基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的高層建筑外墻飾面磚脫落風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率研究

朱 斌 張 輝

（1.上海市建筑科學(xué)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200032；2.上海市工程結(jié)構(gòu)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032；3.上海建科工程咨詢有限公司，上海 200032）

外墻飾面磚是當(dāng)前城市高層建筑運(yùn)用較為常見的建筑物外墻飾面形式，以其美觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)在工程中大量使用，僅2009年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在上海城區(qū)就有近1500幢高層建筑采用飾面磚裝飾，總外墻使用面積達(dá)到1200萬m2.但隨著時(shí)間推移，因施工質(zhì)量、溫度應(yīng)力、風(fēng)化等因素造成飾面磚的粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)逐漸下降，容易發(fā)生空鼓、高處墜落，造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失等風(fēng)險(xiǎn)事故，因此降低高層建筑外墻飾面磚脫落的風(fēng)險(xiǎn)事故是一項(xiàng)緊迫并且必要的工作［1］.

本文通過近5年時(shí)間，實(shí)地調(diào)研了上海、北京、深圳等大城市128幢不同年代的高層建筑外墻飾面磚脫落事故，并分析其發(fā)生脫落的原因，基于事故案例數(shù)據(jù)，進(jìn)行了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)概率分析，同時(shí)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)因素分解得到有效防范飾面磚脫落的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，為降低高層建筑外墻飾面磚脫落的風(fēng)險(xiǎn)提供思路.

1 外墻飾面磚脫落調(diào)研

外墻飾面磚主要分為釉面磚和馬賽克，基本采用滿粘法粘貼，從建筑物主體結(jié)構(gòu)向外，分別是找平層、粘結(jié)層、飾面層，這3層的任何一層出現(xiàn)缺陷，在特定條件下，都會(huì)引發(fā)飾面磚脫落的風(fēng)險(xiǎn)事故，如圖1所示.

圖1 某高層建筑外墻飾面磚脫落風(fēng)險(xiǎn)事故

因所調(diào)查的高層建筑外墻飾面磚情況多樣，本文按所在城市、飾面磚材料、使用年數(shù)、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損傷等信息分類，詳見表1.外墻飾面磚脫落事故的主要原因詳見表2.

表1 實(shí)地調(diào)研高層建筑外墻飾面磚脫落情況（共128幢）

表2 實(shí)地調(diào)研高層建筑外墻飾面磚脫落原因分析（共128幢）

圖2 上海某高層外墻飾面磚脫落事故

圖3 武漢某高層外墻飾面磚脫落事故

圖4 北京某高層外墻飾面磚脫落事故

圖5 深圳某高層外墻飾面磚脫落事故

通過對(duì)上海、北京、深圳、武漢等典型城市外墻飾面建筑的調(diào)研可知（詳見表1），飾面使用10年以下發(fā)生飾面磚脫落事故占12.50%，飾面使用10年及以上發(fā)生脫落事故占87.50%.因此，使用10年以上的外墻飾面磚建筑進(jìn)入飾面磚脫落事故高發(fā)期，需要使用單位進(jìn)行定期的外觀檢查，并根據(jù)外觀檢查的損傷結(jié)果，確定下一步的監(jiān)測(cè)及整治措施.

調(diào)研也表明：除了使用年數(shù)、施工質(zhì)量控制不力等共性因素外，外墻飾面磚脫落風(fēng)險(xiǎn)事故有地域特點(diǎn)，其中，北京受滲水凍融效應(yīng)影響較大，上海、武漢受各層材料熱脹冷縮差異影響較多，而深圳受大風(fēng)大雨的影響較為明顯.

2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型風(fēng)險(xiǎn)概率分析

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型簡(jiǎn)介

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法是近年來人工智能領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究問題［2-3］.人工智能方法建立專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域里的決策模型是非常有效的方法，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)較難獲得的時(shí)候，建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)概率分析問題正是具有這樣的特征.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法（Bayesian Networks）是Pearl于1988年提出的一種非常有代表性的不確定性知識(shí)表示和推理方法.在解決許多實(shí)際問題中，需要從不完全的、不精確的或不確定的知識(shí)和信息中做出推理，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種概率推理技術(shù)，它使用概率理論來處理在描述不同知識(shí)成分之間的條件相關(guān)而產(chǎn)生的不確定性.它提供了一種將知識(shí)直覺地圖解可視化的方法.

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)由離散或連續(xù)隨機(jī)變量集組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、具有因果關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有向邊集合和用條件概率分布表示節(jié)點(diǎn)之間的影響等組成.其中節(jié)點(diǎn)表示了隨機(jī)變量，是對(duì)過程、事件、狀態(tài)等實(shí)體的某些特征的描述；邊則表示變量間的概率依賴關(guān)系.起因的假設(shè)和結(jié)果的數(shù)據(jù)均用節(jié)點(diǎn)表示，各變量之間的因果關(guān)系由節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示，一個(gè)變量影響到另一個(gè)變量的程度用數(shù)字編碼形式描述.因此貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以將現(xiàn)實(shí)世界的各種狀態(tài)或變量劃成各種比例，進(jìn)行建模.

現(xiàn)階段而言，進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法是動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中最適用的方法之一.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法的精髓就是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率的修正，即可對(duì)實(shí)施、運(yùn)行過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事件或事故的可能性的不斷修正，當(dāng)然前提是在動(dòng)態(tài)評(píng)估的過程中有風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生或幾乎發(fā)生.因此，此方法能夠進(jìn)行全過程的動(dòng)態(tài)概率評(píng)估.但是，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，則還需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行分析，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生損失進(jìn)行估計(jì)，本文暫不進(jìn)行研究.

2.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建及分析

本文采用Netica軟件創(chuàng)建“外墻飾面脫落”風(fēng)險(xiǎn)事件的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并以實(shí)際案例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行概率推理.“外墻飾面脫落”風(fēng)險(xiǎn)事件的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖6所示，并將模型中的節(jié)點(diǎn)分為風(fēng)險(xiǎn)事件、風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)因素三層.風(fēng)險(xiǎn)因素層包括粘結(jié)強(qiáng)度不足、找平層過厚、勾縫開裂、飾面層開裂、飾面磚材料質(zhì)量問題、粘結(jié)材料質(zhì)量問題；風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)層包括施工質(zhì)量問題、不同界面材料熱脹冷縮差異、滲水凍融效應(yīng)、材料質(zhì)量問題、人為開洞破壞、惡劣天氣等.基于目前事故案例調(diào)查數(shù)據(jù)，采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行概率推理，見表3.可知“外墻飾面脫落”風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率為11.9%.

表3 “外墻飾磚面脫落”風(fēng)險(xiǎn)事件貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)果

圖6 “外墻飾面磚脫落”的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

3 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)

考慮到建筑物外墻飾面磚的使用全壽命周期，造成飾面磚脫落的風(fēng)險(xiǎn)因素在設(shè)計(jì)階段、施工及驗(yàn)收階段、使用運(yùn)營階段都有存在，主要由粘結(jié)材料老化、惡劣氣候、使用維護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻?，詳見圖7.從外墻飾面磚安全性影響因素的分解可以看出，外墻飾面磚脫落風(fēng)險(xiǎn)事故可以通過紅外檢測(cè)推定粘結(jié)缺陷比例、粘結(jié)強(qiáng)度等專業(yè)檢測(cè)量化指標(biāo)以及外觀檢查等常規(guī)指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè).

圖7 外墻飾面磚脫落風(fēng)險(xiǎn)因素分解圖

考慮到高層建筑外墻飾面磚量大面廣，需要建筑使用單位進(jìn)行外觀檢查來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)是十分必要的工作.而外觀檢查最有效的風(fēng)險(xiǎn)控制項(xiàng)目為發(fā)現(xiàn)飾面磚的脫落、起拱現(xiàn)象，并進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，詳見表4，當(dāng)評(píng)價(jià)分級(jí)為第四級(jí)時(shí)，需要專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)并采取整治措施.

表4 外墻飾面磚外觀檢查評(píng)價(jià)分級(jí)

4 結(jié) 論

通過實(shí)地調(diào)研上海、北京、深圳等大城市128幢不同年代的高層建筑外墻飾面磚脫落事故，并分析其發(fā)生脫落的原因，基于事故案例數(shù)據(jù)，進(jìn)行了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)概率分析，同時(shí)運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)因素分解得到有效防范飾面磚脫落的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，可以得出以下結(jié)論：

1）調(diào)研結(jié)果表明，使用10年以上的高層建筑物外墻飾面磚進(jìn)入飾面磚脫落事故高發(fā)期，需要進(jìn)行定期的外觀檢查；可將外墻飾面磚外觀檢查評(píng)價(jià)分級(jí)運(yùn)用到防范并降低高層建筑外墻飾面磚脫落的風(fēng)險(xiǎn).

2）高層建筑外墻飾面磚磚脫落風(fēng)險(xiǎn)事故具有地域特點(diǎn)，其中：北京受滲水凍融效應(yīng)影響較大，上海、武漢受各層材料熱脹冷縮差異影響較多，而深圳受大風(fēng)大雨的影響較為明顯.

3）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算推理出材料熱脹冷縮差異、施工質(zhì)量以及滲水凍融效應(yīng)在各項(xiàng)原因中發(fā)生概率居前.

［1］楊 靖，張吉鑫.迎世博600天既有建筑外墻檢測(cè)及整修［J］.住宅科技，2009（10）：32－34.

［2］Friedman N，Linial M，Nachman I，et al.Using Bayesian Networks to Analyze Expression Data［J］.Journal of computational biology，2000，7（3－4）：601－620.

［3］張少中，王秀坤，孫瑩光.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及其在決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)工程，2004，30（10）：1－3.