安全系统工程-董元锋

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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：董元锋汇报提纲研究方法2案例分析3系统安全评估4研究背景11 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，必须采取安全系统 工程

2、来解决实际中存在的问题。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。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。其研究内容主要有危险源的 识别、分析与事故预测; 消除、

3、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。2 研究方法2.2 事故树分析法事故树分析又

4、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、系统、相关数 据等资料的收集;顶上事件

5、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;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的概率进行 比较，如果二者不符，则必须重 新研究，

6、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。 2 研究方法用事故树分析法对脚手架坠落事故分析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

7、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：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3 案例分析运用布尔运算对最小

8、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,

9、 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, X6, X9, X10 , X2, X7, X9, X10 , X2, X5, X8, X11 , X2, X6, X8, X11 , X2, X7, X8, X11 , X2, X

10、5, 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, X4, X6, X8, X11 , X3, X4, X7, X8, X11 , X3, X4, X5, X9, X11 , X3, X4, X6, X9, X11 , X3, X4, X

11、7, X9, X11。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。3 案例分析案列二水工隧洞是指在山体

12、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

13、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。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

14、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=(0.2,0.9,0.5,0.8,0.6) (1)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

15、关系矩阵运算式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。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。