房屋建筑施工安全監(jiān)理中故障樹分析法的應(yīng)用

張 娜

(甘肅方圓監(jiān)理有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

城市建設(shè)程度不斷提高，城市老化現(xiàn)象也隨之加劇，需要不斷重新建設(shè)房屋[1]。在這種情況下，安全監(jiān)理工作尤為重要，可以在最大程度上降低房屋建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，減少房屋建筑過程中可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失[2]。故障樹應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，可以揭示風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的潛在原因，因此在房屋建筑施工安全監(jiān)理中應(yīng)用故障樹分析法，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]根據(jù)故障樹的特點(diǎn)，定量分析故障樹，利用SMW工法和排樁支護(hù)編制故障樹，并與工程風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)房屋建筑施工情況，修改故障樹，監(jiān)理房屋建筑施工安全。在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障樹特點(diǎn)，提出房屋建筑施工安全監(jiān)理中故障樹新型應(yīng)用方法，保障房屋建筑施工安全監(jiān)理精度。

2 故障樹分析法的應(yīng)用方法

2.1 定量分析故障樹

監(jiān)理房屋建筑施工安全，也是根據(jù)房屋建筑施工過程，判斷房屋建筑施工出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的概率，從而確定房屋建筑施工安全[4]。因此，需要通過基本事件和頂上事件的概率、概率和臨界重要度，定量分析故障樹。

基本事件概率可以分為人為因素和房屋建筑施工采用的機(jī)械設(shè)備因素兩部分。而頂上事件概率，只有在基本事件基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)第i個(gè)基本事件發(fā)生的概率為pi,則有：

(1)

式(1)中，P表示頂上事件發(fā)生概率；xi表示第i個(gè)基本事件的狀態(tài)值；n表示基本事件總數(shù)量；f(x)表示基本事件的狀態(tài)值函數(shù)。從式(1)中，可以看出頂上事件發(fā)生概率，會(huì)受到基本事件概率的影響，但其重要程度卻不能根據(jù)式(1)確定，因此計(jì)算概率重要程度，其計(jì)算公式如下：

(2)

式(2)中，?表示求偏導(dǎo)符號(hào)[5]。從式(2)中可以看出，方程為頂上事件對基本事件的求偏導(dǎo)。因此，基本事件發(fā)生概率，在一定程度上，可以影響頂上事件發(fā)生概率，所以計(jì)算臨界值重要度，則有：

(3)

式(3)中，C表示基本事件的臨界值重要度。經(jīng)過上述公式計(jì)算，得到概率重要程度和概率臨界重要程度，可以較為全面地反應(yīng)房屋建筑施工安全信息，得到施工安全概率。

2.2 建立房屋建筑施工安全監(jiān)理故障樹

故障樹分析法，是將意見最不期望發(fā)生的事件，放置在故障樹的最頂端，作為故障樹的頂事件[6]。為此，根據(jù)上述(1)～(3)三個(gè)公式，計(jì)算得到的故障樹中房屋建筑施工事件發(fā)生的概率，以及概率的重要度，建立故障樹。

從上述分析中，可以看出故障樹可以近似看成正三角形，三角形的底座為基本事件，也稱為故障樹的底事件，三角形的頂端尖角為頂上事件。底事件具有較強(qiáng)的模糊不確定性，因此需要計(jì)算基本事件的模糊概率，假設(shè)底事件模糊數(shù)置信區(qū)間的上限為a，下限為b，則有：

(4)

式(4)中，表示底事件模糊數(shù)的均值[7]。按照此次建立的正三角形故障樹，其運(yùn)算法則也可以根據(jù)三角模糊函數(shù)運(yùn)算，其運(yùn)算公式如下：

F1+F2=(m-a1,m1,m1+b1)+(m2-a2,m2,m2+b2)

F1-F2=(m-a1,m1,m1+b1)+(m2-a2,m2,m2+b2)

F1×F2=(m-a1,m1,m1+b1)×(m2-a2,m2,m2+b2)

(5)

式(5)中，F(xiàn)1表示三角模糊數(shù)(m-a1,m1,m1+b1)的隸屬函數(shù)；F2表示三角模糊數(shù)(m2-a2,m2,m2+b2)的隸屬函數(shù)。

綜合式(4)和式(5)，建立三角形故障樹，根據(jù)式(4)對底事件進(jìn)行限制，以及式(5)所示的加減乘運(yùn)算法則，得到故障樹的中間層，通過式(1)所示的計(jì)算公式，得到故障樹的最頂層。完成房屋建筑施工安全監(jiān)理故障樹建立。

2.3 評價(jià)房屋建筑施工安全

依據(jù)此次研究建立的故障樹，建立評價(jià)房屋建筑施工安全評價(jià)準(zhǔn)則，假設(shè)故障樹中的底事件概率發(fā)生時(shí)，故障樹頂事件發(fā)生概率的模糊中值為M1；則模糊成本的第個(gè)基本事件的重要度Si為：

Si=(M1-M2)×si

(6)

式(6)中，si表示第i項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失比；M2表示故障樹中的底事件概率不發(fā)生時(shí)，故障樹頂事件發(fā)生概率的模糊中值。根據(jù)房屋建筑施工數(shù)據(jù)，依據(jù)式(6)所示的重要計(jì)算公式，采集房屋建筑施工數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)，并計(jì)算采集房屋建筑施工數(shù)據(jù)所需要的數(shù)據(jù)的重要度，假設(shè)房屋建筑施工數(shù)據(jù)重要等級為r，評價(jià)數(shù)據(jù)為Dr，計(jì)算系數(shù)為Ar，則房屋建筑施工數(shù)據(jù)的權(quán)重Wr為：

(7)

基于式(7)計(jì)算的房屋建筑施工數(shù)據(jù)的權(quán)重，修正房屋建筑施工數(shù)據(jù)權(quán)重，則監(jiān)理房屋建筑施工安全過程中，第個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生概率Pj為：

(8)

式(8)中，pij表示第項(xiàng)評價(jià)數(shù)據(jù)的第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生概率；aij表示故障樹的第i項(xiàng)評價(jià)數(shù)據(jù)的第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事故的三角模糊數(shù)修正范圍[8]。

利用此次研究建立的故障樹，評價(jià)房屋建筑施工過程中是否存在施工風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)房屋建筑過程中，不存在安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則表明房屋建筑施工過程處于安全狀態(tài)，完成房屋建筑施工安全監(jiān)理。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

選擇傳統(tǒng)應(yīng)用方法，采用仿真對比實(shí)驗(yàn)的方式，以某區(qū)域的房屋建筑工程，作為此次實(shí)驗(yàn)研究對象，Unity 3D平臺(tái)作為仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證此次研究的房屋建筑施工安全監(jiān)理中故障樹分析法的應(yīng)用方法。對比兩組房屋建筑施工安全監(jiān)理中故障樹分析法的應(yīng)用方法，監(jiān)理房屋建筑施工安全精度。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次實(shí)驗(yàn)選擇的房屋建筑面積約為59097 m2，房屋建筑主體框架采用剪力墻結(jié)構(gòu)，建設(shè)房屋用于醫(yī)院住院部樓和兒科病區(qū)，共建設(shè)1幢19層的樓，其中地上施工建設(shè)14層，地上總建筑面積為50397 m2，附屬工程占用面積1624 m2，地下設(shè)置1層地下車庫，建設(shè)面積為8700 m2。根據(jù)房屋建筑尺寸，在房屋建筑過程中，進(jìn)行防腐、電氣照明、消防及自動(dòng)噴淋、裝修、排水、采暖、通風(fēng)空調(diào)等房屋建筑基礎(chǔ)工程。

根據(jù)上述內(nèi)容確定的房屋建筑基礎(chǔ)信息，依據(jù)房屋建筑基礎(chǔ)工程，在Windows7操作系統(tǒng)上的Unity 3D平臺(tái)上建立房屋，所需要的硬件環(huán)境如表1所示。

表1 Unity 3D平臺(tái)運(yùn)行硬件環(huán)境

此時(shí)，采用兩組應(yīng)用方法，分別監(jiān)理房屋建筑安全，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

基于此次實(shí)驗(yàn)選擇的房屋建筑工程，選擇坍塌、觸電、火災(zāi)、物體墜落、建筑時(shí)使用的有毒物質(zhì)超標(biāo)、機(jī)械損壞等房屋建筑基礎(chǔ)工程所可能存在的安全問題，在Unity 3D平臺(tái)上，讓仿真的房屋建筑存在龍門吊無安全防護(hù)門、建筑材料無明顯標(biāo)識(shí)且隨意放置、建筑物品堆放超過標(biāo)準(zhǔn)要求等問題。采用兩組應(yīng)用方法，分別監(jiān)理房屋建筑施工安全，其監(jiān)理結(jié)果如表2所示。

表2 房屋建筑施工安全監(jiān)理結(jié)果

從表2中可以看出，研究方法和傳統(tǒng)方法判斷房屋建筑施工過程監(jiān)理存在的安全問題皆為3個(gè)，但是傳統(tǒng)方法判斷吊裝機(jī)械指揮存在施工問題、龍門吊無安全防護(hù)門不存在施工問題，與此次仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置的安全隱患不一致，施工安全監(jiān)理結(jié)果存在誤差；研究方法判斷房屋建筑施工存在的問題，則與此次仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置的安全隱患完全一致，具有較優(yōu)的房屋建筑施工安全監(jiān)理精度。

4 結(jié)語

此次研究應(yīng)用方法，根據(jù)故障樹特點(diǎn)以及目前故障樹對安全隱患分析應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)房屋建筑施工安全監(jiān)理中故障樹分析法的應(yīng)用方法，提高房屋建筑施工安全監(jiān)理精度。但是此次研究仍然存在一定的不足，在今后的研究中，還需深入研究房屋建筑施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)系，以進(jìn)一步提高監(jiān)理精度。