基于FTA-BN的工程安全管理決策方法研究

王書靈，袁汝華

(河海大學(xué) 商學(xué)院,江蘇 南京 211100)

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基于FTA-BN的工程安全管理決策方法研究

王書靈，袁汝華

(河海大學(xué) 商學(xué)院,江蘇 南京 211100)

為了對工程安全管理進行全過程研究，完善工程施工安全風(fēng)險管理決策過程中過度偏重預(yù)先控制的情況，基于FTA- BN組合模型，利用事先風(fēng)險概率預(yù)測、事中關(guān)鍵因子識別和事后致因診斷的全方面管理方法，研究了工程施工安全風(fēng)險事件的致險因子。最后，通過案例驗證了模型的合理性與有效性，以期為工程施工安全管理決策提供依據(jù)，可在一定程度上減少安全事故的發(fā)生。

故障樹理論；貝葉斯理論；安全風(fēng)險；安全管理

目前，建設(shè)工程領(lǐng)域安全事故頻發(fā)，根據(jù)江蘇省建設(shè)工程安全監(jiān)督網(wǎng)通報的數(shù)據(jù)顯示，2015年江蘇省共曝光70起生產(chǎn)安全事故，其中42起為高處墜落事故，14起為物體打擊事故，5起為機械傷害事故，4起為坍塌事故，3起為起重傷害事故，2起為車輛傷害事故。生產(chǎn)安全事故的發(fā)生大多會帶來嚴重的人員傷亡及巨額的財產(chǎn)損失，因此對工程安全管理進行研究具有一定的現(xiàn)實意義。

HINZE[1]對美國的建筑工程安全事故進行分析后發(fā)現(xiàn)，施工環(huán)境中存在的安全風(fēng)險因素如高處墜落是建筑工程項目安全事故頻繁發(fā)生的主要原因；CHOUDHRY等[2]研究了香港的建筑工程安全事故案例，指出人的不安全行為是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的重要原因，而施工人員的心理狀態(tài)、安全意識、精神壓力及工友態(tài)度的變化均可能引發(fā)人的不安全行為；WEISGERBER等[3]提出施工高處墜落事故的專家系統(tǒng)，其實質(zhì)是安全防護欄、安全網(wǎng)和個人防墜落保護裝置等防護措施的組合；在工程安全風(fēng)險評估研究方面，丁傳波等[4]基于安全系統(tǒng)工程理論，構(gòu)建了建筑工程安全評價指標(biāo)體系，從施工現(xiàn)場的風(fēng)險、隱患及安全措施等方面出發(fā)，對工程安全進行綜合評價；賈俊峰等[5]將AHP和WBS-RBS模型相結(jié)合，對房屋建筑工程施工安全風(fēng)險進行評價，研究了工程的安全等級；徐影等[6]基于FTA-Reason模型探析了施工作業(yè)高空墜落風(fēng)險，其著重關(guān)注風(fēng)險因子，并提出了風(fēng)險預(yù)控模型。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對建筑工程安全事故的成因已有較多的研究，部分學(xué)者通過建立專家系統(tǒng)、構(gòu)建評價指標(biāo)體系等提出事故預(yù)防和控制方法，但針對全過程的研究仍較少，筆者在歸納文獻的基礎(chǔ)上，構(gòu)建FTA模型進行風(fēng)險因子識別，結(jié)合BN模型進行工程安全事先預(yù)測、事中識別及事后診斷的全過程管理決策方法，以期豐富工程管理決策理論。

1　FTA-BN評估模型的建立

FTA-BN是故障樹分析法[7](fault tree analysis, FTA)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法[8](bayesian network, BN)的組合工程安全管理決策分析方法，主要對工程安全風(fēng)險事件采用邏輯因果分析，探析其存在的邏輯風(fēng)險因素、相互關(guān)系及發(fā)生的條件概率。在工程安全管理決策方面，利用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法，將決策模型的建立過程分成FTA致險機理探析、BN決策分析模型設(shè)計和測試階段3個部分，具體過程如圖1所示。

圖1　FTA-BN工程安全管理決策模型構(gòu)建過程

2　基于FTA的風(fēng)險因素識別

筆者以腳手架倒塌墜落事故為例進行工程安全管理決策方法研究。首先構(gòu)建故障樹，采用預(yù)先危險性分析法[9]對施工過程中可能出現(xiàn)的致險因素進行分析，基于JGJ 59-2011建筑施工安全檢查表[10]，列舉出符合邏輯的風(fēng)險因子，具體如表1所示。并在表1的基礎(chǔ)上進行邏輯關(guān)系分析，構(gòu)建了腳手架倒塌墜落事故故障樹，如圖2所示。

3　基于BN的決策分析方法

BN決策分析方法是根據(jù)故障樹將風(fēng)險事件分解為各風(fēng)險因子之間一個動態(tài)、連續(xù)的過程，通過正向推理、重要度分析及逆向推理等方法，動態(tài)地分析這些具有邏輯關(guān)系的風(fēng)險因子。

3.1事前風(fēng)險事件概率推測

事前風(fēng)險事件概率推測是基于貝葉斯理論的條件概率計算聯(lián)合概率分布，即在已知故障組合及各風(fēng)險因子Xi(i=1,2,…,n)發(fā)生概率的前提下(基于部分樣本數(shù)據(jù)由專家給出)，推算風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)發(fā)生的概率P(T=1)，計算公式如下：

(1)

其中，xi∈{0,1}，分別代表不發(fā)生和發(fā)生兩個狀態(tài)。

根據(jù)計算結(jié)果進一步評估風(fēng)險事件等級，相關(guān)單位在施工前可及早采取預(yù)防措施。

表1　腳手架倒塌墜落事故風(fēng)險因素識別

圖2　腳手架倒塌墜落事故故障樹

3.2事中關(guān)鍵風(fēng)險因素識別

事中關(guān)鍵風(fēng)險因素識別是通過分析各風(fēng)險因子Xi(i=1,2,…,n)對風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)的影響程度，識別影響工程安全的關(guān)鍵因素，包括如下3個重要度分析。

3.2.1風(fēng)險促進值重要度

風(fēng)險促進值重要度RAW(Xi)指各風(fēng)險因子是否發(fā)生對風(fēng)險事件T的影響程度，計算公式為：

RAW(Xi)=

(2)

3.2.2風(fēng)險降低值重要度

風(fēng)險降低值重要度RRW(Xi)指各風(fēng)險因子不發(fā)生的情況下，風(fēng)險事件T發(fā)生概率與先驗概率分布下風(fēng)險事件T發(fā)生概率之比，計算公式為：

(3)

當(dāng)RRW(Xi)>1時，Xi為不利因素；當(dāng)RRW(Xi)<1，Xi為有利因素。

3.2.3變化衡量重要度

變化衡量重要度BM(Xi)指不管各風(fēng)險因子發(fā)生與否，風(fēng)險事件T發(fā)生的概率變化幅度，計算公式為：

BM(Xi)=max{P(T=1|Xi=1),

(4)

通過對上述3種方法綜合分析，在施工過程中需及時控制要點，以減少工程安全事故的發(fā)生。

3.3事后風(fēng)險事件致因診斷

事后風(fēng)險事件致因診斷指風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)發(fā)生后通過計算故障樹上各風(fēng)險因子節(jié)點的后驗概率分布P(Xi=1|T=1)，以分析最有可能導(dǎo)致風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)發(fā)生的風(fēng)險因子，計算公式為：

(5)

P(Xi=1|T=1)值越大，表明風(fēng)險事件T由該節(jié)點致因的可能性越大。

通過對事后風(fēng)險事件致因進行診斷，排查工程事故原因，可以快速找到導(dǎo)致事故發(fā)生的原因，并及時采取有針對性的補救及控制措施。

4　實證研究

4.1案例簡介

以南京市H工程項目為例，該項目總占地面積為113 100 m2，總建筑面積為121 068 m2，建設(shè)期擬定為40個月，自2012年8月至2015年12月工程全部建成，通過竣工驗收并正式投入使用，項目總投資為59 691.4萬元。在項目建設(shè)過程中，發(fā)生過數(shù)次安全事故，雖沒有導(dǎo)致人員傷亡，但說明項目建設(shè)過程存在很大的安全隱患。以2014年10月C號樓腳手架發(fā)生的倒塌墜落事故為例，按圖2腳手架倒塌墜落事故故障樹進行分析，咨詢參與該項目的項目經(jīng)理、監(jiān)理工程師、施工項目負責(zé)人等相關(guān)人員，統(tǒng)計腳手架倒塌墜落事故中各風(fēng)險因子的先驗概率，具體如表2所示。

表2　風(fēng)險因子先驗概率統(tǒng)計表

4.2風(fēng)險事件概率推測

在H工程項目腳手架倒塌墜落事故發(fā)生前，基于式(1)及表2中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過計算可以預(yù)測事故發(fā)生的概率，并據(jù)此判斷事故發(fā)生的概率等級，具體如表3所示。

表3　H工程項目腳手架倒塌墜落事故發(fā)生概率預(yù)測

在明確知道某個風(fēng)險因子不符合規(guī)定時可以更精確地推算出風(fēng)險事件T發(fā)生的概率，如當(dāng)縱、橫向掃地桿設(shè)置及固定不合規(guī)的情況下(即P(X5=1)=1)，可以推算出風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)發(fā)生概率為0.225 0；當(dāng)安全管理人員也配備不足時(即P(X5=1)=1，P(X12=1)=1)，可以推算出風(fēng)險事件T(腳手架倒塌墜落事故)發(fā)生概率為0.509 9，此時施工過程中就應(yīng)及時采取相關(guān)措施以控制風(fēng)險。

4.3關(guān)鍵風(fēng)險因素識別

進一步利用重要度分析法對H工程項目的腳手架倒塌墜落事故進行關(guān)鍵風(fēng)險因素的識別，依據(jù)式(2)～式(4)計算風(fēng)險促進值重要度、風(fēng)險降低值重要度和變化衡量重要度，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3　H工程項目腳手架倒塌墜落事故風(fēng)險因子識別

從圖3可以看出，風(fēng)險因子X5(縱、橫向掃地桿設(shè)置及固定不合規(guī))、X8(架體與建筑物拉結(jié)間距不合規(guī))、X9(縱向、橫向水平桿、架體立桿間距不合規(guī))和X11(剪刀撐桿件的接長、剪刀撐斜桿與架體桿件的固定不合規(guī))重要度排序靠前，其風(fēng)險促進值重要度達到3.45，風(fēng)險降低值重要度達到1.29，因此，這4個風(fēng)險因子是導(dǎo)致風(fēng)險事件T發(fā)生的關(guān)鍵因素，在工程施工過程中應(yīng)反復(fù)排查這些風(fēng)險因子，以確保工程安全施工。

4.4風(fēng)險事件致因診斷

風(fēng)險事件致因診斷是指通過逆向推理，事后迅速查明最可能的致因組合，南京市H工程項目腳手架倒塌墜落事故(P(T=1)=1)發(fā)生后，負責(zé)人員迅速對事故原因進行排查，通過FTA-BN逆向推理技術(shù)，根據(jù)式(5)進行測算，得到風(fēng)險因子Xi(i=1,2,…,n)后驗概率值，如圖4所示。

圖4　H工程項目腳手架倒塌墜落事故診斷分析

從圖4可以看出，當(dāng)腳手架坍塌事故(P(T=1)=1)發(fā)生后，最有可能的致險因子是X4(立桿基礎(chǔ)不平實，基礎(chǔ)墊板與立桿底座不合規(guī))，其后驗概率值高達0.362 7。據(jù)此推算結(jié)果，現(xiàn)場負責(zé)人員進行仔細勘察，發(fā)現(xiàn)立桿基礎(chǔ)確實存在問題，進而在此情況下(P(T=1)=1；P(X4=1)=1)進一步排查，運用相同的方法進行逆向推理，發(fā)現(xiàn)X5(縱、橫向掃地桿設(shè)置及固定不合規(guī))、X8(架體與建筑物拉結(jié)間距不合規(guī))、X9(縱向、橫向水平桿、架體立桿間距不合規(guī))和X11(剪刀撐桿件的接長、剪刀撐斜桿與架體桿件的固定不合規(guī))的后驗概率值均較大，為0.268 3，因此后續(xù)工作需重點檢查風(fēng)險因子X5、X8、X9和X11，直至風(fēng)險得到控制。

5　結(jié)論

基于FTA-BN組合模型，筆者研究了工程安全管理決策分析方法，從事前預(yù)測、事中識別、事后推理全方位為工程安全管理提供了科學(xué)的指導(dǎo)，完善了傳統(tǒng)安全管理偏重事前預(yù)防以及注重經(jīng)驗的管理方式，以H工程項目腳手架倒塌墜落事故作為案例研究，進一步論證了模型的合理性與有效性。

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Study on Decision Analysis of Safety Management in Engineering Based on FTA-BN

WANG Shuling, YUAN Ruhua

In order to study the entire process of engineering safety management, improve the current construction safety risk management prevalent in pre-emphasis control in the decision-making process, based on the FTA-BN combination model, it use the all-aspect management methods, that composed by prior risk probability prediction, in-process key factor identification and ex-posed cause diagnosis.It studied on the risk factors in engineering construction safety risk events.Finally, the model is demonstrated to be scientific and effective through a case, hope to prove guidance for engineering construction safety management decision and reduce the occurrence of accidents to some extent.

fault tree analysis; Bayesian analysis; safety risk; safety management

WANG Shuling:Postgraduate; School of Business,Hohai University, Nanjing 211100,China.

2095-3852(2016)04-0401-04

A

2016-02-23.

王書靈(1990-)，女，江蘇南京人，河海大學(xué)商學(xué)院碩士研究生.

水利部公益性行業(yè)科研專項基金項目(201301055).

C931.2

10.3963/j.issn.2095-3852.2016.04.002