段在鵬 黃月玲 賴勤勤 黃 婷

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建筑施工高處墜落事故發(fā)生機(jī)制及預(yù)防模式研究*

段在鵬1黃月玲1賴勤勤2黃 婷2

1. 福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 2. 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院環(huán)境資源工程系

建筑業(yè)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，風(fēng)險(xiǎn)程度僅次于采礦業(yè)。高處墜落是建筑業(yè)“五大傷害”之首，加強(qiáng)建筑施工高處墜落事故控制意義重大。該文嘗試應(yīng)用事故樹分析法，對(duì)建筑施工高處墜落事故進(jìn)行分析，得到40種墜落事故發(fā)生機(jī)制和3種防控模式。結(jié)果表明，基于事故樹分析法的高處墜落事故分析模型可靠實(shí)用，對(duì)于事故防控具有指導(dǎo)意義。

高處墜落 建筑安全 事故樹分析法

我國(guó)全國(guó)現(xiàn)有建筑企業(yè)近7萬(wàn)家，建筑行業(yè)從業(yè)人員有4000多萬(wàn)[1]，是世界上最大的行業(yè)勞動(dòng)群體。而且，建筑業(yè)也是我國(guó)很多省份的支柱產(chǎn)業(yè)，如福建省現(xiàn)有建筑企業(yè)達(dá) 4000 多家，相關(guān)建筑從業(yè)人員也達(dá)到 200 多萬(wàn)，其施工的總生產(chǎn)值達(dá)到 5000 億元人民幣以上[2]。

建筑業(yè)是一項(xiàng)高作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，其作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)僅次于采礦行業(yè)[3]。高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、觸電、坍塌這五大傷害所造成的安全事故累計(jì)占到各類建筑安全事故總數(shù)的90％以上[4]，高處墜落位于“五大傷害”之首，據(jù) 2010—2014 年房屋建筑通報(bào)顯示，高處墜落事故更是占據(jù)安全事故總數(shù)的56%[5]，并且高處墜落事故多為重大惡性事故，例如，2008年10月30日，福建省迪鑫陽(yáng)光城高處墜落事故一次性死亡人數(shù)高達(dá)12人[4]。故而，加強(qiáng)建筑施工高處墜落事故控制與分析有著重大的意義。

政府已多次頒布相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如福建省住建廳2016年印發(fā)新版《福建省建設(shè)工程質(zhì)量安全動(dòng)態(tài)監(jiān)管辦法》和《福建省建筑施工企業(yè)信用綜合評(píng)價(jià)體系企業(yè)質(zhì)量安全文明施工行為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。而安全技術(shù)研究層面也百花齊放，趙金娜[1]基于層次分析法對(duì)高處墜落事故進(jìn)行了脆性分析，施式亮[3]構(gòu)建了高處墜落風(fēng)險(xiǎn)的AHP-Fuzzy評(píng)價(jià)模型。李旭偉[4]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度對(duì)高處墜落各事故因素的影響程度進(jìn)行排序，張衛(wèi)[5]基于 DEA建立了高處墜落事故安全投入模型，徐峰[6]將建筑施工中臨邊墜落進(jìn)行了模型化研究，張涇杰[7]基于BIM 和 RFID技術(shù)建立了建筑工人高處墜落事故智能預(yù)警系統(tǒng)，徐影[8]對(duì)經(jīng)典 Reason 模型進(jìn)行改造，建立了施工作業(yè)高空墜落事故的預(yù)控模型。

本文嘗試應(yīng)用事故樹分析法( Fault Tree Analysis, FAT)，對(duì)建筑施工高處墜落事故進(jìn)行分析，探究事故發(fā)生的機(jī)理，找出預(yù)防事故發(fā)生的途徑。

1 事故樹分析概述

事故樹（Fault Tree Analysis，F(xiàn)AT）由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Watson和Hansl于1961年首次提出，是目前公認(rèn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析的一種好方法[9]。FTA本質(zhì)是一種從結(jié)果到原因描述事故的有向邏輯樹圖[8,9]，利用該圖可以得出2個(gè)重要的結(jié)論，以分別揭示事故發(fā)生機(jī)理，闡明事故預(yù)防模式。

（1）最小割集。導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合，可應(yīng)用布爾代數(shù)對(duì)事故樹化簡(jiǎn)求解。只要最小割集內(nèi)的基本事件全部發(fā)生，則頂上事故必然發(fā)生，最小割集揭示了事故發(fā)生機(jī)理。

（2）最小徑集。頂上事件不發(fā)生至少需要的不發(fā)生基本事件的集合。可應(yīng)用布爾代數(shù)對(duì)事故樹的對(duì)偶形式成功樹化簡(jiǎn)求解。只要最小徑集內(nèi)的基本事件全部不發(fā)生，則頂上事件必然不會(huì)發(fā)生，最小徑集闡明了事故預(yù)防模式。

2 建筑施工高處墜落事故樹分析模型

高處墜落事故樹建模著重從事故樹符號(hào)分析和事故樹繪制等2方面展開。

2.1 高處墜落事故樹事件符號(hào)及邏輯門

2.1.1 頂上事件

記作業(yè)人員高處墜落事件為頂上事件。記為T。

2.1.2 基本事件

（1）身體不適。作業(yè)人員身體不適（包括職業(yè)禁忌癥、恐高、眩暈等）是導(dǎo)致失足墜落的原因之一，記為X1。

（2）惡劣天氣。惡劣的天氣環(huán)境（雷雨大風(fēng)等）對(duì)作業(yè)人員的影響也是巨大的，是導(dǎo)致失足墜落的原因之一，記為X2。

（3）疲勞作業(yè)。作業(yè)人員過度疲勞作業(yè)導(dǎo)致身體機(jī)能下降是導(dǎo)致失足墜落的原因之一，記為X3。

（4）碰撞。在高層作業(yè)人與人或人與物發(fā)生碰撞是導(dǎo)致失足墜落的原因之一。在事故樹中簡(jiǎn)稱碰撞，記為X4。

（5）無安全標(biāo)志。在施工現(xiàn)場(chǎng)無安全標(biāo)志，會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員降低安全意識(shí)，屬于安全標(biāo)志不符合要求，記為X5。

（6）安全標(biāo)志不明顯。安全標(biāo)志沒有擺放在顯眼的位置，讓施工人員隨意都可以注意到，屬于安全標(biāo)志不符合要求，記為X6。

（7）腳手架不規(guī)范。腳手架是保障安全作業(yè)最重要的防護(hù)設(shè)施之一，腳手架安裝不到位屬于安全防護(hù)不到位，記為X7。

（8）無安全網(wǎng)或安全缺陷。安全網(wǎng)可以降低對(duì)人員的傷害，同時(shí)可以防止物體掉落砸傷人員，安全網(wǎng)不規(guī)范屬于安全防護(hù)不到位，記為X8。

（9）樓梯未防護(hù)。高層樓梯防護(hù)不規(guī)范，是安全防護(hù)措施之一，記為X9

（10）電梯井口未防護(hù)。建筑每層樓配有電梯，存在電梯井。電梯井口防護(hù)是安全防護(hù)措施之一，記為X10。

（11）作業(yè)層未防護(hù)。在作業(yè)人員工作的工作面，應(yīng)采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施，記為X11。

2.1.3 中間事件

（1）作業(yè)人員失足墜落。作業(yè)人員在進(jìn)行高層施工時(shí)可能發(fā)生失足墜落，記為M1。身體不適X1、惡劣天氣X2、疲勞作業(yè)X3、發(fā)生碰撞X4四個(gè)基本事件只要任意有1個(gè)發(fā)生，則M1就會(huì)發(fā)生，所以是邏輯或的關(guān)系。

（2）安全標(biāo)志不符合要求（記為M3）。無安全標(biāo)志X5、標(biāo)志不明顯X6只要任意有1個(gè)發(fā)生，M3就會(huì)發(fā)生，所以是邏輯或的關(guān)系。

（3）安全防護(hù)措施不到位（記為M4）。腳手架不規(guī)范X7、安全網(wǎng)缺陷X8、防護(hù)欄不到位M5只要任意有1個(gè)發(fā)生，M4就會(huì)發(fā)生，所以是邏輯或的關(guān)系。

（4）防護(hù)措施不到位。施工地點(diǎn)安全防護(hù)不到位是高處墜落的間接原因之一，記為M2。安全標(biāo)志不符合要求M3和安全防護(hù)措施不到位M4需同時(shí)發(fā)生，M2才會(huì)發(fā)生，所以是邏輯與的關(guān)系。

（5）防護(hù)欄不到位。防護(hù)欄不到位屬于安全防護(hù)問題，記為M5。樓梯未防護(hù)X9、電梯井口未防護(hù)X10、作業(yè)層未防護(hù)X11三個(gè)基本事件只要任意有1個(gè)發(fā)生，M5就會(huì)發(fā)生，所以是邏輯或的關(guān)系。

2.2 事故樹繪制

在以上分析基礎(chǔ)上，構(gòu)造建筑施工高處墜落事故樹分析模型如圖1。

圖1 高處墜落事故樹圖

3 高處墜落事故機(jī)理

3.1 布爾表達(dá)式

由圖1可列出布爾表達(dá)式：

T=M1M2=M1M3M4=M1M3（X7+X8+M5）

=（X1+X2+X3+X4）（X5+X6）（X7+X8+(X9+X10+X11)）

3.2 最小割集[8,9]：

將布爾表達(dá)式化簡(jiǎn)可得40個(gè)最小割集如下：

1）(X1*X5*X7), 2） (X1*X5*X8), 3）(X1*X5*X9), 4）(X1*X5*X10), 5）(X1*X5*X11), 6）(X1*X6*X7), 7）(X1*X6*X8), 8）(X1*X6*X9), 9）(X1*X6*X10), 10）(X1*X6*X11), 11）(X2*X5*X7), 12）(X2*X5*X8), 13）(X2*X5*X9), 14）(X2*X5*X10), 15）(X2*X5*X11), 16）(X2*X6*X7), 17）(X2*X6*X8), 18）(X2*X6*X9), 19）(X2*X6*X10), 20）(X2*X6*X11), 21）(X3*X5*X7), 22）(X3*X5*X8), 23）(X3*X5*X9), 24）(X3*X5*X10), 25）(X3*X5*X11), 26）(X3*X6*X7), 27）(X3*X6*X8), 28）(X3*X6*X9), 29）(X3*X6*X10), 30）(X3*X6*X11), 31）(X4*X5*X7), 32）(X4*X5*X8), 33）(X4*X5*X9), 34）(X4*X5*X10), 35）(X4*X5*X11), 36）(X4*X6*X7), 37）(X4*X6*X8), 38）(X4*X6*X9), 39）(X4*X6*X10), 40）(X4*X6*X11),

以上40個(gè)最小割集即說明了事故的40種發(fā)生機(jī)制。如第1個(gè)最小割集說明，X1——身體不適，X5——無安全標(biāo)志，X7——腳手架不規(guī)范等3個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，則必然會(huì)引起高處墜落事故，同理，又如第10個(gè)最小割集也同樣說明了一種事故發(fā)生機(jī)制：即身體不適、標(biāo)志不明顯、作業(yè)層未防護(hù)等3個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，則必然會(huì)引起高處墜落事故。

4 高處墜落預(yù)防模式

4.1 最小徑集

根據(jù)布爾表達(dá)式得出該事故樹的最小徑集[8,9]，與最小割集不同，本文高處墜落事故的最小徑集較少，共3個(gè)：

（1）(X1*X2*X3*X4),X1——身體不適，X2——惡劣的天氣，X3——疲勞作業(yè)，X4——發(fā)生碰撞。

（2）(X5*X6),X5:無安全標(biāo)志，X6——標(biāo)志不明顯。

（3）(X7*X8*X9*X10*X11)，X7——腳手架不規(guī)范，X8——無安全網(wǎng)或安全網(wǎng)缺陷，X9——樓梯未防護(hù)，X10——電梯井口未防護(hù)，X11——作業(yè)層未防護(hù)。

以上3個(gè)最小徑集即說明了事故的3種預(yù)防模式。如第1個(gè)最小徑集說明，身體不適、惡劣的天氣、疲勞作業(yè)、發(fā)生碰撞等4個(gè)事件同時(shí)不發(fā)生，則高處墜落事故必然不會(huì)發(fā)生。最小徑集指明了安全施工的重點(diǎn)。

4.2 結(jié)構(gòu)重要度

在求得最小割集及最小徑集基礎(chǔ)上，則可進(jìn)一步求得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度[8,9]順序如下，具體排序見表1。

I(X6)=I(X5)>I(X4)=I(X3)=I(X2)=I(X1)>I(X11)=I(X10)=I(X9)=I(X8)=I(X7)

表1 高處墜落事故FTA分析表

由表1可得，在制定安全對(duì)策措施時(shí)，要首先控制X6（標(biāo)志不明顯），X5（無安全標(biāo)志）；其次控制X4（發(fā)生碰撞），X3（疲勞作業(yè)），X2（惡劣的天氣），X1（身體不適）；最后控制X11（作業(yè)層未防護(hù)），X10（電梯井口未防護(hù)），X9（樓梯未防護(hù)），X8（無安全網(wǎng)或安全網(wǎng)缺陷），X7（腳手架不規(guī)范）。

5 結(jié)論

（1）高處墜落事故機(jī)理。通過布爾代數(shù)化簡(jiǎn)事故樹，得出高處墜落事故的40個(gè)最小割集，即說明了事故的40種發(fā)生機(jī)制。只要最小割集內(nèi)的基本事件全部發(fā)生，則高處墜落事故必然發(fā)生，最小徑集指明了事故發(fā)生的途徑。

（2）高處墜落預(yù)防模式。通過布爾代數(shù)化簡(jiǎn)成功樹，得出高處墜落事故的3個(gè)最小徑集，即說明了事故的3種預(yù)防模式。只要最小徑集內(nèi)的基本事件全部不發(fā)生，則高處墜落事故必然不會(huì)發(fā)生，最小徑集指明了安全施工的重點(diǎn)。

（3）高處墜落防控重點(diǎn)。在求得最小割集及最小徑集基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，以確定事故防控的主次關(guān)系，此在制定安全對(duì)策措施時(shí)，要首先控制基本事件“標(biāo)志不明顯、無安全標(biāo)志”；其次控制“發(fā)生碰撞、疲勞作業(yè)、惡劣的天氣、身體不適”；最后采取措施控制“作業(yè)層未防護(hù)、電梯井口未防護(hù)、樓梯未防護(hù)、無安全網(wǎng)或安全網(wǎng)缺陷、腳手架不規(guī)范”。

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福建省教育廳項(xiàng)目“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的安全科學(xué)與工程研究生課程體系評(píng)價(jià)及優(yōu)化”（編號(hào)：52004663）；福州大學(xué)科研啟動(dòng)基金“生產(chǎn)安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模及分析研究”（編號(hào)：XRC-1618）。

黃婷。