改進(jìn)型故障樹分析法的建筑施工安全管理方法研究

鐘柳明

(湖南省人民醫(yī)院，湖南 長沙 410005)

0 引言

近年來我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，建筑工程項目的數(shù)量逐漸增多。建筑業(yè)作為一個高風(fēng)險行業(yè)，建筑施工環(huán)境的安全狀態(tài)影響施工人員的安全性。建筑項目施工過程中，施工環(huán)境復(fù)雜多變，多個建筑工程工序交叉作業(yè)同時進(jìn)行，容易同時受到多種風(fēng)險因素的共同影響，導(dǎo)致施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故[1-2]。

針對上述存在的問題，文獻(xiàn)[3]運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)事故樹分析法，分析安全事故發(fā)生的概率，對建筑施工中存在的風(fēng)險因素根據(jù)風(fēng)險概率進(jìn)行排序。但沒有考慮到建筑結(jié)構(gòu)中材料的不安全因素，評估事故還存在不確定性。文獻(xiàn)[4]提出建筑工程風(fēng)險評估系統(tǒng)，選定風(fēng)險指標(biāo)和評價體系，用來評估施工過程中施工區(qū)域受潛在風(fēng)險因素的影響。風(fēng)險指標(biāo)的選定因素較少，評價事故風(fēng)險不夠全面。

針對上述研究中存在的不足，本研究的創(chuàng)新點在于以下幾點。

(1)分析建筑工程項目中人員和施工設(shè)備存在的風(fēng)險因素，設(shè)計出建筑施工安全風(fēng)險評估路線，根據(jù)分析結(jié)果制定風(fēng)險應(yīng)對方案。

(2)結(jié)合建筑項目施工環(huán)境改進(jìn)故障樹結(jié)構(gòu)，明確風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系，并進(jìn)行定性定量分析。

(3)使用模糊運算處理基本事件發(fā)生的不確定性，將風(fēng)險因素發(fā)生概率模糊化，計算頂層安全事故發(fā)生的概率。

1 建筑施工安全風(fēng)險評估整體架構(gòu)設(shè)計

在建筑施工作業(yè)環(huán)境正常情況下，引起安全事故的原因具有隨機性，因此構(gòu)建出的本研究技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

本研究以改進(jìn)型的故障樹理論為分析方法，研究建筑施工中主要事故類型和發(fā)生事故的風(fēng)險因素，分析風(fēng)險因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，基于模糊集理論構(gòu)建建筑施工的風(fēng)險評估體系，評價建筑施工過程中存在的潛在風(fēng)險因素[5]，推導(dǎo)數(shù)理邏輯確定發(fā)生安全事故的可能性較大的致因鏈，發(fā)現(xiàn)建筑施工中風(fēng)險元素的關(guān)鍵部分[6]。根據(jù)建筑施工風(fēng)險因素分析結(jié)果，減少事故發(fā)生的概率。幫助施工現(xiàn)場管理人員更好地了解發(fā)生各類事故的主要風(fēng)險因子，對事故預(yù)防措施定制更加完善的制度，為優(yōu)化安全控制措施提供參考。

建筑施工安全事故的主要因素有風(fēng)險因子、孕險環(huán)境、風(fēng)險事故等因素。內(nèi)在因素是孕險環(huán)境，包括建筑施工的施工現(xiàn)場環(huán)境和外界自然環(huán)境，孕險環(huán)境的存在增加了事故的發(fā)生概率。風(fēng)險因子有很多種，比如施工設(shè)備的違規(guī)操作，線路亂接等現(xiàn)象[7-8]。安全風(fēng)險的產(chǎn)生機制如圖2所示。

圖2 安全風(fēng)險產(chǎn)生機制

人和施工設(shè)備的風(fēng)險因素如表1所示。

表1 建筑工程中人和設(shè)備的風(fēng)險因素

建筑工程中安全管理水平?jīng)Q定了安全事故發(fā)生可能性的高低，建筑施工要設(shè)置專門的安全管理機構(gòu)，使參與施工作業(yè)的人員學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)技能，提高安全作業(yè)意識。要避免安全事故的發(fā)生要從根源做起，完善安全管理制度，使人們嚴(yán)格遵守安全作業(yè)指標(biāo)，認(rèn)真落實安全培訓(xùn)，增強安全意識。

2 建筑施工風(fēng)險評估核心技術(shù)設(shè)計

2.1 改進(jìn)型建筑施工風(fēng)險故障樹

本研究基于改進(jìn)型故障樹分析法對建筑施工中風(fēng)險進(jìn)行評估，如圖3所示。

圖3 安全風(fēng)險評估流程圖

本研究以建筑項目中發(fā)生安全事故為故障樹的頂事件，根據(jù)風(fēng)險識別可將風(fēng)險因素分為4個中間事件：人的不安全行為M1、設(shè)備的不安全狀態(tài)M2、技術(shù)風(fēng)險M3、施工現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)險M4。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況確定風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系，并擴大和完善故障樹(M5～M12)。根據(jù)故障樹底層部件發(fā)生故障的可能性對風(fēng)險因素定量和定性分析，完善故障樹的風(fēng)險評估功能。了解建筑施工系統(tǒng)功能之間的邏輯關(guān)系和功能應(yīng)用，評估安全事故的關(guān)鍵因素[9]。建筑施工風(fēng)險故障樹如圖4所示。

圖4 建筑施工風(fēng)險故障樹

建筑施工系統(tǒng)中子系統(tǒng)和部件只處于正常和失效2種狀態(tài)，底事件可定義為式(1)。

(1)

建筑施工中頂事件的狀態(tài)用Φ表示，頂事件是有關(guān)底事件狀態(tài)xi的函數(shù)，可表示為式(2)。

Φ=Φ(x)=Φ(x1,x2,…,xn)

(2)

同時，當(dāng)頂事件發(fā)生狀態(tài)與Φ有關(guān)，表示為式(3)。

(3)

式(2)和式(3)為故障樹結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)函數(shù)。

故障樹中人的不安全行為M1連接風(fēng)險因素M5、M6時，使用了一個“與”門結(jié)構(gòu)故障樹，當(dāng)M5和M6同時發(fā)生故障時，整個系統(tǒng)才會發(fā)生安全事故[10]。其結(jié)構(gòu)函數(shù)可表示為式(4)。

(4)

連接風(fēng)險因素M1、M2、M3、M4時，使用了一個“或”門結(jié)構(gòu)樹，相當(dāng)于一個并聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)其中一個部件時效時，建筑施工項目就會發(fā)生安全事故。其結(jié)構(gòu)函數(shù)可表示為式(5)。

(5)

(6)

整個建筑施工故障樹的邏輯關(guān)系可表示為式(7)。

Φ(x)=x1∪(x2∪x3)

(7)

安全事故的發(fā)生受到N個風(fēng)險因素的影響，不安全風(fēng)險對頂事件的影響程度不同，第i個不安全事件的測度[11]可定義為式(8)。

(8)

其中，g為故障樹中頂事件發(fā)生的概率；qi部件出現(xiàn)風(fēng)險的概率，表示為式(9)。

qi=Pr{xi=1}=E{xi}(i=1,2,…,n)

(9)

在建筑施工風(fēng)險故障樹中，“與”門、“或”門相結(jié)合時，頂事件發(fā)生的概率為式(10)。

g=g(Q)=qi[1i,Q]+(1-qi)[0i,Q]

(10)

式(8)和式(10)結(jié)合可得式(11)。

Ig(i)=g[1i,Q]-g[0i,Q]=E[Φ(1i,x)-Φ(0i,x)]

(11)

當(dāng)0

2.2 基于模糊故障樹的風(fēng)險評價

(12)

(13)

建筑施工風(fēng)險故障樹中頂事件的模糊可能性為式(14)。

(14)

(15)

(16)

真實的概率數(shù)據(jù)和模糊可能性存在不一致的問題，將模糊可能性轉(zhuǎn)換為發(fā)生概率表示為式(17)。

(17)

其中，PT表示為建筑施工風(fēng)險故障樹頂事件發(fā)生的概率。

利用模糊數(shù)理論解決了建筑項目中底層部件故障的不確定性和安全事故隨機性的問題，將風(fēng)險概率模糊化和去模糊化計算，對建筑項目安全事故風(fēng)險進(jìn)行定量分析[13]。

3 應(yīng)用測試

由于建筑工程項目施工過程涉及風(fēng)險廣泛，影響施工安全的因素過多，施工現(xiàn)場的復(fù)雜性和不確定性造成安全事故發(fā)生的隨機性，高空墜落事故是建筑施工現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生的事故之一，具有代表性。本研究以“高空墜落事故”為實例進(jìn)行分析，對建筑施工風(fēng)險因素進(jìn)行全面評估。建筑施工環(huán)境數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 建筑施工環(huán)境

根據(jù)施工環(huán)境的實際情況，識別建筑施工安全風(fēng)險因素，依據(jù)建筑項目的建筑結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的使用功能，確定風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系，以“人從腳手架墜落M1”和“腳手架坍塌M2”為頂層事件，建立高空墜落安全事故的故障樹，如圖5所示。

圖5 高空墜落事故的故障樹

在高空墜落事故的故障樹中，有5個中間事件和10個基本事件。M1表示人從腳手架墜落;M2表示腳手架坍塌;M3表示腳手架質(zhì)量不合格;M4表示立桿安裝不合格;M5表示水平桿安裝不合格。當(dāng)M1或M2發(fā)生時，就會引起頂層事件T“高空墜落事故”的發(fā)生。

對高空墜落事故故障樹定性分析找出影響系統(tǒng)出現(xiàn)建筑施工安全事故的關(guān)鍵風(fēng)險部分[14]，整理出故障樹中基本事件發(fā)生概率與之對應(yīng)的梯形模糊數(shù)據(jù)，3種分析方法得出的模糊概率如圖6所示。

圖6 中間事件發(fā)生的模糊概率

本研究分析方法得出M3“腳手架質(zhì)量不合格”風(fēng)險因素模糊概率最高為0.82，M1“人從腳手架墜落”風(fēng)險因素模糊概率最低為0.51。M3、M4風(fēng)險因素共同影響M2事件發(fā)生的可能性，M3的模糊概率升高導(dǎo)致M2的模糊概率也升高到0.71。M1、M2兩種風(fēng)險因素發(fā)生一件就會導(dǎo)致高空墜落故障樹中頂事件的發(fā)生。本研究中間事件的模糊概率是由故障樹中10個基本事件的模糊概率量化得到，得出的風(fēng)險因素模糊概率更加精確，分析方法更加科學(xué)客觀，符合建筑項目施工環(huán)境實際情況。

4 總結(jié)

本研究對建筑工程項目中施工現(xiàn)場的風(fēng)險因素進(jìn)行識別，根據(jù)實際情況建立了建筑施工風(fēng)險的故障樹，利用模糊數(shù)描述基本風(fēng)險因素發(fā)生的概率，解決了施工安全系統(tǒng)中存在的不確定性問題，考慮到了安全風(fēng)險的模糊特性又結(jié)合了現(xiàn)場技術(shù)人員的工程經(jīng)驗，使分析結(jié)果更加科學(xué)客觀。依據(jù)故障樹中風(fēng)險因素的分析結(jié)果，確定建筑施工過程中薄弱環(huán)節(jié)，完善安全管理制度和控制措施。本文研究還存在一些不足之處有待改進(jìn)，分析結(jié)果可作為其他安全事故的參考。