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      基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的玻璃幕墻運(yùn)維管控技術(shù)

      2022-08-16 09:52:32上海城投集團(tuán)有限公司上海200092
      建設(shè)監(jiān)理 2022年5期
      關(guān)鍵詞:玻璃幕墻貝葉斯敏感性

      陳 龍[上海城投(集團(tuán))有限公司,上海 200092]

      0 引言

      由于我國(guó)建筑業(yè)長(zhǎng)期存在重建設(shè)、輕運(yùn)營(yíng)維護(hù)的弊端,城市建筑物在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中累積了諸多安全隱患,致使安全運(yùn)營(yíng)事故頻發(fā),造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失,已嚴(yán)重危害廣大城鎮(zhèn)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。目前,在城市建筑安全運(yùn)營(yíng)保障技術(shù)方面,較多地停留在對(duì)結(jié)構(gòu)的常規(guī)保養(yǎng)、結(jié)構(gòu)檢測(cè)、健康監(jiān)測(cè)等方面的研究,對(duì)城市大型建筑物安全運(yùn)營(yíng)方面的研究極少,仍處于起步階段。在建筑物運(yùn)營(yíng)期間,風(fēng)險(xiǎn)種類更多,涵蓋的范圍更廣,而且沒有明顯的階段性特征,無法完全采用施工過程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估方法。

      當(dāng)前,建筑運(yùn)維階段玻璃幕墻質(zhì)量安全問題也越來越突出,各種幕墻玻璃自爆、固定連接件破壞、膠合材料破壞等問題屢見不鮮,已成為懸在人們頭頂?shù)摹安欢〞r(shí)炸彈”。本文提出基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的玻璃幕墻運(yùn)維管控技術(shù),通過案例庫(kù)構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò),利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理和診斷功能,梳理風(fēng)險(xiǎn)事件和風(fēng)險(xiǎn)因素的鏈狀網(wǎng)絡(luò)關(guān)系,形成玻璃幕墻運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)事件的計(jì)算模型,結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)因素的敏感性分析技術(shù),對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的影響程度排序,得到不同風(fēng)險(xiǎn)因素的重要度指標(biāo),為風(fēng)險(xiǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)提供關(guān)鍵指標(biāo)。

      1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)分析

      1.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論

      貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一種表示變量間概率分布及關(guān)系的有向無環(huán)圖(Directed Acyclic Graph,DAG)模型[1]。在此網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表隨機(jī)變量,節(jié)點(diǎn)間的有向邊(由父節(jié)點(diǎn)指向其后代子節(jié)點(diǎn))代表了節(jié)點(diǎn)間的依賴關(guān)系,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)條件概率表(Conditional Probability Table,CPT),表示該變量與父節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系強(qiáng)度,沒有父節(jié)點(diǎn)的用先驗(yàn)概率進(jìn)行信息表達(dá)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理實(shí)質(zhì)上是通過聯(lián)合概率分布公式,在給定的結(jié)構(gòu)和已知證據(jù)下,計(jì)算某一事件發(fā)生的后驗(yàn)概率P(X|E)。

      1.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)概率推理

      貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率推理就是利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)解決實(shí)際問題的過程。通過概率計(jì)算,在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型給定的情況下,根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)變量的概率分布,利用條件概率的計(jì)算方法,計(jì)算出所感興趣的節(jié)點(diǎn)變量發(fā)生的概率。設(shè)所有隨機(jī)變量集合為N,給定節(jié)點(diǎn)變量集合E為集合N的子集,其中E取值用e表達(dá)(假定為True或False),即E=e。查詢節(jié)點(diǎn)變量集合為Q,其值為qi。概率推理就是在給定E=e時(shí),條件概率計(jì)算式

      貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理分為因果推理和診斷推理。

      (1)因果推理[2]:由原因推出結(jié)論,也稱自頂向下的推理;已知原因,根據(jù)推理計(jì)算求出結(jié)果發(fā)生的概率。

      (2)診斷推理[3]:由結(jié)論推出原因,也稱自下向上的推理;已知發(fā)生了某些結(jié)果,根據(jù)推理計(jì)算找到造成該結(jié)果發(fā)生的原因和發(fā)生的概率。

      1.3 敏感性分析

      敏感性分析的目的是衡量貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的影響,找出影響較大的風(fēng)險(xiǎn)因素,從而采取有效的措施減小這些風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率,以減小風(fēng)險(xiǎn)事件的失效概率[4]。針對(duì)城市大型建筑物安全運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估問題,結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率演化算法,以風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)事件的動(dòng)態(tài)變化為參考量,定義風(fēng)險(xiǎn)因素j的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)Vj,計(jì)算式

      式2中,Pi、Pi+1分別為風(fēng)險(xiǎn)因素j在第i、(i+1)個(gè)狀態(tài)下的發(fā)生概率;P(i)、P(i+1)分別為風(fēng)險(xiǎn)事件在第i、(i+1)個(gè)狀態(tài)下的失效概率。敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)越高,相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的貢獻(xiàn)越明顯。

      2 玻璃幕墻風(fēng)險(xiǎn)分析

      以大型建筑運(yùn)維階段的典型風(fēng)險(xiǎn)“玻璃幕墻損壞”為例,根據(jù)案例庫(kù)和有關(guān)數(shù)據(jù)資料,構(gòu)建“玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖,采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,計(jì)算出玻璃幕墻損壞發(fā)生概率,并對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)事件各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行敏感性分析,確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素,為跟蹤監(jiān)測(cè)提供關(guān)鍵指標(biāo)。

      2.1 “玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

      基于大型建筑運(yùn)維安全“玻璃幕墻”事故案例,建立風(fēng)險(xiǎn)事件與風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)因素與風(fēng)險(xiǎn)因素之間的邏輯關(guān)系,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充修正,構(gòu)建“玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖(如圖1所示)。

      圖1 “玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖

      該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖的各個(gè)節(jié)點(diǎn)分為風(fēng)險(xiǎn)事件節(jié)點(diǎn)和三層的風(fēng)險(xiǎn)因素節(jié)點(diǎn)。風(fēng)險(xiǎn)事件為“幕墻損壞”;第一層風(fēng)險(xiǎn)因素為風(fēng)險(xiǎn)事件的直接原因,如“膠合材料老化”“玻璃自爆”和“固定連接件破壞”;第二層風(fēng)險(xiǎn)因素為造成第一層風(fēng)險(xiǎn)因素的原因,如“強(qiáng)度降低”“變形過大”和“老化失效”等;第三層風(fēng)險(xiǎn)因素為造成第二層風(fēng)險(xiǎn)因素的原因,如“持續(xù)高溫”“火災(zāi)”和“溫差過大”等。

      2.2 玻璃幕墻損壞風(fēng)險(xiǎn)分析

      根據(jù)“玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖,利用Netica軟件構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)事件“幕墻損壞”的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型;結(jié)合案例庫(kù)及各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,計(jì)算出底層風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率(如表1所示)。由于案例庫(kù)中風(fēng)險(xiǎn)事件案例有限且數(shù)據(jù)較為單一,部分風(fēng)險(xiǎn)因素的概率為0,為便于Netica建模和計(jì)算,忽略案例庫(kù)中對(duì)幕墻損壞影響較弱的部分風(fēng)險(xiǎn)因素。

      將表1中的風(fēng)險(xiǎn)因素概率值代入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中,利用Netica軟件計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)事件“幕墻損壞”發(fā)生的概率值為3.29%(如圖2所示),這說明:在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維管理水平下,玻璃幕墻仍然存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn),需引起足夠的重視并采取有效的預(yù)控措施。

      表1 “幕墻損壞”事件底層風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生概率

      圖2 建筑運(yùn)維階段“幕墻損壞”風(fēng)險(xiǎn)事件貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算

      2.3 玻璃幕墻損壞敏感性分析

      根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素敏感性計(jì)算公式,要分析“幕墻損壞”各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素敏感性,先要計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素及風(fēng)險(xiǎn)事件在不同狀態(tài)下的概率值,利用“計(jì)數(shù)—學(xué)習(xí)算法”[5],分別計(jì)算不同權(quán)重各層風(fēng)險(xiǎn)因素和“幕墻損壞”風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率值;再結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)敏感性公式,依次計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)值(如表2所示)。

      表2 “幕墻損壞”風(fēng)險(xiǎn)事件中各風(fēng)險(xiǎn)因素的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)

      在“幕墻損壞”風(fēng)險(xiǎn)事件中,“質(zhì)量缺陷”因素的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)最高,達(dá)到0.3967;“持續(xù)高溫”風(fēng)險(xiǎn)因素的影響略低于“質(zhì)量缺陷”,敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)為0.3622;“老化失效”和“安裝不當(dāng)”因素的敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)較小,分別為0.0154和0.0087。因此,“幕墻損壞”風(fēng)險(xiǎn)事件的動(dòng)態(tài)管理中,“質(zhì)量缺陷”和“持續(xù)高溫”風(fēng)險(xiǎn)因素是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。

      3 運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)控制措施

      建筑運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估的目的是為了更好地了解風(fēng)險(xiǎn)事件及其風(fēng)險(xiǎn)因素,并采取針對(duì)性的預(yù)控措施和方法進(jìn)行有效控制,防止風(fēng)險(xiǎn)事件概率提升,避免風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后果加重。在玻璃幕墻損壞風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及敏感性分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)性提出預(yù)防大型建筑安全運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的控制措施和方法,可提高風(fēng)險(xiǎn)管理效率(如表3所示)。

      表3 幕墻損壞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施和方法

      4 結(jié)語

      基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建筑運(yùn)維安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)敏感性分析技術(shù),可指導(dǎo)我們進(jìn)行針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控和風(fēng)險(xiǎn)跟蹤,提高風(fēng)險(xiǎn)管理的效率,有效防止風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生,避免因?qū)λ酗L(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行跟蹤處理而導(dǎo)致無效的風(fēng)險(xiǎn)處置投入。本文根據(jù)玻璃幕墻事件案例庫(kù),梳理風(fēng)險(xiǎn)事件和各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素之間邏輯關(guān)系,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)其補(bǔ)充修正,構(gòu)建“玻璃幕墻事故”貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖,借助貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理原理進(jìn)行玻璃幕墻建筑運(yùn)維安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估,并對(duì)各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行敏感性分析及排序,并針對(duì)性地提出有效管控措施。

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