高处坠落事故的突变模型与分析

摘要:介绍了突变理论基本原理及评价方法。分析了高处坠落事故的特点。利用非线性科学领域的突变论分析建筑业高处坠落事故致因,构建了建筑业高处坠落事故的致因突变模型,给出了高处坠落事故的势函数形式。利用蝴蝶突变模型的归一公式求出人的不安全行为、机的不安全状态、环境的不安全因素、管理的缺陷对高处坠落事故的作用。

关键词:高处坠落事故;突变理论;突变模型

Abstract: This paper introduces basic principles and basic methods of mutation theory and analysis the characteristics of falling accident. This paper makes use of mutation theory analysis the reason of falling accident; construct the mutation model of falling accident reason; write the Potential function of falling accident. Make use of the mutation model’s formula export the effect of the no security behavior of people, no security state of equipment, no security factors of environmental and the management of the defect’s role in falling accident.

Key words: Falling; mutation theory; mutation model

0 引言

建筑业是国民经济的重要产业,建筑安全生产工作是全国安全生产工作的重要组成部分。2009年全国建筑业企业(指具有资质等级的总承包和专业承包建筑业企业,不含劳务分包建筑业企业)完成建筑业总产值75864亿元,比上年增加13827亿元,增长22.3%[1]。在建筑业持续高速增长的条件下,虽然各地,各部门也在不断加大安全监督工作力度,深化安全施工隐患排查和专项整治制度,有效保障和促进了建筑业的安全发展。但是建筑事故多发,安全形势依然严峻,安全生产问题仍然十分突出。特别是建筑施工高处坠落事故,由于事故发生率高,死亡率大,因而高处坠落事故被列为建筑施工四大伤害之首,约占全部事故的40%以上。因此,研究建筑施工高处坠落事故的特点,分析事故成因,寻找事故发生规律,从而采取相应的预防措施,是十分必要的,也是极为紧迫的。

高处坠落事故是人、机械设备、环境和安全管理等多种因素偶合失调导致的人受到伤害的过程。本文利用突变理论探讨高处坠落事故致因模型,揭示事故致因的基本要素,分析主要的危险、有害因素及其内在联系。利用突变理论的初等变换公式,建立高处坠落事故的突变分析模型,将事故危险程度分为安全区域、临界区域和危险区域,以便企业了解自身在高处坠落事故方面的安全现状,合理对高处坠落事故进行安全优化,预防和控制高处坠落事故的发生。

1 突变理论

微分方程作为科学研究的主要数学工具,对描述各种连续和光滑变化的系统具有很大的作用,但对于具有不连续性的系统则作用不大,突变论的出现则解决了这一难题,它无须求微分方程和解微分方程,只要注意“微分同胚”、“同构”、“同态”等概念,便可获得系统动力学特性相当可观的信息[2]。突变理论是法国数学家Thom于1972年建立起来的以奇点理论、微分方程稳定性理论等数学理论为基础的用于研究连续发展过程中出现的突然变化的现象,以及突然变化与连续变化因素之间关系的理论[3]。突变理论能够直接处理不连续性的内在机制,特别适用于内部作用尚未确知系统的研究。虽然突变理论的证明涉及数学基础较深,但应用模型相对简单,因此运用领域广阔。在突变理论中,Thom研究了初等函数的分类问题,通过建立微分方程与函数之间的联系,对梯度系统中的奇点进行了分类。突变理论的应用不仅局限在数学、力学和物理等自然科学领域中,而且还推广到生物学和社会科学、工程科学等领域[4]。

突变理论的特点是根据系统的势函数将系统的临界点分类,研究分类临界点

附近非连续变化状态的特征,从而归纳出若干个初等突变模型,一般所讲的突变理论是指Thom归纳的7个初等突变模型。进行综合评价时,常用的突变模型有尖点突变、燕尾突变和蝴蝶突变。(表1)其中表示系统状态变量X的势函数;X的系数a、b、c、d表示状态变量的控制变量。势函数中状态变量和控制变量是矛盾着的两个方面,诸控制变量之间又相互作用以构成矛盾,系统所处的任一状态乃是状态变量与控制变量的统一,也是诸控制变量之间的相互作用的统一。突变模型中,势函数的所有临界点集合成一平衡曲M,面通过对求一阶导数,并令即可得到该平衡曲面方程。平衡曲面的奇点集S可通过二阶导数求得。令和可得到反映状态变量与各控制变量间关系的分解形式的分歧方程。

2 高处坠落事故制因突变模型的构建

2.1高处坠落事故特点

根据四川科技出版社出版的《建筑施工重大伤亡事故800例》(樊锡仁主编)一书所述的案例可以看出,在建筑施工高处坠落事故中由于不懂操作技术而造成事故的比例较小,而由于违反操作规程或劳动纪律,以及由于未使用或未正确使用个人防护用品而造成事故的,占事故总数的682‰。从发生事故的主体的年龄来看,23~45周岁的人居多,约占全部事故的70%以上[5]。

从发生事故的客观条件可以看出,主要是安全生产责任制落实不好,安全经费投入不足,安全检查流于形式,劳动组织不合理,安全教育不到位,施工现场缺乏良好的安全生产环境与生产秩序。

从发生事故的结果看,作业地点离地面越高,冲击力越大,造成的伤害也越大,形成的损失也越大。亚高处坠落虽然造成的损失较小,但由于工作人员放松警惕,所以事故率较高处作业还高。

从发生事故的类型看,高处坠落事故最易在建筑安装登高架设作业过程中与脚手架、吊篮处、使用梯子登高作业时以及悬空高处作业时发生。其次在“四口五临边”处,轻型屋面处坠落。还有的是在拆除工程时和其他作业时发生坠落事故。

2.2 高处坠落事故的规律

由于每个建筑施工作业环境比较类似,作业方式雷同,所以建筑施工中的高处坠落事故呈现出很强的规律性。主要是由人在从事高空作业时与相关器械结合或碰撞,违反了操作规程,身体失去控制造成的。探寻高处坠落事故的规律,掌握导致事故发生的原因,有利于人们开展安全教育,进行安全设施的改进,能够有效预防事故的发生。

2.3高处坠落事故制因突变模型

从安全管理学的角度来看,建筑施工作业发生高处坠落事故的原因可以从人的不安全行为、机的不安全状态、环境的不安全因素以及安全管理缺陷四个方面进行分析。这四个方面的任何一个环节出现漏洞和缺陷,都会引起高空坠落事故,从而造成人员的伤亡和财产的损失。影响现场施工作业安全的因素很多,必须对其进行系统的研究,制定合理的致因模型。根据高处坠落事故的特点和规律性,从人、机、环境、管理四个方面考虑,构建了高处坠落事故的致因突变模型。(图1)

3 高处坠落事故的突变模型分析

根据高处坠落事故的制因突变模型可以知道,事故的发生主要与作业人员安全行为(B1)、防范设备缺陷(B2)、环境的不安全因素(B3)和安全管理缺陷(B4)四个方面相关。所以,由突变理论可知,初等突变模型的势函数为:

(由高处坠落事故突变结构模型图可知,最底层指标D1和D2、D3和D4、D5和D6、D7和D8、D12和D13分别构成尖点突变;D9、D10和D11以及D14、D15和D16构成燕尾突变;第二层指标C1、C2和C3构成燕尾突变;C4和C5构成尖点突变。由此可求得B1,B2,B3和B4)

同理可得,高处坠落事故状况的标准参数为:

式中:——作业人员安全行为状况的蝴蝶突变标准值;

——防范设备状况的蝴蝶突变标准值;

——环境的不安全因素的蝴蝶突变标准值;

——管理缺陷的蝴蝶突变标准值。

则,危险系数:

如果危险系数在一定范围内波动,就是相对安全的状况。具体如下:

安全状况。当,即时,系统为安全状态。

临界状态。当,即时,系统为安全与危险的临界状态。

危险状态。当,即时,系统处在危险状态。

4 结论

高处坠落是我国现阶段事故多发的主要类型,也是在几年内很难根除和改善的,必须建立更为健全的安全管理制度,最大限度的减少高处坠落事故造成的人员伤亡和经济损失。

高处坠落事故具有一定的模糊性和突发性,本文应用突变理论,根据Thom归纳出的突变理论基本模型,找到一组适当的状态变量和控制变量,对高处坠落事故进行安全性分析。这种方法计算简单,有利于实际应用。

针对高处坠落事故的特点,详细制定了突变模型的底层指标,对分析高处坠落事故原因,预防和控制高空坠落事故的发生有现实意义。

建立了安全决策的方案模型,对表现系统危险性的危险系数进行定义和分析,为进一步掌握高处坠落事故的规律性,减少事故发生概率提供了帮助。

利用蝴蝶突变模型的归一公式对人的不安全行为、机的不安全状态、环境的不安全因素、管理的缺陷对高处坠落事故的作用进行量化分析,可以清楚地表现企业在高处坠落事故方面的安全现状,对企业预防和控制高处坠落事故,避免人身伤亡和财产损失有重要指导意义。

参考文献

[1] 住房和城乡建设部计划财务与外事司中国建筑业协会. 《2009年建筑业发展统计分析》. 2009

[2] 欧阳文昭,肖双喜.突变论与安全科学.《地质勘探安全》 1996.21-24

[3] Thom R.Structural Stability and Morphogenesis[M].Boulder:Colorado Westview Press,1994.25-63

[4] 沈斐敏. 交通事故致因分析的突变模型. 《福建工程学院学报》 2006.

[5] 樊锡仁 .《建筑施工重大伤亡事故800例》 . 四川科技出版社出版. 1990

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