建筑施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊作業(yè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估★

左秋玲，豆茂飛，魏常濤，高省鑫，李 淼，黃金龍

(1.河南工程學(xué)院資源與安全工程學(xué)院,河南 鄭州 451191; 2.中國(guó)建筑第二工程局有限公司西南公司,重慶 400000)

0 引言

建筑業(yè)施工環(huán)境復(fù)雜、多變,安全事故屢屢發(fā)生,事故率高居不下。常發(fā)事故主要集中在高處墜落、物體打擊、起重傷害、坍塌等。塔式起重機(jī)是一種具有豎直塔身的全回轉(zhuǎn)動(dòng)臂起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱塔吊),是目前建筑施工中使用極其普遍,在很多類施工現(xiàn)場(chǎng)中已成了一種必不可少的設(shè)施[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),僅2019年,市場(chǎng)上塔吊保有量達(dá)44.12萬(wàn)臺(tái)[2]。在塔吊大型施工現(xiàn)場(chǎng),塔吊布置數(shù)量相對(duì)更密集些、起吊作業(yè)也更繁雜,這極易造成群死群傷的惡劣事故,如何才能建立塔吊安全方面的長(zhǎng)效機(jī)制,這就需要我們加強(qiáng)塔吊作業(yè)事故的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)研,深入探尋事故原因,并對(duì)其有效的安全管理來(lái)降低這些事故的發(fā)生。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)建筑現(xiàn)場(chǎng)塔吊作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了較多的探討。Mohandes等[3]通過(guò)模糊最佳最差法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)行了改動(dòng),給安全管理人員提供了可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的依據(jù)。Mesaros等[4]和Luo等[5]構(gòu)建了各種評(píng)估模型,不同視角下進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別,并加以應(yīng)用。Gunduz等[6]采用一種新穎的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法,用控制水平來(lái)替代概率概念,并使用到中小型建筑業(yè),說(shuō)明了這種新方法的適用性。Seker等[7]用因素與事件的因果關(guān)系對(duì)其模糊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,取得實(shí)效并得以獲得了其他安全方法的改進(jìn)。Amiri等[8]從影響結(jié)果的5個(gè)因素——組織機(jī)構(gòu)、管理流程、人力資源、機(jī)具設(shè)備、物資進(jìn)行辨識(shí),推出基本風(fēng)險(xiǎn)因素。Ardeshir等[9]應(yīng)用效果與無(wú)效等多個(gè)模型,梳理和提升了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理模塊。Zahra Mohaghegh等[10]把事故和事件的組織因素加入到了概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模塊中,利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、事件序列圖、故障樹(shù)理論,耦合出了一個(gè)復(fù)合模型。昝彥國(guó)等[11]按分部分項(xiàng)工程進(jìn)行分解管理,確定了對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,具有一定的動(dòng)態(tài)性。針對(duì)深基坑工程來(lái)說(shuō),夏元友等[12]把所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理后,作為風(fēng)險(xiǎn)因子的概率,達(dá)到對(duì)其動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。張立茂等[13]提出了基于FBN的DSA(安全管理輔助決策)法,從3個(gè)角度評(píng)價(jià)了事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的分析,下列問(wèn)題尚未解決:一是塔吊風(fēng)險(xiǎn)隨時(shí)間能否發(fā)生波動(dòng)。二是塔吊風(fēng)險(xiǎn)因子是否固定不變。這就使得上述研究無(wú)法成功預(yù)防塔吊隱患,為各方安全管理人員提供必要的借鑒。因此,本研究基于事故樹(shù)理論構(gòu)建塔吊作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,通過(guò)大量歷史數(shù)據(jù)與實(shí)踐,充分辨識(shí)某施工現(xiàn)場(chǎng)塔吊作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素,計(jì)算塔吊作業(yè)的最小割集和最小徑集,最后逆向推出最大的影響因素,以期發(fā)現(xiàn)塔機(jī)工程建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié),為塔吊各單位塔吊安全策略制定提供方向,進(jìn)一步保障塔吊安全運(yùn)營(yíng)。

1 近年來(lái)塔吊事故特征分析

近年由于塔吊所引發(fā)的事故不斷出現(xiàn),且影響也不好。通過(guò)統(tǒng)計(jì)2019年—2021年近3年內(nèi)的塔吊事故(此處僅統(tǒng)計(jì)有清晰表述的事故),發(fā)現(xiàn)一共占105起,本次統(tǒng)計(jì)了事故類型和發(fā)生地點(diǎn)分布,如圖1所示。

由圖1可以明顯發(fā)現(xiàn),在2020年塔吊事故明顯較高,事故3個(gè)指標(biāo)異?；钴S,倒塌、折斷和墜落。其中,塔吊倒塌事故占比最大,其次為塔吊折斷事故,緊隨其后的是塔吊墜落事故。隨著2021年新的安全生產(chǎn)法的修訂和雙重預(yù)防體系的實(shí)施,可以看出塔吊事故得到了有效的控制,塔吊倒塌事故、折斷事故和墜落事故分別下降了71.9%,88.2%和66.7%,可以得出預(yù)防事故的第一道防線風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)防控,第一道防線隱患排查治理起到了良好的效果。

另外,對(duì)事故發(fā)生區(qū)域分析,發(fā)現(xiàn)華東地區(qū)的塔吊事故遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他區(qū)域,其次為西南地區(qū),然后為華中地區(qū)。因?yàn)槿A東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集,是中國(guó)最早開(kāi)放和最具活力的地區(qū)之一,有許多大型港口和沿海工業(yè)園區(qū),事故高發(fā)。西南地區(qū)連接南北方,連接內(nèi)外地,對(duì)我國(guó)西部開(kāi)發(fā)和東南亞聯(lián)系具有重要的作用,故生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)活躍,也會(huì)引起事故頻發(fā),華中地區(qū)擁有較強(qiáng)的機(jī)械制造業(yè),湖北武漢、湖南長(zhǎng)沙、河南鄭州等地?fù)碛卸嗉抑匾臋C(jī)械制造企業(yè),為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要支撐,同時(shí)也增加了塔吊事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2 塔吊作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)事故樹(shù)模型構(gòu)建

在施工現(xiàn)場(chǎng),塔吊機(jī)構(gòu)龐大性、作業(yè)環(huán)境多變性,造成了塔吊事故類型較多,概括來(lái)說(shuō),主要有折臂斷臂、傾覆、鋼絲繩斷裂、意外碰撞(含塔機(jī)間及塔機(jī)與其他建筑、構(gòu)筑物碰撞)、脫鉤斷鉤、墜人墜物事故等。

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別在工程項(xiàng)目建設(shè)中的作用不可或缺,也是目前雙重預(yù)防機(jī)制的核心工作。所以,如何選取合適的方法來(lái)分析各種隱患、風(fēng)險(xiǎn)損失是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的關(guān)鍵。

風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)的方法很多,一般可分為兩類:主觀的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法(包括專家調(diào)查法、情景分析法、歷史資料統(tǒng)計(jì)法)和客觀的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法(包括事故樹(shù)分析法、流程圖法)。本工作識(shí)別塔吊作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí),采用的是事故樹(shù)分析法(以下簡(jiǎn)稱FTA)。

2.1 某公司塔吊隱患分析

某項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙縣黃花鎮(zhèn),由高層區(qū)(C16,C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C24,C27,C28,C29,C30);小高層(C25,C26);洋房多層(A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22)共30棟組成,總建筑面積約為26萬(wàn)m2。建筑類型為住宅樓,結(jié)構(gòu)形式主體采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。

塔吊隱患數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析。本次收集了該公司2021年四個(gè)季度塔吊隱患,該公司2021年四個(gè)季度的塔式起重機(jī)安全隱患統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出,塔式起重機(jī)管理中防護(hù)設(shè)施(占比16.7%)、結(jié)構(gòu)設(shè)施(占比14.5%)、起重吊裝(占比14.1%)、塔吊基礎(chǔ)和安全裝置(占比12.4%)問(wèn)題仍然突出,主要表現(xiàn)在:

1)起重吊裝:鋼絲繩、吊斗未進(jìn)行編號(hào)驗(yàn)收,報(bào)廢臺(tái)賬不完善;2)防護(hù)設(shè)施:未設(shè)置上塔通道或設(shè)置不符合安全要求;3)結(jié)構(gòu)設(shè)施:螺栓、銷軸連接不符合要求;4)塔吊基礎(chǔ):基礎(chǔ)隱蔽驗(yàn)收資料不齊全,數(shù)據(jù)不明確;5)安全裝置:塔吊障礙指示燈缺失或設(shè)置不符合要求。

2.2 塔吊作業(yè)過(guò)程事故樹(shù)模型構(gòu)建

采用FTA對(duì)塔吊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行建模,選取塔吊常發(fā)事故進(jìn)行建模,本工作考慮的塔吊使用階段事故類型為:傾覆事故和墜物事故,分析各因子相互耦合關(guān)系,借此構(gòu)建塔吊風(fēng)險(xiǎn)事故樹(shù)模型,分析塔吊風(fēng)險(xiǎn)因素與各類事故之間的因果關(guān)系。

2.2.1 事故樹(shù)理論分析

FTA法是廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一種方法,可清晰表達(dá)事故因果關(guān)系。它是在事故鏈理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而形成的。在事故鏈理論的基礎(chǔ)上,如果將上一環(huán)節(jié)中包含的風(fēng)險(xiǎn)因素和下一環(huán)節(jié)包含的風(fēng)險(xiǎn)因素根據(jù)實(shí)際情況緊密聯(lián)系對(duì)應(yīng),最終可以得到樹(shù)形的事故樹(shù)。遵循從已發(fā)生或假定的事故開(kāi)始,分層分析其引發(fā)因素,最終需找出事故的基本原因,到此為止,可對(duì)事故的引發(fā)因素進(jìn)行定性和定量分析。

從構(gòu)造方式、分析模式上來(lái)看,FTA包含3層:基本事件、中間事件和事故,事件之間關(guān)系是通過(guò)邏輯“或”“與”門實(shí)現(xiàn)。其計(jì)算方法見(jiàn)圖3,圖4。

2.2.2 塔吊作業(yè)使用階段墜落事故FTA模型

使用階段,作業(yè)多為起重吊裝、維修保養(yǎng)、極端天氣應(yīng)急處置方面,該階段工作項(xiàng)多,涉及吊索具配置、吊物綁扎與解除、裝卸料、信號(hào)與操作等,管理方面需要持續(xù)較高的強(qiáng)度,但頻繁的重復(fù)動(dòng)作,無(wú)論是管理還是特種作業(yè)人員都容易出現(xiàn)疲勞和麻痹,導(dǎo)致隱患的反復(fù)和增量,誘發(fā)了常見(jiàn)的起重墜物事故、碰撞事故、機(jī)械傷害事故、傾覆事故。通過(guò)查閱相關(guān)資料,對(duì)建筑工地高空墜落事故采用FTA作圖法,建立高空墜落事故樹(shù)模型,見(jiàn)圖5,符號(hào)x1—x12所代表的是基本事件。如果時(shí)間因素不可忽視,則使用階段的現(xiàn)場(chǎng)停留時(shí)間卻最長(zhǎng),這使得事故發(fā)生具有不確定性,且多樣化,主要事故的節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 使用階段墜落事故的節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系分析

2.2.3 塔吊作業(yè)使用階段傾覆事故FTA模型

傾覆事故的節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系見(jiàn)表2,其對(duì)應(yīng)的事故樹(shù)模型見(jiàn)圖6。

表2 使用階段傾覆事故的節(jié)點(diǎn)邏輯關(guān)系分析

2.3 基于事故樹(shù)模型的定性分析

2.3.1 最小割集的計(jì)算

在事故樹(shù)分析中,最小割集是指從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)的最短路徑上,所有路徑上的組合事件中包含的最少的基本事件集合,能夠幫助人們識(shí)別系統(tǒng)中故障或事故的潛在因素,對(duì)預(yù)防和減少事故的發(fā)生起到了積極的作用。通過(guò)對(duì)該建筑工地高空墜落事故樹(shù)進(jìn)行分析,列出其結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)式:

T1=m1×m2×m3×m7=(x1+x2)×(x3+x4)×(x5+x12)×(x11+x12)=(x1x3x5x11+x1x3x12+x1x4x5x11+x1x4x12+x2x3x5+x2x3x12+x2x4x5x11+x2x4x12),通過(guò)計(jì)算可知,該事故樹(shù)模型的最小割集共有8個(gè)。因此,在該事故樹(shù)模型當(dāng)中,建筑工地高空墜落事故有8種可能的發(fā)生方式。

通過(guò)對(duì)該建筑工地傾覆事故樹(shù)進(jìn)行分析,列出其結(jié)構(gòu)函數(shù)表達(dá)式:

T2=m4×m8×m11×m13=(x6x10x19x15x13x18+x6x10x20x15x13x18+x6x10x21x15x13x18+x6x10x22x15x13x18+x7x10x19x15x13x18+x7x10x20x15x13x18+x7x10x21x15x13x18+x7x10x22x15x13x18+x8x10x19x15x13x18+x8x10x20x15x13x18+x8x10x21x15x13x18+x8x10x22x15x13x18+x11x10x19x15x13x18+x11x10x20x15x13x18+x11x10x21x15x13x18+x11x10x22x15x13x18+x12x10x19x15x13x18+x12x10x20x15x13x18+x12x10x21x15x13x18+x12x10x22x15x13x18),通過(guò)計(jì)算可知,該事故樹(shù)模型的最小割集共有20個(gè)。因此,在該事故樹(shù)模型當(dāng)中,建筑工地塔吊傾覆事故有20種可能的發(fā)生方式。

2.3.2 最小徑集的計(jì)算

最小徑集的求解可用圖5和圖6的事故樹(shù)進(jìn)行邏輯門轉(zhuǎn)換,所求得的成功樹(shù)即為最小徑集,根據(jù)最小徑集,可以提供預(yù)防塔吊事故的對(duì)策。

經(jīng)邏輯化簡(jiǎn)求解,傾覆事故最小徑集為:(x6x7x8x9x11x12,x10x11x12x14x15x16x17,x19x20x21,x22x23x15,x13,x18),共6組最小徑集,表明預(yù)防塔吊傾覆事故發(fā)生的途徑有6種。每組最小徑集說(shuō)明可以通過(guò)該基本事件組合來(lái)防止塔吊傾覆事故。

同理,高空墜落事故最小徑集:(x1x2,x3x4,x5x12,x11x12),共4組最小徑集,表明預(yù)防高空墜落事故發(fā)生的途徑有4種。每組最小徑集說(shuō)明可以通過(guò)該基本事件組合來(lái)防止高空墜落事故。

3 結(jié)語(yǔ)

本工作提出塔吊作業(yè)過(guò)程中安全工作的重點(diǎn)為墜落事故和傾覆事故,借助FTA能準(zhǔn)確得出事故基本風(fēng)險(xiǎn)因素,可以為項(xiàng)目相關(guān)方塔吊安全管理提供指引,為風(fēng)險(xiǎn)防控和隱患排查治理工作提供了準(zhǔn)確方向,從而避免或降低事故損失。主要結(jié)論如下:

1)分析了塔吊作業(yè)事故特征。結(jié)合塔吊事故的特點(diǎn),分析了塔吊事故的主要規(guī)律,其中,塔吊傾覆事故占比最大,其次為塔吊折斷事故,然后是塔吊墜落事故。

2)確定了塔吊作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)影響因子。通過(guò)對(duì)塔吊作業(yè)事故的統(tǒng)計(jì)與分析,結(jié)合塔吊常見(jiàn)的典型性安全事故,并參考塔機(jī)相關(guān)安全規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),識(shí)別出底風(fēng)險(xiǎn)因子共22個(gè),人員風(fēng)險(xiǎn)因子2個(gè),塔吊11個(gè),環(huán)境1個(gè),管理8個(gè)。

3)構(gòu)建了基于FTA的塔吊作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。以實(shí)際工程案例為取值對(duì)象,基于塔吊使用階段的主要事故類型,構(gòu)建了高空墜落和塔吊傾覆的事故樹(shù)模型,計(jì)算出最小割集和最小徑集,發(fā)現(xiàn)主要有五大方面致使發(fā)生建筑工地高空墜落事故:作業(yè)人員操作問(wèn)題、安全設(shè)備問(wèn)題、管理問(wèn)題、作業(yè)環(huán)境問(wèn)題、材料問(wèn)題。

4)使用期間塔司、指揮、司索工需要接受持續(xù)性教育(含班前教育、月度教育、專題警示教育),該環(huán)節(jié)仍受制于項(xiàng)目機(jī)管員、安全員的職業(yè)素養(yǎng)和技能缺陷,同時(shí)受制于項(xiàng)目所屬企業(yè)的監(jiān)管力度,易于出現(xiàn)疏漏,產(chǎn)生了人因風(fēng)險(xiǎn)。