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Abstract: This paper describes the characteristics and classification of security risks, introduces the basic steps and analysis methods of fault tree analysis, and takes "workers fall from the scaffolding, formwork, platforms" as the top event to explain the application of fault tree analysis in project safety risk assessment, has a certain significance for enterprise and project security risk management.
關(guān)鍵詞: 故障樹分析法;安全風(fēng)險(xiǎn);評(píng)估
Key words: fault tree analysis;safety risk;assessment
中圖分類號(hào):F272.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2014)09-0142-03
0 引言
目前,項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用的方法是專家調(diào)查打分法和LEC法,前者簡(jiǎn)單明了、操作方便,但可靠性完全取決于專家的經(jīng)驗(yàn)和水平;后者結(jié)合了定性與定量的特性,但無法找出影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的基本要素。故障樹分析(FTA)技術(shù)是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的沃特森博士于1961年開發(fā)的,它采用了邏輯的方法,利用圖的形式將可能造成項(xiàng)目失敗的各種因素進(jìn)行分析,并確定其各種可能組合方式。該方法能將項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)由粗到細(xì),由大到小,分層排列,容易找出所有基本風(fēng)險(xiǎn)事件,邏輯關(guān)系明晰,分析結(jié)果準(zhǔn)確。
1 安全風(fēng)險(xiǎn)的特征
安全風(fēng)險(xiǎn)是指危險(xiǎn)、危害事故發(fā)生的可能性與其造成損失的集合。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)具有如下特性:①客觀性。安全風(fēng)險(xiǎn)不以人的意志為轉(zhuǎn)移,客觀真實(shí)的存在于生活之中。②可變性。在施工過程中,不同風(fēng)險(xiǎn)能導(dǎo)致不同結(jié)果,但如果提前加以控制就能避免風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生或降低其影響。③多樣性。安全風(fēng)險(xiǎn)常常存在于每個(gè)不同的環(huán)節(jié)和領(lǐng)域,并表現(xiàn)出各種形式和性質(zhì)。
2 安全風(fēng)險(xiǎn)的分類
按照誘發(fā)危險(xiǎn)、有害因素失控的條件分類:
①人的不安全行為。人的不安全行為分操作錯(cuò)誤、忽視安全、忽視警告,造成安全裝置失效,使用不安全設(shè)備,手代替工具操作,物體存放不當(dāng),冒險(xiǎn)進(jìn)入危險(xiǎn)場(chǎng)所,忽視防護(hù)用品用具的使用等13大類。②物的不安全狀態(tài)。物的不安全狀態(tài)分為防護(hù)、保險(xiǎn)、信號(hào)等裝置缺乏或有缺陷,設(shè)備、設(shè)施、工具有缺陷,個(gè)人防護(hù)用品、用具缺少或有缺陷,以及生產(chǎn)場(chǎng)地不良4大類。③管理存在缺陷。管理缺陷主要包括對(duì)物性能控制的缺陷,對(duì)人的失誤控制的缺陷,工藝過程、作業(yè)程序的缺陷,用人單位的缺陷,對(duì)來自相關(guān)方的風(fēng)險(xiǎn)管理的缺陷,違反安全人機(jī)工程原理6大類。
3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法一般可分為定性評(píng)估法、定量評(píng)估法以及定性定量相結(jié)合的方法。其中常用的有故障樹分析法、專家打分法、LEC法、矩陣圖法、概率分析法、決策樹分析法、蒙特卡羅法等。本文將重點(diǎn)介紹故障樹分析法在項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用。
3.1 故障樹分析步驟 ①確定故障樹的頂上事件。將易于發(fā)生且后果嚴(yán)重的事故作為頂上事件。②調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件。③故障樹作圖。從頂上事件起,一層一層往下分析各自的直接原因事件,根據(jù)彼此間的邏輯關(guān)系,用邏輯門連接上下層事件,直到所要求的分析深度,形成一株倒置的邏輯樹形圖。④故障樹定性分析。定性分析是故障樹分析的核心內(nèi)容之一,目的是分析該類事故的發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn),通過求取最小割集(或最小經(jīng)集),找出控制事故的可行方案,并從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。⑤定量分析。根據(jù)各基本事件的故障率,分析頂上事件發(fā)生的可能性大小。結(jié)合定性分析,按輕重緩急分別采取對(duì)策。
3.2 故障樹分析方法 ①最小割集及其求法:最小割集就是引起頂上事件發(fā)生必須的最低限度的割集。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性,求出最小割集可以掌握事故發(fā)生的各種可能,最小割集越多,系統(tǒng)越危險(xiǎn)。最小割集的求取方法有行列式法、布爾代數(shù)法等。②最小徑集及其求法:最小徑集是頂上事件不發(fā)生所需的最低限度的徑集。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性,每一最小徑集表示防止頂上事件的一個(gè)方案,最小徑集越多,系統(tǒng)就越安全。最小徑集可利用它與最小割集的對(duì)偶性求解。把原來故障樹的與門和或門對(duì)換,各類事件發(fā)生換成不發(fā)生,進(jìn)而求出成功樹的最小割集,最后轉(zhuǎn)化為故障樹的最小徑集。③結(jié)構(gòu)重要度分析:結(jié)構(gòu)重要度分析是從故障樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各基本事件發(fā)生概率(或假定各基本事件的發(fā)生概率都相等)的情況下,分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件所產(chǎn)生的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度分析可采用兩種方法,一是求結(jié)構(gòu)重要度系數(shù);二是利用最小割集或最小徑集判斷重要度,結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)計(jì)算公式如下:
I?漬 (i)=■■
I?漬 (i)——基本事件Xi重要度系數(shù)近似判斷值;
Kj——包含Xi的割集(徑集);
n——Xi所在最小割集(徑集)中基本事件的總數(shù)。
當(dāng)然,在實(shí)際應(yīng)用過程中,基本事件重要性還要結(jié)合其發(fā)生頻率等定量數(shù)據(jù)予以判斷。
3.3 故障樹分析案例應(yīng)用 高空墜落一直是建筑施工行業(yè)的常見事故,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2009年至2010年兩年間,中鐵十七局四公司共發(fā)生各類高空墜落事件20余起,其中從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落占到了總數(shù)的80%,個(gè)別事件造成了人員傷亡。為系統(tǒng)分析可能造成高空墜落的每個(gè)基本事件或其組合,判斷其重要程度,以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,本文將圍繞高空墜落展開故障樹分析。以“工人從腳手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”作為頂上事件,編制故障樹如圖1。
①計(jì)算故障樹的最小割集。根據(jù)集合的運(yùn)算定律,本案例采用布爾代數(shù)法計(jì)算如下:
T=A1+A2+A3+A4+X3
=(X1+X2+X5X6)+(X7+X8)(X4+X9)+(X10+X11)X12X4+X4(X13+X14)+X3
=X1+X2+X3+X5X6+X4X7+X7X9+X4X8+X8X9+X4X13+X4X14+X4X10X12+X4X11X12
則該故障樹的最小割集為E1={X1};E2={X2};E3={X3}; E4={X5,X6};E5={X4,X7};E6={X7,X9};E7={X4,X8};E8={X8,X9}; E9={X4,X13};E10={X4,X14};E11={X4,X10,X12};E12={X4,X11,X12}。
用最小割集表示故障樹的等效圖如圖2所示,發(fā)生頂上事件的途徑有12種。
②計(jì)算故障樹的最小徑集。利用故障樹最小割集的對(duì)偶性求解。用T′、A′1、A′2、A′3、 A′4、B′1、B′2、M′1、M′2、M′3、M′4、X′1、X′2、X′3、X′4、X′5、X′6、X′7、X′8、X′9、X′10、X′11、X′12、X′13、X′14表示原有事件的補(bǔ)事件,邏輯門作相應(yīng)轉(zhuǎn)換,則所得成功樹如圖3所示。
根據(jù)集的運(yùn)算定律用布爾代數(shù)法計(jì)算成功樹的最小割集:T′=A′1A′2A′3A′4X′3
=X′1X′2X′3(X′5+X′6)(X′7X′8+X′4X′9)(X′10X′11+X′4X′12)(X′4+X′13X′14)
=X′1X′2X′3(X′4X′5X′7X′8+X′4X′5X′9+X′4X′6X′7X′8+X′4X′6X′9+X′5X′7X′8X′12X′13X′14+X′6X′7X′8X′12X′13X′14+X′5X′7X′8X′10X′11X′13X′14+X′6X′7X′8X′10X′11X′13X′14)
=X′1X′2X′3X′4X′5X′7X′8+X′1X′2X′3X′4X′5X′9+X′1X′2X′3X′4X′6
X′7X′8+X′1X′2X′3X′4X′6X′9+X′1X′2X′3X′5X′7X′8X′12X′13X′14+X′1X′2X′3
X′6X′7X′8X′12X′13X′14+X′1X′2X′3X′5X′7X′8X′10X′11X′13X′14+X′1X′2X′3
X′6X′7X′8X′10X′11X′13X′14
根據(jù)成功樹的最小割集轉(zhuǎn)換求得原故障樹的最小徑集:P1={X1,X2,X3,X4,X5,X7,X8};P2={X1,X2,X3,X4,X5,X9};P3={X1,X2,X3,X4,X6,X7,X8};P4={X1,X2,X3,X4,X6,X9};P5={X1,X2,X3,X5,X7,X8,X12,X13,X14};P6={X1,X2,X3,X6,X7,X8,X12,X13,X14};P7={X1,X2,X3,X5,X7,X8,X10,X11,X13,X14};P8={X1,X2,X3,X6,X7,X8,X10,X11,X13,X14}
③本事件結(jié)構(gòu)重要度分析。利用重要度系數(shù)公式計(jì)算各基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)(不考慮發(fā)生概率情況下):
I?漬(1)=1;I?漬(2)=1;I?漬(3)=1;I?漬(4)=1.62;I?漬(5)=0.33;I?漬(6)=0.33;I?漬(7)=0.66;I?漬(8)=0.66;I?漬(9)=0.66;I?漬(10)=0.14;I?漬(11)=0.14;I?漬(12)=0.28;I?漬(13)=0.33;I?漬(14)=0.33
則重要性順序?yàn)椋篨4>X1=X2=X3>X7=X8=X9>X5=X6=X13=X14>X12>X10=X11。與等效故障樹分析結(jié)果基本一致。
④基本事件概率重要度分析。由于結(jié)構(gòu)重要度分析只是按故障樹的結(jié)構(gòu)分析了各基本事件對(duì)頂上事件的影響,因此具有一定的局限性,實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)該考慮基本事件的發(fā)生概率?;臼录怕手匾确治龇从车氖歉骰臼录l(fā)生概率對(duì)頂上事件的影響,其方法是頂上事件發(fā)生概率函數(shù)P(T)對(duì)基本事件(Xi)求一次偏導(dǎo)數(shù),即I(i)=?墜P(T)/?墜Xi。根據(jù)四公司廈深、漢宜、南廣三個(gè)代表性項(xiàng)目2010年收集到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),在所有各基本事件中,發(fā)生概率最高的是“未系安全帶”,其次是“違章操作”和“無安全防護(hù)或防護(hù)不到位”,再次是“腳踩空”、“緊固扣件松脫”、“跳板折斷”、“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理”等。
⑤評(píng)估結(jié)果及應(yīng)對(duì)措施?!肮と藦哪_手架、模板、作業(yè)平臺(tái)上墜落”事件的最小割集有12個(gè),最小徑集有8個(gè),說明導(dǎo)致高空墜落事件的可能性有12種,但只要采取最小徑集方案中的任何一種,即可有效避免事故的發(fā)生。綜合考慮各基本事件結(jié)構(gòu)重要度順序和概率重要度統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,可以確定造成頂上事件的主要原因依次為:未系安全帶、無安全防護(hù)或防護(hù)不到位、違章操作、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、緊固扣件松脫等,需要重點(diǎn)采取措施予以應(yīng)對(duì),其他為次要原因。
根據(jù)評(píng)估結(jié)果,2011年四公司安質(zhì)部重點(diǎn)采取了以下應(yīng)對(duì)措施強(qiáng)化項(xiàng)目“高空墜落”安全風(fēng)險(xiǎn)的管理,防范頂上事件發(fā)生:一是強(qiáng)化安全帶的使用。規(guī)定高處作業(yè)人員必須按規(guī)定佩帶和正確使用安全帶,不得使用損毀或質(zhì)量不合格的安全帶,同時(shí)項(xiàng)目部要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查。二是做好安全防護(hù)。規(guī)定各項(xiàng)目墩臺(tái)頂部、高空走道必須按要求設(shè)置防護(hù)圍欄,掛設(shè)安全網(wǎng),圍欄連接要牢固,高度要合適,安全網(wǎng)質(zhì)量應(yīng)合格,安裝應(yīng)有效;腳手架要按規(guī)定連接牢固,并設(shè)有防滑措施,跳板應(yīng)鋪滿。要注意對(duì)安全防護(hù)設(shè)施定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。三是嚴(yán)禁違章作業(yè)。腳手架搭設(shè)、模板拼裝必須按規(guī)范操作,按交底進(jìn)行;各項(xiàng)施工作業(yè)必須滿足規(guī)范;嚴(yán)禁攀登連接件和支撐件;嚴(yán)禁在上下同一垂直面安裝、拆卸模板;嚴(yán)禁惡劣天氣下露天攀登與懸空高處作業(yè);嚴(yán)禁酒后作業(yè)等。四是嚴(yán)格方案評(píng)審。腳手架搭設(shè)及模板拼裝方案必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑u(píng)審,必要時(shí)由公司組織內(nèi)外部專家進(jìn)行論證,確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理,防護(hù)措施全面到位。五是落實(shí)崗前培訓(xùn)。規(guī)定高處作業(yè)人員必須經(jīng)培訓(xùn)考核合格后方可上崗,特種作業(yè)人員(如架子工)必須取得特種作業(yè)證后持證上高??指甙Y患者不得從事高空作業(yè)。六是狠抓監(jiān)督檢查。規(guī)定項(xiàng)目部應(yīng)專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全巡視檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并整改安全隱患,對(duì)違章操作、違章指揮、不系安全帶等人為因素加大處罰力度,切實(shí)提高員工安全意識(shí)。
措施實(shí)施后,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行和統(tǒng)計(jì),中鐵十七局四公司“高空墜落事件”發(fā)生頻率總體降低了約45%,取得了良好效果,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。
4 結(jié)束語
安全生產(chǎn)是項(xiàng)目安全管理的永恒主題,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則是項(xiàng)目安全管理的基礎(chǔ)。工程項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多面廣、錯(cuò)綜復(fù)雜,準(zhǔn)確評(píng)估各類風(fēng)險(xiǎn)的重要程度,明確控制重點(diǎn),找出應(yīng)對(duì)途徑,對(duì)有效管控項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)有著舉足輕重的作用。故障樹分析法是項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效工具,它可以找到引起事故發(fā)生的原因及其相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的模式和預(yù)防事故的最佳途徑,其特點(diǎn)是邏輯性強(qiáng)、靈活性高、適用范圍廣,既可定性分析,又可定量分析,評(píng)估結(jié)果具有系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性,適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
參考文獻(xiàn):
[1]張軍.建筑施工危險(xiǎn)源安全評(píng)價(jià)及管理的方法研究[D].大連理工大學(xué),2007.