0 引言
新世纪以来，随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，我国轨道交通进入了大发展时期。仅用了20多年的时间，我国地铁建设规模就超过了国外城市地铁发展一般经历几十乃至上百年的建设才达到的规模，地铁建设规模处于一种高速扩张的状态。根据中国城市轨道交通协会最近发布的一份统计报告显示，截至2020年底，38个城市运营着200条城市地铁路线，总长6302.79km。尽管经过了大规模的实践，然而我国的地铁建设事故却并没有如同人们的期望走向消减，地铁建设事故总体仍呈现上升态势。这说明我国地铁建设实践中的安全记录并没有得到挖掘和有效利用，因此有必要通过对地铁建设实践数据进行统计和规律分析来提升我国地铁建设安全。
近年来不同学者就我国地铁建设安全进行了大量研究，在一定程度上促进了地铁建设安全管理的发展。部分学者针对地铁发生规律，从时间、事故类型、地域等方面进行了研究;在地铁建设事故统计分析基础上，部分学者使用了致因网络模型、文本挖掘、问卷调查等方法对地铁建设事故的致险因素进行了探索；此外，一些学者从构建地铁建设应急措施推理模型、实施视频图像分析联动预警、加强对未遂事件的识别和管理等方面就地铁建设安全管理水平的提升提出相关对策。由上述分析可知，地铁建设事故统计和规律分析为后续研究开展提供了数据支撑，是一项必不可少的基础性工作，对安全事故的态势分析和预防预警起到重要的支撑作用。
本文通过搜集2001—2020年间的336起全国地铁建设事故数据进行分析，对我国地铁建设事故案例进行了补充和更新，使得地铁建设事故数据的时间跨度加大、数据类型进一步丰富。此外，与其他对地铁建设事故进行规律分析的研究相比，本文在阅读文献的基础上综合提炼统计指标并进行多尺度的特征统计，通过更多可视化工作对我国地铁建设事故发生的特点及规律进行深入挖掘，并依据我国地铁建设的实际情况创新性的引入地铁建设十公里事故数的概念、初步检验了我国地铁建设事故是否符合海因里希事故三角形法则。在对数据进行深度解析的基础上根据统计规律总结管理启示，以此支撑地铁建设事故预防与安全管理的同时，以期为后续开展地铁建设安全态势分析与事故预防提供研究基础，为构建和完善我国地铁建设事故案例库提供数据准备。
1 数据来源与统计方法
本文主要研究我国地铁建设安全状况，数据均为国内城市地铁建设阶段已发生事故，不包括运营阶段事故。数据统计范围为2001—2020年间发生的地铁建设事故，事故采集的省份(自治区、直辖市)仅在大陆内部，不含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省。数据主要来源于政府与媒体官网，如各个城市的应急管理局、住房与城乡建设局，国家住建部事故快报网站、国家安全生产监督管理总局网站、新闻网页、安全管理网、硕博士论文附录等，最终收集到信息比较全面的336起施工期事故数据。
结合地铁建设事故的一般特征和以往学者的研究，本文对地铁事故统计指标进行提炼，并将其归纳为发生时间、事故类型、发生地域、工程性质、事故严重程度5个维度，确定具体指标(如表1所示)进行统计分析。进一步，利用Tableau10.5等数据分析软件将统计分析结果可视化表示，更为直观和形象地展示事故发生的特征和规律。
表1 统计指标参考来源
2 数据统计与结果分析
2.1 按照时间对地铁建设事故进行统计分析
事故的时间特征分析主要从年份、月份、小时3个方面进行，揭示事故发生的趋势、时段特征，讨论事故时间规律发生的原因，为管理部门监察频率、力度的确定提供依据。
2.1.1 地铁建设事故逐年分布规律
通过事故发生年份对地铁建设事故数量进行频率统计，并结合年度死亡人数进行分析，可以看出地铁建设事故的逐年变化趋势，其结果如图1所示：虽然偶有波动，但是地铁建设事故发生的总体趋势呈上升态势，且每年的死亡人数与事故数量大体持平。
图1 地铁建设事故统计(逐年)
从图中可以看出，地铁建设事故大致可以分为3个阶段：2001—2008年为第一阶段，在此阶段我国地铁建设规模不大，主要在少数大城市中进行，事故发生次数较少但是呈逐年上升趋势。2008年杭州地铁坍塌重大事故震惊全国，被称为中国地铁建设史上最严重的事故，这也造成2008年死亡人数异常偏高。该事故发生后，一场由杭州扩大至全国范围的地铁工程大检查工作陆续开展,地铁建设安全问题得到了较高重视，由此进入第二阶段，即2009—2013年，该阶段地铁建设事故呈现出平稳甚至下降态势。2014—2020年为第三阶段，这一阶段国家密集批复了大量城市的轨道交通建设规划，我国地铁建设真正进入爆发式发展时期，多条线路共建，建设规模空前。因此在此背景下，事故发生频率的增加与建设规模相符。同时这一阶段事故数量呈现出“一涨一落”的态势，这是由于在监测到事故发生频率增加后，国家安全监管总局等部门会开展“运动式”隐患排查治理专项活动，从而导致安全事故趋势的暂时回落。
2.1.2 地铁建设事故逐月分布规律
结合事故数量和死亡人数统计地铁建设事故发生的月度分布特征，可以反映出年度地铁建设事故发生的规律，如图2。
图2 地铁建设事故统计(逐月)
由图2可以得出：2001—2020年期间月均发生地铁建设事故28起，死亡25.58人。分析数据，主要得到以下规律：
(1)每年2月，大量施工单位因春节停工停产，月均发生事故15起，死亡30人，是一年中地铁建设事故数量最少的月份。但是2月份发生3起较大事故、1起重大事故，从而导致该月份死亡人数异常偏多，死亡比率高达200%。这说明亟需关注节假日前后人员安全意识的转变，加强安全教育和管理，防范群死群伤事故的发生。
(2)7、8月份是一年中地铁建设事故发生次数最多的月份，共发生事故77起。可能的原因是7、8月天气多变，高温、暴雨天气频繁，环境不确定性因素增加。通过分析事故案例发现，7—8月份坍塌事故数为32起，发生率为41%,高于坍塌事故类型的平均占比39.09%。而在32起坍塌事故中，有31.25%明确指出事故与降雨相关。如《杭州地铁4号线南段中医药大学站南基坑“7·8”涌土事故调查报告》认定事故的原因之一是“在天气连日降雨的情况下，仍然在基坑封堵墙附近违规堆积土方，直接加大了接缝缺陷部位的侧向压力”。通过32起官方事故调查报告发现，有18起事故与工人的不安全行为有关，可能的原因是工人在高温环境中长时间施工，不仅身体负担加重，且易产生急躁冒进行为，从而增加事故发生的概率。相关研究表明，长期在高温环境中工作更容易产生主观疲劳等生理应激反应，易造成效率下降和事故增加。因此，夏季施工应合理制定施工方案：加强防暑降温工作，避免疲劳作业；时刻关注气象变化，制定汛情预案。
(3)春节后复工的5月，月均发生地铁建设事故38起，死亡48人，事故反弹迹象明显。通过对18起事故调查报告的研究发现，有13起事故出现工作人员违章冒进、危险作业的情况。可能的原因是5月份正值春季复工复产高峰期。而且为了在建设难度大、危险因素多的夏季来临之前追赶工期，极易出现为简化工作程序而采取危险冒进行为的情况。而5月份的事故高发期又会间接造成6月份各级监察部门加大监察力度，加之我国安全生产部门自2002年开始在每年6月份开展“安全生产月”活动，降低了6月份的事故发生频率。
2.1.3 地铁建设事故逐时分布规律
在统计的事故中，有具体时间记录的事故共307起。依据各个时间点发生的事故数量并结合死亡人数进行统计，其分布情况如图3所示。
图3 地铁建设事故统计(逐时)
一天中地铁建设事故的分布大体呈现出“M”型趋势，白天事故总数明显高于夜间，工作时间事故总数明显高于休息时间。事故发生次数最多的时间段是7:00—10:00和14:00—18:00,这主要是由于这两个时间段内施工任务集中决定的。由于工作繁忙，工序交叉等不安全因素的累积，施工人员容易疲劳作业、精力不集中，从而导致安全事故的发生。
一天之中事故发生次数最多的时刻为上午9:00,单小时事故频次达到28起。死亡人数最多的时刻是15:00,单次事故的死亡比率高达172%。这两个时间点分别处于上午和下午开工2 h后，工人在经过一段时间的高强度工作后已经出现身体疲惫和安全意识倦怠的情况，如果没有得到及时的休息和体力补充，极易发生危险。而本次统计中凌晨事故发生次数较少，与此前学者进行的统计结果相差较大。原因之一可能是本文搜集的数据样本数量更多，更能从时间段反映出事故发生规律。其次可能是随着我国安全管理工作的开展，地铁建设施工愈加规范，夜间施工频率降低，以致事故次数减少。
2.2 按照事故类型对地铁建设事故进行统计分析
地铁建设事故类型多样，对不同类型的事故进行统计分析，可为采取针对性防控措施提供依据。参考《企业职工伤亡事故分类标准(UDC658.382-GB6441—86))》结合常见的地铁建设事故类型，按照坍塌、物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、火灾、高处坠落、透水、涌水涌砂、爆炸、中毒和窒息、管线破坏、燃气泄漏、其他等类型对有记录的330起地铁建设事故进行统计，事故类型统计情况见表2。
表2 地铁建设事故统计(按事故类型)
从表2中可以看出，地铁建设中发生频率最高的事故类型是坍塌，占比为39.09%,其次为高处坠落、起重伤害和物体打击。这与王勇等[7]的统计结果高度相似。但值得注意的是起重伤害发生频率变高，应重点关注。地铁建设施工过程中的坍塌事故一般分为以下两类：一是由于水文地质、施工行为不当、地下管线渗漏、震动荷载等原因诱发的基坑隧道坍塌或路面坍塌；二是施工过程中搭设的脚手架、建筑物、构筑物、堆置物、土石方等导致的直接坍塌。在统计的336起事故中，较大以上的事故有26起，57.69%是坍塌事故。重大事故有3起，分别是上海轨道交通4号线“7.1”越江隧道管涌坍塌事故、杭州地铁湘湖站“11.15”基坑坍塌事故、广东省佛山市轨道交通2号线一期工程“2.7”透水坍塌重大事故。3起重大事故均为坍塌事故，且共造成32人死亡、33人受伤，直接经济损失2.528 48亿元。事故多发且易酿“大祸”成为坍塌事故的特点。
事故死亡比率最高的事故类型是车辆伤害，占比高达140%,次之为爆炸、中毒和窒息等。管线破坏、透水、涌水涌砂、燃气泄漏事故虽然时有发生，但是并没有造成伤亡。
2.3 按照地域对地铁建设事故进行统计分析
2.3.1 地铁建设事故城市分布规律
按照城市分布不同对近20年的事故数量与死亡情况进行分析，得到统计图4。图4表明，广州、深圳、北京、青岛、南京、上海、杭州、武汉、西安、佛山这10座城市的事故总数最多，占全国事故总数的60.42%。使用Tableau对各城市的线路建设里程数(即截至2020年的地铁运营里程数)和事故数量进行回归分析，发现p<0.000 1、R2=0.514 471,地铁建设事故数量与城市的建设线路长度具有显著的正相关关系(如图5)。而从事故死亡人数来看，深圳、广州、杭州居于其首，北京、佛山、青岛、上海、南宁、贵阳等城市次之。
图4 地铁建设事故统计(按城市)
图5 线路建设总长与事故数量的回归分析
为了更准确地分析地铁建设事故在城市间的分布规律，引入10公里事故数(实际发生的事故次数*10公里/实际建设的公里数)、10公里死亡人数(实际死亡人数*10公里/实际建设的公里数)及10公里死亡比率(10公里死亡人数/10公里事故数*100%)将统计单位标准化，得到地铁建设10公里事故按城市统计图6。
图6 地铁建设10公里事故统计(按城市)
10公里事故数量可以在一定程度上反映城市的地铁建设安全管理水平。2001—2020年全国39个城市的地铁建设10公里事故数量、10公里死亡人数如图6所示，事故分布的39个城市包括38个已运营地铁的城市和江苏省南通市。10公里事故数量排名前10名的城市分别是佛山、兰州、哈尔滨、青岛、大连、长春、福州、南京、常州、贵阳；10公里死亡人数排名前10名的是佛山、贵阳、青岛、长春、兰州、常州、杭州、深圳、厦门、南宁。其中佛山、青岛、兰州、长春、常州、贵阳几座城市呈现出高事故率和高死亡率并存的状态。哈尔滨、大连、福州、南京等城市小事故多发、事故发生频率较高；而杭州、深圳、厦门、南宁等城市事故强度较大，事故一旦发生后果损失较严重。统计单位标准化后，地铁建设事故总量大的广州、深圳、北京、上海等大城市10公里事故数量却并不多。这说明大城市地铁事故多发主要缘于其地铁建设时间长、建设规模大，然而其在地铁建设的过程中积累了更多经验，安全管理水平随建设周期的发展不断提升，在国内达到较高水平。而多数新修地铁的城市可能由于技术支撑不够、施工经验不足、安全管理水平较低等因素，造成地铁建设初期事故率和死亡率较高。
2.3.2 地铁建设事故省份分布规律
通过对336份地铁建设事故数据的分析可知，从2001—2020年，坍塌事故涉及的省份在逐年扩大且发生的频次在稳步上升。2014年以前，地铁建设事故类型以坍塌事故为主，其他类型的事故仅在个别省份零星发生。从2014年起，事故类型呈现多样化趋势且年事故总量大幅增加，这也与前文对地铁建设安全逐年分布规律的分析相符。
透水、涌水涌砂、坍塌等事故多发生在我国东部沿海地区和南方地区，因为这些区域土壤富水性高、地质水文环境复杂。火灾事故多发生在北方地区，因为北方地区冬春季节天干物燥，管理不慎、防控不慎、行为不慎引发火灾的风险增大。自2015年起，高处坠落事故快速增加，已逐渐成为地铁建设安全的一大威胁，且江苏省、广东省地铁建设过程中高处坠落事故发生频率较高，应重点防范。
通过以上统计分析可知，我国地铁建设事故总体呈上升趋势，且在时间和空间分布上具有显著的“时空分异特征”。具体而言，时间分布上的差异性主要体现在我国地铁建设事故数量随年份变化而呈现“上升-回落-上升”的变化趋势，在一年中呈现5、7、8月事故数量异常多而2月事故数量异常少的现象，以及一天中“M”型事故数量分布趋势；在地域上的差异主要体现在各城市事故发生频率的不同以及各省份事故发生类型的差异。
2.4 按照地铁建设事故的工程性质进行统计分析
在于海莹等按照施工位置对地铁建设事故进行分析的基础上，按照工程使用性质，将其划分为车站工程、区间工程、车辆段工程、停车场工程和基地工程。在搜集到的数据中，事故工程类型记录明确的有300起，按照工程性质对地铁建设事故进行统计分析，如图7所示。
图7 地铁建设安全事故统计(按工程性质)
基地、车辆段、停车场工程大部分是地上工程，而区间工程和车站工程一般是地下工程。从图7可知，车站工程是发生事故次数最多的工程类型，为166起，占到总事故数量的55.33%。车站工程事故数量超过区间工程，成为地铁建设中最易发生安全事故的工程类型，这与文献[5]以246起事故为样本的统计结果一致。区间工程和车站工程分别为120、166起，地下工程事故数量总共占到事故总量的95.33%,这与地下工程施工环境复杂且地质条件多变、不确定因素极大，对施工技术、工人素质和安全管理水平都有更为严格的要求密切相关。结合事故类类型、不同性质工程事故数量进行分析，得到表3。
由表3可知，坍塌、爆炸、中毒和窒息等事故多发生在车站工程和区间工程。高处坠落事故在各种工程中均有发生，其分布最为广泛。在车站工程施工时更易发生高处坠落、火灾、起重伤害、物体打击事故。
2.5 按事故严重程度对地铁建设事故进行统计分析
2.5.1 按人员伤亡对地铁建设事故进行统计分析
根据国务院2007年颁布施行的《生产安全事故报告和调查处理条例》规定，事故依据伤亡人数、经济损失可划分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故4个等级，根据伤亡人数对地铁建设事故进行统计，结果如图8。
表3 不同性质工程中不同事故类型的数量统计
图8 地铁建设事故统计(按伤亡人数)
统计结果表明，在我国的地铁建设过程中发生过一般事故302起，较大事故23起，重大事故3起，没有发生过特别重大事故。大部分地铁建设事故死亡人数都在3人以下，其中1人死亡的事故137起，在伤亡事故中所占比例最高。此外，在一般事故中有相当一部分没有造成人员伤亡，但是其所造成的工期延误、经济损失和社会影响不容忽视。
海因里希通对55万起机械事故的研究得出事故的频率和严重程度之间的关系，估计在330起事故中，300起无人受伤事故，29起轻伤事故，1起死亡(重伤)事故。该理论最初建立了非伤害事故、次要伤害事故和重大伤害事故之间的定量关联，许多危险行业也已经接受了这一假设。本文按照海因里希法则的事故分类标准，将搜集到的336起事故数据按非伤、受伤与死亡进行分类统计，发现不同严重程度的安全事件并没有按照频率排列成金字塔形(如图9),在我国地铁建设行业，重大伤害事故在事故中发生的频率更多。似乎海因里希法则在我国地铁建设领域是无效的，即在复杂的超安全社会技术系统中，事故的特点是多个、罕见和非线性的因素组合，而这些因素在常规事件中往往是不明显的。考虑到事故将以意想不到的方式发生(即几乎没有先兆),安全监管机构和管理者应该采用一种新的安全范例，搜集关于反常的、可能会成为一个威胁的事件和模式的数据，鼓励创造性地预测可能的故障。另一种情况是，海因里希的假设成立但是条件没有得到满足，这与相关事故数据的缺失和我国地铁建设领域险情事件的低报有关。
图9 海因里希事故三角形与我国地铁建设事故沙漏图
2.5.2 按直接经济损失对地铁建设事故进行统计分析
在336份地铁建设事故数据中，共搜集到112份地铁建设事故直接经济损失数据，其中有7个事故的直接经济损失在1 000万以上。我国《生产安全事故报告和调查处理条例》将造成3人以下死亡、或者10人以下重伤、或者1 000万元以下直接经济损失后果的事故划定为一般事故。而根据搜集到的数据，直接经济损失1 000万元以下的事故约有90%,这也与前文以伤亡人数统计的一般事故在我国地铁建设事故等级体系中的占比相吻合。
由图10可知，直接经济损失在1 000万元以下的地铁建设事故中，约78.1%的事故直接经济损失分布在0～200万元这一区间，约13.3%的事故直接经济损失在200～400万元区间，仅8.6%的事故直接经济损失在400万元以上，而通过事故调查报告发现直接经济损失主要用于医疗费用、死亡赔偿金赔付等。
图10 直接经济损失直方图
3 安全管理启示
地铁建设安全既要依靠技术手段支撑也要依靠管理手段保障。围绕上述统计发现，可得出相应的安全管理启示如下：
(1)加强从业人员安全教育，开展常态化监督检查工作。
从时间看，随着我国地铁建设规模扩大，地铁建设事故频率呈现出增长态势，较大以上事故时有发生，地铁建设安全形势依然严峻。事故发生频率与政府的监管力度紧密相关。因此相关管理部门应加大监管力度，将运动式的安全检查活动化为常态化监管。地铁建设集团在事故高发的5、7、8月加强安全管理，在日常工作中注意安排合理的休息。对于地铁建设集团的全体人员加强安全思想教育和安全技术教育，关注一线施工、管理人员在假期前后和日常工作中的安全意识转变，避免因安全意识淡化导致的事故发生。
(2)确定重点防控对象，加大科学监察管理力度。
从事故类型看，坍塌、高处坠落、起重伤害和物体打击事故是控制地铁建设事故总量的关键，相比于高处坠落、起重伤害和物体打击等其他高发事故类型，坍塌所造成的不仅是人员伤亡，还有对周边环境的严重影响以及由此带来的社会负面影响，是防范和遏制地铁建设安全重大事故的重点。从地域分布规律看，佛山、青岛、兰州、长春、常州、贵阳等城市呈现出百公里事故率和百公里死亡率“双高”的状态，安全管理水平有待提高。因此，监察监管部门可据此确定重点防控对象，持续加大该区域地铁建设的监管监察力度。北京、上海、广州、杭州都曾出现过3次及以上严重伤亡事故，且重大建设事故的出现多与违章指挥、冒险作业有关，应充分利用大数据、视频多模态等技术手段加强对施工现场的监控监管，严防继续发生较大及以上事故的情况。多数新修建地铁的城市百公里事故率较高。因此对于新修建地铁的城市，应该主动学习和引进先进的地铁建设技术，完善安全生产责任制度，提高安全管理水平。沿海地区和南方地区水文地质条件复杂，发生透水、涌水涌砂、坍塌事故的风险高，应加强重点防范、加大风险监测和技术投入力度。北方冬春季节要做好火灾事故防范工作，强化主体责任落实。
(3)开展针对性施工风险管理研究，精细化预案管理。
从事故类型来看，地铁建设引起的事故类型越来越多，应针对不同的事故类型分别编制应急预案，以此帮助管理者和工人识别风险隐患，了解各类型事故发生的机理，指导事态控制，最大化减少人员伤亡。从事故工程性质看，由于不同性质的工程建设各有其特点，其事故的发生频率、事故类型差异较大。因此有必要分别对5种不同类型的工程进行针对性的施工风险管理研究。如在地下工程施工中应加强坍塌、爆炸、中毒和窒息等事故的防范；在车站工程施工中重点防范发生高处坠落、火灾、起重伤害、物体打击事故。
(4)构建全国地铁建设事故案例库，加强事故监测与预防。
从事故严重程度看，地铁建设事故中一般事故占比较高，较大以上事故发生频率不高但具有典型性。许多不造成人员伤亡的无伤害事故数据尚未统计到，因此，建立全面的地铁施工事故信息搜集系统，并基于案例推理(case-based reasoning, CBR)方法构建全国地铁建设事故案例库为组织施工制定方案提供参考是十分有必要的。此外，要加强事故监测与预防，强化险兆管理。各方合力建立良好的事故报送机制，企业在地铁建设过程中应及时、按时、如实上报各种安全隐患，以确保及时监测到建设安全事故并采取措施，将事故扼杀在“量变”中，达到减少事故发生频次的目的。
4 结语
国务院发布的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中将地铁建设视为我国现代综合交通运输体系形成的必要一环，中国的地铁建设也步入稳步扩张的新发展阶段。但是从统计结果来看，我国近几年各种类型的地铁建设事故数量总体上仍呈现出上升态势，如何从技术和管理入手降低事故发生频率仍然是地铁建设面临的难点。本文统计了从2001—2020年20年间发生的336起地铁建设事故，从时间、事故类型、发生地域、工程性质、事故严重程度等角度进行统计和规律分析，并提出针对性的建议，有助于为我国地铁建设事故案例库的构建提供准备，为地铁建设事故的预测和预防提供支撑，为地铁建设从业人员的安全施工和高效管理提供借鉴和参考，为政府工程安全监测和管理的开展提供依据。由于当前我国尚未建立起统一的地铁建设事故数据库，受条件限制有些事故无法获得详细信息，故本次统计为不完全统计，但这些具有代表性的数据仍然可以从不同角度阐释城市地铁建设事故的潜在发生规律。
摘自《地下空间与工程学报 》