基于BIM技術(shù)的高支模安全風(fēng)險管理研究

摘要：為降低高支模坍塌事故的發(fā)生率，從事故角度出發(fā)，首先，構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的高支模坍塌事故模型，并利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)有不確定信息進行推理；其次，計算高支模發(fā)生坍塌的概率，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；最后，為確保風(fēng)險管理目標(biāo)的實現(xiàn)，基于智慧工地的理念和信息技術(shù)，建立高支模安全風(fēng)險控制體系，以提升高支模安全管理的水平。

關(guān)鍵詞：高支模；信息化；BIM技術(shù)；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；安全風(fēng)險管理

0 引言

在城市化進程推動下，建筑業(yè)蓬勃發(fā)展，同時，施工安全問題也隨之產(chǎn)生。模板工程是危險系數(shù)較大的分部分項工程，在我國較大及以上建筑施工安全事故中，因高支模坍塌而導(dǎo)致的死亡人數(shù)占總?cè)藬?shù)的近1/3^[1]。其中，信息化水平低、各方信息溝通不暢等問題，制約著項目安全管理的水平。因此，信息技術(shù)的運用已成為減少事故，提升項目安全管理水平的最佳途徑。

史沖等^[2]挖掘了施工管理方面BIM技術(shù)的應(yīng)用價值；齊寶庫等^[3]將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工全過程管理，以提升項目精細(xì)化管理水平；周妍^[4]將BIM 5D技術(shù)引入綠色施工風(fēng)險管理，可降低風(fēng)險發(fā)生概率；李英攀等^[5]在建立 Cloud-BIM平臺的基礎(chǔ)上，探討綠色施工信息化管理實現(xiàn)方式；方興等^[6]通過案例分析BIM技術(shù)在腳手架規(guī)范化管理中的應(yīng)用；張仲華等^[7]基于智慧工地理論，建立了裝配式建筑信息化模型；Hammad等^[8]提出了智慧工地信息管理模型，提高了施工效率和管理水平。綜上所述，近年來關(guān)于BIM技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用的研究較多，但其與高支模安全風(fēng)險管理的結(jié)合有待深入研究。本文構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的高支模風(fēng)險管理模型，對事件多態(tài)性及條件概率進行修正，以提高模型的可靠性及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并結(jié)合信息技術(shù)探索事故背景下高支模與信息化結(jié)合的更多可能性。

1 基本方法概述

1.1 故障樹法

故障樹法常用于安全性分析與風(fēng)險評價，是一種將故障分析的目標(biāo)設(shè)置為最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)，通過邏輯樹型圖的演繹，逐步將事故原因分層細(xì)化，最終獲得影響事故發(fā)生的根本因素的方法^[9]。

1.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由多個節(jié)點及連接節(jié)點的有向邊組成，且節(jié)點間的連接強度取決于條件概率^[10]。與門的轉(zhuǎn)化如圖1所示。圖中A₁和A₂均為父節(jié)點，T為子節(jié)點，表示A₁和A₂發(fā)生會引起T發(fā)生。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)主要用來處理當(dāng)各條件相關(guān)的不同事件之間不確定性時，可以從已知的不完全、不充分的數(shù)據(jù)條件進行雙向推理，既可以根據(jù)父節(jié)點的先驗概率向前推導(dǎo)出子節(jié)點的概率大小，也可以在證據(jù)一定的情況下向后推導(dǎo)父節(jié)點的后驗概率。其中，子節(jié)點的先驗概率用全概率公式計算，父節(jié)點后驗概率用貝葉斯公式計算^[11]。

1.3 故障樹轉(zhuǎn)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)故障樹與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的對應(yīng)關(guān)系，故障樹中的事件和邏輯門分別對應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點和條件概率?；蜷T的轉(zhuǎn)化如圖2所示。圖1和圖2分別表示與門、或門對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及概率分布，假定A=0表示事件A不發(fā)生，A=1表示事件A發(fā)生。

1.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的修正

與故障樹法相比，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可通過描述事件多態(tài)性及修正條件概率的方式，構(gòu)建更加合理、準(zhǔn)確的模型^[12]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分為兩類：一類是同故障樹的節(jié)點，邏輯門處理的是確定性關(guān)系；另一類是因其父節(jié)點綜合作用導(dǎo)致該節(jié)點發(fā)生。在實際施工過程中，即使A₁和A₂都發(fā)生，T也可能不發(fā)生，同樣的，當(dāng)A₁和A₂都不發(fā)生時，T也有可能發(fā)生，該節(jié)點發(fā)生的概率區(qū)間為[0%，100%]^[13]，針對此類節(jié)點，采用條件概率表（CPT）對模型進行修正，或門條件概率表和經(jīng)過修改的或門條件概率表見表1和表2。

在實際應(yīng)用中，由于難以獲得完整的事故數(shù)據(jù)，在風(fēng)險識別過程中，可以邀請專家把握風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系。因此，本文采用專家問詢的方式獲得第二類節(jié)點的條件概率。為規(guī)范專家對風(fēng)險概率的打分結(jié)果，參照IPCC提出的7檔分級概率表達，以便專家根據(jù)自身經(jīng)驗對概率進行準(zhǔn)確估計^[14]。概率定性描述見表3。

2 案例分析

2.1 案例概況

本文以蘭州市某多功能廳工程項目為例，地上一層，建筑主體高12.15m，板支撐高10.50m，屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，梁板支撐達到高支模專家論證范圍。

2.2 高支模風(fēng)險因素識別

將高支模坍塌事故作為頂事件，通過對歷年建筑事故信息收集整理及相關(guān)文獻閱讀，依次得到各中間事件A_i，進而分析得到各底事件X_i，故障事件代號、名稱及發(fā)生概率見表4。

對于大多數(shù)事件，僅用二態(tài)性無法準(zhǔn)確描述事件狀態(tài)，影響評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，本文將事件的二態(tài)修正為三態(tài)。節(jié)點事件風(fēng)險等級表見表5。其中，X₄～X₆、X₁₄～X₁₇、A₄、A₆和A₇節(jié)點狀態(tài)同A₃節(jié)點；X₇～X₁₃節(jié)點狀態(tài)同A₈節(jié)點；X₁₈～X₂₁節(jié)點狀態(tài)同A₉節(jié)點；X₂₂～X₂₅節(jié)點狀態(tài)同A₁₀節(jié)點。其中，節(jié)點事件風(fēng)險等級為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，分別對應(yīng)嚴(yán)重、中、無的概率大小。

2.3 構(gòu)建故障樹模型

通過分析各事件之間的邏輯關(guān)系，將事件用邏輯門連接，建立高支模坍塌故障樹省級在用政務(wù)信息化系統(tǒng)分布統(tǒng)計如圖3所示。

2.4 修正節(jié)點條件概率

采用專家問詢法對條件概率進行修正，針對本工程項目背景，對參與該項目的設(shè)計、施工等管理人員進行問卷調(diào)研，以獲取第二類節(jié)點的條件概率。

2.5 基于修正貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進行推理計算

2.5.1 故障樹轉(zhuǎn)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

按照轉(zhuǎn)化原則，將故障樹轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，為進行對比，轉(zhuǎn)化時未考慮事件多態(tài)性，節(jié)點按確定性邏輯關(guān)系處理。運用Genie2.0軟件建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，計算得到高支模坍塌事故發(fā)生的概率為68.4%。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖4所示。

2.5.2 修正后的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

將表4中考慮事件多態(tài)性后得到的先驗概率和通過專家問詢法得到的條件概率添加到模型中，可以發(fā)現(xiàn)，該項目高支模坍塌事故風(fēng)險狀態(tài)為嚴(yán)重、中、無時，概率分別為11.8%、32.8%、55.4%，修正后的結(jié)果較之前更加準(zhǔn)確。修正后的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖5所示。

2.5.3 后驗概率計算

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)反向推理功能，計算當(dāng)高支模坍塌事故發(fā)生時，底事件的后驗概率值。底事件的后驗概率見表6。

當(dāng)高支模坍塌事故發(fā)生時，本項目高支模中主要風(fēng)險因素由大到小依次排序前5項為：材料缺陷、集中堆放、立桿布置不符合要求、剪刀撐布置不符合要求、安全技術(shù)交底制度，因此應(yīng)對以上因素應(yīng)進行重點控制。

2.6 信息技術(shù)在高支模風(fēng)險管理中的應(yīng)用

高支模安全事故的發(fā)生原因多種多樣，主要源于施工現(xiàn)場信息的采集、傳輸、處理分析不夠高效和及時，而信息技術(shù)的引入可以對事故進行有效防范^[15]，并可提升項目安全管理的水平。本文構(gòu)建了以BIM技術(shù)為核心的高支模風(fēng)險控制體系，該體系主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層、平臺層和控制層。 高支模安全風(fēng)險控制體系如圖7所示。

信息的采集、傳輸和處理主要依靠智能技術(shù)，如RFID、傳感器、GPS等，將其應(yīng)用于建筑、材料構(gòu)配件等各類物體中，形成普遍互聯(lián)，構(gòu)成“物聯(lián)網(wǎng)”，再通過信息傳輸?shù)摹盎ヂ?lián)網(wǎng)”紐帶，使施工現(xiàn)場與項目管理者深度互聯(lián)互通，便于管理者借助移動終端及時掌握現(xiàn)場情況，對施工現(xiàn)場進行更透徹的感知，對危險盡早作出預(yù)判，提高管理效率。通過建立以BIM為核心的管理平臺完成架體排布搭設(shè)、施工模擬等內(nèi)容。體系的核心為控制層，在事前控制階段，通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型對風(fēng)險較大的因素采取針對性預(yù)防措施。在高支模搭設(shè)過程中，采用事中控制，主要基于信息化管理平臺對施工過程進行動態(tài)監(jiān)控和報警。相較于傳統(tǒng)的安全管理存在信息傳遞延遲等問題，如現(xiàn)場的情況不能及時反饋、管理層的指導(dǎo)意見不能及時下達、現(xiàn)場問題不能被及時糾正、整改之后不能及時驗收等現(xiàn)象。運用信息化手段，可以改善安全管理信息的延遲與滯后問題。

3 結(jié)語

高支模風(fēng)險管理模型考慮了事件多態(tài)性，且綜合考慮了專家經(jīng)驗及具體工程環(huán)境背景，修正節(jié)點的條件概率，增強了新模型在具體項目上應(yīng)用的可靠性與針對性，與故障樹法相比，新模型直觀易用、運算速度快，可以得到更為豐富的信息，具有一定的應(yīng)用價值，也可為其他類型事故風(fēng)險分析提供參考。建立基于BIM的高支模安全風(fēng)險管理體系，實現(xiàn)事前對風(fēng)險因素的識別、預(yù)防，事中基于“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”對施工現(xiàn)場的實時感知、動態(tài)監(jiān)控與預(yù)警，為高支模安全風(fēng)險管理提供新思路。

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收稿日期：202301-13

作者簡介：

魏歡（1995—），女，研究方向：工程項目管理。

張輝（1993—），男，研究方向：工程項目管理。