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(西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院　西安 710055)

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在役工業(yè)廠房建筑維護(hù)管理分析評價*

武乾張?zhí)貏偪追蔽?/p>

(西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院西安 710055)

摘要在調(diào)研了全國各區(qū)域各行業(yè)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，提出工業(yè)廠房后期運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)安全性和可靠性需要通過科學(xué)的維修制度來保證。分析了引起工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判的因素，建立了相應(yīng)的評價指標(biāo)體系，以評價企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的維護(hù)管理水平。理論分析和實(shí)例評價表明，通過提高維護(hù)管理水平可以減少廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判事件的發(fā)生，加強(qiáng)廠房的檢測、維護(hù)，可以有效預(yù)防工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)漸發(fā)性事故發(fā)生，在有限成本內(nèi)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全管理的效益最大化。

關(guān)鍵詞工業(yè)廠房維修周期結(jié)構(gòu)安全

0引言

目前，我國對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的檢測和維護(hù)并沒有統(tǒng)一的規(guī)定，主要依靠企業(yè)從自身角度出發(fā)，考慮結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)效益和管理層面等眾多因素，制定檢測、維護(hù)制度，確定適當(dāng)?shù)木S修周期，以杜絕因日常檢測工作疏漏而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生安全事故[1]。結(jié)構(gòu)失檢在日常維護(hù)工作中較容易疏漏，而正確判斷結(jié)構(gòu)安全性需要專業(yè)的知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)，也是企業(yè)日常管理維護(hù)工作的難點(diǎn)。鑒于此，在統(tǒng)計調(diào)研案例的基礎(chǔ)上分析引起廠房結(jié)構(gòu)失檢和誤判的主要因素，結(jié)合具體案例評價企業(yè)在保證結(jié)構(gòu)安全方面的管理和技術(shù)水平，進(jìn)而有針對性地進(jìn)行改進(jìn)，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

1在役工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀分析

1.1結(jié)構(gòu)安全事故分類

在役工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)安全自始至終都處于一個變化的狀態(tài)，從建筑安全管理的角度，其事故性質(zhì)可分為突發(fā)性和漸發(fā)性。其中，漸發(fā)性事故是由于人為管理、維修不善造成的，大致包括結(jié)構(gòu)耐久性破壞、結(jié)構(gòu)超載、設(shè)計改造不當(dāng)和爆炸火災(zāi)4類[2]，企業(yè)通過綜合考慮廠房實(shí)際使用情況，設(shè)立專門的檢測、維護(hù)部門，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測管理，提高檢測維護(hù)人員的技術(shù)水平，可以減少結(jié)構(gòu)失檢、誤判引發(fā)的安全事故，從而預(yù)防漸發(fā)性事故的發(fā)生。

1.2結(jié)構(gòu)安全事故成因分析

根據(jù)國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心資料，僅以鋼鐵行業(yè)事故統(tǒng)計資料為例，1958—2000年鋼鐵廠廠房倒塌共發(fā)生51例，其中災(zāi)害倒塌7例(唐山地震)，占比14%；人為錯誤44例，占比86%。在人為錯誤中，積灰超載21例，占比41%；設(shè)計改造不當(dāng)6例，占比11%；結(jié)構(gòu)耐久性破壞12例，占比24%；爆炸、火災(zāi)等非自然災(zāi)害5例，占比10%。從這些數(shù)據(jù)可以看出，由于檢測、維護(hù)不善(積灰荷載屬于日常管理維修范疇)造成的鋼鐵廠房倒塌占事故比例的一半。

2在役工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全控制因素分析

2.1結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)

企業(yè)本身由于缺乏專業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)檢測、鑒定設(shè)備，對于廠房結(jié)構(gòu)的日常安全性檢測通常是以地基位移、構(gòu)件變形、構(gòu)件損傷等狀態(tài)指標(biāo)為評定依據(jù)[3]。根據(jù)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全綜合等級評定標(biāo)準(zhǔn)，將結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化劃分為如下4個階段：

正常階段(S1)：符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，不影響整體安全，除個別次要構(gòu)件宜采取適當(dāng)措施外，結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合預(yù)期；

異常階段(S2)：略低于國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，滿足結(jié)構(gòu)安全的下限水平，不影響整體安全，極少數(shù)構(gòu)件應(yīng)采取措施，結(jié)構(gòu)狀態(tài)略超出預(yù)期范圍；

危險階段(S3)：不符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，影響整體安全，應(yīng)采取措施，結(jié)構(gòu)狀態(tài)嚴(yán)重超出預(yù)期范圍，可能引發(fā)安全事故；

事故發(fā)生階段(S4)：極不符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，已嚴(yán)重影響整體安全，必須立即采取措施，結(jié)構(gòu)喪失承載功能。

2.2基于結(jié)構(gòu)安全的維修周期選擇

(1)

(2)

式中，INT為取整函數(shù)，N2，N3分別為結(jié)構(gòu)異常階段和危險階段內(nèi)的檢測次數(shù)。在廠房前期建設(shè)階段，結(jié)構(gòu)進(jìn)入危險階段的概率P{θ1+θ2≤T}和發(fā)生安全事故的概率P{θ1+θ2+θ3≤T}主要取決于設(shè)計、施工、使用等因素，有較多的客觀成分，后期維修效果并不明顯；而失檢概率P{N2=0}，P{N3=0}，誤判概率P{I=S1|S=S2}，P{I=S1∪S2|S=S3}，則與結(jié)構(gòu)檢測、維護(hù)制度有直接關(guān)系。在使用過程中，如果客觀上難以對廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行正常的檢測，使得失檢、誤判概率增大，則應(yīng)在設(shè)計、施工期提高結(jié)構(gòu)安全性并改善使用條件，減小結(jié)構(gòu)進(jìn)入異常、危險階段和發(fā)生安全事故的概率。在廠房后期運(yùn)營階段，應(yīng)該加強(qiáng)檢測，減小失檢和誤判概率，通過合理的管理維護(hù)制度來保證廠房的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，減小失檢、誤判概率，從而降低事故發(fā)生的概率。在失檢、誤判方面，可根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化周期θ1，θ2的統(tǒng)計結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)臋z測周期θ，控制失檢概率在較小的數(shù)值范圍內(nèi)。降低失檢概率需要日常維護(hù)、檢測管理制度來保證，降低誤判概率需要檢測人員具備一定的專業(yè)知識和檢測經(jīng)驗(yàn)。

2.3工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判因素分析

通過調(diào)研全國124例工業(yè)廠房安全檢測實(shí)例，分析了企業(yè)安全檢測機(jī)構(gòu)設(shè)置、日常管理維護(hù)制度以及相關(guān)檢測人員資質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)等因素，在對企業(yè)安全責(zé)任人進(jìn)行訪談的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)，匯總分析了引起廠房結(jié)構(gòu)失檢的7個主要因素，如表1所示。

表1　工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判影響因素

3實(shí)例分析評價

蒙自恒翔糖業(yè)是一家主要生產(chǎn)白砂糖、酒精的食品加工企業(yè)。該廠建于1973年，主要以鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)廠房為主，由于采用亞硫酸生產(chǎn)法，廠房在使用過程中受二氧化硫和酸性廢液侵蝕較嚴(yán)重。廠部辦公室下設(shè)建筑業(yè)管理科，負(fù)責(zé)廠房日常維護(hù)和檢測工作，根據(jù)廠房使用環(huán)境，梁柱節(jié)點(diǎn)、屋面防水和鋼構(gòu)件、混凝土強(qiáng)度的檢測、維護(hù)周期各不相同。

本文以蒙自恒翔糖業(yè)為例，采用實(shí)地調(diào)研和查閱該廠建筑業(yè)管理科的日常維護(hù)、檢測資料的方式，對引起該企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判的7個主要因素進(jìn)行專家打分，采用模糊物元法評價該企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的維護(hù)管理水平。

3.1模糊物元的評價步驟

(1)根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)測值及與之相應(yīng)的分級界限值，計算n個特征(評價指標(biāo))A1，A2…A7對應(yīng)的m個分級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度u(xij)(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，xij為第i個分級標(biāo)準(zhǔn)Mi的第j個特征Aj的量值。

(2)由隸屬度函數(shù)u(xij)確定關(guān)聯(lián)系數(shù)kij，并建立模糊復(fù)合物元Rmm。

(3)按照M(°.TIF，+)運(yùn)算模式計算各評價指標(biāo)所對應(yīng)分級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)kij與各評價指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重向量，得到對應(yīng)的分級標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)度，建立關(guān)聯(lián)度復(fù)合模糊物元。

(4)根據(jù)最大關(guān)聯(lián)度原則評價企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)管理水平。

3.2確定模糊物元分析參數(shù)

(1)確定隸屬度。當(dāng)打分的專家人數(shù)較多時，可近似人為其評分對同一類別的隸屬度函數(shù)u(x)為正態(tài)型。即

(3)

式中，a,b為物元量值范圍(a,b)的邊界值。

(2)確定分級標(biāo)準(zhǔn)。本例根據(jù)實(shí)際的廠房使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，將評價結(jié)果分為4個等級：優(yōu)(85,100)，良(70,85)，合格(55,70)，差(30,55)。

(3)確定關(guān)聯(lián)系數(shù)。在經(jīng)典域與節(jié)域重合的條件下，關(guān)聯(lián)函數(shù)和隸屬度函數(shù)可以等價互換。只要確定其中任一函數(shù)，另一函數(shù)也隨之確定。因此，關(guān)聯(lián)系數(shù)kij可由隸屬度函數(shù)u(x)確定[5]。

kij=u(xij)

(4)

式中，kij為第i個特征的第j個分級標(biāo)準(zhǔn)Mi與標(biāo)準(zhǔn)分級M0之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(4)確定關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度是表示事物之間相關(guān)性大小的度量。若按關(guān)聯(lián)變換求出的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，則可以得到第i個分級標(biāo)準(zhǔn)Mi與標(biāo)準(zhǔn)分級M0之間的關(guān)聯(lián)度，用k0j表示，即

(5)

式中，wi為第個分級標(biāo)準(zhǔn)Mi與標(biāo)準(zhǔn)分級M0之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)權(quán)重。

(5)確定權(quán)重。對工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判因素的百分比例進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,將標(biāo)準(zhǔn)化的值作為各因素的權(quán)重值wi，以客觀發(fā)生比例作為權(quán)重，有效避免了傳統(tǒng)方法人為確定權(quán)重的主觀影響，且計算簡單。各因素權(quán)重如表2所示。

表2　評價因素權(quán)重

3.3確定工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)失檢、誤判的復(fù)合模糊物元

采用專家咨詢打分和專家調(diào)查問卷的形式，收集對各個因素的平均打分，如表3所示。將得到的打分值及相應(yīng)的各指標(biāo)因素的分級界限值代入式(3)，得到模糊復(fù)合物元中評價量值Mi對應(yīng)的評價因素Aj的相應(yīng)隸屬度值u(xij)，見表4。

表3　評價因素平均打分值

表4　評價因素隸屬度

評價因素的模糊復(fù)合物元R4×7為

(6)

3.4進(jìn)行工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全的技術(shù)管理水平評價

根據(jù)表2的評價因素權(quán)重，其權(quán)重wi構(gòu)成權(quán)重復(fù)合物元為

(7)

將式(6)確定的模糊復(fù)合物元R4×7與式(7)權(quán)重復(fù)合物元Rwi按照M(°.TIF，+)的運(yùn)算法則進(jìn)行計算，得到廠房結(jié)構(gòu)安全技術(shù)管理水平關(guān)聯(lián)度復(fù)合物元為[6]

(8)

從式(8)可以看出，該企業(yè)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全技術(shù)管理水平對應(yīng)“良”的關(guān)聯(lián)度最大，為0.598 9，對應(yīng)“合格”的關(guān)聯(lián)度次之。根據(jù)模糊復(fù)合物元的最大關(guān)聯(lián)度原則，可認(rèn)定該企業(yè)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全技術(shù)管理水平評定等級為“良”，尚有改進(jìn)空間。

4結(jié)語

在分析相關(guān)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全檢測資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了充分的調(diào)研研究，按照檢測鑒定標(biāo)準(zhǔn)提出了工業(yè)建筑廠房結(jié)構(gòu)狀態(tài)應(yīng)保持在“正常階段”和“異常階段”之間，通過定期的檢測、維護(hù)使兩種狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。

通過概率學(xué)分析，結(jié)合調(diào)研過程中企業(yè)的實(shí)際情況，提出為保證廠房結(jié)構(gòu)安全性，應(yīng)致力于減少廠房結(jié)構(gòu)失檢和誤判的概率。

結(jié)合調(diào)研和理論文獻(xiàn)，提出了影響廠房結(jié)構(gòu)發(fā)生失檢、誤判事件的主要影響因素，建立了相應(yīng)的評價指標(biāo)體系，應(yīng)用模糊復(fù)合物元方法對企業(yè)廠房結(jié)構(gòu)安全技術(shù)管理水平進(jìn)行評價。實(shí)例表明，模糊復(fù)合物元法評價效果良好，能夠較好地契合企業(yè)實(shí)際的技術(shù)管理水平。

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Analysis and Evaluation on the Maintenance and Management of In-service Industrial Plant Structures

WU QianZHANG TegangKONG Fanxi

(SchoolofCivilEngineering，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnologyXi’an710055)

AbstractBased on investigations on the structure safety of the industrial plants of every sectors in the whole nationwide, it is put forward that the structural safety and reliability in post-operation phase of industrial plants need to be guaranteed through scientific maintenance system. The industrial plant construction misconduct and false controlling factors are analyzed and the corresponding evaluation index system is established to evaluate the maintenance and management level of industrial plant structural safety. Theoretical analysis and practical evaluation shows that the plant structure misconduct and false incident can be reduced by raising the technological level of management, strengthening the detection and maintenance can effectively prevent the gradual onset of industrial plant construction accident and achieve the benefits maximum of security management within a limited cost industrial structures.

Key Wordsindustrial plantmaintenance cyclestructural safety

*基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目 (51278398)，陜西省科學(xué)技術(shù)廳“科技入滇”省際交流項目(2014SJ-10)。

作者簡介武乾，男， 1965年生，博士，教授，研究方向：土木工程建造與安全管理。

(收稿日期：2015-07-20)