概率分析法在地基危險點分析及預控中的應用

侯星恒，徐崢嶸

(1．中國華電集團公司 上海分公司，上海 200003;2．上海通華燃氣輪機服務有限公司，上海 200003)

0 引言

電力工業是國家的基礎產業，其安全性對社會穩定和人民生活有著舉足輕重的作用。隨著我國經濟的飛速發展，對電力供應的經濟性、可靠性的要求也越來越高，電力供應的經濟性、可靠性又與電力安全息息相關。

為使電力安全生產管理更為系統科學，多年來電力行業相關人員在安全性評價、突發事件應急等方面不斷深入開展和研究，逐步形成了一系列科學合理的評價手段和方法。而危險點辨識又是這2項工作中必不可少的基礎工作。

危險點、事故、安全三者是緊密聯系在一起的。事故的發生總有前因后果，前因即是危險點，后果即是安全。而前因往往不是由單一危險點因素造成的，每一個危險點因素對發生事故的影響程度也不相同。但危險點具有可知、可預防性，因此，如何科學地找出事故發展過程中的相互關系，建立起接近真實情況的數學模型，危險點分析才會取得較好的效果，而且越接近真實情況，效果越好，危險點預控就越準確。

1 概率分析的相關概念

概率分析是運用概率論和數理統計原理，對風險因素的概率分布和風險因素評價指標的影響進行定量分析。

概率分析的一般做法是，首先預測風險因素發生各種變化的頻率，將風險因素作為自變量，預測其取值范圍和概率分布，再將選定的評價指標作為因變量，測算評價指標的相應取值范圍和概率分布，計算評價指標的風險值以及風險發生的概率。

概率風險評價法是根據事故基本致因因素的事故發生概率，應用數理統計中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的關聯度(或重要度)或整個評價系統的事故發生概率的安全評價方法。

2 概率分析的一般程序

(1)選定評價指標。

(2)選定需要進行概率分析的風險因素。

(3)預測風險因素變化的取值范圍及概率分布。

(4)根據測定的風險因素取值和概率分布，計算評價指標的相應取值和概率分布。

(5)計算評價指標的風險值和風險的概率。

(6)分析計算結果，判斷風險程度，研究減輕和控制不利影響的概率分布。

3 概率與危險性級別的關系

在安全性評價中，目前對風險程度的評估一般可劃分為4個等級，見表1。

表1 概率與危險性級別的關系

結合風險發生概率，對危險性可用表2來分解說明。

表2 風險概率及危險性

4 概率分析在地基危險點分析中的應用

2004年，江南地區某發電企業建設2臺GE 9F級燃氣－蒸汽聯合循環機組。江南地區的地質特點是地基軟、持力層薄。由于GE公司的施工設計和電廠的地質條件存在較大差異，對于基礎結構沒有針對性方案，若采用常規設計可能會造成基礎開裂和總體沉降過大。導致基礎開裂和沉降危險點的主要原因是什么?發生的可能性究竟有多少?筆者按照概率分析法，進行了一些測算。

4．1 危險因素分析

根據分析結果，造成裂紋和沉降安全隱患的主要因素是砼內外溫差，而影響溫差的2個變量是水化熱和水灰比坍落度。假設水化熱隨著水泥齡期的增長而提高的可能是6%，10%，20%，而其發生的可能性分別是20%，40%，40%;水灰比坍落度也存在3種可能，分別是10%，15%，30%，對應的可能性分別是30%，50%，20%。

由于2個變量對應的組合有9種，對應的溫差影響程度按概率分析方法的要求首先建立概率樹，再分別進行危險量計算。

(1)建立概率樹。概率樹的分析結果如圖1所示。

圖1 概率樹

(2)計算各危險狀態的出現概率。

1)溫差影響度1出現的概率為20%(水化熱提高6%的可能性)×30%(水灰比坍落度的可能性10%)=6%。其對應的溫差影響程度為6．4%。

2)溫差影響度2出現的概率為20%(水化熱提高6%的可能性)×50%(水灰比坍落度的可能性15%)=10%。其對應的溫差影響程度為8．7%。

3)溫差影響度3出現的概率為20%(水化熱提高6%的可能性)×20%(水灰比坍落度的可能性30%)=4%。其對應的溫差影響程度為11．9%;

4)溫差影響度4出現的概率為40%(水化熱提高10%的可能性)×30%(水灰比坍落度的可能性10%)=12%。其對應的溫差影響程度為8．2%。

5)溫差影響度5出現的概率為40%(水化熱提高10%的可能性)×50%(水灰比坍落度的可能性15%)=20%。其對應的溫差影響程度為10．8%，計算過程略。

以此類推，分別算出各狀態的發生概率，最終計算累計概率為10．89%。

其中大于10%的概率有溫差影響度3，5，6，8，9狀態，即:4%+20%+8%+20%+8%=60%。即溫差造成危險的概率為60%。

對照表2可知，因溫差造成的風險概率的危險性為可能發生。

從測算結果看，其列為危險性級別，有可能發生風險，因此，必須采取有力的措施加以應對和防范。

4．2 制訂對策

綜合考慮企業所在地區的地基狀況，設計了2套初始方案(方案1:120m×90m×20m(長×寬×厚)大開挖;方案2:60m×(1．5～20)m深樁)，依據國內電力和建筑設計單位的計算結果和建議，最終選定了24m×?0．6m的預制PHC預應力管樁的方案。通過優化砼配合比，采用外摻入粉煤灰及外加劑的“雙摻”技術，既減少了水泥用量又降低了水化熱，有效地控制了因水化熱引起的砼內外溫差超標而產生的裂縫。同時，進行了多次現場砼坍落度損失測定、現場砼初凝時間測定以及外加劑對坍落度損失值的影響等試驗，在施工中嚴格控制水灰比坍落度，又通過特殊設計的砼養護方法減少了砼水分蒸發，保持砼表面的濕潤狀態，降低了砼中心與表面的溫差。根據上面的測算，在所有狀態下，若溫差的影響降低2%，風險概率將降至36%，則危險發生的可能性為不可能發生。

通過幾方面的改進，該企業不僅成功完成了在軟弱地基條件下建設超長寬比大型單軸燃機的基礎，滿足了GE公司對機組承臺的要求，還有效地防止了有害裂縫的出現。機組建成后，經過1年多的觀測，基礎沉降均勻而平穩，沉降值為25mm，比同類地區同期建設的同類機組的基礎沉降小35mm，效果十分明顯。

建設方案的調整，不僅滿足工程安全要求，還取得了良好的經濟效益。按照原GE公司的設計方案，單軸燃氣輪機基礎需打60m深、直徑為1．5～2．0m的鉆孔樁260根，僅打樁的時間就需4～6個月(在天氣連續晴好的條件下)，然后再澆混凝土基礎。現在采用24m深、直徑0．6m的PHC預應力砼管樁，采取了澆筑新設計的大體積基礎的施工措施，不僅縮短了工期，而且還節約了大量的費用。按施工時的樁基施工單價計算，可節約投資約1 965．6萬元(計算過程略)。

5 概率分析在地基危險點評價中應用應注意的問題

數據選擇和計算方法要合理。由于風險因素分布的測定是概率分析的關鍵，也是概率分析的基礎，因此，在地基危險點分析中，風險因素概率分布的估計方法應根據評價的實際需要、資料的可得性及制訂相應對策的條件來選擇，或通過專家調查法確定，或通過歷史統計資料和數理統計分析方法測定。

評價指標的概率分布可采用理論計算法或模擬計算法。對于風險因素有限且風險變量分布是離散型分布的狀況，可采用理論計算法計算出相應數值。當隨機變量的風險因素較多或風險因素取值服務連續性分布時，可采用模擬計算法，即以有限的隨機抽樣數據來模擬計算評價指標的概率分布。

制訂的防范措施要盡量做到針對性、可行性和經濟性三者的協調統一。“安全第一、預防為主”是電力安全生產的基本方針，變被動為主動的安全管理手段也已成為企業安全生產的良好理念。預防工作不僅僅是管理制度的建立和人員安全意識的宣傳，必要時還需要進行設備的改進、人員的培訓等工作，而這些工作的開展需要企業的經濟投入。電力體制改革后，發電企業的經濟效益由原來的以成本為中心轉變為以盈利為中心的經營模式，企業經濟效益的提高不僅僅是利潤的上升，還關系到企業的生存。安全投入不能少，這是企業財產和員工人身安全的保障。應依據概率分析結果，根據風險因素概率范圍所確定危險性級別來判斷投入程度，假設風險因素降低1%，風險概率降低至危險性級別為不可能發生;若風險因素降低5%，風險概率降低至危險性級別為非常不可能發生時，就應對其經濟投入比例進行經濟綜合分析和評價，確定出最經濟、最合理的應對措施。

6 概率分析的優、缺點

概率分析是建立在一定的數據和事故統計分析基礎之上的，因此，評價結果的可信程度較高。由于能夠直接給出系統的事故發生概率，因此，便于各系統對危險發生可能性的大小進行比較。對于同一個系統，概率分析可給出發生不同事故的概率、不同事故致因危險點因素的重要度，便于對不同事故可能性和不同致因危險點因素重要性進行比較。該類評價方法要求數據準確、充分，分析過程完整，判斷和假設合理，特別需要準確地給出基本致因因素的事故發生概率，顯然，這對于一些復雜、存在不確定因素的系統是十分困難的。因此，該類評價方法不適應基本致因因素不確定或基本致因因素事故概率不能給出的系統。隨著計算機在電力生產和安全分析中的應用和發展，在電力生產和安全分析中，模糊數學理論、灰色系統理論和神經網絡理論得到了廣泛的應用，彌補了該類評價方法的一些不足，擴大了應用范圍。

7 結束語

地基危險點識別無論是在安全性評價還是在突發事件應急預防中都是必不可少的一項基礎工作。目前，在合理判定地基危險點的危險級別方面，定量、定性的各種方法均有使用。概率分析作為一種科學的風險預測方法，在地基危險點危險級別判定上有較好的可靠性，可對同行業其他電廠制訂對策、評估投入程度時提供參考。

［1］火力發電廠危險點分析及預控措施編寫組．火力發電廠危險點分析及預控措施［M］．北京:中國電力出版社，2002．

［2］全國投資建設項目管理師考試委員．投資建設項目決策［M］．北京:中國計劃出版社，2005．