安全系統(tǒng)工程董元鋒課件

1、安全系統(tǒng)工程董元鋒1 事故樹分析法在隧道施工中的應(yīng)用 及系統(tǒng)安全綜合評估 匯報人：董元鋒 安全系統(tǒng)工程董元鋒2 匯報提綱匯報提綱 研究方法 2 案例分析 3 系統(tǒng)安全評估 4 研究背景 1 安全系統(tǒng)工程董元鋒3 1 研究背景 在國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和 市場需求的拉動下, 建筑業(yè)持續(xù) 高速發(fā)展, 隨之建筑事故也在增 加。因此, 提出有針對性的對策 措施和建議, 消除事故隱患、防 范事故發(fā)生, 保障安全生產(chǎn)已是 當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)然解決這些問題僅 靠安全帽、防護(hù)網(wǎng)等硬件防護(hù)措 施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 還需從更深層 次去思考解決問題的法。對于隧 道施工，尤其要深入研究其事故 發(fā)生的特性規(guī)律，并對事故發(fā)生 的機(jī)理

2、進(jìn)行分析。 在隧道（水工隧洞）施工中， 為了更科學(xué)、更有效地預(yù)防 和控制事故，必須采取安全系統(tǒng) 工程來解決實(shí)際中存在的問題。 安全系統(tǒng)工程董元鋒4 1 研究背景 在具體實(shí)施中，我們把這種 問題分為四步走： 第一步，建立系統(tǒng)或做危險 因素分析； 第二步，結(jié)合日常的工作經(jīng) 驗(yàn)和專家的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)給定的 權(quán)重值，估算危險性因素，這 里我們應(yīng)用的是魚刺圖法、事 故樹分析法； 第三步，針對系統(tǒng)安全工程 做綜合性評價，這里我們應(yīng)用 的是模糊綜合評估法； 第四步，根據(jù)估算的結(jié)果， 采用層次分析法優(yōu)選方案，制 定預(yù)防措施。 安全系統(tǒng)工程董元鋒5 2 研究方法 2.1安全系統(tǒng)工程概述 安全系統(tǒng)工程是運(yùn)用系統(tǒng)論的觀

3、點(diǎn)和方法, 結(jié)合工程學(xué)原理及有關(guān)專業(yè)知識研究生產(chǎn) 安全管理和工程的新學(xué)科, 是系統(tǒng)工程學(xué) 的一個分支。其研究內(nèi)容主要有危險源的 識別、分析與事故預(yù)測; 消除、控制導(dǎo)致 事故的危險; 分析構(gòu)成安全系統(tǒng)各單元間 的關(guān)系和相互影響, 協(xié)調(diào)各單元之間的關(guān) 系,取得系統(tǒng)安全的最佳設(shè)計等。安全系統(tǒng) 工程中的兩個重要內(nèi)容是安全系統(tǒng)分析和 評價, 為了充分認(rèn)識系統(tǒng)中存在的危險性, 要對系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的分析。目前系統(tǒng)安全 分析法有20 余種, 其中常用的分析法有安 全檢查( safety check list ) 、系統(tǒng)危險性 預(yù)先分( PHA) 、故障類型、影響及致命度 分析( FMECA) 、事件樹分析( E

4、TA ) 及事 故樹分析( FT A)等。本文運(yùn)用FTA 法對其 隧道施工過程中可能出現(xiàn)的塌方進(jìn)行安全 系統(tǒng)分析。 安全系統(tǒng)工程董元鋒6 2 研究方法 2.2 事故樹分析法 事故樹分析又稱為故障樹分析, 是一種演繹的系統(tǒng)安全分析方法, 是 從要分析的特定事故或故障( 頂上事件) 開始, 層層分析其發(fā)生原因, 直 到找出事故的基本原因, 即故障樹的底事件為止。它是系統(tǒng)安全工程中重 要的分析方法之一, 其不僅可分析出事故的直接原因, 而且能深入提示事 故的潛在原因, 既適用于定性分析, 又能進(jìn)行定量分析, 具有簡明、形象 化的特點(diǎn), 體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程研究質(zhì)量事故的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測性。 FTA

5、一般可分為: 1) 選擇合理的頂上事件:系統(tǒng)分析邊界和定義范圍, 并且確定成功與 失敗的 準(zhǔn)則; 2) 資料收集準(zhǔn)備: 圍繞所需要分析的事件進(jìn)行工藝、系統(tǒng)、相關(guān)數(shù) 據(jù)等資料的收集;頂上事件確定之后，為了編制好事故樹，必須將造成頂 上事件的所有直接原因事件找出來，盡可能不要漏掉。（直接原因事件可 以是機(jī)械故障、人的因素或環(huán)境原因等。） 3) 建造故障樹: 這是FT A 的核心部分, 通過對已收集的技術(shù)資料, 在設(shè)計、運(yùn)行管理人員的幫助下, 建造故障樹; 安全系統(tǒng)工程董元鋒7 2 研究方法 4、定性、定量分析：根據(jù)事故 樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行化簡，求出事故樹的 最小割集和最小徑集，確定各基 本事件的結(jié)構(gòu)重要度

6、、概率重要 度以及臨界重要度，并求出頂上 事件發(fā)生的概率。 5、進(jìn)行分析比較：要根據(jù)可維 修系統(tǒng)和不可維修系統(tǒng)分別考慮。 對可維修系統(tǒng)，把求出的概率與 通過統(tǒng)計分析得出的概率進(jìn)行比 較，如果二者不符，則必須重新 研究，看原因事件是否齊全，事 故樹邏輯關(guān)系是否清楚，基本原 因事件的數(shù)值是否設(shè)定得過高或 過低等等。對不可維修系統(tǒng)，求 出頂上事件發(fā)生概率即可。 安全系統(tǒng)工程董元鋒8 2 研究方法 用事故樹分析法對腳手架墜落事故分析 安全系統(tǒng)工程董元鋒9 3 案例分析 案例一：案例一： 湖北恩施宜萬鐵路高陽寨隧道進(jìn)口端線路走向與318 國道近垂直相交, 公路外側(cè)為木龍河河谷,隧道與木龍河大橋相連。隧道

7、全長4404.76m。 3.1利用利用魚刺圖魚刺圖 對塌方事故的因果關(guān)系進(jìn)行分對塌方事故的因果關(guān)系進(jìn)行分 析析 魚刺圖 是一種發(fā)現(xiàn)根本原因的方法,可稱為因果圖 或特性要因圖，是為了尋找產(chǎn)生某種質(zhì)量問題的原因, 集思廣義將 群眾的意見反映在一張圖上, 即魚刺圖。用其分析法分析工程 施工安全問題, 可使復(fù)雜的原因系統(tǒng)化、條塊化,且直觀、邏輯性強(qiáng), 它通過帶箭頭的線使因果關(guān)系明確, 便于將主要原因弄清楚, 見下圖： 安全系統(tǒng)工程董元鋒10 3 案例分析 圖1：某隧道施工過程中可能出現(xiàn)塌方事故的因果分析魚刺圖 安全系統(tǒng)工程董元鋒11 3 案例分析 3.2 事故樹分析事故樹分析 T塌方事故; A1地質(zhì)因

8、素; A2人為因素; A3巖層地質(zhì); A4水文地質(zhì); A5 施工組織設(shè)計; A6施工現(xiàn)場管理;A7工程設(shè)計; X1穿越不穩(wěn)定地層; X2有不利軟弱結(jié)構(gòu);X3地下水發(fā)育; X4地表水滲漏明顯; X5襯砌落后; X6 未改變施工參數(shù); X7支撐度不夠; X8積水排除不及時; X9物資準(zhǔn)備不 充分; X10勘察不詳; X11地質(zhì)條件把握不準(zhǔn)確。 圖圖3 事故樹的描述事故樹的描述 安全系統(tǒng)工程董元鋒12 3 案例分析 運(yùn)用布爾運(yùn)算對最小割集的求解運(yùn)用布爾運(yùn)算對最小割集的求解: T = A1A 2= ( A3+ A 4) ( A5A6 A 7) = A3A 5A6 A7+ A4 A5 A6 A7 = (

9、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 最后化簡得到的最小割集：最后化簡得到的最小割集： 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, X1

10、1 , 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, X5, X9, X11 , X2, X6, X9, X11 , X2, X7, X9, X11 , X3, X4,

11、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, X7, X9, X11。 安全系統(tǒng)工程董元鋒13 3 案例分析 定性、定量分析：包括頂上事件發(fā)生概率P（T），每個基

12、本事件的 結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度以及臨界重要度。其計算公式為： 結(jié)構(gòu)重要度： 概率重要度： 臨界重要度： ( ) 1 11 k k i i r I km ( ) ( ) (1,2,3., ) g i i p t Iin q ( )( ) ( ) c i g ig i q II p T 利用最小割集分析各個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度, 得出基本事件的結(jié)構(gòu)重 要度排序?yàn)?X8 = X9= X10= X11 X1= X2 X5= X6 =X7 X3= X4 從排序中可看出塌方事故的各個因素中積水排除不及時、物資準(zhǔn)備不充 分、勘察不詳、地質(zhì)條件把握不準(zhǔn)確為最重要因素; 而地質(zhì)、人為因素次之; 襯砌落后、未改

13、變施工參數(shù)、支撐度不夠次之; 影響因素最小的為巖層及水 文地質(zhì)因素。 安全系統(tǒng)工程董元鋒14 3 案例分析 案列二案列二 水工隧洞是指在山體中或地下開鑿的過水洞。 基本事件分析基本事件分析 在水工隧洞施工過程中，根據(jù)過去工程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，總結(jié)出 在隧洞施工中一般容易發(fā)生的事故，主要有：（1）塌方；（2）物體 打擊，指洞頂、側(cè)墻石塊墜落傷人；（3）電氣事故；（4）爆破事故； （5）車輛運(yùn)輸事故。 事故樹分析事故樹分析 安全系統(tǒng)工程董元鋒15 3 案例分析 分別對各項事故編制事故樹并進(jìn)行定性、定量分析；分別對各項事故編制事故樹并進(jìn)行定性、定量分析； 塌方事故 T1=塌方事故，A1=地質(zhì)因素，A2

14、=人為因素，A3=巖層地質(zhì)，A4= 水文地質(zhì)，A5=施工組織設(shè)計，A6=施工現(xiàn)場管理，X1=穿越不穩(wěn)定地 層X2=有不利軟弱結(jié)構(gòu)，X3=地下水發(fā)育,X4=地表水滲漏明顯，X5=襯 砌落后，X6=未改變施工參數(shù)，X7=支撐度不夠，X8=積水排除不及時， X9=物資準(zhǔn)備不充分。對事故樹進(jìn)行分析（ 事故樹略）。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，得到各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度為 A1=A2A5=A6A7=A8=A9 通過綜合分析可知，各事故的重要程度主要取決于組成各事故的最 小割集的組成情況。各事故的重 要程度

15、為： 物體打擊爆破事故車輛運(yùn)輸事故電氣事故塌方。 安全系統(tǒng)工程董元鋒16 4 系統(tǒng)安全評估 對系統(tǒng)進(jìn)行綜合性評價，采用模糊綜合評估法。按經(jīng)濟(jì)損失的大小，可分 為特大損失事故、重大損失事故、較大損失事故、一般損失事故。 對影響隧洞事故的5個因素進(jìn)行分析和統(tǒng)計，按事故發(fā)生的百分比確定出各 種事故發(fā)生的發(fā)生率，具體統(tǒng)計分析數(shù)值如表1 所列。 根據(jù)事故樹分析的結(jié)果，我們從系統(tǒng)的危險性進(jìn)行分析，根據(jù)危險性 程度給定各個事故相對權(quán)重。分別給定塌方事故的權(quán)重0.2，物體打擊的 權(quán)重0.9，電氣事故的權(quán)重為0.5，爆破事故的權(quán)重為0.8，車輛運(yùn)輸事故的 權(quán)重為0.6，得出模糊集 A=(0.2,0.9,0.5,

16、0.8,0.6) (1) 安全系統(tǒng)工程董元鋒17 4 系統(tǒng)安全評估 對一個系統(tǒng)的安全評價應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計結(jié)果模糊矩陣 R和模 糊集A兩方面來綜合考慮，這便是建立一個模糊綜合評估集B。 根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理，反映上述模糊關(guān)系的模糊綜合評估集B（ 特大、 重大、較大、一般）應(yīng)等于 B=AR （2） 由式2可列出模糊關(guān)系矩陣運(yùn)算式 安全系統(tǒng)工程董元鋒18 4 系統(tǒng)安全評估 進(jìn)行模糊運(yùn)算： 上述結(jié)果表明，該系統(tǒng)出現(xiàn)特大事故的危險性是 5%,出現(xiàn)重大事故的危 安全系統(tǒng)工程董元鋒19 4 系統(tǒng)安全評估 險性是 9%，出現(xiàn)較大事故的 危險性是18%，出現(xiàn)一般事故 的可能性為78%。 安全決策安全決策 首先，建立案例層次模型。 我們?yōu)榱朔乐故鹿拾l(fā)生一般 采用的措施是加強(qiáng)管理、更