故障樹分析法在項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

陳耀華CHEN Yao-hua

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司，太原 030006）

（China Railway 17th Bureau Group Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China）

0 引言

目前，項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用的方法是專家調(diào)查打分法和LEC 法，前者簡(jiǎn)單明了、操作方便，但可靠性完全取決于專家的經(jīng)驗(yàn)和水平；后者結(jié)合了定性與定量的特性，但無(wú)法找出影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的基本要素。故障樹分析（FTA）技術(shù)是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的沃特森博士于1961年開(kāi)發(fā)的，它采用了邏輯的方法，利用圖的形式將可能造成項(xiàng)目失敗的各種因素進(jìn)行分析，并確定其各種可能組合方式。該方法能將項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)由粗到細(xì)，由大到小，分層排列，容易找出所有基本風(fēng)險(xiǎn)事件，邏輯關(guān)系明晰，分析結(jié)果準(zhǔn)確。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)的特征

安全風(fēng)險(xiǎn)是指危險(xiǎn)、危害事故發(fā)生的可能性與其造成損失的集合。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)具有如下特性：①客觀性。安全風(fēng)險(xiǎn)不以人的意志為轉(zhuǎn)移，客觀真實(shí)的存在于生活之中。②可變性。在施工過(guò)程中，不同風(fēng)險(xiǎn)能導(dǎo)致不同結(jié)果，但如果提前加以控制就能避免風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生或降低其影響。③多樣性。安全風(fēng)險(xiǎn)常常存在于每個(gè)不同的環(huán)節(jié)和領(lǐng)域，并表現(xiàn)出各種形式和性質(zhì)。

2 安全風(fēng)險(xiǎn)的分類

按照誘發(fā)危險(xiǎn)、有害因素失控的條件分類：

①人的不安全行為。人的不安全行為分操作錯(cuò)誤、忽視安全、忽視警告，造成安全裝置失效，使用不安全設(shè)備，手代替工具操作，物體存放不當(dāng)，冒險(xiǎn)進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所，忽視防護(hù)用品用具的使用等13 大類。②物的不安全狀態(tài)。物的不安全狀態(tài)分為防護(hù)、保險(xiǎn)、信號(hào)等裝置缺乏或有缺陷，設(shè)備、設(shè)施、工具有缺陷，個(gè)人防護(hù)用品、用具缺少或有缺陷，以及生產(chǎn)場(chǎng)地不良4 大類。③管理存在缺陷。管理缺陷主要包括對(duì)物性能控制的缺陷，對(duì)人的失誤控制的缺陷，工藝過(guò)程、作業(yè)程序的缺陷，用人單位的缺陷，對(duì)來(lái)自相關(guān)方的風(fēng)險(xiǎn)管理的缺陷，違反安全人機(jī)工程原理6 大類。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法一般可分為定性評(píng)估法、定量評(píng)估法以及定性定量相結(jié)合的方法。其中常用的有故障樹分析法、專家打分法、LEC 法、矩陣圖法、概率分析法、決策樹分析法、蒙特卡羅法等。本文將重點(diǎn)介紹故障樹分析法在項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用。

3.1 故障樹分析步驟 ①確定故障樹的頂上事件。將易于發(fā)生且后果嚴(yán)重的事故作為頂上事件。②調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件。③故障樹作圖。從頂上事件起，一層一層往下分析各自的直接原因事件，根據(jù)彼此間的邏輯關(guān)系，用邏輯門連接上下層事件，直到所要求的分析深度，形成一株倒置的邏輯樹形圖。④故障樹定性分析。定性分析是故障樹分析的核心內(nèi)容之一，目的是分析該類事故的發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)，通過(guò)求取最小割集（或最小經(jīng)集），找出控制事故的可行方案，并從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。⑤定量分析。根據(jù)各基本事件的故障率，分析頂上事件發(fā)生的可能性大小。結(jié)合定性分析，按輕重緩急分別采取對(duì)策。

3.2 故障樹分析方法 ①最小割集及其求法：最小割集就是引起頂上事件發(fā)生必須的最低限度的割集。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，求出最小割集可以掌握事故發(fā)生的各種可能，最小割集越多，系統(tǒng)越危險(xiǎn)。最小割集的求取方法有行列式法、布爾代數(shù)法等。②最小徑集及其求法：最小徑集是頂上事件不發(fā)生所需的最低限度的徑集。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性，每一最小徑集表示防止頂上事件的一個(gè)方案，最小徑集越多，系統(tǒng)就越安全。最小徑集可利用它與最小割集的對(duì)偶性求解。把原來(lái)故障樹的與門和或門對(duì)換，各類事件發(fā)生換成不發(fā)生，進(jìn)而求出成功樹的最小割集，最后轉(zhuǎn)化為故障樹的最小徑集。③結(jié)構(gòu)重要度分析：結(jié)構(gòu)重要度分析是從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各基本事件發(fā)生概率（或假定各基本事件的發(fā)生概率都相等）的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件所產(chǎn)生的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度分析可采用兩種方法，一是求結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；二是利用最小割集或最小徑集判斷重要度，結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)計(jì)算公式如下：

Iφ（i）——基本事件Xi重要度系數(shù)近似判斷值；

Kj——包含Xi的割集（徑集）；

n——Xi所在最小割集（徑集）中基本事件的總數(shù)。

當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，基本事件重要性還要結(jié)合其發(fā)生頻率等定量數(shù)據(jù)予以判斷。

3.3 故障樹分析案例應(yīng)用 高空墜落一直是建筑施工行業(yè)的常見(jiàn)事故，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年至2010年兩年間，中鐵十七局四公司共發(fā)生各類高空墜落事件20 余起，其中從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落占到了總數(shù)的80%，個(gè)別事件造成了人員傷亡。為系統(tǒng)分析可能造成高空墜落的每個(gè)基本事件或其組合，判斷其重要程度，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，本文將圍繞高空墜落展開(kāi)故障樹分析。以“工人從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”作為頂上事件，編制故障樹如圖1。

圖1 故障樹圖

①計(jì)算故障樹的最小割集。根據(jù)集合的運(yùn)算定律，本案例采用布爾代數(shù)法計(jì)算如下：

則該故障樹的最小割集為E1={X1}；E2={X2}；E3={X3}；E4={X5，X6}；E5={X4，X7}；E6={X7，X9}；E7={X4，X8}；E8={X8，X9}；E9={X4，X13}；E10={X4，X14}；E11={X4，X10，X12}；E12={X4，X11，X12}。

用最小割集表示故障樹的等效圖如圖2 所示，發(fā)生頂上事件的途徑有12 種。

圖2 用最小割集表示的等效圖

②計(jì)算故障樹的最小徑集。利用故障樹最小割集的對(duì)偶性求解。用T′、A′1、A′2、A′3、A′4、B′1、B′2、M′1、M′2、M′3、M′4、X′1、X′2、X′3、X′4、X′5、X′6、X′7、X′8、X′9、X′10、X′11、X′12、X′13、X′14表示原有事件的補(bǔ)事件，邏輯門作相應(yīng)轉(zhuǎn)換，則所得成功樹如圖3 所示。

根據(jù)集的運(yùn)算定律用布爾代數(shù)法計(jì)算成功樹的最小割集：T′=A′1A′2A′3A′4X′3

根據(jù)成功樹的最小割集轉(zhuǎn)換求得原故障樹的最小徑集：P1={X1，X2，X3，X4，X5，X7，X8}；P2={X1，X2，X3，X4，X5，X9}；P3={X1，X2，X3，X4，X6，X7，X8}；P4={X1，X2，X3，X4，X6，X9}；P5={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X12，X13，X14}；P6={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X12，X13，X14}；P7={X1，X2，X3，X5，X7，X8，X10，X11，X13，X14}；P8={X1，X2，X3，X6，X7，X8，X10，X11，X13，X14}

③本事件結(jié)構(gòu)重要度分析。利用重要度系數(shù)公式計(jì)算各基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)（不考慮發(fā)生概率情況下）：

則重要性順序?yàn)椋篨4＞X1=X2=X3＞X7=X8=X9＞X5=X6=X13=X14＞X12＞X10=X11。與等效故障樹分析結(jié)果基本一致。

④基本事件概率重要度分析。由于結(jié)構(gòu)重要度分析只是按故障樹的結(jié)構(gòu)分析了各基本事件對(duì)頂上事件的影響，因此具有一定的局限性，實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)該考慮基本事件的發(fā)生概率?；臼录怕手匾确治龇从车氖歉骰臼录l(fā)生概率對(duì)頂上事件的影響，其方法是頂上事件發(fā)生概率函數(shù)P(T)對(duì)基本事件（Xi）求一次偏導(dǎo)數(shù)，即I(i)=?P(T)/?Xi。根據(jù)四公司廈深、漢宜、南廣三個(gè)代表性項(xiàng)目2010年收集到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在所有各基本事件中，發(fā)生概率最高的是“未系安全帶”，其次是“違章操作”和“無(wú)安全防護(hù)或防護(hù)不到位”，再次是“腳踩空”、“緊固扣件松脫”、“跳板折斷”、“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理”等。

⑤評(píng)估結(jié)果及應(yīng)對(duì)措施?！肮と藦哪_手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”事件的最小割集有12 個(gè)，最小徑集有8 個(gè)，說(shuō)明導(dǎo)致高空墜落事件的可能性有12 種，但只要采取最小徑集方案中的任何一種，即可有效避免事故的發(fā)生。綜合考慮各基本事件結(jié)構(gòu)重要度順序和概率重要度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，可以確定造成頂上事件的主要原因依次為：未系安全帶、無(wú)安全防護(hù)或防護(hù)不到位、違章操作、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、緊固扣件松脫等，需要重點(diǎn)采取措施予以應(yīng)對(duì)，其他為次要原因。

根據(jù)評(píng)估結(jié)果，2011年四公司安質(zhì)部重點(diǎn)采取了以下應(yīng)對(duì)措施強(qiáng)化項(xiàng)目“高空墜落”安全風(fēng)險(xiǎn)的管理，防范頂上事件發(fā)生：一是強(qiáng)化安全帶的使用。規(guī)定高處作業(yè)人員必須按規(guī)定佩帶和正確使用安全帶，不得使用損毀或質(zhì)量不合格的安全帶，同時(shí)項(xiàng)目部要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查。二是做好安全防護(hù)。規(guī)定各項(xiàng)目墩臺(tái)頂部、高空走道必須按要求設(shè)置防護(hù)圍欄，掛設(shè)安全網(wǎng)，圍欄連接要牢固，高度要合適，安全網(wǎng)質(zhì)量應(yīng)合格，安裝應(yīng)有效；腳手架要按規(guī)定連接牢固，并設(shè)有防滑措施，跳板應(yīng)鋪滿。要注意對(duì)安全防護(hù)設(shè)施定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。三是嚴(yán)禁違章作業(yè)。腳手架搭設(shè)、模板拼裝必須按規(guī)范操作，按交底進(jìn)行；各項(xiàng)施工作業(yè)必須滿足規(guī)范；嚴(yán)禁攀登連接件和支撐件；嚴(yán)禁在上下同一垂直面安裝、拆卸模板；嚴(yán)禁惡劣天氣下露天攀登與懸空高處作業(yè)；嚴(yán)禁酒后作業(yè)等。四是嚴(yán)格方案評(píng)審。腳手架搭設(shè)及模板拼裝方案必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑u(píng)審，必要時(shí)由公司組織內(nèi)外部專家進(jìn)行論證，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，防護(hù)措施全面到位。五是落實(shí)崗前培訓(xùn)。規(guī)定高處作業(yè)人員必須經(jīng)培訓(xùn)考核合格后方可上崗，特種作業(yè)人員（如架子工）必須取得特種作業(yè)證后持證上高?？指甙Y患者不得從事高空作業(yè)。六是狠抓監(jiān)督檢查。規(guī)定項(xiàng)目部應(yīng)專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并整改安全隱患，對(duì)違章操作、違章指揮、不系安全帶等人為因素加大處罰力度，切實(shí)提高員工安全意識(shí)。

措施實(shí)施后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行和統(tǒng)計(jì)，中鐵十七局四公司“高空墜落事件”發(fā)生頻率總體降低了約45%，取得了良好效果，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

安全生產(chǎn)是項(xiàng)目安全管理的永恒主題，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則是項(xiàng)目安全管理的基礎(chǔ)。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多面廣、錯(cuò)綜復(fù)雜，準(zhǔn)確評(píng)估各類風(fēng)險(xiǎn)的重要程度，明確控制重點(diǎn)，找出應(yīng)對(duì)途徑，對(duì)有效管控項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)有著舉足輕重的作用。故障樹分析法是項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效工具，它可以找到引起事故發(fā)生的原因及其相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的模式和預(yù)防事故的最佳途徑，其特點(diǎn)是邏輯性強(qiáng)、靈活性高、適用范圍廣，既可定性分析，又可定量分析，評(píng)估結(jié)果具有系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

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