事故树分析法在公路施工危险源辨识中的应用

摘 要：长期以来由于工程项目的特殊性、危险性、以及复杂的组织结构和管理方式等方面，施工安全问题一直困扰着业界人士和广大学者，而公路施工也不例外。为确保公路工程的施工安全，危险源辨识成为了重中之重。因此，本文提出了事故树分析法在公路施工危险源辨识中的应用，介绍了该方法的基本步骤与应用过程，并结合实例详细解释了此方法的应用。通过事故树的定性分析，判断出系统危险源的结构重要度大小顺序，而结构重要度代表着每个危险源对事故的重要程度，针对分析结果，按照主次之分我们便能够制定相关安全对策和预防措施。事故树分析法的应用结果验证了这一方法的科学性和可行性，可用来分析事故的因果关系，进行系统的安全评价、预测和方案优化等，以得出最佳施工方案。

关键词：公路施工；事故树分析；危险源辨识； 结构重要度

中图分类号：TU992.05文献标识码：A

一、引言

危险源辨识是对系统中各种危险因素的分辨与识别的过程，而这些危险因素可能导致事故发生，甚至造成重大人员伤亡与财产损失[1]。从人类出现开始，就一直为生存和发展而不懈努力。随着社会发展，危险物质的种类和数量日益增多，呈现出多元化、突发性、范围广、诱因多、易发生、破坏强、后果重等特点。而危险源辨识方法也是越来越全面，常用的危险源辨识方法大概可归纳为直接经验法和系统安全分析法两大类[2]。

（1）直接经验法就是对照相关规范、法规、检查表或依靠专业人员的观察分析能力，借助于经验和判断能力直观的评价对象危险性的方法。如施工现场危险源的辨识主要采用直接经验法，具有较高的置信度。

（2）系统安全分析法是指应用系统安全工程的评价方法进行危险源辨识。这种方法常用于复杂、或没有事故经验的情况。常用的方法有：安全检查表法、模糊综合评价、可拓理论、失效模式及影响分析、层次分析法、作业条件危险性评价方法、事件树分析、事故树分析、灰色系统理论、神经网络和因果分析等。

而本文所使用的事故树分析法（FTA）是安全系统工程最重要的方法之一，经历了半个世纪的发展[3]。1961年，美国贝尔电话研究所的沃特森(Watson)在研究民兵式导弹反射控制系统的安全性评价时，首先提出了这个方法；接着，该研究所的默恩斯（Mearns)等人针对火箭偶发事故的预测问题改进了这个方法。随后，美国波音飞机公司的哈斯尔（Hassl)等人通过电子计算机进行辅助分析和计算再次改进了这个方法。1974年，美国原子能委员会应用FTA对商用核电站的灾害危险性进行评价，发表的拉斯姆森报告引起世界各国的关注。此后FTA从军工业迅速推广到机械、电子、交通、建筑、化工和冶金等民用工业。至今，许多国家仍在研究这一方法的应用。

我国对事故树的应用研究也取得了初步成效。1976年，清华大学核能技术研究所开始应用事故树分析方法分析评价核反应堆的安全。1978年，天津东方红化工厂用事故树分析方法首次分析控制生产中的事故，并获得了成功的经验。1982年，第一次安全系统工程座谈会在北京劳动保护研究所召开，大会介绍和推广了事故树分析方法。实践证明，事故树分析法可以适用于我国国民经济各行业的安全管理，是一种具有广阔的应用前景和发展前途的系统安全分析方法。

二、事故树分析方法

事故树分析又称故障树分析，简称FTA（Fault Tree Analysis）。故障树分析是一种演绎的技术方法，它致力于某一特定的故障事件。从最初的故障事件开始，故障树以此事件为根源进行构造。后面的每个事件或者是一个基本事件（即不能进一步分析的事件），或是一个中间事件。中间事件通过连接到一个门来得到向下分析，而这个门再连接到其他事件[4]。

FTA是在系统安全工程中应用较广泛的一种方法，它的特点是通过演绎分析系统失效或故障事件查找出相关的原因部件和事件，进而采取防止事故发生的措施，具有简单直观、脉络清晰、逻辑性强以及既可定性分析又可定量分析等优点。事故树分析法的分析程序根据分析对象和预期目标的不同而有所区别。但是，一般都具备以下几项基本步骤[5]：

(一)全面熟悉并深入了解作业流程

包括施工作业的整体概况，如作业程序、周围环境、注意事项等。详细了解系统中的四类因素：人（Men）、物（Matter）、管理（Management）、环境（Medium），简称4M要素。

（二）调查事故及原因

广泛搜集相同或类似事故实例和统计资料，预想系统中可能引起事故的原因，从系统中的人、物、环境及管理缺陷中，寻找事故原因。

（三）确定顶上事件T及其发生概率的控制目标值

顶上事件就是要调查的事故事件，由事故的严重程度可确定事故发生概率的控制目标值。

（四）确定事故的基本原因事件（即基本事件X）

依据统计资料分析，找出事故的基本事件，并尽可能确定基本事件的发生概率。

（五）绘制事故树

按照演绎分析的原理和方法，从顶上事件开始，从上到下逐级找出各自的直接原因事件（即中间事件A），并用逻辑门连接上下层事件，直到基本事件或所要求的深度。

（六）定性分析

化简并分析事故树的结构，求出最小割集或最小径集，进而确定各基本事件的结构重要度。依据各基本事件的结构重要度大小排序，按主次关系分别采取相应措施来预防事故发生。

（七）定量分析

若能确定基本事件的发生概率，可据此算出顶上事件的发生概率。将其与统计分析所得到的概率进行比较。如果二者相互矛盾，则需要返回④，重新调查基本原因事件是否遗漏、发生概率和事件逻辑关系是否正确以及所设定的事故发生概率的控制指标是否合适。

但是，因为事故树的定量分析必须要调查基本事件的发生概率，所需的事故样本非常大，而我国目前还没有建立一套完整的事故数据库，故基本事件的发生概率信息无从查询。因此在无法获得基本事件发生概率的情况下，只需对施工现场的危险源进行事故树的定性分析[6]。

三、事故树分析方法在辨识公路施工危险源中的应用

（一）工程现场的概况

2004年四川某施工公路发生深坑塌方事故，导致在深坑中作业的3名民工1人生还，2人死亡。据施工方介绍，这个沙坑是用来埋设下水道管线的，挖到4米深时，意外出现沙砾层，挖掘机立即停止作业，3名民工下坑处置，没想到一下坑就突然遭遇塌方。

（二）公路施工现场深坑塌方事故树分析[7]

依据事故树的原理及基本步骤，选取公路施工现场深坑坍塌事故为顶上事件（T），从上往下逐级查找各事件的直接原因事件。

1、选取公路施工现场深坑坍塌事故为顶上事件（T）

坍塌事故是由于某种原因使物体在外力或重力作用下，达到或超过自身的强度极限导致其结构稳定性破坏而造成的事故，并且坍塌事故是建筑施工中常见的重大事故之一。

2、分析深坑塌陷的原因

首先，由坍塌事故定义可知，只有外力达到一定程度才能导致深坑结构稳定性破坏，进而造成坍塌事故；其次，从4M要素里逐步分析，如下表1所示：

表1事故具体分析

3、据（2）分析绘出深坑坍塌事故树（如图1）

4、利用布尔代数公式对事故树分析化简，并计算出最小割集

因此，深坑坍塌伤亡事故树的最小割集为：

对上述最小割集进行结构重要度分析，11个基本事件的结构重要度排序为：

5、事故总结

从最小割集来看，由于最小割集有30组，表示有30种深坑坍塌的原因，这就充分说明了深坑坍塌事故的可能性很大，预防也将很困难。

从结构重要度来看，X1、X2、X3、X4、X5结构重要度最大，其次是X6、X7、X8、X9、X10、X11。因此，在选定预防措施时，应根据结构重要度的排序，以主次之分，并结合客观实际情况，有针对性的提出相关有效措施。具体措施顺序如下：

（1）首要措施

在施工人员进入深坑作业时，必须确保周围作业环境是否安全是否利于施工。有类似本例的深坑作业时，一定要按照规范仔细调查分析深坑下是否埋设危险物品、是否雨季施工，以及土层构成、土质强度、排水处理等影响深坑结构稳定的危险因素，定期检查这些因素是否满足安全要求，一旦发现作业环境存在危险因素应当及时采取安全措施。

（2）次要措施

对于施工设计方案要反复核查其是否规范合理。例如本例，在深坑开挖前，除了要调查清楚周围作业环境外，还要注意开挖方法是否正确、有无支护及支护材料强度，是否遗漏了下水道的影响等。同时，要强调监督人员的作用，本例由于监督人员缺乏专业知识以及严谨的检查态度，导致遗漏或者轻视危险因素，使得施工人员的安全得不到保证。因此必须要加大宣传监督的重大作用，对各工作人员加强安全指导和教育，达到各尽其职的理想效果。

综上所示，采取了这些措施定会使得施工人员的安全得到更好的保证，从人、物、管理和环境四方面出发，加大安全监督工作的力度，强调施工必须按照安全技术规范来实施，针对分析得到的危险源要采取相关预防措施。

四、结论

通过本案例事故树分析，事故树分析方法提供了能量化危险源的辨识手段，并在事故发生、危险源和预防措施三者之间建立了一座生动形象简单易懂的“桥梁”。应用事故树分析法对事故进行逐层分析，可以进一步了解事故的发生过程。根据最小割集、结构重要度和最小径集等制定相关预防措施。此外，事故树可应用于系统的危险性评价、事故的分析识别及预测和安全措施的决策等方面。

不可避免地，事故树分析法也有其局限性，比如在事故树分析时存在人的主观性和片面性，以及复杂事故时的工作量庞大等。如果时间及资料等条件允许，本文下一步还可以进行事故树的定量分析等研究，进而更全面的对事故进行分析评价，使得资源最大化，以期达到最佳安全状态。同时，也可以应用多种危险源辨识方法一起参考对比。

参考文献

［1］王开凤.山区高速公路施工安全评价及预警研究［D］湖北：武汉理工大学，2009.

［2］许程洁，基于事故理论的建筑施工项目安全管理研究［D］.黑龙江：哈尔滨工业大学，2008.

［3］王蒙蒙.基于事故树方法的瓦斯爆炸危险源辨识与评价［D］.山西：太原理工大学，2005.