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1、安全系统工程董元锋,1,事故树分析法在隧道施工中的应用及系统安全综合评估,汇报人：董元锋,安全系统工程董元锋,2,汇报提纲,安全系统工程董元锋,3,1 研究背景,在国民经济持续快速发展和市场需求的拉动下, 建筑业持续高速发展, 随之建筑事故也在增加。因此, 提出有针对性的对策措施和建议, 消除事故隐患、防范事故发生, 保障安全生产已是当务之急。当然解决这些问题仅靠安全帽、防护网等硬件防护措施是远远不够的, 还需从更深层次去思考解决问题的法。对于隧道施工，尤其要深入研究其事故发生的特性规律，并对事故发生的机理进行分析。 在隧道（水工隧洞）施工中，为了更科学、更有效地预防 和控制事故，必须采取安全
2、系统工程来解决实际中存在的问题。,安全系统工程董元锋,4,1 研究背景,在具体实施中，我们把这种问题分为四步走： 第一步，建立系统或做危险因素分析； 第二步，结合日常的工作经验和专家的经验，根据给定的权重值，估算危险性因素，这里我们应用的是鱼刺图法、事故树分析法； 第三步，针对系统安全工程做综合性评价，这里我们应用的是模糊综合评估法； 第四步，根据估算的结果，采用层次分析法优选方案，制定预防措施。,安全系统工程董元锋,5,2 研究方法,2.1安全系统工程概述 安全系统工程是运用系统论的观点和方法, 结合工程学原理及有关专业知识研究生产安全管理和工程的新学科, 是系统工程学的一个分支。其研究内容
3、主要有危险源的识别、分析与事故预测; 消除、控制导致事故的危险; 分析构成安全系统各单元间的关系和相互影响, 协调各单元之间的关系,取得系统安全的最佳设计等。安全系统工程中的两个重要内容是安全系统分析和评价, 为了充分认识系统中存在的危险性, 要对系统进行科学的分析。目前系统安全分析法有20 余种, 其中常用的分析法有安全检查( safety check list ) 、系统危险性预先分( PHA) 、故障类型、影响及致命度分析( FMECA) 、事件树分析( ETA ) 及事故树分析( FT A)等。本文运用FTA 法对其隧道施工过程中可能出现的塌方进行安全系统分析。,安全系统工程董元锋,6
4、,2 研究方法,2.2 事故树分析法 事故树分析又称为故障树分析, 是一种演绎的系统安全分析方法, 是从要分析的特定事故或故障( 顶上事件) 开始, 层层分析其发生原因, 直到找出事故的基本原因, 即故障树的底事件为止。它是系统安全工程中重要的分析方法之一, 其不仅可分析出事故的直接原因, 而且能深入提示事故的潜在原因, 既适用于定性分析, 又能进行定量分析, 具有简明、形象化的特点, 体现了以系统工程研究质量事故的系统性、准确性和预测性。 FTA 一般可分为: 1) 选择合理的顶上事件:系统分析边界和定义范围, 并且确定成功与失败的 准则; 2) 资料收集准备: 围绕所需要分析的事件进行工艺
5、、系统、相关数据等资料的收集;顶上事件确定之后，为了编制好事故树，必须将造成顶上事件的所有直接原因事件找出来，尽可能不要漏掉。（直接原因事件可以是机械故障、人的因素或环境原因等。） 3) 建造故障树: 这是FT A 的核心部分, 通过对已收集的技术资料, 在设计、运行管理人员的帮助下, 建造故障树;,安全系统工程董元锋,7,2 研究方法,4、定性、定量分析：根据事故树结构进行化简，求出事故树的最小割集和最小径集，确定各基本事件的结构重要度、概率重要度以及临界重要度，并求出顶上事件发生的概率。 5、进行分析比较：要根据可维修系统和不可维修系统分别考虑。对可维修系统，把求出的概率与通过统计分析得出
6、的概率进行比较，如果二者不符，则必须重新研究，看原因事件是否齐全，事故树逻辑关系是否清楚，基本原因事件的数值是否设定得过高或过低等等。对不可维修系统，求出顶上事件发生概率即可。,安全系统工程董元锋,8,2 研究方法,用事故树分析法对脚手架坠落事故分析,安全系统工程董元锋,9,3 案例分析,案例一： 湖北恩施宜万铁路高阳寨隧道进口端线路走向与318 国道近垂直相交, 公路外侧为木龙河河谷,隧道与木龙河大桥相连。隧道全长4404.76m。,3.1利用鱼刺图 对塌方事故的因果关系进行分析 鱼刺图 是一种发现根本原因的方法,可称为因果图或特性要因图，是为了寻找产生某种质量问题的原因, 集思广义将群众的
7、意见反映在一张图上, 即鱼刺图。用其分析法分析工程施工安全问题, 可使复杂的原因系统化、条块化,且直观、逻辑性强, 它通过带箭头的线使因果关系明确, 便于将主要原因弄清楚, 见下图：,安全系统工程董元锋,10,3 案例分析,图1：某隧道施工过程中可能出现塌方事故的因果分析鱼刺图,安全系统工程董元锋,11,3 案例分析,3.2 事故树分析,T塌方事故; A1地质因素; A2人为因素; A3岩层地质; A4水文地质; A5 施工组织设计; A6施工现场管理;A7工程设计; X1穿越不稳定地层; X2有不利软弱结构;X3地下水发育; X4地表水渗漏明显; X5衬砌落后; X6 未改变施工参数; X7
8、支撑度不够; X8积水排除不及时; X9物资准备不充分; X10勘察不详; X11地质条件把握不准确。,图3 事故树的描述,安全系统工程董元锋,12,3 案例分析,运用布尔运算对最小割集的求解: T = A1A 2= ( A3+ A 4) ( A5A6 A 7) = A3A 5A6 A7+ A4 A5 A6 A7 = (X1+ X2+ X3X4) (X5+ X6+ X7) (X8+ X9) (X10+ X11) = X1 X5 X8 X10+ X1X6X8X10+ X1X7X8X10+ X1X5X9X10+ X1 X6 X9 X10+ X1 X7 X9 X10+X3X4X7X9X11,最后化简
9、得到的最小割集： X1, X5, X8, X10 , X1, X6, X8, X10 , X1, X7, X8, X10 , X1, X5, X9, X10 , X1, X6, X9, X10 , X1, X7, X9, X10 , X1, X5, X8, X11 , X1, X6, X8, X11 , X1, X7, X8, X11 , X1, X5, X9, X11 , X1, X6, X9, X11 , X1, X7, X9, X11 , X2, X5, X8, X10 , X2, X6, X8, X10 , X2, X7, X8, X10 , X2, X5, X9, X10 , X2,
10、 X6, X9, X10 , X2, X7, X9, X10 , X2, X5, X8, X11 , X2, X6, X8, X11 , X2, X7, X8, X11 , X2, X5, X9, X11 , X2, X6, X9, X11 , X2, X7, X9, X11 , X3, X4, X5, X8, X10 , X3, X4, X6, X8, X10 , X3, X4, X7, X8, X10 , X3, X4, X5, X9, X10 , X3, X4, X6, X9, X10 , X3, X4, X7, X9, X10 , X3, X4, X5, X8, X11 , X3, X
11、4, X6, X8, X11 , X3, X4, X7, X8, X11 , X3, X4, X5, X9, X11 , X3, X4, X6, X9, X11 , X3, X4, X7, X9, X11。,安全系统工程董元锋,13,3 案例分析,定性、定量分析：包括顶上事件发生概率P（T），每个基本事件的结构重要度、概率重要度以及临界重要度。其计算公式为： 结构重要度： 概率重要度： 临界重要度：,利用最小割集分析各个基本事件的结构重要度, 得出基本事件的结构重要度排序为:X8 = X9= X10= X11 X1= X2 X5= X6 =X7 X3= X4 从排序中可看出塌方事故的各个因素中
12、积水排除不及时、物资准备不充分、勘察不详、地质条件把握不准确为最重要因素; 而地质、人为因素次之; 衬砌落后、未改变施工参数、支撑度不够次之; 影响因素最小的为岩层及水文地质因素。,安全系统工程董元锋,14,3 案例分析,案列二 水工隧洞是指在山体中或地下开凿的过水洞。,基本事件分析 在水工隧洞施工过程中，根据过去工程中的经验和教训，总结出在隧洞施工中一般容易发生的事故，主要有：（1）塌方；（2）物体打击，指洞顶、侧墙石块坠落伤人；（3）电气事故；（4）爆破事故；（5）车辆运输事故。,事故树分析,安全系统工程董元锋,15,3 案例分析,分别对各项事故编制事故树并进行定性、定量分析； 塌方事故
13、T1=塌方事故，A1=地质因素，A2=人为因素，A3=岩层地质，A4=水文地质，A5=施工组织设计，A6=施工现场管理，X1=穿越不稳定地层X2=有不利软弱结构，X3=地下水发育,X4=地表水渗漏明显，X5=衬砌落后，X6=未改变施工参数，X7=支撑度不够，X8=积水排除不及时，X9=物资准备不充分。对事故树进行分析（ 事故树略）。求最小割集T1=A1A2=(A3+A4)A5A6=(A1+A2+A3+A4)(A5+A6+A7)(A8+A9) 由最小割集分析，得到各基本事件的结构重要度为 A1=A2A5=A6A7=A8=A9 通过综合分析可知，各事故的重要程度主要取决于组成各事故的最小割集的组成
14、情况。各事故的重 要程度为： 物体打击爆破事故车辆运输事故电气事故塌方。,安全系统工程董元锋,16,4 系统安全评估,对系统进行综合性评价，采用模糊综合评估法。按经济损失的大小，可分为特大损失事故、重大损失事故、较大损失事故、一般损失事故。 对影响隧洞事故的5个因素进行分析和统计，按事故发生的百分比确定出各种事故发生的发生率，具体统计分析数值如表1 所列。,根据事故树分析的结果，我们从系统的危险性进行分析，根据危险性程度给定各个事故相对权重。分别给定塌方事故的权重0.2，物体打击的权重0.9，电气事故的权重为0.5，爆破事故的权重为0.8，车辆运输事故的权重为0.6，得出模糊集 A=(0.2,
15、0.9,0.5,0.8,0.6) (1),安全系统工程董元锋,17,4 系统安全评估,对一个系统的安全评价应该根据经验统计结果模糊矩阵 R和模糊集A两方面来综合考虑，这便是建立一个模糊综合评估集B。 根据模糊数学原理，反映上述模糊关系的模糊综合评估集B（ 特大、重大、较大、一般）应等于 B=AR （2） 由式2可列出模糊关系矩阵运算式,安全系统工程董元锋,18,4 系统安全评估,进行模糊运算：,上述结果表明，该系统出现特大事故的危险性是 5%,出现重大事故的危,安全系统工程董元锋,19,4 系统安全评估,险性是 9%，出现较大事故的危险性是18%，出现一般事故的可能性为78%。,安全决策 首先，建立案例层次模型。我们为了防止事故发生一般采用的措施是加强管理、更新技术、采用先进设备和提供安全防护。层次结构模型见图1. 第二，根据建立的层次结构模型，专家给出各因素的判断矩阵，求出各方案措施对隧洞安全施工的权重。经过计算可得到判断矩阵AC和CiP，从而可知，监理单位给出的判断矩阵的一致性较好，可以进行下一步的计算。,安全系统工程董元锋,20,4 系统安全评估,第三，各种措施在隧洞施工安全控制中的重要性计算，综合重要度计算结果列于表2,由表2可知，这几种方案对隧洞施工安全的重要性基本相同，因此应注重各种方法的同时使用。,安全系统工程董元锋,21,谢谢、,
