左秋玲，豆茂飛，魏常濤，高省鑫，李 淼，黃金龍

(1.河南工程學院資源與安全工程學院,河南 鄭州 451191; 2.中國建筑第二工程局有限公司西南公司,重慶 400000)

0 引言

建筑業(yè)施工環(huán)境復雜、多變,安全事故屢屢發(fā)生,事故率高居不下。常發(fā)事故主要集中在高處墜落、物體打擊、起重傷害、坍塌等。塔式起重機是一種具有豎直塔身的全回轉動臂起重機(以下簡稱塔吊),是目前建筑施工中使用極其普遍,在很多類施工現場中已成了一種必不可少的設施[1]。據統(tǒng)計,僅2019年,市場上塔吊保有量達44.12萬臺[2]。在塔吊大型施工現場,塔吊布置數量相對更密集些、起吊作業(yè)也更繁雜,這極易造成群死群傷的惡劣事故,如何才能建立塔吊安全方面的長效機制,這就需要我們加強塔吊作業(yè)事故的風險調研,深入探尋事故原因,并對其有效的安全管理來降低這些事故的發(fā)生。

國內外學者針對建筑現場塔吊作業(yè)風險進行了較多的探討。Mohandes等[3]通過模糊最佳最差法對風險評估模型進行了改動,給安全管理人員提供了可以進行風險評價的依據。Mesaros等[4]和Luo等[5]構建了各種評估模型,不同視角下進行風險因素識別,并加以應用。Gunduz等[6]采用一種新穎的風險評估法,用控制水平來替代概率概念,并使用到中小型建筑業(yè),說明了這種新方法的適用性。Seker等[7]用因素與事件的因果關系對其模糊試驗結果進行了驗證,取得實效并得以獲得了其他安全方法的改進。Amiri等[8]從影響結果的5個因素——組織機構、管理流程、人力資源、機具設備、物資進行辨識,推出基本風險因素。Ardeshir等[9]應用效果與無效等多個模型,梳理和提升了施工現場的安全風險管理模塊。Zahra Mohaghegh等[10]把事故和事件的組織因素加入到了概率風險評價模塊中,利用系統(tǒng)動力學、貝葉斯網絡、事件序列圖、故障樹理論,耦合出了一個復合模型。昝彥國等[11]按分部分項工程進行分解管理,確定了對應的風險指標體系,具有一定的動態(tài)性。針對深基坑工程來說,夏元友等[12]把所監(jiān)測數據進行量化處理后,作為風險因子的概率,達到對其動態(tài)風險評價。張立茂等[13]提出了基于FBN的DSA(安全管理輔助決策)法,從3個角度評價了事故風險等級。

通過對國內外相關文獻的分析,下列問題尚未解決:一是塔吊風險隨時間能否發(fā)生波動。二是塔吊風險因子是否固定不變。這就使得上述研究無法成功預防塔吊隱患,為各方安全管理人員提供必要的借鑒。因此,本研究基于事故樹理論構建塔吊作業(yè)風險評估模型,通過大量歷史數據與實踐,充分辨識某施工現場塔吊作業(yè)風險因素,計算塔吊作業(yè)的最小割集和最小徑集,最后逆向推出最大的影響因素,以期發(fā)現塔機工程建設的薄弱環(huán)節(jié),為塔吊各單位塔吊安全策略制定提供方向,進一步保障塔吊安全運營。

1 近年來塔吊事故特征分析

近年由于塔吊所引發(fā)的事故不斷出現,且影響也不好。通過統(tǒng)計2019年—2021年近3年內的塔吊事故(此處僅統(tǒng)計有清晰表述的事故),發(fā)現一共占105起,本次統(tǒng)計了事故類型和發(fā)生地點分布,如圖1所示。

由圖1可以明顯發(fā)現,在2020年塔吊事故明顯較高,事故3個指標異常活躍,倒塌、折斷和墜落。其中,塔吊倒塌事故占比最大,其次為塔吊折斷事故,緊隨其后的是塔吊墜落事故。隨著2021年新的安全生產法的修訂和雙重預防體系的實施,可以看出塔吊事故得到了有效的控制,塔吊倒塌事故、折斷事故和墜落事故分別下降了71.9%,88.2%和66.7%,可以得出預防事故的第一道防線風險分級防控,第一道防線隱患排查治理起到了良好的效果。

另外,對事故發(fā)生區(qū)域分析,發(fā)現華東地區(qū)的塔吊事故遠遠高于其他區(qū)域,其次為西南地區(qū),然后為華中地區(qū)。因為華東地區(qū)經濟發(fā)達、人口密集,是中國最早開放和最具活力的地區(qū)之一,有許多大型港口和沿海工業(yè)園區(qū),事故高發(fā)。西南地區(qū)連接南北方,連接內外地,對我國西部開發(fā)和東南亞聯系具有重要的作用,故生產活動相對活躍,也會引起事故頻發(fā),華中地區(qū)擁有較強的機械制造業(yè),湖北武漢、湖南長沙、河南鄭州等地擁有多家重要的機械制造企業(yè),為地區(qū)經濟發(fā)展提供了重要支撐,同時也增加了塔吊事故的風險。

2 塔吊作業(yè)安全風險事故樹模型構建

在施工現場,塔吊機構龐大性、作業(yè)環(huán)境多變性,造成了塔吊事故類型較多,概括來說,主要有折臂斷臂、傾覆、鋼絲繩斷裂、意外碰撞(含塔機間及塔機與其他建筑、構筑物碰撞)、脫鉤斷鉤、墜人墜物事故等。

風險識別在工程項目建設中的作用不可或缺,也是目前雙重預防機制的核心工作。所以,如何選取合適的方法來分析各種隱患、風險損失是風險識別的關鍵。

風險因素辨識的方法很多,一般可分為兩類:主觀的風險識別方法(包括專家調查法、情景分析法、歷史資料統(tǒng)計法)和客觀的風險識別方法(包括事故樹分析法、流程圖法)。本工作識別塔吊作業(yè)風險因素時,采用的是事故樹分析法(以下簡稱FTA)。

2.1 某公司塔吊隱患分析

某項目位于長沙市長沙縣黃花鎮(zhèn),由高層區(qū)(C16,C17,C18,C19,C20,C21,C22,C23,C24,C27,C28,C29,C30);小高層(C25,C26);洋房多層(A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,A15,A16,A17,A18,A19,A20,A21,A22)共30棟組成,總建筑面積約為26萬m2。建筑類型為住宅樓,結構形式主體采用現澆剪力墻結構,基礎采用筏板基礎。

塔吊隱患數量統(tǒng)計分析。本次收集了該公司2021年四個季度塔吊隱患,該公司2021年四個季度的塔式起重機安全隱患統(tǒng)計見圖2。

由圖2可以看出,塔式起重機管理中防護設施(占比16.7%)、結構設施(占比14.5%)、起重吊裝(占比14.1%)、塔吊基礎和安全裝置(占比12.4%)問題仍然突出,主要表現在:

1)起重吊裝:鋼絲繩、吊斗未進行編號驗收,報廢臺賬不完善;2)防護設施:未設置上塔通道或設置不符合安全要求;3)結構設施:螺栓、銷軸連接不符合要求;4)塔吊基礎:基礎隱蔽驗收資料不齊全,數據不明確;5)安全裝置:塔吊障礙指示燈缺失或設置不符合要求。

2.2 塔吊作業(yè)過程事故樹模型構建

采用FTA對塔吊風險進行建模,選取塔吊常發(fā)事故進行建模,本工作考慮的塔吊使用階段事故類型為:傾覆事故和墜物事故,分析各因子相互耦合關系,借此構建塔吊風險事故樹模型,分析塔吊風險因素與各類事故之間的因果關系。

2.2.1 事故樹理論分析

FTA法是廣泛應用于風險評估的一種方法,可清晰表達事故因果關系。它是在事故鏈理論的基礎上發(fā)展而形成的。在事故鏈理論的基礎上,如果將上一環(huán)節(jié)中包含的風險因素和下一環(huán)節(jié)包含的風險因素根據實際情況緊密聯系對應,最終可以得到樹形的事故樹。遵循從已發(fā)生或假定的事故開始,分層分析其引發(fā)因素,最終需找出事故的基本原因,到此為止,可對事故的引發(fā)因素進行定性和定量分析。

從構造方式、分析模式上來看,FTA包含3層:基本事件、中間事件和事故,事件之間關系是通過邏輯“或”“與”門實現。其計算方法見圖3,圖4。

2.2.2 塔吊作業(yè)使用階段墜落事故FTA模型

使用階段,作業(yè)多為起重吊裝、維修保養(yǎng)、極端天氣應急處置方面,該階段工作項多,涉及吊索具配置、吊物綁扎與解除、裝卸料、信號與操作等,管理方面需要持續(xù)較高的強度,但頻繁的重復動作,無論是管理還是特種作業(yè)人員都容易出現疲勞和麻痹,導致隱患的反復和增量,誘發(fā)了常見的起重墜物事故、碰撞事故、機械傷害事故、傾覆事故。通過查閱相關資料,對建筑工地高空墜落事故采用FTA作圖法,建立高空墜落事故樹模型,見圖5,符號x1—x12所代表的是基本事件。如果時間因素不可忽視,則使用階段的現場停留時間卻最長,這使得事故發(fā)生具有不確定性,且多樣化,主要事故的節(jié)點邏輯關系見表1。

表1 使用階段墜落事故的節(jié)點邏輯關系分析

2.2.3 塔吊作業(yè)使用階段傾覆事故FTA模型

傾覆事故的節(jié)點邏輯關系見表2,其對應的事故樹模型見圖6。

表2 使用階段傾覆事故的節(jié)點邏輯關系分析

2.3 基于事故樹模型的定性分析

2.3.1 最小割集的計算

在事故樹分析中,最小割集是指從根節(jié)點到葉節(jié)點的最短路徑上,所有路徑上的組合事件中包含的最少的基本事件集合,能夠幫助人們識別系統(tǒng)中故障或事故的潛在因素,對預防和減少事故的發(fā)生起到了積極的作用。通過對該建筑工地高空墜落事故樹進行分析,列出其結構函數表達式:

T1=m1×m2×m3×m7=(x1+x2)×(x3+x4)×(x5+x12)×(x11+x12)=(x1x3x5x11+x1x3x12+x1x4x5x11+x1x4x12+x2x3x5+x2x3x12+x2x4x5x11+x2x4x12),通過計算可知,該事故樹模型的最小割集共有8個。因此,在該事故樹模型當中,建筑工地高空墜落事故有8種可能的發(fā)生方式。

通過對該建筑工地傾覆事故樹進行分析,列出其結構函數表達式:

T2=m4×m8×m11×m13=(x6x10x19x15x13x18+x6x10x20x15x13x18+x6x10x21x15x13x18+x6x10x22x15x13x18+x7x10x19x15x13x18+x7x10x20x15x13x18+x7x10x21x15x13x18+x7x10x22x15x13x18+x8x10x19x15x13x18+x8x10x20x15x13x18+x8x10x21x15x13x18+x8x10x22x15x13x18+x11x10x19x15x13x18+x11x10x20x15x13x18+x11x10x21x15x13x18+x11x10x22x15x13x18+x12x10x19x15x13x18+x12x10x20x15x13x18+x12x10x21x15x13x18+x12x10x22x15x13x18),通過計算可知,該事故樹模型的最小割集共有20個。因此,在該事故樹模型當中,建筑工地塔吊傾覆事故有20種可能的發(fā)生方式。

2.3.2 最小徑集的計算

最小徑集的求解可用圖5和圖6的事故樹進行邏輯門轉換,所求得的成功樹即為最小徑集,根據最小徑集,可以提供預防塔吊事故的對策。

經邏輯化簡求解,傾覆事故最小徑集為:(x6x7x8x9x11x12,x10x11x12x14x15x16x17,x19x20x21,x22x23x15,x13,x18),共6組最小徑集,表明預防塔吊傾覆事故發(fā)生的途徑有6種。每組最小徑集說明可以通過該基本事件組合來防止塔吊傾覆事故。

同理,高空墜落事故最小徑集:(x1x2,x3x4,x5x12,x11x12),共4組最小徑集,表明預防高空墜落事故發(fā)生的途徑有4種。每組最小徑集說明可以通過該基本事件組合來防止高空墜落事故。

3 結語

本工作提出塔吊作業(yè)過程中安全工作的重點為墜落事故和傾覆事故,借助FTA能準確得出事故基本風險因素,可以為項目相關方塔吊安全管理提供指引,為風險防控和隱患排查治理工作提供了準確方向,從而避免或降低事故損失。主要結論如下:

1)分析了塔吊作業(yè)事故特征。結合塔吊事故的特點,分析了塔吊事故的主要規(guī)律,其中,塔吊傾覆事故占比最大,其次為塔吊折斷事故,然后是塔吊墜落事故。

2)確定了塔吊作業(yè)安全風險影響因子。通過對塔吊作業(yè)事故的統(tǒng)計與分析,結合塔吊常見的典型性安全事故,并參考塔機相關安全規(guī)范和技術標準,識別出底風險因子共22個,人員風險因子2個,塔吊11個,環(huán)境1個,管理8個。

3)構建了基于FTA的塔吊作業(yè)安全風險評價模型。以實際工程案例為取值對象,基于塔吊使用階段的主要事故類型,構建了高空墜落和塔吊傾覆的事故樹模型,計算出最小割集和最小徑集,發(fā)現主要有五大方面致使發(fā)生建筑工地高空墜落事故:作業(yè)人員操作問題、安全設備問題、管理問題、作業(yè)環(huán)境問題、材料問題。

4)使用期間塔司、指揮、司索工需要接受持續(xù)性教育(含班前教育、月度教育、專題警示教育),該環(huán)節(jié)仍受制于項目機管員、安全員的職業(yè)素養(yǎng)和技能缺陷,同時受制于項目所屬企業(yè)的監(jiān)管力度,易于出現疏漏,產生了人因風險。