基于事故樹分析法的建筑施工安全評價(jià)研究

王 頌，張 品，王雨楓

(信陽師范學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院，河南 信陽 464000)

0 引言

近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施和工程建設(shè)的規(guī)模逐年擴(kuò)大[1].2006—2015年間，我國建筑施工安全事故死亡累計(jì)25 141人.2015年死亡人數(shù)為1891人，首次降至2000人以下，相對指標(biāo)十萬從業(yè)人員死亡率、千萬平方米死亡率、百億元產(chǎn)值死亡率均有所下降[2].總體來看，建筑安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)，但并不樂觀，建筑施工安全問題仍然不容輕視.因此，如何加強(qiáng)安全管理，減少施工事故的發(fā)生，是建筑工程施工管理過程中的一個(gè)重要問題.解決這一問題的關(guān)鍵之處是找出事故隱患，通過安全評價(jià)，采取有效的防范措施預(yù)防事故的發(fā)生.運(yùn)用事故樹分析法可以尋求事故發(fā)生的主要原因，為安全評價(jià)和防治對策提供可靠依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測事故及不安全的因素，估計(jì)事故發(fā)生的可能后果，找到最經(jīng)濟(jì)的預(yù)防手段和方法的目的.

1 事故樹分析法

事故樹分析(Fault tree analysis)法[3],也稱故障樹分析法，是從事故的最終結(jié)果出發(fā)，根據(jù)事件之間的直接邏輯關(guān)系，層層遞進(jìn)向下羅列出與事故發(fā)生相關(guān)的各基本因素事件，最終上下相連繪制成樹形圖的邏輯圖形分析法.

事故樹分析法是安全系統(tǒng)工程進(jìn)行安全評價(jià)最為核心的分析方法[4].該法通過各事件間的因果邏輯關(guān)系繪制出事故樹圖后，快速找到導(dǎo)致事故發(fā)生的安全隱患，在定性分析與定量分析相結(jié)合的基礎(chǔ)上,得出各個(gè)安全隱患對事故發(fā)生的影響程度，找出重大安全隱患，同時(shí)也為事故的預(yù)防提供了科學(xué)、高效的措施依據(jù).

事故樹分析的程序，常因評價(jià)對象、分析目的、粗細(xì)程度的不同而不同，但一般程序如圖1所示.

圖1 事故樹分析法(FTA)解決問題的程序Fig. 1 The steps to solve the problem of FTA

1.1 事故樹分析法的應(yīng)用步驟

(1)明確頂上事件：在了解系統(tǒng)工作流程、作業(yè)環(huán)境的基礎(chǔ)上弄清事故類型.確定需要作為分析對象的事件作為頂上事件，如“基坑不放坡坍塌”“地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有軌道風(fēng)險(xiǎn)評估”.像“結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)”“邊坡透水過程”這些事件后果并不明確而無法繼續(xù)分析.

(2)調(diào)查事故原因：在明確頂上事件后，順著頂上事件的因果邏輯關(guān)系，一層層往下尋找導(dǎo)致頂上事故的各種原因.對這些原因進(jìn)行分析，將與頂上事故無關(guān)緊要的原因去除，把直接導(dǎo)致頂上事故的原因事件全部列舉出來.

(3)繪制事故樹圖：由頂上事故開始，根據(jù)因果邏輯關(guān)系(結(jié)果在上、原因在下)，自上而下繪制中間事件及基本事件.

(4)定性分析：用布爾代數(shù)法求最小割集、最小徑集.最小割集反映了造成頂上事件發(fā)生的最少基本事件集合，最小徑集則可以保證頂上事件得以避免的最少基本事件集合.

(5)定量分析：根據(jù)各基本事件對頂上事件的相對重要程度的不同，通過計(jì)算確定事故樹中各基本事件的影響重要程度，找出相對重要的基本事件.

(6)制定事故防御措施：在綜合定性與定量分析結(jié)果基礎(chǔ)上，在最小徑集中找出最容易防范基本事件，制定有針對性的預(yù)防方案.

2 事故樹分析法的安全評價(jià)應(yīng)用

隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求，建筑物樓層越來越高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也日趨豐富復(fù)雜，這就自然加大了模板工程的施工危險(xiǎn)性.模板工程本來就是事故高發(fā)部位，且一旦發(fā)生模板坍塌事故就會帶來人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失.研究建筑施工模板坍塌發(fā)生原因，在事故發(fā)生前及時(shí)制定出省工、省事、經(jīng)濟(jì)、高效的預(yù)防措施，可以大大避免一些不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失.然而傳統(tǒng)的事后找原因的方法僅能找出一些表面的顯性原因，很難發(fā)現(xiàn)一系列并未暴露出來的隱形安全隱患.因此，為了盡量避免悲劇重演，要以系統(tǒng)綜合的觀點(diǎn)，著眼于事故全過程，運(yùn)用系統(tǒng)安全的方法對事故進(jìn)行系統(tǒng)全面的安全分析，找出致使事故發(fā)生的本質(zhì)原因和應(yīng)對措施.

2.1 “12·19”事故工程概況及事故經(jīng)過

信陽市光山縣幸?；▓@工程位于光山縣司馬光廣場西路，該工程由光山縣城鎮(zhèn)開發(fā)公司投資建設(shè)，該項(xiàng)目占地面積26 196.2 m2，總建筑面積129 020.3 m2，地下建筑面積11 891.73 m2(包含人防區(qū)面積5 313.18 m2)，本工程由2棟商鋪用樓和6棟居住用樓組成.事故發(fā)生的1號商鋪樓為3層5.27 m高的框架結(jié)構(gòu)，首層占地面積797 m2.

2014年12月19日下午，信陽市光山縣幸福家園小區(qū)1號商鋪樓模板在澆筑混凝土過程中支架發(fā)生傾斜，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人立即組派人員對模板支架采取增設(shè)剪刀撐等補(bǔ)救措施進(jìn)行加固處理.16點(diǎn)30分，1號商鋪樓模板支架突發(fā)整體坍塌事故，致使正在現(xiàn)場進(jìn)行補(bǔ)救施工的作業(yè)人員被埋.經(jīng)緊急救援，該事故最終確認(rèn)傷亡人數(shù)14人、造成直接經(jīng)濟(jì)損失400萬元以上.事故現(xiàn)場如圖2所示.

圖2 “12·19”模板支架坍塌事故現(xiàn)場Fig. 2 “12·19” template stent collapse accident scene

2.2 “12·19”事故現(xiàn)場施工模板支架坍塌事故樹圖

從人、機(jī)、料、法、環(huán)的角度分析建筑施工模板支架坍塌事故的發(fā)生的機(jī)理，找出導(dǎo)致模板支架坍塌的主要因素有：工程實(shí)體存在嚴(yán)重質(zhì)量缺陷、施工現(xiàn)場質(zhì)量管理混亂、監(jiān)理單位未履行監(jiān)理職責(zé)等因素[5-7].根據(jù)事故樹原理，繪制出“12·19”事故現(xiàn)場施工模板支架坍塌事故樹圖(見圖3)，圖3中符號的意義如表1所示.

2.3 運(yùn)用事故樹法分析評價(jià)

根據(jù)上述事故樹可知，導(dǎo)致該事件發(fā)生的基本事件有12個(gè)，分別用X1，X2,…，X12來表示，這些基本事件即事故隱患.一般情況下，并不是每個(gè)基本事件都會同時(shí)發(fā)生，當(dāng)且僅當(dāng)某些基本事件發(fā)生時(shí)，才能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生.

圖3 建筑施工模板支架坍塌事故樹圖Fig. 3 Template bracket collapse of the accident tree

符號意義T模板支架坍塌事故P1工程實(shí)體嚴(yán)重質(zhì)量缺陷P2施工現(xiàn)場管理混亂P3監(jiān)理單位未履行監(jiān)管職責(zé)B1腳手架搭設(shè)不合格X1使用不合格鋼管扣件X2腳手架基礎(chǔ)不合格X3無技術(shù)方案X4未進(jìn)行技術(shù)交底符號意義X5未配備合格的質(zhì)量管理人員X6無質(zhì)量保證體系X7未對現(xiàn)場施工單位資質(zhì)核查X8未及時(shí)制止違規(guī)施工X9立桿搭設(shè)不合格X10水平拉桿不符合要求X11未設(shè)掃地桿X12剪刀撐布設(shè)不合格

這些能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合即割集，其中能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最小基本事件集合為最小割集，運(yùn)用布爾代數(shù)法求出最小割集如下：

T=P1P2P3=

(X1+B1+X2)(X3+X4+X5+X6)(X7+X8)=

(X1+X9+X10+X11+X12+X2)(X7+X8)(X3+X4+X5+X6)=

X1X3X7+X1X3X8+X1X4X7+X1X4X8+X1X5X7+

X1X5X8+X1X6X7+X1X6X8+X2X3X7+X2X3X8+

X2X4X7+X2X4X8+X2X5X7+X2X5X8+X2X6X7+

X2X6X8+X9X3X7+X9X3X8+X9X4X7+X9X4X8+

X9X5X7+X9X5X8+X9X6X7+X9X6X8+X10X3X7+

X10X3X8+X10X4X7+X10X4X8+X10X5X7+

X10X5X8+X10X6X7+X10X6X8+X11X3X7+

X11X3X8+X11X4X7+X11X4X8+X11X5X7+

X11X5X8+X11X6X7+X11X6X8+X12X3X7+

X12X3X8+X12X4X7+X12X4X8+X12X5X7+

X12X5X8+X12X6X7+X12X6X8.

由此計(jì)算，得到頂層事件T最多有48組最小割集:

E1={X1,X3,X7},E2={X1,X3,X8},

E3={X1,X4,X7},E4={X1,X4,X8},

E5={X1,X5,X7},E6={X1,X5,X8},

E7={X1,X6,X7},E8={X1,X6,X8},

E9={X2,X3,X7},E10={X2,X3,X8},

E11={X2,X4,X7},E12={X2,X4,X8},

E13={X2,X5,X7},E14={X2,X5,X8},

E15={X2,X6,X7},E16={X2,X6,X8},

E17={X9,X3,X7},E18={X9,X3,X8},

E19={X9,X4,X7},E20={X9,X4,X8},

E21={X9,X5,X7},E22={X9,X5,X8},

E23={X9,X6,X7},E24={X9,X6,X8},

E25={X10,X3,X7},E26={X10,X3,X8},

E27={X10,X4,X7},E28={X10,X4,X8},

E29={X10,X5,X7},E30={X10,X5,X8},

E31={X10,X6,X7},E32={X10,X6,X8},

E33={X11,X3,X7},E34={X11,X3,X8},

E35={X11,X4,X7},E36={X11,X4,X8},

E37={X11,X5,X7},E38={X11,X5,X8},

E39={X11,X6,X7},E40={X11,X6,X8},

E41={X12,X3,X7},E42={X12,X3,X8},

E43={X12,X4,X7},E44={X12,X4,X8},

E45={X12,X5,X7},E46={X12,X5,X8},

E47={X12,X6,X7},E48={X12,X6,X8}.

利用最小徑集與最小割集的對偶性，畫出該事故樹的對偶樹，即成功樹，求出成功樹的最小割集，就是原事故樹的最小徑集.

如圖4所示，求該成功樹的最小割集，求得的最小割集就是原事故樹的最小徑集，用布爾代數(shù)法可得：

故此成功樹的最小割集有3組，同樣原事故樹的最小徑集也是這3組，即：

圖4 成功樹圖Fig. 4 Successful tree diagram

2.4 基本事件影響重要程度分析

根據(jù)各基本事件對頂上事件的影響程度不同，對事故樹中各基本事件的重要度進(jìn)行分析，就能得出各基本事件的影響重要度排序，從而找出相對重要的基本事件對其進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān).這里用I(i)表示基本事件Xi的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，若它們在少事件最小割集中出現(xiàn)次數(shù)少，在多事件最小割集中出現(xiàn)次數(shù)多，以及其他更為復(fù)雜的情況，可用下列近似判別式計(jì)算：

式中：I(i)為基本事件Xi結(jié)構(gòu)重要度的近似判斷值；Xi∈Kj為基本事件Xi屬于Kj最小割(徑)集；ni為基本事件Xi所在最小割(徑)集中包含基本事件的個(gè)數(shù).

各基本事件對模板支架坍塌事故的影響的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)為：

故各個(gè)基本事件的影響重要度排序?yàn)椋?/p>

I(7)=I(8)>I(3)=I(4)=I(5)=I(6)>

I(1)=I(2)=I(9)=I(10)=I11=I(12).

2.5 結(jié)果分析

(1)由事故樹可以看出，“或”門的個(gè)數(shù)多(占80%)，“與”門的個(gè)數(shù)少(占20%)，這表明該系統(tǒng)(模板支架坍塌事故)的危險(xiǎn)性是比較大的.

(2)從最小割集看，任何一個(gè)最小割集都是該事件頂上事件發(fā)生的一種“可能渠道”，事故樹中最小割集越多，頂上事件發(fā)生的可能性就越多，系統(tǒng)就越危險(xiǎn).本事故樹中最小割集一共有48組，表明導(dǎo)致模板支架坍塌事故發(fā)生有48種“可能渠道”，這也就充分反映出了模板支架坍塌事故的可能性和危險(xiǎn)性之大，且預(yù)防困難.如任取一個(gè)最小割集E2={X1,X3,X8}進(jìn)行分析，只需X1(使用不合格鋼管扣件)、X3(無技術(shù)方案)、X8(監(jiān)理未及時(shí)制止違規(guī)施工)三個(gè)基本事件同時(shí)發(fā)生就會導(dǎo)致模板支架坍塌事故的發(fā)生.

(4)從結(jié)構(gòu)重要度來看，不考慮基本事件發(fā)生的概率是多少，僅從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件發(fā)生的影響程度.事故樹是由眾多基本事件構(gòu)成的，這些基本事件對頂上事件均產(chǎn)生影響，但影響程度是不同的.在制定安全防范措施時(shí)必須有個(gè)先后次序、輕重緩急，以便使系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效、安全的目的.如：對于本次事故的基本事件X7(未對現(xiàn)場施工單位資質(zhì)核查)、X8(未及時(shí)制止違規(guī)施工)結(jié)構(gòu)重要度最大，表明其在系統(tǒng)中占首要地位，其次是X3(無技術(shù)方案)、X4(未進(jìn)行技術(shù)交底)、X5(未配備合格的質(zhì)量管理人員)、X6(無質(zhì)量保證體系)，最后是X1(使用不合格鋼管扣件)、X9(立桿搭設(shè)不合格)、X10(水平拉桿不符合要求)、X11(未設(shè)掃地桿)、X12(剪刀撐布設(shè)不合格)、X2(腳手架基礎(chǔ)不合格).由此可以看出，在制定事故預(yù)防措施的時(shí)候，應(yīng)從實(shí)際出發(fā)按照事件的重要度順序，由大到小地去選定出最高效的預(yù)防措施.

3 結(jié)論

通過對“12·19”模板支架坍塌事故樹的分析可知，建筑施工模板坍塌事故最小割集有48組，最小徑集有3組，這表明導(dǎo)致建筑施工模板支架坍塌事故的可能性有48種.由此可見建筑施工模板支架坍塌事故是比較容易發(fā)生的，但只要能夠采取3組最小徑集中的任何一組去采取有針對性的預(yù)防措施，該事故就可避免.對于本次事故，可以采取核查現(xiàn)場施工單位的資質(zhì)或及時(shí)制止違規(guī)施工阻止事故的發(fā)生；或者考慮制定技術(shù)方案，進(jìn)行技術(shù)交底，配備合格的質(zhì)量管理人員，建立質(zhì)量保證體系等措施防止事故的發(fā)生；也可以通過控制不合格鋼管扣件的使用，檢查立桿的搭設(shè)是否合格，水平拉桿是否符合要求，是否設(shè)置掃地桿，剪刀撐布設(shè)是否合格，腳手架基礎(chǔ)是否合格等避免事故的發(fā)生.同時(shí)采用事故樹分析法對事故進(jìn)行分析既能對導(dǎo)致事故的各因素間的邏輯關(guān)系做出系統(tǒng)的闡述，了解事故樹的關(guān)鍵要點(diǎn)，又能開闊安全管理人員的思路，對事故的發(fā)生做出全面的分析，為避免事故的發(fā)生提供針對性強(qiáng)的預(yù)防措施.