摘要：為降低高支模坍塌事故的發(fā)生率，從事故角度出發(fā)，首先，構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的高支模坍塌事故模型，并利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)有不確定信息進(jìn)行推理；其次，計(jì)算高支模發(fā)生坍塌的概率，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；最后，為確保風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，基于智慧工地的理念和信息技術(shù)，建立高支模安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系，以提升高支模安全管理的水平。

關(guān)鍵詞：高支模；信息化；BIM技術(shù)；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；安全風(fēng)險(xiǎn)管理

0 引言

在城市化進(jìn)程推動(dòng)下，建筑業(yè)蓬勃發(fā)展，同時(shí)，施工安全問(wèn)題也隨之產(chǎn)生。模板工程是危險(xiǎn)系數(shù)較大的分部分項(xiàng)工程，在我國(guó)較大及以上建筑施工安全事故中，因高支模坍塌而導(dǎo)致的死亡人數(shù)占總?cè)藬?shù)的近1/3^[1]。其中，信息化水平低、各方信息溝通不暢等問(wèn)題，制約著項(xiàng)目安全管理的水平。因此，信息技術(shù)的運(yùn)用已成為減少事故，提升項(xiàng)目安全管理水平的最佳途徑。

史沖等^[2]挖掘了施工管理方面BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值；齊寶庫(kù)等^[3]將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工全過(guò)程管理，以提升項(xiàng)目精細(xì)化管理水平；周妍^[4]將BIM 5D技術(shù)引入綠色施工風(fēng)險(xiǎn)管理，可降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率；李英攀等^[5]在建立 Cloud-BIM平臺(tái)的基礎(chǔ)上，探討綠色施工信息化管理實(shí)現(xiàn)方式；方興等^[6]通過(guò)案例分析BIM技術(shù)在腳手架規(guī)范化管理中的應(yīng)用；張仲華等^[7]基于智慧工地理論，建立了裝配式建筑信息化模型；Hammad等^[8]提出了智慧工地信息管理模型，提高了施工效率和管理水平。綜上所述，近年來(lái)關(guān)于BIM技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用的研究較多，但其與高支模安全風(fēng)險(xiǎn)管理的結(jié)合有待深入研究。本文構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的高支模風(fēng)險(xiǎn)管理模型，對(duì)事件多態(tài)性及條件概率進(jìn)行修正，以提高模型的可靠性及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并結(jié)合信息技術(shù)探索事故背景下高支模與信息化結(jié)合的更多可能性。

1 基本方法概述

1.1 故障樹(shù)法

故障樹(shù)法常用于安全性分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，是一種將故障分析的目標(biāo)設(shè)置為最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)，通過(guò)邏輯樹(shù)型圖的演繹，逐步將事故原因分層細(xì)化，最終獲得影響事故發(fā)生的根本因素的方法^[9]。

1.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)及連接節(jié)點(diǎn)的有向邊組成，且節(jié)點(diǎn)間的連接強(qiáng)度取決于條件概率^[10]。與門的轉(zhuǎn)化如圖1所示。圖中A₁和A₂均為父節(jié)點(diǎn)，T為子節(jié)點(diǎn)，表示A₁和A₂發(fā)生會(huì)引起T發(fā)生。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)處理當(dāng)各條件相關(guān)的不同事件之間不確定性時(shí)，可以從已知的不完全、不充分的數(shù)據(jù)條件進(jìn)行雙向推理，既可以根據(jù)父節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率向前推導(dǎo)出子節(jié)點(diǎn)的概率大小，也可以在證據(jù)一定的情況下向后推導(dǎo)父節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率。其中，子節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率用全概率公式計(jì)算，父節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率用貝葉斯公式計(jì)算^[11]。

1.3 故障樹(shù)轉(zhuǎn)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)故障樹(shù)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故障樹(shù)中的事件和邏輯門分別對(duì)應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和條件概率?；蜷T的轉(zhuǎn)化如圖2所示。圖1和圖2分別表示與門、或門對(duì)應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及概率分布，假定A=0表示事件A不發(fā)生，A=1表示事件A發(fā)生。

1.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的修正

與故障樹(shù)法相比，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)描述事件多態(tài)性及修正條件概率的方式，構(gòu)建更加合理、準(zhǔn)確的模型^[12]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為兩類：一類是同故障樹(shù)的節(jié)點(diǎn)，邏輯門處理的是確定性關(guān)系；另一類是因其父節(jié)點(diǎn)綜合作用導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)發(fā)生。在實(shí)際施工過(guò)程中，即使A₁和A₂都發(fā)生，T也可能不發(fā)生，同樣的，當(dāng)A₁和A₂都不發(fā)生時(shí)，T也有可能發(fā)生，該節(jié)點(diǎn)發(fā)生的概率區(qū)間為[0%，100%]^[13]，針對(duì)此類節(jié)點(diǎn)，采用條件概率表（CPT）對(duì)模型進(jìn)行修正，或門條件概率表和經(jīng)過(guò)修改的或門條件概率表見(jiàn)表1和表2。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于難以獲得完整的事故數(shù)據(jù)，在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過(guò)程中，可以邀請(qǐng)專家把握風(fēng)險(xiǎn)因素之間的邏輯關(guān)系。因此，本文采用專家問(wèn)詢的方式獲得第二類節(jié)點(diǎn)的條件概率。為規(guī)范專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率的打分結(jié)果，參照IPCC提出的7檔分級(jí)概率表達(dá)，以便專家根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)概率進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)^[14]。概率定性描述見(jiàn)表3。

2 案例分析

2.1 案例概況

本文以蘭州市某多功能廳工程項(xiàng)目為例，地上一層，建筑主體高12.15m，板支撐高10.50m，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，梁板支撐達(dá)到高支模專家論證范圍。

2.2 高支模風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別

將高支模坍塌事故作為頂事件，通過(guò)對(duì)歷年建筑事故信息收集整理及相關(guān)文獻(xiàn)閱讀，依次得到各中間事件A_i，進(jìn)而分析得到各底事件X_i，故障事件代號(hào)、名稱及發(fā)生概率見(jiàn)表4。

對(duì)于大多數(shù)事件，僅用二態(tài)性無(wú)法準(zhǔn)確描述事件狀態(tài)，影響評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，本文將事件的二態(tài)修正為三態(tài)。節(jié)點(diǎn)事件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表見(jiàn)表5。其中，X₄～X₆、X₁₄～X₁₇、A₄、A₆和A₇節(jié)點(diǎn)狀態(tài)同A₃節(jié)點(diǎn)；X₇～X₁₃節(jié)點(diǎn)狀態(tài)同A₈節(jié)點(diǎn)；X₁₈～X₂₁節(jié)點(diǎn)狀態(tài)同A₉節(jié)點(diǎn)；X₂₂～X₂₅節(jié)點(diǎn)狀態(tài)同A₁₀節(jié)點(diǎn)。其中，節(jié)點(diǎn)事件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)，分別對(duì)應(yīng)嚴(yán)重、中、無(wú)的概率大小。

2.3 構(gòu)建故障樹(shù)模型

通過(guò)分析各事件之間的邏輯關(guān)系，將事件用邏輯門連接，建立高支模坍塌故障樹(shù)省級(jí)在用政務(wù)信息化系統(tǒng)分布統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

2.4 修正節(jié)點(diǎn)條件概率

采用專家問(wèn)詢法對(duì)條件概率進(jìn)行修正，針對(duì)本工程項(xiàng)目背景，對(duì)參與該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工等管理人員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)研，以獲取第二類節(jié)點(diǎn)的條件概率。

2.5 基于修正貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行推理計(jì)算

2.5.1 故障樹(shù)轉(zhuǎn)化貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

按照轉(zhuǎn)化原則，將故障樹(shù)轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，為進(jìn)行對(duì)比，轉(zhuǎn)化時(shí)未考慮事件多態(tài)性，節(jié)點(diǎn)按確定性邏輯關(guān)系處理。運(yùn)用Genie2.0軟件建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，計(jì)算得到高支模坍塌事故發(fā)生的概率為68.4%。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖4所示。

2.5.2 修正后的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

將表4中考慮事件多態(tài)性后得到的先驗(yàn)概率和通過(guò)專家問(wèn)詢法得到的條件概率添加到模型中，可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目高支模坍塌事故風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)為嚴(yán)重、中、無(wú)時(shí)，概率分別為11.8%、32.8%、55.4%，修正后的結(jié)果較之前更加準(zhǔn)確。修正后的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖5所示。

2.5.3 后驗(yàn)概率計(jì)算

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)反向推理功能，計(jì)算當(dāng)高支模坍塌事故發(fā)生時(shí)，底事件的后驗(yàn)概率值。底事件的后驗(yàn)概率見(jiàn)表6。

當(dāng)高支模坍塌事故發(fā)生時(shí)，本項(xiàng)目高支模中主要風(fēng)險(xiǎn)因素由大到小依次排序前5項(xiàng)為：材料缺陷、集中堆放、立桿布置不符合要求、剪刀撐布置不符合要求、安全技術(shù)交底制度，因此應(yīng)對(duì)以上因素應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)控制。

2.6 信息技術(shù)在高支模風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

高支模安全事故的發(fā)生原因多種多樣，主要源于施工現(xiàn)場(chǎng)信息的采集、傳輸、處理分析不夠高效和及時(shí)，而信息技術(shù)的引入可以對(duì)事故進(jìn)行有效防范^[15]，并可提升項(xiàng)目安全管理的水平。本文構(gòu)建了以BIM技術(shù)為核心的高支模風(fēng)險(xiǎn)控制體系，該體系主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、處理層、平臺(tái)層和控制層。 高支模安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系如圖7所示。

信息的采集、傳輸和處理主要依靠智能技術(shù)，如RFID、傳感器、GPS等，將其應(yīng)用于建筑、材料構(gòu)配件等各類物體中，形成普遍互聯(lián)，構(gòu)成“物聯(lián)網(wǎng)”，再通過(guò)信息傳輸?shù)摹盎ヂ?lián)網(wǎng)”紐帶，使施工現(xiàn)場(chǎng)與項(xiàng)目管理者深度互聯(lián)互通，便于管理者借助移動(dòng)終端及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更透徹的感知，對(duì)危險(xiǎn)盡早作出預(yù)判，提高管理效率。通過(guò)建立以BIM為核心的管理平臺(tái)完成架體排布搭設(shè)、施工模擬等內(nèi)容。體系的核心為控制層，在事前控制階段，通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較大的因素采取針對(duì)性預(yù)防措施。在高支模搭設(shè)過(guò)程中，采用事中控制，主要基于信息化管理平臺(tái)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和報(bào)警。相較于傳統(tǒng)的安全管理存在信息傳遞延遲等問(wèn)題，如現(xiàn)場(chǎng)的情況不能及時(shí)反饋、管理層的指導(dǎo)意見(jiàn)不能及時(shí)下達(dá)、現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題不能被及時(shí)糾正、整改之后不能及時(shí)驗(yàn)收等現(xiàn)象。運(yùn)用信息化手段，可以改善安全管理信息的延遲與滯后問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

高支模風(fēng)險(xiǎn)管理模型考慮了事件多態(tài)性，且綜合考慮了專家經(jīng)驗(yàn)及具體工程環(huán)境背景，修正節(jié)點(diǎn)的條件概率，增強(qiáng)了新模型在具體項(xiàng)目上應(yīng)用的可靠性與針對(duì)性，與故障樹(shù)法相比，新模型直觀易用、運(yùn)算速度快，可以得到更為豐富的信息，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，也可為其他類型事故風(fēng)險(xiǎn)分析提供參考。建立基于BIM的高支模安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，實(shí)現(xiàn)事前對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別、預(yù)防，事中基于“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)控與預(yù)警，為高支模安全風(fēng)險(xiǎn)管理提供新思路。

參考文獻(xiàn)

[1]何芳東，張瀟，張偉，等.模板支撐體系坍塌事故規(guī)律[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)， 2018，35（4）：137-145.

[2]史沖，滕斌，溫惠清，等.基于BIM技術(shù)的綠色施工管理應(yīng)用框架研究[J].建筑節(jié)能，2018，46（10）：140-144.

[3]齊寶庫(kù)，張美琪.基于BIM技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2018，20（4）：360-364.

[4]周妍. BIM 5D技術(shù)在綠色施工風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，47（4）：440-447.

[5]李英攀，馬曉飛，梁欣，等.基于Cloud-BIM的綠色施工信息化管理研究[J].施工技術(shù)，2016，45（18）：48-53.

[6]方興，廖維張，林永超. BIM技術(shù)在附著升降腳手架施工中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù)，2018，47（8）：118-121.

[7]張仲華，孫暉，劉瑛，等.裝配式建筑信息化管理的探索與實(shí)踐[J].工程管理學(xué)報(bào)，2018，32（3）：47-52.

[8]HAMMAD A， VAHDATIKHAKI F， ZHANG C， et al.Towards the smart construction site：improving productivity and safety of construction projects using multi-agent systems，real-time simulation and automated machine control[J]. Simulation Conference， 2012，7202（4）：1-12.

[9]謝洪濤.基于故障貝葉斯網(wǎng)的邊坡垮塌事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)， 2012，12（6）：237-241.

[10]王剛，馬震岳，秦凈凈，等.基于多態(tài)和模糊事件的土石壩潰決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)， 2016，35（8）：95-104.

[11]何立華，魏琪，李奕睿.基于故障樹(shù)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建筑施工火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].工程管理學(xué)報(bào)， 2017，31（5）：107-111.

[12]范存龍，張笛，翁金賢，等.遠(yuǎn)程控制船舶內(nèi)河航行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2024，24（1）：213-220.

[13]晉良海，閆月蓉，陳穎，等.改進(jìn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型在起重作業(yè)人機(jī)交互差錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2024，24（1）：213-220.

[14]魏歡.基于BIM技術(shù)的高支模施工安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2020.

[15]賽菡，周冀偉，羅運(yùn)平，等.基于BIM技術(shù)的建筑工程高支模監(jiān)測(cè)應(yīng)用與研究[J].施工技術(shù)，2021，50（2）：66-69，73.

收稿日期：202301-13

作者簡(jiǎn)介：

魏歡（1995—），女，研究方向：工程項(xiàng)目管理。

張輝（1993—），男，研究方向：工程項(xiàng)目管理。