基于貝葉斯網(wǎng)絡的石化生產(chǎn)車間施工風險評估

李守全

(勝利石油管理局房產(chǎn)管理維修中心，山東東營 257200)

0 前言

石化生產(chǎn)車間建設施工工程體量大、工期短、進度快，且作業(yè)人員及大型施工機械涉及較多，極易發(fā)生火災爆炸、物體打擊、高處墜落等傷亡事故。盡管國家相繼頒布實施的多項法規(guī)條例在一定程度上遏制了事故多發(fā)事態(tài)，但安全管理整體形勢依然嚴峻。國內外學者針對上述背景，運用模糊層次分析法、事故樹分析法等對施工風險進行整體評估，如馮陽運用層次模糊綜合評價方法對現(xiàn)場施工的整體安全性進行打分[1]；張超針對工業(yè)廠房項目施工現(xiàn)場存在的主要危險源進行了分類，并采用層次分析法進行計算[2]；張江華等在模糊層次分析法確定指標權重的研究中，提出自信度改進Delphi法確定重要性矩陣[3]。但上述研究均未從事故角度出發(fā)進行深入分析。因此，結合生產(chǎn)車間綜合體施工現(xiàn)場危險源點多面廣，人不安全行為、物不安全狀態(tài)、環(huán)境不安全因素及立體化交叉施工等控制困難的特點，在充分分析風險源基礎上，基于貝葉斯網(wǎng)絡對典型物體打擊事故進行半定量安全評估，以期為減少事故發(fā)生提供理論支撐。

1 石化生產(chǎn)車間建設施工風險辨識

魚骨圖又稱樹枝圖或特性因素圖，是1953年由日本東京大學ISHIKAWA教授設計的一種找出問題原因的方法，首次應用于日本后逐漸引進到其他國家[4]。魚骨圖多用于企業(yè)質量管理等方面的研究，隨著近年對安全工作的重視，該方法也被移植到安全分析領域中。

石化生產(chǎn)車間建設施工與一般工程項目相似，均具有作業(yè)強度大、施工組織界面復雜等特點，同時由于石化行業(yè)易燃易爆、有毒有害等風險，尤其是臨時用電、高處作業(yè)等環(huán)節(jié)，作業(yè)環(huán)境不確定性強，施工過程要求更為嚴格。據(jù)2014—2018年我國建筑施工行業(yè)生產(chǎn)安全事故統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)[5-6]顯示，高處墜落、物體打擊、架體坍塌、機械傷害、觸電傷害等事故占比較高。結合生產(chǎn)車間建設工程特點，遵循風險識別科學性、系統(tǒng)性、全面性、預測性原則，基于風險調查確認[7]及安全管理經(jīng)驗，采用魚骨圖法列出生產(chǎn)車間施工事故類型及原因，如圖1。

圖1 石化生產(chǎn)車間建筑施工事故魚骨圖

由于目前已有大量文獻針對高處墜落事故展開分析，結合石化生產(chǎn)車間施工特點，選取物體打擊事故作為研究對象并進行風險分析。

2 施工現(xiàn)場物體打擊事故樹分析

物體打擊傷害是建筑行業(yè)常見事故中“五大傷害”的一種，指由失控物體在慣性或重力等其他外力作用下造成的人身傷亡事故。物體打擊會對建筑工作人員的安全造成嚴重威脅，甚至導致生命危險，特別在施工周期短，勞動力、施工機具、物料投入較多，交叉作業(yè)時發(fā)生頻次較高[8]。根據(jù)辨識出的石化生產(chǎn)車間建筑施工較大風險項，選取施工現(xiàn)場物體打擊事故作為頂事件進行事故樹分析，事故樹模型如圖2所示，各符號代表的事件見表1。

表1 事故樹中各符號代表的事件

圖2 施工現(xiàn)場物體打擊事故樹模型

采用布爾代數(shù)法計算上述事故樹的最小徑集，得出事故樹徑集數(shù)量k=9，并由公式(1)得出結構重要度Iφ(i)，計算結果如表2所示。

表2 各基本事件結構重要度

(1)

式中：k——最小徑集總數(shù)；

kj——第j個最小徑集；

nj——第j個最小徑集的基本事件數(shù)。

重要度越大，對頂事件影響程度越高。分析計算結果可知，物料堆放處理、工作人員基本技能和安全教育培訓、搭設所用材料、作業(yè)現(xiàn)場調度等方面應作為施工現(xiàn)場物體打擊事故預防的風險管控重點。

3 基于貝葉斯網(wǎng)絡的施工現(xiàn)場物體打擊事故風險分析

貝葉斯網(wǎng)絡(Bayesian Network, BN)是基于概率推理的圖形化網(wǎng)絡。所謂概率推理就是通過一些變量的信息來獲取其他概率信息的過程，是為了解決不定性和不完整性問題而提出的[9]。針對車間建設施工現(xiàn)場物體打擊事故，采用貝葉斯網(wǎng)絡模型分析法對該事故類型進行風險評估。

3.1 貝葉斯網(wǎng)絡模型構建

準確地建立一個BN取決于節(jié)點之間的合理連接與概率分布。BN由2部分組成：①一個具有若干節(jié)點的有向無環(huán)圖，圖中的節(jié)點代表隨機變量，節(jié)點之間的有向邊(弧)反映了變量間的依賴關系，指向節(jié)點X的所有節(jié)點稱為X的父節(jié)點，X稱為子節(jié)點；②一個與每個節(jié)點有關的條件概率表(Conditional Probability Table, CPT)，它表達了節(jié)點同其父節(jié)點的相關關系，即條件概率[10]。

設A、B是基本事件集E中的2個事件，P(A)>0且P(B)>0，則有：

(2)

式中：P(B|A)——事件A發(fā)生的條件下，事件B的條件概率；

P(A|B)——事件B發(fā)生的條件下，事件A的條件概率。

根據(jù)已辨識出的物體打擊事故各風險項，在得出可能影響車間建設施工物體打擊事故因素的基礎上，使用GeNIe軟件繪制出BN模型[11]，如圖3所示，影響施工現(xiàn)場物體打擊事故的因素將作為BN的各個節(jié)點，最后以已識別的危險因素影響而引發(fā)物體打擊事故表示因素成功。

圖3 施工現(xiàn)場物體打擊事故的BN模型

3.2 貝葉斯節(jié)點概率計算

BN模型建立之后，根據(jù)車間建設施工作業(yè)的相關信息，確定對物體打擊事故各個因素的CPT。使用GeNIe軟件計算出概率如圖4所示。

圖4 物體打擊事故受各節(jié)點影響的成功率仿真結果

當?shù)弥骋灰蛩氐木唧w狀態(tài)，得到其他因素的概率值，更新后的概率即為后驗概率?；诂F(xiàn)場安全管理經(jīng)驗及事故數(shù)據(jù)確定先驗概率，并在已知車間建設施工現(xiàn)場物體打擊事故發(fā)生，計算出其余節(jié)點的后驗概率，先驗概率及后驗概率匯總如表3所示。

表3 節(jié)點的先驗和后驗概率

續(xù)表3

計算得出施工現(xiàn)場發(fā)生物體打擊事故的概率為3.17%。事故發(fā)生概率較高，其中發(fā)生概率較大的事件分別為節(jié)點1卸料平臺事件、節(jié)點9堆料事件、節(jié)點5外腳手架事件，因此在日常安全管理中應予以重點關注。

3.3 敏感性分析

敏感性分析可以反映一個模型輸出結果因輸入的變化而發(fā)生變化的敏感程度。在該物體打擊事故BN模型中，得出對最終物體打擊事故具有較大影響力的節(jié)點，可以進一步完善事故預防及風險管理。改變節(jié)點1卸料平臺事件、節(jié)點1.2物料超重、節(jié)點5外腳手架事件、節(jié)點5.2超載荷堆放物料、節(jié)點9堆料事件、節(jié)點9.1靠圍墻堆料的條件概率輸入值，可得其對節(jié)點10車間建設施工現(xiàn)場物體打擊事故的結果影響如圖5所示。若卸料平臺事件的發(fā)生概率降低10%，那么物體打擊事故的發(fā)生率將降低3.47%；而如果超載荷堆放物料或物料超重的發(fā)生概率降低10%，則物體打擊事故的發(fā)生率僅降低1.58%。

圖5 物體打擊事故敏感性分析

分析可知，卸料平臺事件因素對物體打擊事故的影響最大，超載荷堆放物料因素和物料超重因素對物體打擊事故的影響最小，選定的因素按其影響力由大到小排列為卸料平臺事件、堆料事件、外腳手架事件、靠圍墻堆料、物料超重、超載荷堆放物料。

3.4 風險防控措施

a) 建立并完善施工現(xiàn)場安全操作規(guī)程，上崗前進行操作人員安全操作規(guī)程的考試。作業(yè)前，對相關操作人員、管理人員、監(jiān)護人員開展交底培訓，并明確責任歸屬，強化貫徹執(zhí)行力度。

b) 安裝卸料平臺時，確認安裝人員使用的材料、機具是否合格，卸料平臺的安裝要符合國家相關規(guī)范及方案要求。安裝結束后要依據(jù)方案對焊接點、扣件及安全附件進行檢查驗收，同時還需要進行承載力試驗。

c) 根據(jù)卸料平臺的安全堆料量進行堆料作業(yè)，操作人員應具備對所放置物料重量評估的能力，可以通過物理體積或數(shù)量判斷物料是否超重或超載堆放。

d) 施工企業(yè)要建立定期安全檢查制度，列出本企業(yè)的物體打擊風險清單，明確對存在物體打擊風險位置的檢查頻次及檢查要求，開展相應檢查，降低物體打擊風險。