陳善江

(國家電投集團 廣西興安風電有限公司，廣西 桂林 541000)

爆破作為一種高效、便捷的生產手段，被廣泛地應用于礦山采掘、土石方開挖、水利航道疏浚等工程。根據(jù)相關資料表明，在中國僅就露天礦山爆破飛石事故在整個所有爆破飛石事故中的比例就已達到27%[1]，而爆破飛石事故在全國所有爆破施工作業(yè)中所產生的事故中占20%左右[2]，由此給相關人員和單位造成了巨大的財產損失和人員傷亡。因此，運用安全系統(tǒng)工程中的事故樹方法結合層次分析法對影響爆破飛石事故各因素進行分析，得出其中的關鍵因素，對預防爆破飛石具有重要的現(xiàn)實意義。

事故樹分析法(fault accident tree,FAT)是一種應用數(shù)理邏輯的方法，從頂上事件開始，結合布爾邏輯門方法，逐步向下找出可能引起頂上事件發(fā)生的直接以及間接原因，并分析這些原因之間的關系。事故樹分析法是一種以圖形作為介質的演繹推理法，具有很大的靈活性，為改善和評價系統(tǒng)的安全性提供了定性依據(jù)[3]。

層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)是美國匹茲堡大學教授Saaty于1960年左右提出的一種系統(tǒng)分析方法。AHP先分析系統(tǒng)中各個元素之間的相互關系，建立目標層、準則層、指標層結構，繼而對同一層次中的各元素關于上一層中的準則的重要性進行兩兩互相比較。構造判斷矩陣，并求出每個元素對應的權重。再通過一致性檢驗CR<0.1才認為構造的判斷矩陣符合一致性要求。符合一致性要求的元素權重就可以進行單項權重排序或者總權重排序[4]。

事故樹分析法將需要分析的事件作為頂上事件，逐層尋找引起頂上事件發(fā)生的原因，也就是基本事件。隨后利用最小割集或最小徑集計算各基本事件之間的排序，即結構重要度系數(shù)，表征基本事件對頂上事件的影響程度。層次分析法用指標層中各基本因素的合成權重來表示基本元素對目標層的重要程度。但是傳統(tǒng)的層次分析法在利用判斷矩陣計算權重時，是采用的專家打分法，這樣的分析結果完全取決于專家對于整個事件的認知程度，主觀意識作用太過于強烈，很多情況下都不滿足一致性檢驗，需要不斷地對兩兩比較的結果進行調整，程序較為繁瑣。而層次分析法結合事故樹的方法，即事故樹分析法中的基本事件與層次分析法中的指標層因素一一對應，利用事故樹分析法中的結構重要度來進行兩兩比較，摒棄專家打分，具有相比于傳統(tǒng)層次分析法的客觀性與優(yōu)良性，且一致性檢驗很容易通過，計算程序也相對簡單[5]。

現(xiàn)以某工程作為實例，采用事故樹結合層次分析法進行引起爆破飛石事故的基本因素分析，計算出各個因素的權重并進行排序，找出關鍵的因素并提出相應的預防措施，避免該工程發(fā)生爆破飛石事故。

1 工程概況

廣西路橋工程集團有限公司承建的融水至河池高速公路二分部路線起于羅城縣小長安鎮(zhèn)守善村附近，接一分部施工圖設計樁號K25+057，終于羅城縣四把鎮(zhèn)大新村附近，接三分部施工圖設計樁號K55+113，項目跨越1縣3鎮(zhèn)和數(shù)個村屯，沿線地方關系和情況錯綜復雜，主線全長28 km。

1.1 地質條件

該區(qū)地層主要由石炭系、泥盆系碳酸鹽巖灰?guī)r、白云巖、硅質灰?guī)r組成，除洼地及谷地中有薄薄的黏土覆蓋外，其余基巖裸露，厚度隨基巖變化。爆區(qū)為石炭系大埔階白云巖，中風化為主，局部表面有薄層強風化層，厚層-塊狀，與邊坡關系為順向斜交。該邊坡為巖質路基，為峰林谷地工程地質區(qū)。具體爆破位置如圖1所示。

圖1 爆破區(qū)域位置

1.2 工程難點

此次爆破區(qū)域為K53+950～ K54+50地段，該地段為山體土石方爆破開挖，爆破區(qū)域山體凈高20～34 m，爆破周邊區(qū)域環(huán)境較為復雜，北偏東側110 m左右有一個村莊，有大量古老破舊的土坯房，且這些土坯房正在使用，距離爆破區(qū)域65 m左右有一座村民祠堂，該祠堂為磚結構，北偏西方向 320 m 左右有一正在運營的省道，其他方向為使用的田地和荒山。且工程工期較為緊湊嚴密，在上次爆破作業(yè)方向還有大量施工人員進行施工。

爆破作業(yè)產生的有害效應包括爆破振動、爆破飛石、爆破沖擊波都會影響周邊村民的建筑設施。因為作業(yè)區(qū)域位于山體上，高度相對于村民建筑教高，爆破產生的振動會相應減小，且本工程爆破采用延時爆破，振動和沖擊波影響不大。但是一旦發(fā)生飛石事故則會造成很嚴重的影響，如何保證正在使用的老舊土坯房和距離過近的村民祠堂以及該村人民、現(xiàn)場機械設備以及施工人員不受到爆破飛石、滾石的影響，是本工程的一大難點。

利用爆破事故樹-層次分析法進行爆破飛石事故的建模，分析造成飛石事故的基本因素，找出權重并進行排序，以此來預防該工程爆破飛石事故的產生。

2 事故樹分析

2.1 爆破飛石事故樹建立

本工程周邊環(huán)境錯綜復雜，且需要保護的建筑和農田以及人員較多，確保不產生爆破飛石飛落破壞民房或農田以及傷害村民是首要任務。將爆破飛石作為頂上事件[6]，產生爆破飛石傷害事故一般分為兩種情況：一是正常起爆引起的飛石事故，二是非正常起爆引起的飛石事故，分別繼續(xù)對每一種情況產生的原因層層分析，結合邏輯推理能力，找出引起頂上事件產生的所有最基本事件，繪制相應的事故樹，如圖2所示。基本事件的含義如表1所示。

圖2 爆破飛石事故樹

2.2 爆破飛石事故樹結構函數(shù)

由圖2可知，事故樹的頂上事件的結構函數(shù)為

T=M1+M2=M3+M4+M5+M6=M7+M8+M9×M10+X21+X22+M11+X25+X26+X27=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+(M12+M13+M14)×(X19+X20)+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+[X8×(X9+X10+X11)+X12+X13+X14+X15×(X16+X17+X18)]×[(X19+X20)]+X21+X22+X23+X24+X25+X26+X27。

2.3 事故樹結構重要度分析

事故樹的結構重要度表征基本事件對頂上事件的影響程度，是事故樹分析的重要步驟。利用事故樹最小割集或最小徑集計算結構重要度[7]，具體公式為

(1)

式中：k為最小割(徑)集數(shù)目；m為包含第i個基本事件的最小割(徑)集數(shù)目；nj為第i個基本事件所屬的第j個最小割(徑)集中基本事件的數(shù)目。

經過計算，本事故樹最小割集較為繁多，共有32個割集，為了方便分析，將事故樹轉換為成功樹，利用最小徑集計算結構重要度。最小徑集共有5個，分別為

P1=(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X12,X13,X14,X15,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27)；P2=(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X12,X13,X14,X16,X17,X18,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27)；P3=(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X15,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27)；P4=(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X9,X10,X11,X12,X13,X14,X16,X17,X18,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27)；P5=(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25,X26,X27)。

根據(jù)式(1)計算各基本事件的結構重要度為

Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)=Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(21)=Iφ(22)=Iφ(23)=Iφ(24)=Iφ(25)=Iφ(26)=Iφ(27)=0.050 8；

Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)=0.038 3；

Iφ(8)=Iφ(15)=0.020 1；

Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)=Iφ(16)=Iφ(17)=Iφ(18)=0.018 2；

Iφ(19)=Iφ(20)=0.012 5。

3 爆破飛石事故層次分析模型

構建爆破飛石事故層次分析模型，將爆破飛石事故A作為目標層，爆破設計施工B1、地質條件B2、環(huán)境及安全管理B3作為準則層，27個基本事件C按照從屬關系依次歸類到各準則層下作為指標層。層次分析模型如圖3所示。

圖3 爆破飛石事故層次分析模型

3.1 構造與分析判斷矩陣

事故樹中的結構重要度表示基本事件對頂上事件的影響程度，層次分析法判斷矩陣中的合成權重，也同樣表示為對目標層的影響大小，區(qū)別就是事故樹是基于邏輯演繹原理計算出結構重要度，而層次分析法則只是利用專家主觀判斷打分作為判斷因子而得出合成權重，具有一定的局限性。因此基于結構重要度和判斷因子的一致性原則，利用結構重要度構建判斷矩陣。目標層下層含有3個準則層B，每個準則層中的結構重要度為各自基本事件的結構重要度的和，利用準則層各自的結構重要度進行兩兩比較，可以得到目標層A與3個準則層之間的判斷矩陣。指標層C中的27個事件的判斷因子均利用各自結構重要度進行兩兩比較表示，并構建準則層B與各自對應的指標層的判斷矩陣。判斷矩陣中的各判斷因子大小按照1-9標度法[8]進行選取，對本例為小數(shù)的結構重要度而言，由于1-9標度法中的判斷因子需要為整數(shù)，所以本模型需要將兩兩比較前的結構重要度采取四舍五入法進行確定[9]。則目標層A與準則層的判斷矩陣如表2所示，同理可得準則層與指標層之間的構造矩陣(由于其中兩個準則層下所屬的指標層均有12個基本事件，構造判斷矩陣比較龐大，限于篇幅，本文省略)，并計算各自判斷矩陣的最大特征值λmax、權重W、一致性指標CI、平均隨機一致性指標RI以及隨機一致性比例CR。

表2 目標層-準則層判斷矩陣

3.2 計算與檢驗

計算相應的最大特征值λmax，并根據(jù)式(2)、式(3)計算出一致性指標CI與隨機一致性比例RI。再計算完CR之后，當CR≤0.1時，則認為所構造的判斷矩陣滿足一致性檢驗，當CR>0.1時，則認為所構造的判斷矩陣不滿足一致性檢驗，需要重新進行因素比較，直到滿足一致性檢驗為止。

(2)

(3)

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)；CI為一致性指標；RI為平均隨機一致性指標；CR為隨機一致性比例。

目標層與準則層判斷矩陣的計算結果為：λmax=3.001 2，RI=0.52，CI=0.000 6，CR=0.001 2?？梢钥闯龃藭r的CR=0.001 2<0.1，所以目標層與準則層的判斷矩陣滿足一致性檢驗。

同理，可以得到3個準則層與其對應的指標層的最大特征值λmax、一致性指標CI、平均隨機一致性指標RI、隨機一致性比例CR，以及各個基本因素對目標層的影響權重。具體如表3所示。

從表3可知，準則層與指標層判斷矩陣均通過一致性檢驗。為了確定基本因素對目標層的影響大小，結合準則層的權重，需要計算每一個基本因素的合成權重(Xi的合成權重為Wi)，計算結果為

表3 準則層與指標層判斷矩陣最大特征值及一致性檢驗結果

W1=W2=W3=W4=W5=W6=W7=W25=W26=W27=0.0514；

W21=W22=W23=W24=0.050 0；

W12=W13=W14=0.037 3；

W8=W15=0.019 9；

W9=W10=W11=W16=W17=W18=0.017 9；

W19=W20=0.012 9。

4 結果分析與比較

利用事故樹分析法得到的各基本事件的重要度排序為

Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)=Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(21)=Iφ(22)=Iφ(23)=Iφ(24)=Iφ(25)=Iφ(26)=Iφ(27)>Iφ(12)=Iφ(13)=Iφ(14)>Iφ(8)=Iφ(15)>Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)=Iφ(16)=Iφ(17)=Iφ(18)>Iφ(19)=Iφ(20)。

事故樹分析法的重要度排序表明了基本事件X1～X7、X21～X27的結構重要度最大，X12～X14的結構重要度排第二，X8、X15的結構重要度排第三，X9～X11、X16～X18的結構重要度排第四，X19、X20的結構重要度最小。

事故樹結合層次分析法得出的各因素合成權重大小排序為

W1=W2=W3=W4=W5=W6=W7=W25=W26=W27>W21=W22=W23=W24>W12=W13=W14>W8=W15>W9=W10=W11=W16=W17=W18>W19=W20。

事故樹結合層次分析法排序結果與單純事故樹排序結果類似，W1～W7、W25～W27為影響權重最大，W21～W24次之，W12～W14合成權重排第三，都為0.037 3，其影響也不能忽視，其余排序與事故樹分析法一樣。

綜合現(xiàn)場實際情況分析，事故樹結合層次分析法所得的結果更加符合實際。所以工程應該特別注重加強人員安全的管理，做好劃定警戒范圍以及清場徹底的措施，包括清理現(xiàn)場的施工人員、大型設備、附近爆破警戒范圍內的所有村民。提前清理工作面大塊碎石，當遇到軟弱破碎帶以及巖石裂隙層時應該重新設計好爆破參數(shù)，注重預防因外來雜散電流而引起早爆事故的發(fā)生，避免產生飛石造成人員傷亡事故。

5 結論

1)采用事故樹結合層次分析法來分析爆破飛石事故，利用事故樹的結構重要度來構建層次分析法的判斷矩陣，能夠避免專家打分的主觀意識作用，更加具有科學性和客觀性。

2)利用逐層遞進的關系，找出飛石事故的27個基本事件，建立了事故樹模型和層次分析法模型，利用結構重要度構建判斷矩陣，對爆破飛石事故做了定性和定量分析。

3)綜合基本因素的權值大小來看，影響此工程爆破飛石事故的最主要因素為爆破區(qū)內有未撤離或者誤入的人員(X1～X7)。其次為因外來雜散電流和爆破員操作不當引起的早爆(X21～X27)因素。所以重點加強現(xiàn)場人員安全管理以及附近村民的疏散是工程預防爆破飛石事故至關重要的措施。