建筑施工安全网络图的构建

张建设，李瑚均，侯 芳

(河南理工大学 土木工程学院， 河南 焦作 454000)



建筑施工安全网络图的构建

张建设，李瑚均，侯 芳

(河南理工大学 土木工程学院， 河南 焦作 454000)

基于目前安全管理效率低下问题，探讨安全与网络图集成进行安全控制的安全网络图构建理论，是在施工阶段进行安全管理的重要技术手段。借鉴施工进度网络图，阐述了建筑施工安全网络图构建方法和应用理论。提出安全度概念，通过测定施工现场的某一时刻全局环境安全度、某一时刻单工序安全度、某一时刻多工序安全度衡量单位调查时间内建筑施工场地的安全状态，并提出了测定三种安全度的途径和量化方法。讨论了全局环境安全度和多工序安全度动态曲线的绘制方法，介绍了安全管理的安全关键工序。最后，选用合适案例验证了采用安全网络图进行安全管理的适用性，本方法有利于提高科学现场安全管理的效率。

建筑施工技术； 安全网络图； 安全度； 安全度动态曲线； 安全关键工序

网络图作为施工现场管理的安全工具，大多用来对工程进度、资源配置、成本进行跟踪控制，如何将其与现场安全管理结合起来是一个值得研究的问题，同时也是发挥网络图潜在功能的主要途径。

自从Kelley和Walker在1957年提出关键线路法之后，网络图的相关技术发展迅速。主要体现在网络计划计算方法研究[1～4]和网络图技术新领域试用探讨[5～8]。但是，网络计划技术在安全管理中的应用研究较少，仅仅提出了运用网络图进行安全管理的理念[9]。本文将以现有的安全评价方法为基础，寻求简单易行的建筑施工现场安全度确定方法，绘制现场安全管理的动态曲线，为基于网络图的安全管理模式建立可行的方案。以工序为基点，辨识工序的危险源，量化工序安全状况。首先确定某一时刻的安全状况，进而扩展整个施工现场，进行整个施工现场的安全度评价。反应现场安全状况，引导安全管理者对施工现场进行动态监管，提高安全管理水平。

1 安全网络图构建的基本理论

1.1 安全网络图的构成

安全网络图指以进度计划网络图为基础，根据单位时间的工作情况确定安全状态，采取对应安全管理措施。参考进度网络图，安全网络图由时间、工序、节点和安全参数组成。

安全网络图的时间表示方法与进度网络图相同，而安全网络图的时间参数包括持续时间、最早开始时间、最早结束时间、最晚开始时间、最晚结束时间、自由时差、总时差、工期和安全评价持续时间。

安全网络图建立在实施性进度计划基础上，以工序为研究对象进行安全参数计算。

安全网络图中，节点是指不同工序的搭接点，表示一项工序的完成和另一项工序的开始，同时具有安全度的转移和改变功能，表示安全评价内容的改变和安全状况评价的进展。

安全参数是评价时间内工序的安全评价结果，用安全度表示。安全度是安全监管人员通过安全评价办法量化评价单位时间的安全状态而来。

1.2 安全网络图的表示方法

与进度网络图相比，安全网络图增加了安全度的内容，即在节点的下边制作一个表格，详细列出在评价时间内的安全度状况(图1)。主要包含以下几个安全参数：

(1)工序的持续时间Di-j，其中i-j表示的是从节点i到节点j之间的工序，即两个连续节点之间的工序。

(2)某一时刻全局环境的安全度E(t)，t=1,2,…,l,…,m,…,n。其中，t表示整个施工工期内的某一安全评价的时间段；n表示在整个施工工期安全评价的总时间段数(总工期)；l和m分别表示整个施工工期内的工序持续时间安全评价时间段数(Di-j安全评价的时间段数为m-l+1)。

(3)某一时刻单个工序的安全度Si-j(t)，t=l,l+1,l+2,…,m。

图1 安全网络图中工序参数

2 建筑施工安全度

安全度是指系统中可能导致人员伤亡和经济损失的不利因素，处于数量上或起点上的劣势，不足以引发安全事故，从而保证系统处于安全状态的程度和概率。建筑施工现场的安全度包括：某时刻现场全局环境安全度、某时刻单个工序安全度、非工作时间某时刻现场安全度、非作业人员工作时间某时刻安全度和某时刻多个工序安全度。考虑到非工作时间某时刻现场安全度和非工作人员工作时间安全度的特殊性，其对人为对实际施工造成的影响较少，这里将这两种安全度并入某时刻现场全局环境安全度。

2.1 全局环境安全度

全局环境安全度对整个施工现场的安全性起着至关重要的作用。环境安全度的确定以环境危险源辨识为必要前提。环境危险源的辨识，旨在通过对施工现场环境方面可能存在的危险因素进行辨识，为环境安全度评价奠定基础。危险源的辨识可以从自然环境、周边环境、管理环境和其他四个方面进行，具体危险源辨识见表1。

安全度的评价采用安全检查评分表的方式进行，安全检查评分表具有全面、简单易行、易于操作等优点。全局安全检查表以国建法律法规、事故案例和行业经验、系统安全分析方法和研究成果为编制依据。根据以上危险源辨识结果，结合Delphi专家咨询法，采用多轮问卷调查，统计分析确定各危险源子项的权重，且权重应不断更新和完善。综上可得出施工现场全局环境安全检查表(表1)。

表1 施工现场全局环境安全检查

根据表1，得出施工现场安全度的公式如下：

(1)

2.2 某一时刻单工序安全度

单个工序的安全度评价以工序危险源的辨识为前提。在工序危险源的动态辨识方面，陶坤[10]实现了对不同时点同时施工的多个工序危险源的辨识。董大旻[11,12]等将危险源的动态辨识运用到网络计划技术中。施工现场动态危险源的辨识主要从人的不安全行为、物的不安全状态和环境三个方面来考虑，本文也将借鉴此方法，将危险源的动态辨识分为人的不安全行为、物的不安全状态和环境三个方面，子项危险源见表2。

单工序安全度的确定采用安全检查表。安全检查表具有灵活性、持续性、便于责任的分解和落实和简单易操作等特点。安全检查表以建筑施工安全检查标准、工序危险源动态辨识的结果和安全检查的目标为主要编制依据。对安全检查表中各类指标的分值均采用百分制，主要依据是《建筑施工安全检查标准》(以下简称《标准》)，例如，某工序施工时，施工机具的分值确定可以参照《标准》附表A中施工机具占总分值的5%，此处施工机具也采用此权重时，可给定5分。如果遇到《标准》中没有的指标，参照标准权重进行适当的修正后确定其值，也可以采用Delphi法来确定。

表2 单个工序的安全检查

某一时刻单个工序安全度的确定根据表2所示的某一时刻单个工序的安全检查表，某一时刻单个工序安全度计算方法的公式为：

(2)

2.3 某一时刻多工序安全度

多工序安全度是由单工序安全度合成而来。网络计划中的多个工序的安全评价合成的办法有简单平均方法、加权线性求法和乘法合成。平均方法忽略边际值的影响而导致评价不合理，求和法又太过注重总体特征而缺失对单个样本特征的考虑，乘法合成方法对最大值和最小值反应敏感。综上可知，以上方法存在一些漏洞，没有能很好考虑多工序中单个工序的最大值和最小值问题。而实际工作中考虑安全度最小值和最大值比较合理。因此，本文拟采用多个工序安全度的最大值和最小值作为该时刻安全度的指标。其合成表达式如下：

(3)

(4)

采用本方法进行多工序安全度确定需要考虑工序间关系对于安全度的影响。工序间多存在空间相关和作业内容相关。纯粹作业内容相关(空间不相关)并不影响彼此的安全度评价结果；纯粹空间相关(即空间干扰，作业内容无关)可以考虑将相关工序各自的安全度在同一时点进行折减或扩大，需要视工序空间相关具体情形确定；当作业内容和空间同时相关时，尽量将工序合并为一个工序进行安全度考察较为合理。

本方法有以下特点：突出安全度最大值和最小值在多个工序中的作用；简单易行；抓住重点工序在整个评价中的作用；有利于对照施工现场安全检查表的内容对危险性较大的工序采取有针对性的措施；不受某一时刻正在施工工序数量多少的影响。

2.4 安全度动态曲线

基于网络图的安全度动态曲线的绘制主要包含两个方面的内容，其一是绘制某一时刻多个工序的安全度的动态曲线；其二是绘制某一时刻全局环境的安全度动态曲线。

通过危险源的辨识和安全检查表的编制，实现了某一时刻单个工序、多个工序和全局环境安全度的计算，在网络图的基础上，以时间为横轴，以安全度数值的大小为纵轴，绘制如下动态安全度曲线。

(1)根据施工现场全局环境危险源的安全度评价结果，绘制出施工现场全局环境安全度的动态变化曲线。假定施工现场全局环境的安全度动态变化曲线如图2所示。

图2 某一时刻全局环境安全度动态变化曲线

(2)通过对某一时刻多个工序的安全度汇总，绘制出整个施工现场各个时点工序的安全状态图，包括最大值和最小值。假定施工现场某一时刻多个工序的安全度，计算出所有时刻的最大值和最小值比较得出安全度的状态图(图3)。图中有重合的部分，原因主要有两个：其一是由于该时刻只有一个工序施工，此时最大值和最小值重合；其二可能出现两个工序安全度相等的情况，由此可以看出，在整个施工现场工序的安全状态图中，最大值和最小值都至少有一个。

图3 某一时刻多个工序安全动态

(3)安全关键工序的确定。在进度计划网络图中，关键线路是持续时间最长的线路，在关键线路上的工序即为进度控制的关键工序。安全网络图中的关键工序表示在同一考察时点安全度最小的工序，这些工序并不一定可以首尾连接成一条连续的线路(有别于进度关键工序)。

3 工程实例

3.1 工程概况

(1)洛阳市某建筑工程项目，框架剪力墙结构，地下1层，地上34层，施工单位为河南省х建筑工程有限公司，建筑面积92000 m2，地下-1～4层平均每层的建筑面积为3251.26 m2，5～34层平均每层的建筑面积为2748.22 m2，选取第10层框架的混凝土工程施工为例，施工时间为2013年12月24日到2014年1月7日，工期为14 d。划分放线、钢筋加工、模板支架、钢筋绑扎、浇筑混凝土、养护和模板拆除七个工序，进度网络图如图4所示。

图4 钢筋混凝土工程进度网络图

(2)气候条件。从统计气象局相关数据中，获得2012年12月至2013年1月的气温和气象状况(表3、4)。

表3 2012年12月和2013年1月气温状况

表4 2012年12月和2013年1月气象状况

(3) 地质条件。地质条件主要来源于地质勘察报告，场地土标准冻深小于60 cm。地表平坦，根据区域地质资料，场地内及附近无全新活动断裂通过。同时，在场地内不存在滑坡、崩塌、泥石流、采空区等不良地质作用和地质灾害因素，地下分布的防空洞埋深小于各建筑物基础埋深。

(4) 水文条件。拟建场地地下水位最大年变化幅度3.00 m左右，根据收集到的水文地质资料，近3～5年来场地内地下水的最高水位值约为139.00 m，场地地下水的历史最高水位值为140.00 m。

(5) 施工管理环境和其他环境。施工管理环境主要包含施工企业的管理制度等多方面的内容，受人的主观因素影响较多。

3.2 本案例某一时刻全局环境安全度的确定

根据前述方法，选取5名专家，采用问卷方式获得本案例施工现场全局环境安全检查评分表(表5)。

在表5的基础上，采用现场打分方法获得现场全局环境安全检查分值随施工时间变化的数值(表6)。

表5 施工现场全局环境安全检查评分

表6 施工现场全局环境安全检查分值

3.3 某一时刻单工序安全度的确定

参考上文表格，根据《标准》获得单工序安全度随时间变化的汇总结果(表7)。

表7 单个工序安全度汇总 d

3.4 某一时刻多工序安全度

根据单个工序的安全度得到某一时刻多个工序的安全度(表8)。

表8 某一时刻多个工序安全度的合成 d

3.5 关键工序和动态曲线

关键工序为发生安全事故概率较高的工序，即多个工序安全度结果中分值最小的工序，即最危险的工序。本案例中安全关键工序按时间顺序为钢筋加工、模板支架、钢筋绑扎、浇筑混凝土、养护和模板拆除六项工序。根据以上数据绘制某一时刻全局环境及多个工序合成安全度动态曲线(图5、6)。

图5 某一时刻全局环境安全度合成

图6 某一时刻多个工序的安全度合成

4 结 语

本文在建筑施工网络图的基础上构建了建筑施工安全网络图，通过对某时刻全局环境安全度、某时刻单工序安全度和某时刻多工序安全度的合理量化，获得建筑施工现场的安全度，并在此基础上绘制了安全度动态曲线和确定了安全关键工序。选用案例验证了安全网络图在现场施工管理过程中的可行性和适用性。该方法有利于现场施工管理部门及时准确了解工程施工过程中的安全状况，提前发现安全问题，做好事故预防工作，提高安全管理水平。

安全网络图主要适用于整个施工现场的安全管理，即施工现场参与工程活动的建设、监理、施工企业的安全管理，需要多方配合协作，相互沟通。

文中通过设计安全检查表方法确定某时刻的安全度，安全检查表中包含的子危险源可能现场涵盖率不高、不完善等问题，需要更深入探究。

[1] 郑 巍, 刘三阳, 齐小刚. 三层动态网络联合优化选路算法[J]. 中国通讯, 2010, (3): 146-152.

[2] 郑 忠, 朱道飞, 高小强．基于蚁群算法的炼钢-连铸作业计划编制方法[J]．北京科技大学学报, 2009, 31(4): 504-510.

[3] 增欢彦. 动态网络中最优路径问题的改进蚁群算法[D]. 广州: 暨南大学, 2007.

[4] 徐 磊．基于遗传算法的多目标优化问题的研究与应用[D]．长沙: 中南大学, 2007.

[5] 贾传亮, 许保光, 池 宏，等. 基于网络流的航空公司飞行员人力资源规划模型[J]. 中国管理科学, 2005, 13(s1): 419-422.

[6] 陈明杰, 谭建武. 网络计划技术在武钢一炼钢厂平炉改转炉工程中的应用与探讨[J]. 系统工程理论与实践, 2002, (1): 128-133.

[7] 陈永鸿. 工程网络计划技术在金融项目评审进度确定及优化中的应用[J]. 四川建筑科学研究, 2014, 40(3): 346-349.

[8] 富利波. 小小网络图 控制大危险[J]．安全、健康和环境, 2003, 3(3): 33-34.

[9] 姚文考. 网络技术在济钢干熄焦工程安全管理中的应用[C]//中国金属学会2001冶金安全年会论文集. 北京: 中国金属学会, 2001: 101-103.

[10]陶 坤, 何小平, 李 泉. 基于危险源动态辨识的公路隧道施工安全动态管理[J]. 施工技术, 2010, 39(10): 86-88.

[11]董大旻. 建设施工安全生产中的危险源管理研究[D]. 上海: 同济大学, 2007．

[12]熊 维, 郑淑平. 基于危险源分解条件下的安全网络计划技术[J]. 天津城建大学学报, 2014, 20(2): 91-95．

Architecture Theory of Construction Safety Network Diagram

ZHANGJian-she,LIHu-jun,HOUFang

(School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

Integrating safety into network to construct the theory of safety network diagram is to solve the issue of low-efficiency in the safety management which gradually becomes a significant technical mean in safety management process. Comparing to the theory of schedule network diagram, the construction method and applicable theory of safety network diagram is interpreted. By proposing the definition of safety degree, the safety state of site in certain time are tested through quantifying the safety degree on overall environment in a certain time, the safety degree of a single operation in a certain time and the safety degree of multi-operation in a certain time and quantified means are introduced. Thus, the method of compiling the dynamic curve of safety degree on overall environment and multi-operation are discussed and the rules of determining safety critical operations are recommended. At last, proper case is selected to illustrated the applicability of the safety network diagram which help to improve the efficiency of scientific safety management in the site.

construction technology; safety network diagram; safety degree; dynamic curve of safety degree; safety critical operations

2016-03-09

2016-06-19

张建设(1966-)，男，河南焦作人，博士，副教授，研究方向为建筑安全管理(Email: jianshezhang@vip.sina.com)

李瑚均(1991-)，男，河南濮阳人，硕士研究生，研究方向为建筑安全管理(Email: 1296841186@qq.com)

河南省教育厅软科学项目(12B620003)；河南理工大学博士基金项目(B2010-83)

TU714

A

2095-0985(2016)05-0076-06