基于文本挖掘的建筑施工坍塌事故成因网络分析.pdf

第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:葛恒刚()男江苏东海人硕士研究生研究方向为建筑坍塌事故(:.)通讯作者:张友志()男四川青神人副教授博士研究方向为建筑经济(:.)基金项目:国家社会科学基金()江苏省社会科学基金()基于文本挖掘的建筑施工坍塌事故成因网络分析葛恒刚 崔祥民 张友志(江苏科技大学.土木工程与建筑学院.发展规划处 江苏 镇江)摘 要:为查清建筑施工坍塌事故发生的特征达到预防建筑施工坍塌事故和缓减事故伤害的目的 利用爬取安全管理网坍塌事故模块中 年 份建筑施工坍塌事故调查报告并借助文本挖掘方法对调查报告进行分词处理、成因选择后得到 个事故成因高频关键词 基于社会网络中心性分析、核心边缘分析、成因集合分析和凝聚子群分析结合事故致因理论划分事故成因并利用事故成因网络图进行可视化 研究结果表明:()安全管理不到位违反施工方案等 个核心成因具有地位高、联动强、路径短三大特征()个别核心成因的个体网络中心度与度中心度相差较大()存在违章作业应急防范难以落实承发包违规模板失稳 类问题关键词:建筑工程 坍塌事故 文本挖掘 社会网络分析中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:():()():.:“十四五”建筑业发展规划明确指出“年的远景目标是建筑业高质量发展体系框架初步形成工程质量安全体系基本健全工程品质和使用功能得到质的提高建筑施工安全生产形势持续稳定向好建筑安全事故得到有效遏制”然而根据国家住房和城乡建设部公布的房屋市政工 土木工程与管理学报 年程生产安全事故数据 年共发生坍塌事故 起其中较大及以上坍塌事故 起且每年发生的较大及以上事故约有一半是建筑施工坍塌事故 由此可见我国建筑施工坍塌事故并没有得到有效遏制坍塌事故对建筑业的危害性仍然存在“重害之首”的地位仍然没有改变 因此查清建筑施工坍塌事故发生的特征发现建筑施工坍塌事故的成因对于预防建筑施工坍塌事故的发生具有重要现实意义针对建筑施工坍塌事故成因分析现有研究主要通过问卷调查、案例分析、虚拟仿真等进行分析但是问卷调查、案例分析都是通过人工进行受研究者主观性影响结果往往因人而异而虚拟仿真又无法考虑到每个因素 为精确识别安全事故的成因预防安全事故发生学者们针对不同安全事故采取不同的研究方法如在交通安全事故、危化品事故、矿山安全事故、食品安全事故、火灾事故等事故研究中运用熵权()、扎根理论、清晰集定性比较分析、贝叶斯网络、故障树等方法虽然上述方法具有一定的可行性但也存在着一定的局限性选取研究数据要求高且工作量大研究者主观性影响较大缺少定量指标无法进行定量分析等 为避免主观性影响减少研究者工作客观地定量分析本文采用文本挖掘技术对建筑施工坍塌事故展开研究目前文本挖掘技术已经成熟地被用于事故研究领域中可以从海量的文本库中挖掘出有效信息 如李珏、王幼芳利用文本挖掘技术针对建筑高坠事故进行挖掘结合社会网络分析方法对高坠事故进行致因分析韩天园等通过文本挖掘技术对重特大交通事故进行数据挖掘与处理结合社会网络分析探索交通事故致因之间的隐匿联系郭对明等采用文本挖掘技术对矿山安全隐患进行可视化 基于此本文在相关研究基础上运用文本挖掘技术提取和清洗建筑施工坍塌事故调查报告成因特征并且结合社会网络分析方法探索事故成因间隐藏的关系探究建筑施工坍塌事故核心成因并建立核心成因的边缘成因集合以期得到建筑施工坍塌事故成因特征与联系为坍塌事故研究提供新思路 建筑施工坍塌成因文本挖掘流程.文本挖掘工具选取本研究选取 语言对建筑施工坍塌事故调查报告进行文本挖掘 是一款免费、开源的软件使用者可自由地拷贝、改动可用于爬取文本分析数据绘制图像等可通过 语句调用各个学科的第三方库在使用 过程中调用这些库就能构造研究中所需的数学模型.文本挖掘语料选取事故调查报告是针对事故进行全面总结包含事故经过、救援、原因、处理等与其他文件相比调查报告是由相关政府部门发布具有一定的客观性和权威性对事故描述更准确 因此本文以建筑施工坍塌事故调查报告作为文本挖掘的对象 安全管理网站是国内以宣传安全生产为主具有大量的事故调查报告、事故案例、安全标准与法规等内容的一家大型垂直网站 因此利用 爬取安全管理网站的坍塌事故模块中所有事故调查报告选取标题含有“调查报告”事故类型为建筑施工坍塌事故 事故发生时间为 年的文章并保存到文本文档中 因时间跨度较大存在不完整的事故调查报告通过事故发生所在地的省应急管理厅、省住房和城乡建设厅、省人民政府等官网进行检索补充再去掉重复的调查报告最终得到 份建筑施工坍塌事故调查报告.文本挖掘语料清洗利用 编程和第三方 中文分词库对调查报告文本进行分词 为保证字词划分的准确性采用精确模式分词和使用隐式马尔科夫模型()为避免出现大量无用词如“的”、“啊”、“一方面”等将常见的三大中文停用词(四川大学机器智能实验室停用词库、哈工大停用词表、中文停用词表)汇总去重得到停用词库 由于建筑施工坍塌事故专用名词较多为保证实验的有效性优化 分词准确率将搜狗词库里的“建筑安全事故词典”、“工程施工术语词典”汇总去重后得到建筑施工坍塌事故自定义词典 重复运行 进行分词分词过程中产生的无实际意义的词放置停用词库不断完善分词结果最终得到 个高频词.词频分析通过咨询专家意见将意思相近的高频词进行组合如将“无证操作”、“无技术职称”等组合为“无资质”结合 发明的高 低频词临界值计算公式与本研究的实际情况选取词频数大于 的高频词作为研究对象确定 个基本涵盖建筑施工坍塌事故成因的高频关键词见 第 期葛恒刚等:基于文本挖掘的建筑施工坍塌事故成因网络分析表 提取出安全管理不到位 管理职责不到位 安全检查不到位 安全教育培训不到位责任落实不到位 违章指挥 管理混乱 等 个管理因素以及违反施工方案 等 个特征因素分析高频关键词可知违反施工方案未进行技术交底无专项施工方案违法施工和违章指挥是建筑施工坍塌事故最普遍的特征安全意识淡薄是最主要的思想建设问题 无资质是无证操作和不具备相关资质的并归类是建筑施工坍塌事故发生的重要间接成因表 建筑施工坍塌事故成因高频关键词序号关键词词频 序号关键词词频安全管理不到位管理混乱管理职责不到位安全意识淡薄违反施工方案督促整改不到位未进行技术交底违法分包无专项施工方案未制定应急预案安全检查不到位冒险作业防范措施不到位未经工程勘察无资质模板支撑体系失稳 安全教育培训不到位建筑材料不合格应急处置措施不力恶劣天气违法施工出借资质安全隐患排查不到位违法发包责任落实不到位土方、基坑坍塌违章指挥混凝土强度低违规行为非法转包违章作业强降雨.共现矩阵构建共现矩阵是指关键词两两共现次数构成的频次矩阵两个关键词共现值越大说明其关系越紧密以此可定量分析其关联性同时共现矩阵也是可视化分析的前提 因此利用 计算 个建筑施工坍塌事故成因高频关键词两两共现次数构建建筑施工坍塌事故成因高频关键词共现矩阵见表 表 事故成因高频关键词的共现矩阵(部分)成因 续表 成因 建筑施工坍塌成因社会网络分析为查明建筑施工坍塌事故成因高频关键词之间的潜在联系将共现矩阵进行二值化处理采用 软件计算事故成因高频关键词网络密度及标准差得到关键词网络密度为.标准差为.网络密度值大小表明关键词网络节点联系程度相对于最大网络密度 而言.这一网络密度值较大说明建筑施工坍塌事故成因高频关键词的共现网络各节点联系密切 事故成因高频关键词的标准差为.说明事故成因之间针对性较强 波动较大 也说明从不同层面对建筑施工坍塌事故展开研究更具有价值.网络可视化分析为进一步分析高频关键词在建筑施工坍塌事故成因中的地位及其相互关系基于事故成因高频关键词共现矩阵矩阵主对角线赋予词频值以高频关键词作为节点利用 .绘制建筑施工坍塌事故成因网络图如图 所示 其中各节点之间连线越粗颜色越深说明高频关键词共现频次越高联系越密切 不难发现建筑施工坍?、?图 建筑施工坍塌事故成因网络 土木工程与管理学报 年塌事故成因是以安全管理不到位为中心 形成一个事故成因圆.网络中心性分析为了对建筑施工坍塌事故成因高频关键词的重要程度进行定量描述 本文采用度中心性()、接近中心性()和中介中心性()进行中心化计算.度中心性一般采取度中心性来确定建筑施工坍塌事故中最主要的核心成因 其确定标准是网络图中某些节点与其他节点之间联系较为密切在坍塌事故网络图中这样的成因与其他成因的联系最密切一方面说明该成因与其直接相邻的成因关联性强另一方面说明该成因在网络中占据一个主要的地位 度中心性计算公式为:式中:为节点 与节点 之间的边数 为节点总数计算结果如表 所示 安全管理不到位未进行技术交底违反施工方案无专项施工方案安全教育培训不到位等具有较高的度中心度与事故成因网络图基本一致 占据总中心度的.说明这些成因在坍塌事故中占据主导地位其节点在网络图中发挥决定性作用其中前两个成因中心度分别为 在坍塌事故中处于最重要的地位 但度中心性仅能体现出与该成因所对应节点的连接数无法衡量节点与节点之间距离问题仅利用了网络图局部特征忽略了整体特性因此借助接近中心性衡量节点与节点之间距离问题表 建筑施工坍塌事故成因网络中心性分析序号度中心性接近中心性中介中心性.续表 序号度中心性接近中心性中介中心性.接近中心性所谓接近中心性就是在考虑整体网络图结构情况下某个事故成因到其他事故成因的最短距离都很小则该事故成因的接近中心性就很高这样的事故成因具有短路径的特征 其计算公式为:()式中:为节点 与节点 之间的最短距离 安全管理不到位违反施工方案无专项施工方案未进行技术交底安全检查不到位等具有高水平的接近中心性可以发现部分事故成因同时具备高水平的度中心性和高水平的接近中心性因此这些事故成因具有较高的地位及短径特征 其中前两个 事 故 成 因 接 近 中 心 度 分 别 为.在坍塌事故中处于最关键的成因.中介中心性在网络图中如果两个不相邻的事故成因相互作用需要依赖其他事故成因尤其是两个不相邻的事故成因路径上的事故成因他们作为枢纽起到“上系下牵”作用非相邻事故成因受其制约与控制 如果一个事故成因位于多条其他事故成因最短路径上那么该事故成因就是关键枢纽具有较大的接近中心性 其计算公式为:()()式中:为节点集合 中除 外的任意节点对()为 之间最短路径中过节点 的次数()为 之间最短路径的总数 安全管理不到位违反施工方案无专项施工方案恶劣天气无资质等具有较高的中介中心度这些事故 第 期葛恒刚等:基于文本挖掘的建筑施工坍塌事故成因网络分析成因具有强大的联动性其中前两个事故成因中介中心度分别为.在坍塌事故中处于最关键的枢纽.核心 边缘分析通过中心性分析可知管理混乱违规行为防范措施不到位等具有高水平的度中心性和接近中心性但是这些成因的中介中心度却非常低这些事故成因在网络中具有一定的控制力但控制力有限因此事故成因网络中存在核心边缘结构 参照相关系数分类方法将 个事故成因划分为核心成因和边缘成因两类其中得分.的为核心成因.的为边缘成因结果见表 属于核心成因的有安全管理不到位管理职责不到位违反施工方案未进行技术交底无专项施工方案安全检查不到位安全教育培训不到位 项其余 项事故成因均属于边缘成因 核心成因网络密度为.而边缘成因网络密度仅有.表明建筑施工坍塌事故网络具有明显的核心 边缘结构 因此这 项为建筑施工坍塌事故中最关键因素具有地位高、联动强、路径短三大特征为防止发生多米诺骨牌现象需要在建筑施工过程中作为重要管理对象表 事故成因核心 边缘分布位置事故成因核心 边缘 .基于核心成因的成因集合分析由事故致因理论可知事故发生不单单是由一个核心事故成因造成的而是若干个事故成因共同作用造成 因此在针对核心成因采取防范措施的同时也要关注与核心成因关系密切的边缘成因 为探究核心成因与边缘成因之间的联系本文采用成因集合来描述核心成因与边缘成因的关系定义:式中:为核心成因集合为边缘成因集合为与核心成因联系密切的边缘成因集合 为得到以某一指定的核心成因为中心与边缘成因之间的联系与交互本文通过 以某一指定核心成因为中心对其可视化处理分析为避免其他核心成因出现在网络图中产生视觉干扰因此将网络图进行处理删除掉其他核心成因节点保留某一指定核心成因节点以未进行技术交底为例与其联系密切的边缘成因构成的个体中心网络图如图 所示?图 未进行技术交底个体中心网络未进行技术交底的个体网络中心度为 其中管理混乱无资质违章指挥违章作业防范措施不到位督促整改不到位未制定应急预案占以上可将与未进行技术交底联系密切的边缘成因构成一个成因集合表示为:不难发现出现未进行技术交底问题的施工单位其管理也可能是混乱的而且项目可能存在管理人员违章指挥施工人员违章作业以及防范措施、应急方案未落实或落实不到位等风险问题极容易引发坍塌事故因此有关单位可重点排查施工单位的应急方案、防范措施以及整改是否规范抽查管理人员是否在岗重点打击胡指挥、乱指挥、不指挥的管理人员检查施工人员是否满足施工人员身体素质要求是否严格遵守施工方案进行施工是否存在不听指挥、胡作为、乱作为的施工人员同理剩下 个核心成因安全管理不到位管理职责不到位违反施工方案无专项施工方案安全检查不到位安全教育培训不到位对应的边缘成因集合分别表示为:当边缘成因同时出现满足核心成因的边缘 土木工程与管理学报 年成因集合时发生坍塌事故的概率就比较高 因此在施工过程中需要将重心放在上述 组成因集合上并制定相关措施尽最大可能保证建筑施工坍塌事故的可控可防 但经梳理发现个别事故成因的个体网络中心度与度中心度相差较大如安全管理不到位的度中心度是 而个体网络中心度仅有 因此需要进一步探究节点之间存在的联系.凝聚子群分析凝聚子群分析是社会网络分析重要组成部分意在探究节点之间客观存在或潜在的关系当某些节点之间存在直接的、较强的或者紧密的关系能够集聚成一个小团体这样的小团体被称作凝聚子群 因此通过凝聚子群深究建筑施工坍塌事故成因网络中内在关系利用 绘制如图 所示 可将事故成因归纳为 类:安全管理不到位管理职责不到位违反施工方案等 个成因可归纳为违章作业类未进行技术交底安全教育培训不到位安全隐患排查不到位等 个成因可归纳为应急防范类违法施工违法分包未经工程勘察等 个成因可归纳为承发包违规类模板支撑体系失稳混凝土强度低建筑材料不合格等 个成因可归纳为模板失稳类1238522151416491213107191718216292611202328273124302532?、?图 坍塌事故成因凝聚子群随机选取苏州水岸清华.、七宝生态商务区.等事故调查报告通过梳理事故原因发现凝聚子群分析符合实际且 类成因在坍塌事故中主要表现如下.违章作业、违章指挥现象盛行施工人员对施工方案不闻不顾“经验论施工”现象严重作业时随心所欲 施工人员自身可能存在专业知识贫瘠施工技术不规范无法落实管理人员的指挥 认真执行施工方案人员缺少奖励抓到违章作业人员仅给予口头警告 实际施工过程中既懂理论知识又具有丰富经验的管理人员较少加上施工单位承揽工程多管理人员一人多岗难免会出现管理人员不在岗或不具备管理资格的人进行指挥项目安全管理工作难度大幅度增加.应急防范措施难以落实与其他工业不同的是建筑业应急防护工作是一件难度大、范围广、系统性强的工作涉及部门多需要投入大量的人力、物力、财力需要部门之间紧密配合需要领导高度重视 但是施工方为节省成本压缩施工工期对应急防范措施的人力、物力、财力投入不足重视不够加之各部门之间协调不充分应急预案编制不重视、不规范、不完善对防范恶劣天气无作用.承发包违法违规现象屡禁不止建设单位将项目违规发包给无资质的私人包工队参建各方可能存在无视国家法律违法参与项目建设借用他人资质违法承包违法参与招投标为获得利益最大化施工方非法多承包且非法转包给私人包工队有的工程为成本最小化没有安排工程勘察或粗略勘察不能反应真实情况使得工程勘察流于形式.支撑体系、混凝土强度存在问题模板支撑系统坍塌多数发生之前毫无征兆一旦发生施工人员很难逃生几乎都是群死群伤 而支撑系统是否坍塌取决于脚手架的稳定性梳理调查报告发现大部分脚手架钢管厚度均未达到标准且施工人员随意搭接不顾杆距不设扫地杆混凝土浇筑不符合程序导致支撑系统受力不均 在拆除模板阶段没有考虑到混凝土强度提前强拆不按拆模顺序粗暴强拆从而发生坍塌事故 建筑施工坍塌事故的预防对策.打破“经验论施工”作业指挥相协调对施工单位而言应加强施工人员专业知识培 第 期葛恒刚等:基于文本挖掘的建筑施工坍塌事故成因网络分析训提高施工人员福利待遇采取激励机制根据管理理论激励机制划分为正、负激励对严格遵守施工方案、听指挥、认真作业人员应给予奖励相反对随心所欲、自以为是的作业人员应加大惩罚力度 对管理人员应杜绝一人多岗确保施工时在现场避免出现管理人员高高在上对作业人员不尊重同时加强自身专业知识建设丰富施工经验 施工人员坚持管理人员不在岗不施工原则坚持按方案施工加强个人荣誉感积极主动学习理论知识.强化应急防范措施规范编制应急预案强化应急宣传思想教育对应急防范形成高度重视成立独立的应急防范部门负责日常应急管理协调各部门指挥调度确保应急防范措施有效落实同时加强对强降水、暴风等恶劣天气的监测预警工作应急预案编制严格按照要求进行规范化编制编制人员具备相应资质能够对风险源进行识别应急预案编制完毕需要进行评估审核通过后发布 定期开展应急培训工作保证人人参与培训并考核同时为防止培训考核形式化定期开展应急演练.加大承发包违法违规行为惩处力度建筑工程承发包违法违规行为一直是一块“硬骨头”年住房和城乡建设部虽颁布建筑工程施工发包与承包违法行为认定查处管理办法明确了违法发包、非法转包、挂靠等违法违规行为但政策落实却不得而知因此各地相关部门应严格落实严查严打尤其是“地下私人包工队”被投诉过或举报过的施工单位 同时开展社会面治理鼓励奖励人民群众向相关部门投诉反映对于存在承发包违法违规行为的单位或个人记录在案进行罚款吊销或降低资质等处罚.确保支撑体系搭建符程序建材符标准在搭建模板之前确保模板符合标准确保搭建人员具备资格在搭建模板过程中确保搭建顺序符合方案确保关键节点验收搭建结束后确保支撑体系安全可靠确保负责人签字验收方可进行混凝土浇筑严格遵守浇筑顺序在模板拆除阶段必须保证混凝土强度达到标准拆除顺序符合方案要求 政府部门应加大建筑材料监管力度防止生产厂家偷工减料从源头上确保建筑材料符合标准严查施工单位支撑体系搭建标准严防“瘦身脚手架”用于建筑工程 结 论()文本挖掘技术可用于建筑施工坍塌事故调查报告进行非结构化数据清洗提取从 份建筑施工坍塌事故调查报告中提取出 个管理因素和 个特征因素由词频结果发现:安全管理不到位管理职责不到位违反施工方案等成因在坍塌事故中较为突出()社会网络分析可探索出建筑施工坍塌事故成因之间的联系通过网络中心性和核心 边缘分析可知 个核心成因具有地位高、联动强、路径短三大特征 对 个核心成因构建个体核心成因的边缘成因集合探索出与 个核心成因关系密切的边缘成因 发现个别事故成因的个体网络中心度与度中心度相差较大因此通过凝聚子群分析将事故成因归纳为 类并提出针对性的防御措施()本文局限性在于事故调查报告叙述无统一标准文本挖掘方法对词句理解偏差缺乏官方发布事故词典可能有部分事故成因没有收录未来可进一步优化文本挖掘算法增强分词语义能力从非结构化数据中提取更多有用信息参考文献 中华人民共和国住房与城乡建设部.住房和城乡建设部关于印发“十四五”建筑业发展规划的通知/.().:/./.().:.:.齐宏伟 张红芬 田斌.重大基坑坍塌事故虚拟仿真系统研究.中国安全生产科学技术():.戴剑勇 黄晓庆 王雯雯.基于改进 的道路交通风险网络排序研究.重庆交通大学学报(自然科学版)():.王欢欢 李润求 涂源原 等.基于扎根理论与灰色关联的危化品道路运输事故致因分析.湖南科技大学学报(自然科学版)():.廖文景 曾凡超 焦文宇 等.基于 与 的金属非金属矿山安全事故组态构型.矿业研究与开发 ():.(下转第 页)第 期黄宇昂等:预制构件自动化生产中智能建造技术应用综述 :.:.:.:.:.():.():.:.:.():.李 洁 江世堂 梅军鹏 等.基于 的装配式建筑构件施工精细化管理.施工技术():.:.:.(上接第 页)宋英华 刘含笑 蒋新宇 等.基于知识元与贝叶斯网络的食品安全事故情景推演研究.情报学报 ():.:.李 珏 王幼芳.基于文本挖掘的建筑施工高处坠落事故致因网络分析.安全与环境学报():.韩天园 田顺 吕凯光 等.基于文本挖掘的重特大交通事故成因网络分析.中国安全科学学报 ():.郭对明 李国清 胡乃联 等.基于文本挖掘的矿山安全隐患大数据分析与可视化.工程科学学报 ():.():.:.安全管理网.坍塌事故/.().:/./.():.吴明隆 涂金堂.与统计应用分析.大连:东北财经大学出版社.文禹衡 戴文怡.云环境中学术数据安全事件的风险致因及其检视 以事故致因理论为视角.信息资源管理学报 ():.吴育辉 张欢 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