基于FTA和FBN的裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

摘要：為有效對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行研究，基于事故樹(shù)分析法（FTA）和模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（FBN）對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。首先，建立裝配式建筑施工安全事故樹(shù)，并映射到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；其次，引入三角模糊數(shù)對(duì)專(zhuān)家自然語(yǔ)言進(jìn)行量化，得到風(fēng)險(xiǎn)因素概率，通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)概率；最后，通過(guò)敏感性分析，找出裝配式建筑施工中薄弱部分，加強(qiáng)施工安全管理，避免安全事故發(fā)生。運(yùn)用實(shí)例分析項(xiàng)目處于較低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，通過(guò)敏感性分析可知，現(xiàn)場(chǎng)安全管理不到位、吊裝設(shè)備超載運(yùn)行和違章作業(yè)等因素是影響裝配式建筑吊裝施工安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；事故樹(shù)分析法;貝葉斯網(wǎng)絡(luò);三角模糊數(shù);施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

0"引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)裝配式建筑的政策扶持，裝配式建筑迅速發(fā)展。然而，裝配式建筑在施工中存在吊裝預(yù)制構(gòu)件復(fù)雜、吊裝作業(yè)強(qiáng)度大，以及作業(yè)空間可視性差等特點(diǎn)，導(dǎo)致裝配式建筑施工安全事故頻發(fā)"[1]。因此，有必要對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)有效的評(píng)估，以提高裝配式建筑施工安全管理水平。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法有層次分析法"[2]、結(jié)構(gòu)方程模型"[3]、云模型"[4]等，但在裝配式建筑施工過(guò)程中存在較多的不確定性，這些傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析方法不能很好地處理不確定性問(wèn)題。同時(shí)，在實(shí)際工程中，多數(shù)事故的發(fā)生往往是多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素相互作用導(dǎo)致的，上述分析方法不能很好地表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)聯(lián)性。模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Fuzzy Bayesian network，F(xiàn)BN）在解決不確定性問(wèn)題方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。本文將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與事故樹(shù)、三角模糊數(shù)相結(jié)合，建立基于事故樹(shù)和模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，利用事故樹(shù)的模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)雙向推理功能來(lái)評(píng)估裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)，診斷出影響裝配式建筑施工安全的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。通過(guò)工程實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證該模型的科學(xué)性和合理性。

1"研究方法及原理

1.1"事故樹(shù)分析法

事故樹(shù)分析法（FauLt Tree Analysis，F(xiàn)TA）又稱(chēng)故障樹(shù)分析法，它利用“樹(shù)”的圖形演繹方式進(jìn)行邏輯歸納，從目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)事故（頂事件）開(kāi)始，根據(jù)結(jié)果從上至下逐層推導(dǎo)其致因，分析復(fù)雜系統(tǒng)基本事件（底事件）的影響。事故樹(shù)能夠直觀、清晰、全面地分析層級(jí)事件之間的聯(lián)系，并快速找出底事件，建立風(fēng)險(xiǎn)事件的因果關(guān)系模型。事故樹(shù)由頂事件、中間事件、底事件及邏輯門(mén)構(gòu)成，用各種符號(hào)和邏輯門(mén)描述系統(tǒng)中各種事件的因果關(guān)系。其中，邏輯門(mén)包括或門(mén)和與門(mén)，或門(mén)表示輸入事件中任何一個(gè)事件發(fā)生，輸出事件都會(huì)發(fā)生；與門(mén)表示輸入事件要同時(shí)發(fā)生，輸出事件才會(huì)發(fā)生。

本文通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)及裝配式建筑吊裝施工工藝流程圖（圖1）研究裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，其風(fēng)險(xiǎn)包括：高空墜物打擊、預(yù)制構(gòu)件吊裝及觸電等"[5]。然而，從安全事故致因角度分析，裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于人為、設(shè)備、構(gòu)件、管理及環(huán)境5類(lèi)。本文基于事故樹(shù)分析法，以裝配式建筑施工安全事故R為頂事件，建立裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)事故樹(shù)，如圖2所示。

1.2"基于事故樹(shù)的模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Bayesian Network，BN），又稱(chēng)信度網(wǎng)絡(luò)，由Jude 等"[6]于1985年首次提出，是一種將圖形論和概率論相結(jié)合的不確定性知識(shí)表達(dá)和推理的有效模型，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為有向無(wú)環(huán)圖，能夠清晰、直觀地描述系統(tǒng)中各變量間的因果關(guān)系，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的概率計(jì)算。描述系統(tǒng)中各變量間的因果關(guān)系及狀態(tài)。因此，常用于風(fēng)險(xiǎn)分析中。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)有向邊連接，其中，沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為根節(jié)點(diǎn)，有父節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為子結(jié)點(diǎn)，根節(jié)點(diǎn)的概率為先驗(yàn)概率，用條件概率表示各結(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度。

貝葉斯公式如下

P（AiB）=P（BAi）P（Ai）P（B）=P（BiA）P（Ai）∑ni=1P（BAi）P（Ai）（1）

式中，Ai（i=1，2，…，n）為影響目標(biāo)事件B發(fā)生的事件；P（Ai）為先驗(yàn)概率；P（BAi）為條件概率，即如果Ai發(fā)生則B發(fā)生的概率；P（AiB）為后驗(yàn)概率，即如果B 發(fā)生則Ai發(fā)生的概率。

事故樹(shù)向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)映射時(shí)"[7]，事故樹(shù)的頂事件、中間事件及底事件分別對(duì)應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的葉節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)及根節(jié)點(diǎn)，事故樹(shù)中邏輯門(mén)的輸入、輸出與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的有向邊方向一致。數(shù)值映射時(shí)，事故樹(shù)的底事件和中間事件發(fā)生概率分別對(duì)應(yīng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率。

1.3"貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

1.3.1"根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率

由于裝配式建筑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中某些風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)精確數(shù)據(jù)無(wú)法獲得，本文采用專(zhuān)家打分法與三角模糊數(shù)相結(jié)合的方法來(lái)計(jì)算根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率，此方法可以消除研究過(guò)程中過(guò)于依賴(lài)歷史數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的嚴(yán)重偏差，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際工程能提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)三角模糊數(shù)的表達(dá)為A=（a，m，b），a、m和b分別表示模糊數(shù)的下界、最可能估計(jì)值和上界。其隸屬函數(shù)為

FA（x）=0"（xlt;a或xgt;b）

（x－a）/（m－a）"（a≤x≤m）

（b－x）/（b－m）"（mlt;x≤b）（2）

三角模糊數(shù)A1=（a1，m1，b1）和A2=（a2，m2，b2） 的“+”運(yùn)算為

A1+A2=（a1+a2，m1+m2，b1+b2）（3）

引入自然語(yǔ)言變量：非常高（VH）、高（H）、偏高（FH）、中等（VH）、偏低（FL）、低（L）和非常低（VL）。將專(zhuān)家的評(píng)判結(jié)果轉(zhuǎn)化為三角模糊概率。自然語(yǔ)言變量與對(duì)應(yīng)的三角模糊數(shù)見(jiàn)表1。

設(shè)有n名專(zhuān)家參與評(píng)判，其中，第j名專(zhuān)家對(duì)根節(jié)點(diǎn)i給出的自然語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)的三角模糊數(shù)為

Fij=（aij， mij， bij）（4）

為使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，對(duì)各名專(zhuān)家的評(píng)判結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均計(jì)算，現(xiàn)假定各名專(zhuān)家的權(quán)重保持一致，則n名專(zhuān)家的三角模糊數(shù)Fij的算術(shù)平均數(shù)為

F′ij=∑nj=1Fijn=∑nj=1aijn， ∑nj=1mijn， ∑nj=1bijn（5）

采用面積均值法進(jìn)行去模糊化處理，獲得事件i的概率的評(píng)估值為

Pi=aij4+mij2+bij4（6）

Pi即為去模糊化的專(zhuān)家意見(jiàn)精確值。

1.3.2"其他節(jié)點(diǎn)的條件概率

由事故樹(shù)的映射得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的葉節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率，然而，在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，傳統(tǒng)的事故樹(shù)并不完全表達(dá)出事件之間的因果關(guān)系，因此，對(duì)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的條件概率同樣需要專(zhuān)家評(píng)判，計(jì)算方式也同上根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率的計(jì)算方式。通過(guò)專(zhuān)家不斷對(duì)傳統(tǒng)事故樹(shù)進(jìn)行修正，并重構(gòu)條件概率，能較好地描述事件聯(lián)系的不確定性"[8]。

2"裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

本文以某裝配式建筑項(xiàng)目為研究對(duì)象，在貝葉斯仿真軟件GeNIe3.0中建立裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，邀請(qǐng)裝配式建筑行業(yè)內(nèi)5名專(zhuān)家依據(jù)實(shí)際案例經(jīng)驗(yàn)對(duì)模型中根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率做出評(píng)判，通過(guò)反復(fù)修正，將所獲得的節(jié)點(diǎn)概率數(shù)據(jù)輸入貝葉斯仿真軟件中進(jìn)行推理計(jì)算，就可以得到目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。

2.1"網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型參數(shù)處理

設(shè)風(fēng)險(xiǎn)因素狀態(tài)為：發(fā)生（Y）和不發(fā)生（N）。邀請(qǐng)5名專(zhuān)家對(duì)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)模型中的根節(jié)點(diǎn)X1、X7、X10、X12、X13和X14的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)Y給出評(píng)判意見(jiàn)，并通過(guò)第1.3.1節(jié)的計(jì)算步驟得出根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率和中間節(jié)點(diǎn)的條件概率表。以X1根節(jié)點(diǎn)為例，經(jīng)調(diào)查收集到5名專(zhuān)家給出的模糊意見(jiàn)，分別為M、FL、FL、L、VL，得到X1的先驗(yàn)概率為0.213，同理可得X7、X10、X12、X13和X14的先驗(yàn)概率分別為0.14、0.23、0.155、0.104、0.085。考慮到篇幅限制，僅給出X5的條件概率結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2"貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理

2.2.1"事前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的正向因果能夠得到目標(biāo)事件的發(fā)生概率，從而幫助決策者在施工安全管理中提前防范風(fēng)險(xiǎn)。將上面計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)參數(shù)輸入貝葉斯仿真軟件中，通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的正向因果推理功能，得到各節(jié)點(diǎn)的發(fā)生概率值。最后得到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)R裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率為24.3%，裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算圖如圖3所示。

當(dāng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸入新的證據(jù)時(shí)，目標(biāo)事件的概率也會(huì)隨之變化。以節(jié)點(diǎn)X6為例，當(dāng)設(shè)置P（X6=Y）=1時(shí)，目標(biāo)事件R的發(fā)生概率增加了11%。當(dāng)節(jié)點(diǎn)X6和節(jié)點(diǎn)X8同時(shí)同時(shí)發(fā)生時(shí)，目標(biāo)事件R的發(fā)生概率增加了20%，表明多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素同時(shí)發(fā)生時(shí)，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的影響大于單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素作用下的影響。該結(jié)果與工程項(xiàng)目實(shí)際情況相符，說(shuō)明建立的事故樹(shù)和模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析模型是有效的。

2.2.2"事后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

設(shè)定目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)事故R發(fā)生，即P（R=Y）=1，通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的反向診斷推理得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率值。節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率如圖4所示。

由軟件計(jì)算得出，R1、R2、R3、R4、R5的后驗(yàn)概率分別為0.405、0.296、0.333、0.374、0.120。在裝配式建筑施工風(fēng)險(xiǎn)中，人為因素R1的后驗(yàn)概率值最高，說(shuō)明該因素導(dǎo)致裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的概率最大，在實(shí)際的工程項(xiàng)目中該類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)因素應(yīng)加強(qiáng)防范。為防止裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行診斷。設(shè)風(fēng)險(xiǎn)因素R1發(fā)生，即P（R1=Y）=1，將其作為新的證據(jù)輸入到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中進(jìn)行反向診斷，得到節(jié)點(diǎn)X3的后驗(yàn)概率最高。通過(guò)此方法，可以不斷地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)診斷，直至裝配式建筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制。

2.3"敏感性分析

敏感性分析能夠確定網(wǎng)絡(luò)中某一風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素的變化敏感，進(jìn)而識(shí)別出對(duì)目標(biāo)事件影響較大的風(fēng)險(xiǎn)因素。本文將敏感性用各節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的變化對(duì)目標(biāo)事件狀態(tài)的影響程度平均值衡量。敏感性用IY（Mi）表示"[9]，公式如下

IY（Mi）=P（R=YMi=Y）－P（R=Y）P（R=Y）+P（R=YMi=N）－P（R=Y）P（R=Y）/2 （7）

在軟件GeNIe中，將各節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)發(fā)生概率設(shè)置為1，即該風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生，記錄目標(biāo)事件R風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)Y的概率值，通過(guò)式（7）計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的敏感性，各風(fēng)險(xiǎn)因素敏感性見(jiàn)表3。

風(fēng)險(xiǎn)因素節(jié)點(diǎn)敏感性大說(shuō)明其對(duì)目標(biāo)事件的影響顯著，即該風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)較小的變化將對(duì)目標(biāo)事件造成較大的影響"[10]。因此，根據(jù)表5得出X11、X6、X3、X2因素?cái)?shù)值更大，說(shuō)明這些風(fēng)險(xiǎn)因素的變化對(duì)于裝配式建筑施工階段的影響更顯著，需要重點(diǎn)關(guān)注。其中，X11、X6和X3存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，X6和X3均受X11的影響，說(shuō)明提高現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理水平可有效減少吊裝設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督人員管理可有效減少違章作業(yè)的發(fā)生。

3"對(duì)策及建議

（1）針對(duì)“現(xiàn)場(chǎng)管理不到位”風(fēng)險(xiǎn)因素。成立現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工領(lǐng)導(dǎo)小組，明確責(zé)任與分工，施工前制訂好各類(lèi)突發(fā)情況的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，并加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)巡查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員的不安全行為（如禁止非作業(yè)人員進(jìn)入吊裝施工區(qū)等）及物的不安全狀態(tài)（如抽查吊裝設(shè)備及吊具，避免有損傷的器具使用等）。

（2）針對(duì)“吊裝設(shè)備超載運(yùn)行”風(fēng)險(xiǎn)因素。選擇合理的吊裝設(shè)備保障施工安全運(yùn)行，同時(shí)必須保證臨時(shí)支撐的安全性。在施工中，禁止進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件重量不明的盲目吊裝作業(yè)，加強(qiáng)對(duì)起吊載荷量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止機(jī)械設(shè)備在使用中超載運(yùn)行。對(duì)于常使用的吊裝設(shè)備及附屬吊具，使用結(jié)束后定期維修與保養(yǎng)，注意索具的磨損率，防止其銹蝕、裂紋、變形等，確保設(shè)備及吊具索具處于良好的工作狀態(tài)。

（3）針對(duì)“違章作業(yè)”風(fēng)險(xiǎn)因素。為使吊裝作業(yè)人員規(guī)范吊裝作業(yè)，可考慮實(shí)施獎(jiǎng)懲激勵(lì)制度，對(duì)按規(guī)章且出色完成吊裝施工的作業(yè)人員適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)違反規(guī)章制度，如站在吊裝施工危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)等危險(xiǎn)行為的作業(yè)人員進(jìn)行警告或罰款等。由于實(shí)際工程項(xiàng)目中吊裝作業(yè)人員技術(shù)水平有差異，應(yīng)加強(qiáng)作業(yè)人員理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作交流，對(duì)作業(yè)人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平進(jìn)行多方面考核評(píng)定，合格后才能持證上崗。

（4）針對(duì)“作業(yè)人員安全意識(shí)淡薄”風(fēng)險(xiǎn)因素。施工前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，考慮到施工人員教育水平參差不齊，可適當(dāng)減少文字性安全手冊(cè)，定期做崗前安全教育培訓(xùn)（除了講座、考試等傳統(tǒng)安全教育培訓(xùn)，可引入虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）作為培訓(xùn)工具），加強(qiáng)吊裝作業(yè)人員安全意識(shí)，嚴(yán)格遵守“十不吊”的吊裝原則，牢記“安全第一”的思想。

4"結(jié)語(yǔ)

（1）本文通過(guò)構(gòu)建裝配式建筑施工安全事故樹(shù)和模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，能夠直觀、清晰地得出各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的因果關(guān)系。

（2）結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)與三角模糊數(shù)，將專(zhuān)家的主觀評(píng)判結(jié)果轉(zhuǎn)化為客觀的條件概率，并通過(guò)工程實(shí)例，計(jì)算出裝配式建筑施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，運(yùn)用FBN的反向診斷推理識(shí)別出影響裝配式建筑施工安全事故發(fā)生的關(guān)鍵因素，對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生有一定的參考價(jià)值。

（3）通過(guò)敏感性分析，得出現(xiàn)場(chǎng)管理不到位、吊裝設(shè)備超載運(yùn)行、違章作業(yè)、作業(yè)人員安全意識(shí)淡薄等較為突出的影響因素，并提出具體管控措施。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2023-12-01

作者簡(jiǎn)介：

張偉豪（1998—），男，研究方向：工程項(xiàng)目管理。

綦春明（通信作者）（1965—），男，教授，研究方向：工程項(xiàng)目管理。

陳陽(yáng)海（1993—），男，研究方向：工程項(xiàng)目管理。

*基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （41175117）。