摘要：電氣設(shè)備安裝質(zhì)量與其運行狀態(tài)密切相關(guān)，為探索適用于樓宇自控系統(tǒng)（BA）設(shè)備安裝質(zhì)量控制的有效方式，分析了設(shè)備故障率隨使用時間變化的關(guān)系。通過統(tǒng)計上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院5個弱電子系統(tǒng)施工項目投入期的故障率，發(fā)現(xiàn)第1、2、3年因安裝質(zhì)量問題造成的故障率為0.036 2、0.018 7、0.009 2。為改善施工質(zhì)量，提出基于失效模式與影響分析法（Failure

Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA）的施工質(zhì)量控制方案。在故障風險順序數(shù)（RPN）評估基礎(chǔ)上，對RPN較高的問題提出了改善方案。在采用所提方法完成3個弱電改造項目的質(zhì)量控制后，對新系統(tǒng)投入使用后3年的電氣設(shè)備故障進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)因安裝質(zhì)量問題產(chǎn)生的故障率下降至0.014 9、0.004 2、0.002 1。因此，該方法的應(yīng)用使安裝質(zhì)量得到了有效控制。

關(guān)鍵詞：FMEA;樓宇自控;BA;安裝質(zhì)量;施工

中圖分類號：TU855" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）15-0053-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.013

0" " 引言

信息技術(shù)的發(fā)展在提高便捷性的同時，也使人們對環(huán)境安全性、舒適性的要求日漸提高。近年來，智能建筑的設(shè)計理念已逐漸深入人心，歐美的智能建筑學會均認為，智能建筑應(yīng)將建筑結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)、服務(wù)、管理相結(jié)合，為使用者提供舒適環(huán)境的同時，實現(xiàn)資源利用的最優(yōu)化[1-2]。GB/T 50314—2006《智能建筑設(shè)計標準》也對各種類型建筑的智能化提出了設(shè)計要求[3]。作為智能建筑的核心，樓宇自動化系統(tǒng)的重要性尤為突出。樓宇自動化系統(tǒng)涵蓋信息設(shè)施系統(tǒng)、信息應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等[4]。在智能建筑使用過程中，樓宇自控系統(tǒng)發(fā)揮著“大腦”作用，所以，對其從設(shè)計、施工到使用的全生命周期的管理顯得十分重要，尤其是在項目的設(shè)計及安裝施工階段，設(shè)計的合理性及施工質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)后期的使用狀態(tài)。然而，目前在許多樓宇自動化項目的施工過程中，存在設(shè)計與施工脫節(jié)、接口標準不規(guī)范等問題[5]。所以，如何建立一套有效的施工質(zhì)量控制體系是值得施工技術(shù)人員研究的問題。

研究發(fā)現(xiàn)，失效模式與影響分析法（FMEA），也可稱為潛在失效模式及后果分析法是一種有效的質(zhì)量分析工具，廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計中[6]。FMEA重視工作執(zhí)行前的潛在問題分析，特別是為工程技術(shù)人員提供必要的定量、定性方法，通過關(guān)注主要失效模式的影響來引導(dǎo)糾正措施的實施。目前，F(xiàn)MEA已成為日本、美國、歐洲許多制造公司的標準做法，應(yīng)用于汽車、電子等多個制造領(lǐng)域[7-9]。同時，該方法也適用于優(yōu)化管理流程、風險識別等領(lǐng)域[10-11]。另外，學術(shù)研究領(lǐng)域?qū)υ摲椒ㄌ岢隽艘恍﹥?yōu)化建議，如結(jié)合專家知識庫，通過模糊推理，計算各風險因素的風險順序數(shù)（RPN）[12-14]，或與故障樹（FTA）等推理工具配合使用，達到可靠性分析的目的等[15]。

基于FMEA的方法，本文將對樓宇自動化項目的施工質(zhì)量控制進行研究，主要研究內(nèi)容包括：（1）設(shè)備故障隨時間的變化關(guān)系;（2）基于FMEA的施工質(zhì)量控制方案;（3）施工各個時期的質(zhì)量控制方法。

1" " 樓宇自控設(shè)備運行狀態(tài)變化與施工質(zhì)量的關(guān)聯(lián)分析

1.1" " 設(shè)備故障率與使用時間之間的關(guān)系分析

如圖1所示，電氣設(shè)備的故障率隨時間變化的曲線呈浴盆形[16]，即設(shè)備在投入使用前期故障率較高，而隨著使用時間的增加，故障率降低并趨于平穩(wěn)，當設(shè)備逐漸老化，又出現(xiàn)故障率上升的狀態(tài)。參考電氣設(shè)備的故障浴盆曲線[17]，將樓宇自控系統(tǒng)設(shè)備全生命周期分為投入期、最優(yōu)使用期和老化期，這三個時期的故障率曲線連接形成浴盆曲線。在設(shè)備投入期，故障率隨時間增加降低，如圖1中的曲線C-A′-A;在最優(yōu)使用期A-B，故障率維持相對穩(wěn)定狀態(tài);在老化期，如圖1中B-B′-D，故障率隨時間增加上升，為了控制老化期的故障率，可以采取各種優(yōu)化手段，使故障率上升速率變緩，如圖1中的曲線B′-D′。而與施工質(zhì)量密切相關(guān)的是投入期的故障率，即曲線C-A′-A。在投入期存在許多因施工質(zhì)量問題造成的故障，如果能夠有效控制施工質(zhì)量，將使故障率曲線區(qū)域平緩，如圖1中的曲線C′-A′。

1.2" " 因施工問題造成的故障率統(tǒng)計

為了進一步明確投入期故障的構(gòu)成，本文選取了上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院弱電工程的5個子系統(tǒng)，統(tǒng)計其從投入到使用后5年的故障率數(shù)據(jù)，如表1所示。故障率計算公式為p=n/m，其中，p為故障率，n為故障次數(shù)，m為系統(tǒng)總點位數(shù)。

將表1所示的5年故障率繪制成曲線，如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)，其故障率與圖1中投入期所示的情況基本一致。其中，第1年的綜合故障率達0.036 2，第2年0.018 7，第3年0.009 2。從第3年至第5年，故障率趨于穩(wěn)定。

為了進一步明確故障原因，對故障率較高的第1年和第2年產(chǎn)生的384次故障進行分類統(tǒng)計，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，接線問題產(chǎn)生的故障占總故障的比例最大，為45.1%，其次為參數(shù)設(shè)定問題16.4%、材料問題14.8%、人員操作不當12.0%、設(shè)計問題6.5%等。然而，如果施工期間的工作質(zhì)量得到提高，這些問題將得到改善。因為材料問題和設(shè)計問題需要施工技術(shù)人員去發(fā)現(xiàn)，而參數(shù)設(shè)定問題可以在施工期間通過試驗去優(yōu)化，設(shè)備使用人員的操作技能也可以通過培訓(xùn)去提升。

2" " 基于FMEA的安裝施工質(zhì)量控制方案

2.1" " FMEA的基本原理

2.1.1" " FMEA的核心參數(shù)及計算方式

FMEA的核心在于風險順序數(shù)RPN的評估。RPN是3個主要參數(shù)的乘積，這3個參數(shù)分別是問題嚴重程度（S：Severity）、發(fā)生頻度（O：Occurrence）和探測靈敏度（D：Detection）。

嚴重程度（S）分為1～10共10個等級，其中各等級的意義如下：1無影響;2～3很輕微影響;4～5低的影響;6中等影響;7高影響;8很高影響;9有警告的嚴重危險，發(fā)生時有警告;10無警告的嚴重危險，影響安全且發(fā)生時無警告。

發(fā)生頻度（O）為可根據(jù)經(jīng)驗或數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出的問題發(fā)生的頻度，分為1～10級，其中各等級的意義如下：1發(fā)生頻度極低，基本不會發(fā)生;2～3低發(fā)生頻度，很少發(fā)生;4～6中等發(fā)生頻度，存在偶然性發(fā)生的情況;7～8經(jīng)常發(fā)生;9～10很高頻度，連續(xù)性發(fā)生。

探測靈敏度（D）表示問題易于發(fā)現(xiàn)的程度，越容易發(fā)現(xiàn)，越早采取措施，風險就越低。分為1～10共10個等級，各等級的意義如下：1～2非常容易發(fā)現(xiàn)或探測，肯定能夠探測;3～4有較多機會探測到;5～6可能探測到;7～8有很少機會能夠探測到;9有很微小的探測機會;10幾乎不可能探測。

2.1.2" " FMEA流程

圖3為FMEA的執(zhí)行流程。

2.2" " 基于FMEA的施工質(zhì)量控制方法

2.2.1" " 施工各階段可能產(chǎn)生風險的問題匯總及RPN評估

按照FMEA的原理，針對樓宇自動化設(shè)備投入期故障率高的問題，組織了FMEA研討會議，參加會議的人員包括設(shè)計人員、安裝施工人員及運行管理人員。經(jīng)過討論，對施工各階段造成故障風險的問題進行了匯總，并對各項問題的風險順序數(shù)進行了評估，如表3所示。

通過評估，參會人員一致認為，風險順序數(shù)gt;200的項目需要提出應(yīng)對方案。這些項目是：施工前材料準備不充分或規(guī)格數(shù)量混亂、材料質(zhì)量驗證方法缺失;施工過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題不反饋、不按照圖紙施工、接線作業(yè)不規(guī)范、線路標識不清楚或混亂、施工材料使用不當、施工材料質(zhì)量不佳、強電與弱電線路及橋架未區(qū)分、接地屏蔽（及防雷）不規(guī)范;施工后檢查及驗證不足、與使用方的交接或培訓(xùn)不足。

2.2.2" " 主要問題點的改善方案及改善后RPN評估

針對以上高風險問題，結(jié)合參與FMEA研討的專家意見，制定了以下改善方案：

（1）施工人員組織結(jié)構(gòu)調(diào)整：增設(shè)施工作業(yè)質(zhì)量控制小組，由資深工程師擔任組長，并配置專業(yè)質(zhì)量驗證工程師。該小組的職責包括：a）編寫施工作業(yè)計劃書，負責施工作業(yè)人員培訓(xùn)和考核;b）對施工作業(yè)人員的工作進行檢驗，確保其作業(yè)規(guī)范;c）負責施工材料的檢查和驗收，確保材料質(zhì)量符合要求;d）負責在施工前檢查施工材料使用計劃;e）在施工前參與設(shè)計單位的技術(shù)溝通;f）施工現(xiàn)場環(huán)境的勘察，明確特殊施工材料需求;g）負責收集設(shè)計問題，并完成與設(shè)計單位的溝通和協(xié)調(diào)。

（2）采用專業(yè)儀器進行施工后的質(zhì)量驗證或委托專業(yè)檢測廠家進行檢測，并向使用方提供檢測報告。具體包括：a）使用熱成像儀進行電氣部件的運行溫度檢測;b）采用接地電阻測試儀進行接地測試;c）針對運行時產(chǎn)生機械振動的設(shè)備進行機械振動檢測;d）采用水流量測試儀驗證流量計數(shù)據(jù)的準確性等。

（3）加強與使用方人員、成套設(shè)備供應(yīng)廠家人員的溝通和組織培訓(xùn)：a）要求使用方配置常駐現(xiàn)場的技術(shù)人員，全程參與并監(jiān)督施工作業(yè);b）每周組織一次技術(shù)交底會議，向使用方說明施工技術(shù)細節(jié);c）邀請成套設(shè)備供應(yīng)廠家到現(xiàn)場進行設(shè)備操作培訓(xùn)。

在執(zhí)行以上改善方案后，對表3中RPNgt;200的項目進行評估，并進行前后對比，如表4所示。

3" " 應(yīng)用效果評估

采用2.2.2節(jié)所提出的改善方案后，在上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院選取了3個工程改造項目對本方法進行了試驗。對施工完成后3年的故障率進行了統(tǒng)計，如表5所示。

為了能夠更加直觀地觀察本方法應(yīng)用前后的故障率情況，將表1所示的前3年故障率與表5所示的前3年故障率進行對比，如圖4所示。

從圖4可以看出，采用改善對策后的故障率曲線與改善前對比，明顯變得平緩，故障率明顯降低。所以，經(jīng)評估，本文所提出的質(zhì)量控制方案是有效的。

4" " 結(jié)論

本文通過統(tǒng)計上海市質(zhì)子重離子醫(yī)院5個弱電子系統(tǒng)施工項目投入使用后的故障率，發(fā)現(xiàn)第1至3年因安裝質(zhì)量問題造成的故障率為0.036 2、0.018 7、0.009 2。為改善施工質(zhì)量，提出了基于失效模式與影響分析法（FMEA）的施工質(zhì)量控制方案。在對風險順序數(shù)RPN進行評估后，對RPNgt;200的項目提出了改善方案。應(yīng)用這些方案完成了3個弱電改造項目的質(zhì)量控制后，對投入使用后3年的電氣設(shè)備故障率進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)因安裝質(zhì)量問題產(chǎn)生的故障率下降至0.014 9、0.004 2、0.002 1，故障率明顯降低。所以，通過本方法的應(yīng)用，安裝質(zhì)量得到了明顯提高。

但是，因改造后試驗的項目點位數(shù)量較少，且故障統(tǒng)計的時間有限，所以可能存在統(tǒng)計樣本數(shù)量不足的問題。而且本文所提出的針對性改善方法存在一定的局限性，針對實際的施工項目，不能完全照搬本文的方法，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況對改善方法進行優(yōu)化。

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收稿日期：2023-04-03

作者簡介：楊廷茂（1989—），男，江蘇人，工程師，研究方向：系統(tǒng)集成。