城市轨道交通工程施工安全事故聚类分析

城市轨道交通工程施工安全事故聚类分析

刘政

中国水利水电第十工程局有限公司  四川省  成都市 611800

摘要：城市轨道交通工程施工过程中安全事故的问题日趋凸显，如何保证城市轨道交通工程的安全施工，受到全社会广泛关注。对城市轨道交通工程施工风险因素的相关文献研究表明，现阶段鲜见专门管理城市轨道交通工程事故报告的数据库，使研究人员获取信息受到较大限制，这对城市轨道交通工程施工安全风险管理是十分不利的。

关键词：轨道交通；施工安全；事故；聚类分析

1我国城市轨道交通工程施工安全现状

从20世纪中期，我国开始修建城市轨道交通工程至今，几十个城市都具备建设能力，越来越多的人们享受到城市轨道交通为其提供的便利。与其他基础建设工程相比，其最为突出的问题是安全事故频发造成的人员伤亡和财产的损失。

从轨道交通事故发生的本质原因入手，对其进行分析，掌握轨道交通工程事故的规律性，从事故发生的根本原因分析来给出今后的改进措施和预防措施，做到安全管理重在事前预防轻在事后处理。我国城市轨道交通建设在20世纪的工程建设过程中都曾经出现过多次较大的安全事故，造成巨大的财产损失和数量较大的亡人事故。这也是对城市轨道交通工程安全事故进行研究的必要性。

2基于K-means的安全事故聚类

首先，收集281项城市轨道交通工程施工事故案例报告，通过定性分析形成事故数据库，作为深入定量分析的原始材料；并且将事故后果严重程度定义为从“1”(轻微损失)到“5”(死亡)的五点量表；然后，基于数据库的变量定义进行聚类分析建立集群。将每个集群发生各种严重程度后果的情况与其他集群以及整个数据库相比较，形成该集群潜在风险可能性的量化结果。

2.1特征向量和事故距离确定

聚类分析首先需要根据一组变量定义每个事故，即描述事故的特征向量。聚类分析的解完全依赖于所选的特征向量，特征向量的合理选择对聚类分析结果的可靠性至关重要。在以往的研究中经常考虑诸如日期(季节/星期/时间)、事故的严重性、作业(盾构机)的状态、事故的阶段、事故的类型和事故的原因等变量，而考虑“合同安排”变量的情况较少。所建立的数据库中采用8个变量，包括季节、时间段、作业状态、事故的严重程度、盾构机的状态、事故的阶段和事故的原因，对收集到的281个安全事故进行详细描述，具体由变量组成。

每个安全事故都由8个向量描述，整个数据库由一个281行8列矩阵表示。以矩阵来描述安全事故的形式，使得数据库具有模块化的特征，便于通过增加或删除变量，实现对安全事故特征向量的持续改进。

然后将事故转换为特征向量。事故发生原因由25个变量表示，若事故发生原因变量的值为1～25,则表明该变量是此次事故的发生原因。以事故1为例，01表示事故1的发生原因为：始发-到达端洞口土体加固及降水不当，其他所有事故发生原因变量的值均设为0,以此类推。

聚类将使类似的事故分为一组。事故的相似性通过规定的距离度量来评估。为了量化数据库中的安全事故之间的距离，首先进行数据min-max标准化(归一化)处理，使数据指标之间具有可比性。

2.2风险程度

依托于详尽的安全事故数据资源，我们首先量化各类事故引发特定严重后果的频率。接着，我们估算每种严重程度结果出现的概率，以得出事故转化为特定严重性等级的比率。通过分析现有的数据集群，我们可以评估相似事故的风险水平。利用公式(2)，我们计算出在每个数据集群中，任何事故演变成特定严重度事故的概率。如此，无论事故的最终影响如何，都能估算出其转化为预设级别事故的可能性。

2.3决定集群数

2.3.1盾构法(含明挖基坑)聚类分析过程

在初始的聚类分析尝试中，我们基于201起盾构法和明挖基坑安全事故的8个变量特征进行了研究，通过欧氏距离衡量了整个数据集的结构。当设定聚类数k为5时，尽管进行了尝试，但结果的表现并不理想，最大轮廓值仅为0.446，平均轮廓系数也仅为0.306，这表明仅用8个变量来评估风险可能不够精确。

为了优化聚类效果，我们决定探索降低维度和剔除无关变量的方法。由于事故发生的规律性，如工作日的连续性（如星期一和星期二与星期三和星期四的相似性），我们排除了季节、时间、工作日和施工状态等背景因素。接着，我们对数据库进行第二次聚类，分别以k=4、5和6进行分类，目标是提炼出更简洁且无噪声的信息。

经过比较，我们发现当k=6时，聚类的平均轮廓系数达到了最高，这意味着将盾构法和明挖基坑安全事故分为6类能提供最佳的聚类结果。这个过程揭示了以下几点关键观察：①每个明显的群体都展现出相对清晰的结构模式；②其他较小的群体虽然也有结构，但强度较弱；③基于8个变量的聚类结果被舍弃，因为它们包含过多的非结构化数据，导致性能欠佳（表现为较差的轮廓值）；④最终，当k等于6时，盾构法和明挖基坑安全事故的聚类分析结果最为有效，体现了最理想的结构划分。

2.3.2矿山法聚类分析过程

在排除了可能影响背景因素（包括季节波动、时间、工作日安排以及施工活动的状态）后，我们进行了多轮k-means聚类分析，分别将矿山施工安全事故数据集划分为4、5、6个类别。通过对不同聚类数目的80起事故进行轮廓系数的比较，我们发现当k=4时，整体轮廓系数表现最优，这表明4类划分最能体现数据的内在结构。

进一步分析显示，当k增加至5或6时，聚类结果并不理想。具体来说，k=5的聚类中只有一个显著的群组，其内部结构显得极不均衡；而k=6的群组虽然存在，但它们的结构强度相对较弱。相比之下，当k=4时，矿山法安全事故的聚类结果呈现出最为清晰和有序的模式。因此，可以得出结论，以4类作为矿山法安全事故的聚类分类是最为合适的选择。

3城市轨道交通工程施工安全事故对策措施

3.1人员管理

由于施工人员的素质良莠不齐，因此要从最低的水平来考虑，确保每一名施工作业人员都能够满足施工现场的安全管理最低要求。对于施工人员的安全管理要严把入门关，从入场开始，就要每个环节都让工人感觉到项目部对安全管理的重视。项目部应该按照本项目部的特点形成施工人员机制，不能流于形式。特殊工种作业人员，除了必要的按照行政管理部门要求的持证上岗，岗前培训交底之外，还要进行固定期限的考试考核。

3.2技术管理

施工技术并不是停留在单纯的纸面层面，是指导施工的核心，也是工程安全进行的灵魂所在。现代化的施工过程是建筑科学的物化过程。而对于部分施工人员而言，对于工程技术，不求甚解，就是经验为主，这就是主观上的事故隐患。因此要重视技术管理从如下几个方面加以重视。

(1）图纸会审。图纸会审环节能够让设计者更深入地把设计意图和施工人员进行交流，而施工人员也从施工方便快捷安全等方面提出自己的建议。

(2）施工方案制订与审批。施工方案是施工单位对工程的整体性规划，是工程的纲领性文件，涉及到工程的全部环节、所有细节，因此必须从项目部到企业整体把关、按照审批流程，保证其可行性和合法性。

(3）技术交底。技术交底是一项细致而基础的技术传达工作，包括不同参建单位的交底，和同一单位不同层级的交底，目的相同，就是将工程的技术要点、施工难点进行书面的传达和面对面的讲授，减少施工的错误和返工。

结论

城市轨道工程是一个大型的系统工程，不同的工程、不同的施工阶段所面临的风险是不同的、变化的，在以后的施工中很可能前一个不引发事故的因素就是导致事故发生的关键因素，因此在施工管理过程中要防止经验主义，不要抱有“以前一样干过没出过问题”的想法。在施工管理过程中，只有现场管理人员加强安全意识，坚守原则底线，工程项目才有可能在参建人员的共同努力下安全圆满地完成建设任务。

参考文献：

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