鐘柳明

(湖南省人民醫(yī)院，湖南 長沙 410005)

0 引言

近年來我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，建筑工程項(xiàng)目的數(shù)量逐漸增多。建筑業(yè)作為一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，建筑施工環(huán)境的安全狀態(tài)影響施工人員的安全性。建筑項(xiàng)目施工過程中，施工環(huán)境復(fù)雜多變，多個(gè)建筑工程工序交叉作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，容易同時(shí)受到多種風(fēng)險(xiǎn)因素的共同影響，導(dǎo)致施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故[1-2]。

針對(duì)上述存在的問題，文獻(xiàn)[3]運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)事故樹分析法，分析安全事故發(fā)生的概率，對(duì)建筑施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行排序。但沒有考慮到建筑結(jié)構(gòu)中材料的不安全因素，評(píng)估事故還存在不確定性。文獻(xiàn)[4]提出建筑工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，選定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系，用來評(píng)估施工過程中施工區(qū)域受潛在風(fēng)險(xiǎn)因素的影響。風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的選定因素較少，評(píng)價(jià)事故風(fēng)險(xiǎn)不夠全面。

針對(duì)上述研究中存在的不足，本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)。

(1)分析建筑工程項(xiàng)目中人員和施工設(shè)備存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，設(shè)計(jì)出建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估路線，根據(jù)分析結(jié)果制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案。

(2)結(jié)合建筑項(xiàng)目施工環(huán)境改進(jìn)故障樹結(jié)構(gòu)，明確風(fēng)險(xiǎn)因素之間的邏輯關(guān)系，并進(jìn)行定性定量分析。

(3)使用模糊運(yùn)算處理基本事件發(fā)生的不確定性，將風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率模糊化，計(jì)算頂層安全事故發(fā)生的概率。

1 建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑施工作業(yè)環(huán)境正常情況下，引起安全事故的原因具有隨機(jī)性，因此構(gòu)建出的本研究技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

本研究以改進(jìn)型的故障樹理論為分析方法，研究建筑施工中主要事故類型和發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)因素，分析風(fēng)險(xiǎn)因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，基于模糊集理論構(gòu)建建筑施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，評(píng)價(jià)建筑施工過程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素[5]，推導(dǎo)數(shù)理邏輯確定發(fā)生安全事故的可能性較大的致因鏈，發(fā)現(xiàn)建筑施工中風(fēng)險(xiǎn)元素的關(guān)鍵部分[6]。根據(jù)建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析結(jié)果，減少事故發(fā)生的概率。幫助施工現(xiàn)場管理人員更好地了解發(fā)生各類事故的主要風(fēng)險(xiǎn)因子，對(duì)事故預(yù)防措施定制更加完善的制度，為優(yōu)化安全控制措施提供參考。

建筑施工安全事故的主要因素有風(fēng)險(xiǎn)因子、孕險(xiǎn)環(huán)境、風(fēng)險(xiǎn)事故等因素。內(nèi)在因素是孕險(xiǎn)環(huán)境，包括建筑施工的施工現(xiàn)場環(huán)境和外界自然環(huán)境，孕險(xiǎn)環(huán)境的存在增加了事故的發(fā)生概率。風(fēng)險(xiǎn)因子有很多種，比如施工設(shè)備的違規(guī)操作，線路亂接等現(xiàn)象[7-8]。安全風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生機(jī)制如圖2所示。

圖2 安全風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生機(jī)制

人和施工設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)因素如表1所示。

表1 建筑工程中人和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)因素

建筑工程中安全管理水平?jīng)Q定了安全事故發(fā)生可能性的高低，建筑施工要設(shè)置專門的安全管理機(jī)構(gòu)，使參與施工作業(yè)的人員學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)技能，提高安全作業(yè)意識(shí)。要避免安全事故的發(fā)生要從根源做起，完善安全管理制度，使人們嚴(yán)格遵守安全作業(yè)指標(biāo)，認(rèn)真落實(shí)安全培訓(xùn)，增強(qiáng)安全意識(shí)。

2 建筑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估核心技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 改進(jìn)型建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹

本研究基于改進(jìn)型故障樹分析法對(duì)建筑施工中風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，如圖3所示。

圖3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

本研究以建筑項(xiàng)目中發(fā)生安全事故為故障樹的頂事件，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別可將風(fēng)險(xiǎn)因素分為4個(gè)中間事件：人的不安全行為M1、設(shè)備的不安全狀態(tài)M2、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)M3、施工現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)M4。根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況確定風(fēng)險(xiǎn)因素之間的邏輯關(guān)系，并擴(kuò)大和完善故障樹(M5～M12)。根據(jù)故障樹底層部件發(fā)生故障的可能性對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素定量和定性分析，完善故障樹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估功能。了解建筑施工系統(tǒng)功能之間的邏輯關(guān)系和功能應(yīng)用，評(píng)估安全事故的關(guān)鍵因素[9]。建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹如圖4所示。

圖4 建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹

建筑施工系統(tǒng)中子系統(tǒng)和部件只處于正常和失效2種狀態(tài)，底事件可定義為式(1)。

(1)

建筑施工中頂事件的狀態(tài)用Φ表示，頂事件是有關(guān)底事件狀態(tài)xi的函數(shù)，可表示為式(2)。

Φ=Φ(x)=Φ(x1,x2,…,xn)

(2)

同時(shí)，當(dāng)頂事件發(fā)生狀態(tài)與Φ有關(guān)，表示為式(3)。

(3)

式(2)和式(3)為故障樹結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)函數(shù)。

故障樹中人的不安全行為M1連接風(fēng)險(xiǎn)因素M5、M6時(shí)，使用了一個(gè)“與”門結(jié)構(gòu)故障樹，當(dāng)M5和M6同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)才會(huì)發(fā)生安全事故[10]。其結(jié)構(gòu)函數(shù)可表示為式(4)。

(4)

連接風(fēng)險(xiǎn)因素M1、M2、M3、M4時(shí)，使用了一個(gè)“或”門結(jié)構(gòu)樹，相當(dāng)于一個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)其中一個(gè)部件時(shí)效時(shí)，建筑施工項(xiàng)目就會(huì)發(fā)生安全事故。其結(jié)構(gòu)函數(shù)可表示為式(5)。

(5)

(6)

整個(gè)建筑施工故障樹的邏輯關(guān)系可表示為式(7)。

Φ(x)=x1∪(x2∪x3)

(7)

安全事故的發(fā)生受到N個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，不安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)頂事件的影響程度不同，第i個(gè)不安全事件的測度[11]可定義為式(8)。

(8)

其中，g為故障樹中頂事件發(fā)生的概率；qi部件出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的概率，表示為式(9)。

qi=Pr{xi=1}=E{xi}(i=1,2,…,n)

(9)

在建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹中，“與”門、“或”門相結(jié)合時(shí)，頂事件發(fā)生的概率為式(10)。

g=g(Q)=qi[1i,Q]+(1-qi)[0i,Q]

(10)

式(8)和式(10)結(jié)合可得式(11)。

Ig(i)=g[1i,Q]-g[0i,Q]=E[Φ(1i,x)-Φ(0i,x)]

(11)

當(dāng)0

2.2 基于模糊故障樹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(12)

(13)

建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹中頂事件的模糊可能性為式(14)。

(14)

(15)

(16)

真實(shí)的概率數(shù)據(jù)和模糊可能性存在不一致的問題，將模糊可能性轉(zhuǎn)換為發(fā)生概率表示為式(17)。

(17)

其中，PT表示為建筑施工風(fēng)險(xiǎn)故障樹頂事件發(fā)生的概率。

利用模糊數(shù)理論解決了建筑項(xiàng)目中底層部件故障的不確定性和安全事故隨機(jī)性的問題，將風(fēng)險(xiǎn)概率模糊化和去模糊化計(jì)算，對(duì)建筑項(xiàng)目安全事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析[13]。

3 應(yīng)用測試

由于建筑工程項(xiàng)目施工過程涉及風(fēng)險(xiǎn)廣泛，影響施工安全的因素過多，施工現(xiàn)場的復(fù)雜性和不確定性造成安全事故發(fā)生的隨機(jī)性，高空墜落事故是建筑施工現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生的事故之一，具有代表性。本研究以“高空墜落事故”為實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)建筑施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行全面評(píng)估。建筑施工環(huán)境數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 建筑施工環(huán)境

根據(jù)施工環(huán)境的實(shí)際情況，識(shí)別建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素，依據(jù)建筑項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的使用功能，確定風(fēng)險(xiǎn)因素之間的邏輯關(guān)系，以“人從腳手架墜落M1”和“腳手架坍塌M2”為頂層事件，建立高空墜落安全事故的故障樹，如圖5所示。

圖5 高空墜落事故的故障樹

在高空墜落事故的故障樹中，有5個(gè)中間事件和10個(gè)基本事件。M1表示人從腳手架墜落;M2表示腳手架坍塌;M3表示腳手架質(zhì)量不合格;M4表示立桿安裝不合格;M5表示水平桿安裝不合格。當(dāng)M1或M2發(fā)生時(shí)，就會(huì)引起頂層事件T“高空墜落事故”的發(fā)生。

對(duì)高空墜落事故故障樹定性分析找出影響系統(tǒng)出現(xiàn)建筑施工安全事故的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)部分[14]，整理出故障樹中基本事件發(fā)生概率與之對(duì)應(yīng)的梯形模糊數(shù)據(jù)，3種分析方法得出的模糊概率如圖6所示。

圖6 中間事件發(fā)生的模糊概率

本研究分析方法得出M3“腳手架質(zhì)量不合格”風(fēng)險(xiǎn)因素模糊概率最高為0.82，M1“人從腳手架墜落”風(fēng)險(xiǎn)因素模糊概率最低為0.51。M3、M4風(fēng)險(xiǎn)因素共同影響M2事件發(fā)生的可能性，M3的模糊概率升高導(dǎo)致M2的模糊概率也升高到0.71。M1、M2兩種風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生一件就會(huì)導(dǎo)致高空墜落故障樹中頂事件的發(fā)生。本研究中間事件的模糊概率是由故障樹中10個(gè)基本事件的模糊概率量化得到，得出的風(fēng)險(xiǎn)因素模糊概率更加精確，分析方法更加科學(xué)客觀，符合建筑項(xiàng)目施工環(huán)境實(shí)際情況。

4 總結(jié)

本研究對(duì)建筑工程項(xiàng)目中施工現(xiàn)場的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)實(shí)際情況建立了建筑施工風(fēng)險(xiǎn)的故障樹，利用模糊數(shù)描述基本風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率，解決了施工安全系統(tǒng)中存在的不確定性問題，考慮到了安全風(fēng)險(xiǎn)的模糊特性又結(jié)合了現(xiàn)場技術(shù)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，使分析結(jié)果更加科學(xué)客觀。依據(jù)故障樹中風(fēng)險(xiǎn)因素的分析結(jié)果，確定建筑施工過程中薄弱環(huán)節(jié)，完善安全管理制度和控制措施。本文研究還存在一些不足之處有待改進(jìn)，分析結(jié)果可作為其他安全事故的參考。