安全系統(tǒng)工程的發(fā)展與應(yīng)用

安全系統(tǒng)工程的發(fā)展與應(yīng)用

1投料至控制系統(tǒng)20世紀(jì)40年代末，美國人提出了安全系統(tǒng)，這是系統(tǒng)科學(xué)的一個(gè)重要分支。最初是從研究產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的可靠性和安全性開始的,后來發(fā)展到對生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的安全分析,不僅包括了原材料和設(shè)備等物的因素,也包括了人的因素,這就使安全系統(tǒng)工程的方法在防止傷亡事故的工作中得到了應(yīng)用。它應(yīng)用系統(tǒng)工程的原理和方法,分析、評價(jià)、預(yù)測和控制系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素,采取綜合安全措施,使系統(tǒng)發(fā)生的事故減少到最低限度,以達(dá)到最佳安全狀態(tài),實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。故障樹分析簡稱FTA,是系統(tǒng)安全分析方法中應(yīng)用最廣泛的一種。該方法于1962年起源于美國。我國對FTA方法的研究應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代末期開始的,研究表明,這是一種完全適合于我國各行業(yè)安全管理的分析方法。在建筑施工安全管理方面FTA也得到了廣泛的應(yīng)用。2頂事件的識別編制故障樹通常采用演繹分析的方法,把不希望發(fā)生的且欲研究的事件作為頂上事件,先找出造成頂上事件發(fā)生的所有直接原因事件,列為第二層;再找出第二層各事件發(fā)生的所有直接原因列為第三層,如此層層向下,直至最基本的原因事件為止。以施工現(xiàn)場“鋼管墜落致使人員死亡”為頂事件,編制架子工在第十層樓(假設(shè)為第十層)進(jìn)行腳手架作業(yè)中,鋼管墜落致使人員死亡事故的故障樹(見圖1)。A1(鋼管墜落)和A2(安全防護(hù)設(shè)施未起作用)同時(shí)發(fā)生,且滿足Xl(未戴安全帽或安全帽過期需更換)時(shí),頂上事件T(鋼管墜落致人死亡)才會發(fā)生,故T下面用條件與門;X2(行為失誤)與A3(違章作業(yè))任何一個(gè)事件發(fā)生,都會造成A1(鋼管墜落)發(fā)生,故A1下面用或門;A4(豎向封閉防護(hù)設(shè)施未起作用)與A5(地面上的防護(hù)棚未起作用)同時(shí)發(fā)生才會造成A2(防護(hù)設(shè)施未起作用)發(fā)生,故A2下面用與門;X3(不懂操作規(guī)程)與X4(不遵守操作規(guī)程)任何一個(gè)事件發(fā)生可造成A3(22人違章)發(fā)生,故A3下面用或門;X5(未設(shè)置豎向防護(hù))、X6(搭設(shè)不嚴(yán)實(shí))與X7(所用安全網(wǎng)、竹泥笆質(zhì)量不合格)任何一個(gè)發(fā)生可造成A4(豎向封閉防護(hù)設(shè)施未起作用)發(fā)生,故A4下面用或門;X8(未搭設(shè)防護(hù)棚)、X9(防護(hù)棚寬度不夠)、X6(搭設(shè)不嚴(yán)實(shí))、X7(所用安全網(wǎng)、竹泥笆質(zhì)量不合格)任何一個(gè)事件發(fā)生,A5(地面上的防護(hù)棚未起作用)就發(fā)生,故A5下面用或門。通過編制故障樹,找出了頂上事件的九個(gè)基本原因事件X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9,其中X2(行為失誤)為不必繼續(xù)往下分析的事件,故用菱形符號。由上述可知,建樹過程就是對系統(tǒng)透徹分析的過程,必須由對系統(tǒng)全面了解的人員來建立故障樹。3錯(cuò)誤樹的數(shù)學(xué)表達(dá)和求解3.1結(jié)構(gòu)函數(shù)為了對故障樹做深入的分析,需要用布爾代數(shù)來描述它。對故障樹,頂上事件的狀態(tài)完全取決于基本原因事件的狀態(tài)xi,則頂上事件的狀態(tài)便是這些基本原因事件xi的函數(shù),稱故障樹結(jié)構(gòu)函數(shù),記作φ=φ(x)。對于由與門連接的故障樹,其結(jié)構(gòu)函數(shù)為:對于由或門連接的故障樹,其結(jié)構(gòu)函數(shù)為:結(jié)構(gòu)函數(shù)的求法與繪故障樹的步驟相同,首先寫出頂上事件與第一級中間事件的結(jié)構(gòu)函數(shù),再逐級用下一級事件代替上一級事件,直至用基本事件代替完畢。上例“鋼管墜落致使人員死亡”的故障樹數(shù)學(xué)表達(dá)式為:3.2“鋼管立法”第5條第2款:最小割集—求故障樹的最小割集把能使頂上事件發(fā)生的基本事件的集合叫做割集,如割集內(nèi)包含的基本事件對于引起頂上事件發(fā)生不但充分而且必要,則該割集稱為最小割集。下面用布爾代數(shù)化簡法求“鋼管墜落致使人員死亡”故障樹的最小割集。該故障樹共有12個(gè)最小割集,分別為:3.3求最未來的徑集徑集的意義正好與割集相反。如果故障樹中某些基本事件不發(fā)生,則頂上事件就不發(fā)生,這些基本事件的集合稱為徑集。最小徑集就是頂上事件不發(fā)生所必須的最低限度的徑集。求最小徑集時(shí),首先作出與故障樹對偶的成功樹,也就是把原來故障樹的與門換成或門,或門換成與門,各類事件發(fā)生換成不發(fā)生。然后求出成功樹的最小割集,再根據(jù)對偶性,將成功樹的最小割集轉(zhuǎn)換成故障樹的最小徑集。做出“鋼管墜落致人死亡”故障樹的成功樹(見圖2)。用布爾代數(shù)化簡法求成功樹的最小割集,即為故障樹的最小徑集:根據(jù)德·摩爾根律:得到故障樹的4個(gè)最小徑集:4對于目標(biāo)事件的預(yù)防,建議采用風(fēng)險(xiǎn)控制方案最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性,最小割集越多,系統(tǒng)越危險(xiǎn)。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性,故障樹中最小徑集越多,系統(tǒng)越安全。本文例子中,最小割集12個(gè),最小徑集4個(gè),該系統(tǒng)十分危險(xiǎn),故鋼管墜落致人死亡事故屬于多發(fā)事故。故障樹的最小割集中,有一個(gè)割集發(fā)生,頂上事件就發(fā)生。基本事件越少的割集,越容易發(fā)生,通過這一途徑發(fā)生事故的可能性就越大,故對基本事件少的割集應(yīng)重點(diǎn)采取預(yù)防措施。本文例子中,最小割集E1、E2、E3、E4、E5、E6都有三個(gè)基本原因事件,其他最小割集都有四個(gè)基本原因事件,故前六個(gè)最小割集要重點(diǎn)預(yù)防。故障樹的最小徑集中,只要一個(gè)最小徑集不發(fā)生,頂上事件就不會發(fā)生,每一個(gè)最小徑集就是一種控制方案,而消除基本原因事件少的徑集較為經(jīng)濟(jì)、有效。本文例子中,最小徑集P1有一個(gè)基本事件,P2、P3有三個(gè)基本事件,P4有四個(gè)基本事件,應(yīng)重點(diǎn)消除前三個(gè)最小徑集。在基本原因事件中,有的屬于正常事件或很難消除的事件。比如X2(行為失誤),X2發(fā)生與否,受生理、心理、氣候等很多復(fù)雜因素的影響,花大力氣消除P2(P2=x2+x3+x4),也很難收到效果,而消除同樣有三個(gè)基本事件的最小徑集P3,則要有保證得多。5有助于編制安全技術(shù)措施方案對類似系統(tǒng)進(jìn)行比較時(shí),最小割集越少的系統(tǒng),從安全的角度考慮越優(yōu)良。在建立系統(tǒng)之前,對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),故障樹分析可以幫助選擇安全可靠的方案。系統(tǒng)建立以后,可以通過故障樹分析掌握建筑施工事故的發(fā)生規(guī)律,針對最小割集分別采取預(yù)防措施,故障樹有助于編制全面的安全技術(shù)措施方案、安全檢查表,識別系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素。事故發(fā)生以后進(jìn)行事故調(diào)查時(shí),可以通過故障樹分析很快排除非本次事故的割集,而找到本次事故的割集,也就是找出造成本次事故的基本原因事件是哪些。對系統(tǒng)進(jìn)行安