事故樹分析法在爆模事故原因分析中的應用

黃海 江濤

摘要：爆模事故在橋梁墩身施工過程中經常出現，其發生的原因也是多方面的。文章以某鐵路特大橋爆模事故為實例，運用事故樹分析法對可能引起爆模事故的原因進行了演繹和邏輯分析，以便在后續施工對其控制，避免爆模事故發生。

關鍵詞：事故樹分析；爆模事故；橋梁墩身施工；最小割集；結構重要度；概率分析

中圖分類號：U698 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）04-0092-03

在大規模高速鐵路建設過程中，為有效防止路基沉降，一般在設計時多采取橋梁代替路基模式。由于鐵路橋梁的荷載比較大，為保證受力，橋梁墩身設計比較高大。在施工過程中，為了節省工期和工序，保證外觀質量，多采取一次性澆筑。基于以上情況，在橋梁墩身施工過程中，很容易發生爆模事故，一旦發生爆模事故將嚴重影響墩身混凝土質量和工程進度，還會造成人身傷害和財產損失。本文以某鐵路特大橋橋爆模事故為實例，運用事故樹分析法對可能引起爆模事故的原因進行演繹和邏輯分析，以便在后續施工中對其進行控制，避免爆模事故發生。

一、事故樹分析簡介

事故樹分析（Accident Tree Analysis，簡稱ATA）方法起源于故障樹分析（簡稱FTA），是安全系統工程的重要分析方法之一，它是運用邏輯推理對各種系統的危險性進行辨識和評價，不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潛在原因。用它描述事故的因果關系直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，既可定性分析，又可定量分析。

事故樹分析一般過程。準備階段，確定所要分析的系統以及所要分析系統的范圍；熟悉系統并收集系統的有關資料與數據；收集、調查所分析系統曾經發生過的事故和將來有可能發生的事故。事故樹的編制，確定事故樹的頂事件；調查與頂事件有關的所有原因事件并進行影響分析；采用一些規定的符號按照一定的邏輯關系，將事故樹頂事件與引起頂事件的原因事件繪制成反映因果關系的樹形圖。事故樹定性分析，按照事故樹結構，求取事故樹的最小割集或最小徑集，以及基本事件的結構重要度，根據定性分析的結果確定預防事故的安全保障措施。事故樹定量分析，根據引起事故發生的各基本事件的發生概率，計算事故樹頂事件發生的概率，計算各基本事件的概率重要度。根據定量分析的結果以及事故發生以后可能造成的危害，對系統進行風險分析，以確定安全投入方向。事故樹分析的結果總結與應用，及時對事故樹分析的結果進行評價、總結，提出改進建議，為系統安全性評價與安全性設計提供依據。

二、事故背景

某鐵路特大橋202#墩中心里程為DK28+178.395，墩身設計高度17.25米，需灌注混凝土407.7m3。2009年9月10日18：00，經報檢合格后開始灌注混凝土，至次日9：20，累計灌注混凝土361.93m3，灌注高度為15m左右時，模板突然垮塌，發生爆模事故。在模板頂部進行作業的7名施工人員隨模板跌落，造成4人不同程度受傷。

三、事故樹對該起事故的初步分析

導致這起爆模事故的原因很多，事故樹分析法主要采用邏輯演繹思路進行分析。具體思路是以事故發生為頂上事件，逐步細分可能導致事故發生的最小基本事件，并理清頂上事件、中間事件與基本事件之間的邏輯關系。最后進行簡單的布爾邏輯運算，并確定導致基本事件發生組合的結構重要度，以便為后續分析提供參考。

（一）繪制事故樹

事故樹繪制是否成功關系到結果的準確度，這也是事故樹分析法成敗的關鍵。國內對于爆模事故原因總結很多，也比較全面。本文在繪制事故樹時直接參照引用部分，為調整繪圖大小，基本事件類似的合并羅列，不再細化原因，未考慮人員培訓、交底等常規管理因素。事故樹繪圖方法不再贅述,本起事故事故樹見圖1：

（二）最小割集

最小割集表示系統的危險性。求出最小割集可以掌握事故發生的各種可能，為事故調查和事故預防提供方便。最小割集的求法是采用布爾代數邏輯化簡法。本期爆模事故的最小割集求法如下:

T=M1+X0+M15

=(M2+M5+M12+M8)+X0+(M16+M17+M21)

=…(計算過程不再詳細表述)

= X1X2+X0+X5X4+X9X4+X2X8+X3X4+X7X4+X12X4+X6+X13X4+X14X4+X10X4+

X11X4

本期事故事故樹的最小割集為

X1 X2：設計方案不可行，計算錯誤；未審核或審核不嚴；

X0：不可抗拒因素，如地震等；

X5 X4：長時間使用，銹蝕，保養不到位；相關監管和檢驗失效；

X9 X4：螺栓未緊固或漏連；相關監管和檢驗失效；

X2 X8：未審核或審核不嚴；澆筑參數選取不當；

X3 X4：材質不合格，偷工減料；相關監管和檢驗失效；

X7 X4：隨意修補；相關監管和檢驗失效；

X12 X4：澆筑速度過快；相關監管和檢驗失效；

X6：未及時發現；

X13 X4：初凝時間太長；相關監管和檢驗失效；

X14 X4：超量澆筑；相關監管和檢驗失效；

X10 X4：臨時焊縫不滿足要求；相關監管和檢驗失效；

X11 X4：澆筑過程中松動；相關監管和檢驗失效。

以上最小割集顯示最有可能導致出本起事故發生的原因組合，為后續分析提供相關思路和依據，也為預防事故發生提供防范措施的思路。

（三）結構重要度

結構重要度分析是從事故樹結構上入手分析各基本事件的重要程度。具體方法和計算方法和計算過程不再贅述。

本起事故的結構重要度計算結果為：

設計方案不可行，I(1)=0.038461538462

未審核或審核不嚴，I(2)=0.076923076923

不可抗拒因素，如地震等，I(0)=0.076923076923

長時間使用，銹蝕，保養不到位，I(5)=0.038461538462

相關監管和檢驗失效，I(4)=0.346153846154

螺栓未緊固或漏連，I(9)=0.038461538462

澆筑參數選取不當，I(8)=0.038461538462

材質不合格，偷工減料，I(3)=0.038461538462

隨意修補，I(7)=0.038461538462

澆筑速度過快，I(12)=0.038461538462

未及時發現，I(6)=0.076923076923

初凝時間太長，I(13)=0.038461538462

超量澆筑，I(14)=0.038461538462

臨時焊縫不滿足要求，I(10)=0.038461538462

澆筑過程中松動，I(11)=0.038461538462

結構重要度順序為：

I(4)>I(0)=I(2)=I(6)>I(1)=I(9)=I(8)=I(3)=I(7)=I(12)=I(5)=I(13)=I(14)=I(10)=I(11)

事件名稱是：相關監管和檢驗失效>不可抗拒因素，如地震等=未審核或審核不嚴=未及時發現>設計方案不可行，計算錯誤=螺栓未緊固或漏連=澆筑參數選取不當=材質不合格，偷工減料=隨意修補=澆筑速度過快=長時間使用，銹蝕，保樣不到位=初凝時間太長=超量澆筑=臨時焊縫不滿足要求=澆筑過程中松動

從結構重要度中，我們可以看出相關監管和檢驗失效在本起事故事故樹中的作用最大，也確切表達了人作為安全監管主體的重要性。

（四）概率分析

概率分析是根據所調查的情況和資料，確定所有原因事件的發生概率，并標在事故樹上。根據這些基本數據，求出頂上事件(事故)發生概率。

此方法為定量分析，由于無相關確切資料對可能引起事故基本事件的概率進行確定，筆者如果主觀臆斷賦予各基本事件概率將嚴重影響準確度。所以本文不對概率進行分析計算。

四、原因分析

原因分析采用排除法，即對現場工人描述，相關資料的檢查和物證的檢驗角度入手，對事故樹中的原因組合進行排除，從而確定導致本起事故的最終原因。

（一）現場檢查結果和描述

發生事故的202#墩墩身為素混凝土結構，采用27:1墩身腳手一體化模板，采用對拉拉桿方式固定。模板為某公司加工的新模板，經過設計檢驗和強度檢算，強度均滿足設計要求。從以往使用情況來看，未發現不滿足強度的現象。拉桿使用Φ25精軋羅紋鋼，豎向每隔1米設置一道，橫向每隔1.5米設置一道，檢算強度滿足設計要求，連接螺栓滿足強度要求。

查閱模板、拉桿和灌注方案以及施工人員的培訓、交底資料均符合要求。設計的混凝土坍落度選用16～18，現場混凝土坍落度實驗表明，灌注用混凝土坍落度控制在18以內，灌注記錄顯示灌注速度略大約1.5m/h，初凝時間6h。

混凝土灌注前，技術員檢查后向監理報檢，經監理檢查確認，現場模板立模符合灌注要求，拉桿、連接螺栓完好無損。據現場施工人員稱，爆模前聽到一聲響聲，約3～5秒后模板倒塌，但在混凝土灌注、振搗期間未發現異常，無接連螺栓松動現象。

從現場取證照片可以看出，拉桿斷裂，斷裂拉桿附近的模板撕裂，底部混凝土已經初凝。

（二）分析判斷確定原因

從上節中，我們看到，事故樹中大部分組合已經被排除，僅留下灌注速度超標和模板、拉桿材質不合格、疲勞等基本事件。通過計算，灌注速度略大不會對模板和拉桿允許應力產生影響，模板和拉桿的設計允許應力和富余量滿足2m/h的灌注速度。

事故原因分析將主要問題轉向模板、拉桿材質。對撕裂口附近的模板材質和斷裂拉桿進行取樣送檢，經檢驗，模板材質符合要求，拉桿強度不達標。不達標項目是疲勞試驗應力幅平均值為153MPa，遠小于規定的195MPa，抗拉強度平均值為368MPa，小于規定的大于等于400MPa。從材料自檢情況來看，該批次精軋螺紋鋼進場檢驗時抽檢合格。

通過以上結論，我們可以得出本起爆模事故是由于拉桿疲勞或原材質不合格引起的，具體原因還需在做鑒定。斷裂的拉桿見圖2和圖3：

五、結論

本文通過事故樹分析對可能引起本起事故的原因進行了分析，再結合實際情況進行分析排除，最后得出引起本起事故的直接原因。通過本文，結論如下：

1．事故樹分析法的果因關系清晰、形象，對導致事故的各種原因及邏輯關系能做出全面、簡潔、形象地描述，從而為事故原因分析提供思路和方向。本起事故采用事故樹分析法，很快找出了事故發生的原因，相對其他方法而言，較為直觀、形象。

2．從本文得出，監管和檢驗措施失效對事故影響最大。換言之，人的管理體系失控，引起事故發生的概率遠大于物的不安全狀態，物的不安全狀態最終是靠人員的管理使之消除。

3．本文直觀的表明了爆模事故引起的各種原因組合，給預防施工爆模事故制定預防措施提供參考。

4．事故樹分析法是針對一個特定事故作分析，而不是針對一個過程或設備系統作分析，因此具有局部性。它要求分析人員必須非常熟悉所分析的對象系統，能準確和熟練地應用分析方法。對于復雜系統，編制事故樹的步驟較多，編制的事故樹也較為龐大，計算也較為復雜，給進行定性、定量分析帶來困難。要對系統進行定量分析，必須事先確定所有各基本事件發生的概率，否則無法進行定量分析。

參考文獻

[1]林柏泉，張景林．安全系統工程[M]．中國勞動社會保障出版社，2007.

[2]羅云．風險分析與安全評價[M]．化學工業出版社，2010.

[3]龔宏．混凝土施工中的爆模問題及其處理[J]．山西建筑，2007，（22）.

（責任編輯：趙秀娟）