花范文网本文已影响人

    黄 雄，胡祖祥

    (安徽理工大学 安全科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

    随着我国GDP高速增长和城市化日益加剧，国内城市轨道交通建设如火如荼，截止2020年12月31日，我国内地累计有45座城市开通运营城市轨道，运营里程达7 978.19 km[1]。特别是“十三五”期间，提出“加快建设交通强国”政策方针，建设轨道交通工程进入快车道。我国城市地铁建设已有50多年，城市地铁施工建设具有其特殊性，地下空间环境复杂、施工工法繁锁等因素，增加了地铁施工发生事故的可能性。因此，统计分析2011—2020年全国31个省市自治区(不包括港澳台)地铁施工事故规律特征，降低新建地铁线路施工事故发生频率，可为“十四五”期间我国地铁建设提供一定参考。

    近年来，国家相关部门对地铁施工建设单位安全生产工作高度重视，国内外专家学者也对城市地铁施工事故统计进行深入研究。周志鹏等[2]统计了1999—2008年期间国内外的126个地铁施工事故案例。于海莹等[3]统计分析了2002—2018年国内城市地铁施工事故246起，但未研究分析地铁施工事故致因。杨晨等[4]以深圳地铁二期工程建设施工期发生的安全事故为研究对象，统计分析了地铁施工事故43起，并针对研究对象的施工工法和安全薄弱环节提供安全管理经验。夏泽郁等[5]针对长三角地区地铁施工区域主要特点，从技术、管理、政策3方面提出对策。王勇等[6]基于案例推理的方法构建事故案例库。Sousa[7]以不同事故类型和施工方式构建全球隧道施工期间204个事故案例的数据库，基于其数据库因地制宜、合理安排应急措施，避免同类事故发生。Nezarat[8]提出模糊层次分析法排序事故致因，研究因地质环境不良发生隧道施工事故，并应用于Golab隧道。

    以上文献主要从3个维度进行统计分析：1)基于时间序列，宏观上对地铁施工事故进行统计，并从不同维度分析地铁施工事故的潜在规律性；
    2)基于具体的地铁施工事故案例，有针对性地给出对策方案；
    3)基于地铁施工事故采集数据构建事故案例数据库，并结合特定的模型与分析方法进行理论研究。因此，本文基于以上3个维度对地铁施工事故进行统计分析，目前作者以一般事故为最小事故，从事故发生的时间、事故类型、施工工法和事故致因4个角度进行分析，并基于灰色关联分析法对采集的事故案例库中的地铁施工事故致因进行分析。本文事故数据主要来源于公开发表的政府官网的事故报道、国家住建部事故快报和国内外文献查阅等[9-10]，统计2011—2020年期间地铁施工事故182起，其中不包括公路隧道、普高速铁路隧道和地下工程引水隧道等施工事故。

    1.1 按事故发生的时间统计

    基于年份与月份2个层次的时间跨度，从线到面上对全国31个省市自治区(不包括港澳台，下同)城市地铁施工事故案例进行统计分析，并总结其发生的规律特征。

    1.1.1 按年份的在建里程统计

    根据数据采集统计并按事故发生年份的时间跨度层次，对2011—2020年城市轨道交通在建里程进行统计，结果如图1所示。

    图1 按年份的在建里程与事故次数统计Fig.1 Statistics on mileage under construction and number of accidents by year

    由图1可知：1)2011—2020年我国地铁施工事故次数每年超过10起，2012年和2014年为转折点。2012年郑州市和长春市地铁建设规划获国务院批准，但较2011年事故发生率增长58%[11]，2012年出现回落趋势，其主要原因是这2个城市都位于经济欠发达地区，地铁施工建设经验不足，事故的发生产生一定的警示作用。2014年正值“十三五”规划基期之年，轨道交通建设进一步发展，北京地铁新增运营里程62 km，初步建成轨道交通骨干线网[12]，其主要原因是轨道交通路权独立、速度快和舒适等优点让各大城市加快了轨道交通建设进程，但各城市地铁施工能力参差不齐，地质不良区域施工缺乏经验。因此，地铁施工单位应按照计划稳步推进作业计划，严禁负荷超限；
    各个城市地铁施工建设部门应秉承同下一盘棋的格局，共享施工建设经验。

    2)2013年发生事故次数为近十年最低点，并且当年发布了《城市轨道交通工程安全控制技术规范》(GB/T 50839—2013)[13]和《地铁设计规范》(GB 50157—2013)[14]等城市轨道交通工程建设安全规范标准。这反映出我国地铁施工建设规章制度不断完善，科学技术进一步提高，地铁施工更加安全和高效。因此，①完善城市轨道交通工程建设安全规范标准，以立法的形式规范行业，是保持运营里程增长的同时降低发生事故次数的有效手段；
    ②相关部门应以科学技术创新为驱动力，加大地铁施工部门安全管理监察力度，稳步推进城市地铁施工建设；
    ③交通运输部门应吸纳“十三五”地铁施工建设经验，合理布局“十四五”，科学技术与建设经验并驱将事故发生率降至最小化；
    ④政府相关部门进一步完善检查制度，加强监管力度，地铁施工单位科学建立报告机制，如日报、周报和月报等。完善的报告机制和检查制度，能够及时应对，防止施工事故进一步恶化，并为国内地铁施工提供宝贵的经验。

    3)2014—2020年在建里程较前年呈增长态势且事故起数平稳回落，其主要原因是我国“新基建”[15]高质量发展，科技进步与有效的安全管理将其发生概率降低。因此，相关部门应以科学技术创新为驱动力，加大地铁施工部门安全管理监察力度，稳步推进城市地铁施工建设。

    1.1.2 按月份的事故统计分析

    根据数据采集统计并按事故发生月份的时间跨度层次，以1—12月份为轴线对我国城市地铁施工事故频率进行统计，结果如图2所示。

    图2 按月份地铁施工事故统计Fig.2 Subway construction accident statistics by month

    由图2可知：1)地铁施工事故次数呈现“锯齿”型波动趋势：2—3、4—5、6—8、10—11月呈增长；
    1—2、3—4、5—6、8—10月呈递减；
    2—3月增长幅度最大；
    8月份达到全年事故次数的峰值，2月份降低到最低点。由此可见，在全年12个月中地铁施工事故发生呈周期性震荡变化规律，地铁施工单位应高度警惕事故高发月份区间，有的放矢采取合理安全管理措施。

    2)8月份天气炎热，白长昼短且施工作业时间增长，人的不安全因素增多，也是造成8月份发生事故次数最多的重要原因。王勇[16]指出施工人员在下午16∶00左右因气温高处于疲惫期，安全意识降低，行为与大脑指令不能完全一致，容易造成误操作。因此，施工单位应加强降温防暑工作，避免工人负荷超限。2月份正值春节，大部分务工人员返乡过年，施工单位停工放假，因此事故发生次数较少。

    3)2—3月事故次数激增，其主要原因是3月份务工人员已返岗，但未及时调整工作状态安全意识降低，4—5月份事故次数居高不下，季节性降雨导致施工作业环境潮湿、气温和能见度低容易造成人的不安全因素，并且降雨量大会诱发坍塌或高处坠落等事故发生。梁娜[17]统计了我国铁路近5年全路施工事故并指出其鲜明的季节性特征。因此，①施工单位安全管理人员应加大员工岗前安全培训力度，特别是在节假日返岗前；
    ②施工单位应参考施工区域近年的天气资料，重视台风、强降雨和梅雨季节的排水工作；
    ③作业人员应根据其规律特征，安全生产，时刻保持安全警惕性。

    1.2 按事故类型分类统计

    基于《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986)[18]，对地铁施工事故按事故类型分类统计，如图3所示。

    图3 事故类型和伤亡人数Fig.3 Accident types and numbers of casualties

    由图3可知：坍塌、物体打击和高处坠落占据地铁施工事故次数和伤亡人数前3位，说明地铁施工事故主要类型为其三者。坍塌事故发生次数和伤亡人数最多，孙景来等提出隧道坍塌事故类型划分为岩失稳坍塌和支护强度不足导致坍塌[19]。因此在地铁施工期重点控制引起坍塌事故的风险源，如地下管线渗漏、地质环境复杂和地下开挖支护等。物体打击和高处坠落事故伤亡率高，其一旦发生会扩大事故等级，社会影响大。因此，地铁施工期要定期检查工作面设备设施安全状态，加强施工人员安全意识并配备安保设备作业，保持高度安全警惕性。

    1.3 按施工工法统计分析

    根据数据采集统计出因盖挖法、明挖法、暗挖法、矿山法、盾构法和高架等施工工法导致地铁施工事故发生占比，结果如图4所示。

    图4 施工工法和地铁施工事故占比Fig.4 Construction methods and metro construction accident ratio

    由图4可知，地铁施工事故发生频率前3位依次是明挖法、盾构法和暗挖法，三者总和占85%以上，施工安全问题亟待解决。明挖法和盾构法为地铁施工较为常用的施工工法，由于每种施工工法都存在局限性和风险，在施工过程中也潜在增加事故发生的概率。线路区间施工通常采用盾构法，其造成施工事故类型主要包括坍塌、机械事故和中毒等，特别是会间接引发区间坍塌事故，伤亡人数多，经济损失大。姚燕明等[20]对宁波轨道交通4号线盾构隧道联络通道工法研究指出，盾构法会造成地层扰动大，控制环境变形困难且易出现长期沉降变形。因此，①施工建设单位应因地制宜选择合理施工工法，特别对盾构法施工区域加强安全管理；
    ②地铁施工单位基于CBR机制[21]构建地铁施工事故案例库，依据不同事故施工工法在地铁施工事故案例库中检索与其吻合度最高的案例，因地制宜，吸收施工经验，避免同类事故发生；
    ③地铁施工单位做好定期安全培训工作和绩效考核，加强安全监管力度，构建现场施工人员安全档案管理网。

    依据《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB/T 13861—2022)标准[22]并通过收集地铁施工事故调查报告及专家认定，归纳总结出我国发生地铁施工事故致因可从“人、物、环、管”4个维度分析。为了解决地铁事故致因因素对其危害性的关联程度，有目的采取有效预防措施，降低地铁施工事故发生率，构建灰色关联分析模型，寻求系统内部事故致因因素间的关系，找出影响地铁施工事故的主要原因，进一步分析各事故致因因素间关联程度。

    2.1 灰色关联分析模型

    1)选取造成地铁施工事故的若干致因因子，则第i年份样本的特征向量和待预测样本的特征向量分别如式(1)～(2)所示：

    (1)

    (2)

    式中：yim为第i年份样本的第m个致因因子的特征值；
    y0m为待预测样本的第m个致因因子的特征值。

    2)对第i年份的第k个致因因子的特征值与待预测样本的第k个致因因子特征值分别进行无量纲化求差序列以及两极最大差和最小差，如式(3)所示：

    (3)

    式中：Tik为第i个样本的第k个致因因子对应的关联系数；
    ρ为分辨系数；
    y0k为待预测样本的第k个致因因子的特征值；
    yik为第i年份样本的第k个致因因子的特征值。

    3)用相关系数法确定第k个致因因子的权重，和各个致因因子的权重构成特征向量分别如式(4)～(5)：

    (4)

    (5)

    式中：Pk为第k个致因因子的灰色关联相关系数绝对值；
    ωk为第k个致因因子的权重；
    W为各个致因因子的权重构成特征向量。

    4)构建灰色关联判断矩阵如式(6)所示，将式(5)与式(6)进行加权，获得加权灰色关联决策矩阵如式(7)所示。

    (6)

    (7)

    式中：Tnm为第n个样本的第m个致因因子对应的关联系数；
    T为灰色关联判断矩阵；
    ωk为第k个致因因子的权重；
    T′为加权灰色关联决策矩阵。

    5)计算第i年份样本灰色关联度，如式(8)所示：

    (8)

    式中：Di为第i年份样本的灰色关联度；
    ωk为第k个致因因子的权重；
    Tik为第i个样本的第k个致因因子对应的关联系数。

    2.2 基于GRA地铁施工事故致因统计

    GRA是通过分析系统因素，挖掘数据间潜在关系，并分析出其影响关联度，进一步完善数理统计分析方法，对样本量的多少和样本有无规律都同样适用。地铁施工事故属于部分信息已知、部分信息未知的灰色系统。因此，采用GRA对地铁施工事故致因分析，定量分析其对地铁施工事故危险性。事故形成必须同时具备承载体、致险因子和孕育环境3个条件[23]，结合数据采集统计2011—2020年地铁施工事故致因矩阵、有关专家和现场技术人员评分认定，总结地铁施工事故，归纳总结其致因因素包括以下4个方面：1)人的因素：违章作业(y1)，负荷超限(y2)，安全意识匮乏(y3)，违章指挥(y4)；
    2)物的因素：设备设施缺陷(y5)，运动物伤害(y6)；
    3)环境因素：地质环境不良(y7)，地下管线(y8)，周边环境条件(y9)，气候条件(y10)；
    4)管理因素：安全监管未贯彻落实(y11)，应急防范能力不足(y12)，安全培训制度不完善(y13)，其他管理缺陷(y14)。

    2.3 计算步骤

    1)结合事故统计有效事故报告等资料，参考数据列为有效事故总起数，比较数据列为事故有关因子，由式(1)～(2)确定参考与比较数据特征向量分别为有效事故总次数(y0)和致因因素(y1,y2,…,y14)，如表1所示；
    2)将比较数据特征向量元素无量纲化，使参考和比较数据有可比性；
    3)由式(3)计算差序列两级最大与最小差；
    4)由式(4)～(5)计算关联系数，结果如表2所示；
    5)由式(6)～(8)计算关联度结果如图5所示。

    表1 地铁施工事故致因矩阵Table 1 Cause matrix of subway construction accidents

    表2 致因因素关联系数Table 2 Correlation coefficients of causal factors

    图5 致因因子关联度Fig.5 Relational degree of causal factors

    由图5可知，违章作业、设备设施缺陷、地质环境不良和安全监管未贯彻落实分别为“人、物、环、管”4个维度的关键致因因子。因此，1)施工建设过程中应加强对一线施工人员的管理力度，不断完善领导班子和一线施工人员的管理机制；
    2)施工单位在地铁施工前期应高质量完成地质勘察工作，为施工人员提供精准详细的地质勘察报告并保质保量做好基坑支撑和围岩措施，加强安全监管力度降低因人的不安全行为造成事故发生的概率；
    3)加强地铁施工建设工程的安全监管，积极贯彻落实《建设工程安全生产管理条例》。

    1)我国城市地铁施工事故季节性特征突出，3，8，11月份呈多发态势；
    事故类型以坍塌为主，且事故造成影响最大；
    违章作业、设备设施缺陷、地质环境不良和安全监管未贯彻落实分别为“人、物、环、管”4个维度的关键致因因子。

    2)科学技术进步和规章制度完善，以立法的形式规范行业，是保证我国城市轨道交通在建里程高速增长和降低施工事故频率的有效手段。

    3)各个城市地铁施工建设部门应秉承同下一盘棋的格局，共享施工建设经验，构建地铁施工事故案例库，因地制宜建设轨道交通。

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