房屋建筑施工安全監理中故障樹分析法的應用

張 娜

(甘肅方圓監理有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

城市建設程度不斷提高，城市老化現象也隨之加劇，需要不斷重新建設房屋[1]。在這種情況下，安全監理工作尤為重要，可以在最大程度上降低房屋建設風險，減少房屋建筑過程中可能產生的經濟損失[2]。故障樹應用在各個領域中，可以揭示風險出現的潛在原因，因此在房屋建筑施工安全監理中應用故障樹分析法，成為當前研究的熱點。文獻[3]根據故障樹的特點，定量分析故障樹，利用SMW工法和排樁支護編制故障樹，并與工程風險分析系統相結合，根據房屋建筑施工情況，修改故障樹，監理房屋建筑施工安全。在前人研究的基礎上，根據故障樹特點，提出房屋建筑施工安全監理中故障樹新型應用方法，保障房屋建筑施工安全監理精度。

2 故障樹分析法的應用方法

2.1 定量分析故障樹

監理房屋建筑施工安全，也是根據房屋建筑施工過程，判斷房屋建筑施工出現風險的概率，從而確定房屋建筑施工安全[4]。因此，需要通過基本事件和頂上事件的概率、概率和臨界重要度，定量分析故障樹。

基本事件概率可以分為人為因素和房屋建筑施工采用的機械設備因素兩部分。而頂上事件概率，只有在基本事件基礎上，才能進行計算，假設第i個基本事件發生的概率為pi,則有：

(1)

式(1)中，P表示頂上事件發生概率；xi表示第i個基本事件的狀態值；n表示基本事件總數量；f(x)表示基本事件的狀態值函數。從式(1)中，可以看出頂上事件發生概率，會受到基本事件概率的影響，但其重要程度卻不能根據式(1)確定，因此計算概率重要程度，其計算公式如下：

(2)

式(2)中，?表示求偏導符號[5]。從式(2)中可以看出，方程為頂上事件對基本事件的求偏導。因此，基本事件發生概率，在一定程度上，可以影響頂上事件發生概率，所以計算臨界值重要度，則有：

(3)

式(3)中，C表示基本事件的臨界值重要度。經過上述公式計算，得到概率重要程度和概率臨界重要程度，可以較為全面地反應房屋建筑施工安全信息，得到施工安全概率。

2.2 建立房屋建筑施工安全監理故障樹

故障樹分析法，是將意見最不期望發生的事件，放置在故障樹的最頂端，作為故障樹的頂事件[6]。為此，根據上述(1)～(3)三個公式，計算得到的故障樹中房屋建筑施工事件發生的概率，以及概率的重要度，建立故障樹。

從上述分析中，可以看出故障樹可以近似看成正三角形，三角形的底座為基本事件，也稱為故障樹的底事件，三角形的頂端尖角為頂上事件。底事件具有較強的模糊不確定性，因此需要計算基本事件的模糊概率，假設底事件模糊數置信區間的上限為a，下限為b，則有：

(4)

式(4)中，表示底事件模糊數的均值[7]。按照此次建立的正三角形故障樹，其運算法則也可以根據三角模糊函數運算，其運算公式如下：

F1+F2=(m-a1,m1,m1+b1)+(m2-a2,m2,m2+b2)

F1-F2=(m-a1,m1,m1+b1)+(m2-a2,m2,m2+b2)

F1×F2=(m-a1,m1,m1+b1)×(m2-a2,m2,m2+b2)

(5)

式(5)中，F1表示三角模糊數(m-a1,m1,m1+b1)的隸屬函數；F2表示三角模糊數(m2-a2,m2,m2+b2)的隸屬函數。

綜合式(4)和式(5)，建立三角形故障樹，根據式(4)對底事件進行限制，以及式(5)所示的加減乘運算法則，得到故障樹的中間層，通過式(1)所示的計算公式，得到故障樹的最頂層。完成房屋建筑施工安全監理故障樹建立。

2.3 評價房屋建筑施工安全

依據此次研究建立的故障樹，建立評價房屋建筑施工安全評價準則，假設故障樹中的底事件概率發生時，故障樹頂事件發生概率的模糊中值為M1；則模糊成本的第個基本事件的重要度Si為：

Si=(M1-M2)×si

(6)

式(6)中，si表示第i項風險發生的經濟損失比；M2表示故障樹中的底事件概率不發生時，故障樹頂事件發生概率的模糊中值。根據房屋建筑施工數據，依據式(6)所示的重要計算公式，采集房屋建筑施工數據所需要的數據，并計算采集房屋建筑施工數據所需要的數據的重要度，假設房屋建筑施工數據重要等級為r，評價數據為Dr，計算系數為Ar，則房屋建筑施工數據的權重Wr為：

(7)

基于式(7)計算的房屋建筑施工數據的權重，修正房屋建筑施工數據權重，則監理房屋建筑施工安全過程中，第個風險事故的發生概率Pj為：

(8)

式(8)中，pij表示第項評價數據的第j個風險事故的發生概率；aij表示故障樹的第i項評價數據的第j個風險事故的三角模糊數修正范圍[8]。

利用此次研究建立的故障樹，評價房屋建筑施工過程中是否存在施工風險，當房屋建筑過程中，不存在安全風險時，則表明房屋建筑施工過程處于安全狀態，完成房屋建筑施工安全監理。

3 仿真實驗

選擇傳統應用方法，采用仿真對比實驗的方式，以某區域的房屋建筑工程，作為此次實驗研究對象，Unity 3D平臺作為仿真實驗平臺，驗證此次研究的房屋建筑施工安全監理中故障樹分析法的應用方法。對比兩組房屋建筑施工安全監理中故障樹分析法的應用方法，監理房屋建筑施工安全精度。

3.1 實驗準備

此次實驗選擇的房屋建筑面積約為59097 m2，房屋建筑主體框架采用剪力墻結構，建設房屋用于醫院住院部樓和兒科病區，共建設1幢19層的樓，其中地上施工建設14層，地上總建筑面積為50397 m2，附屬工程占用面積1624 m2，地下設置1層地下車庫，建設面積為8700 m2。根據房屋建筑尺寸，在房屋建筑過程中，進行防腐、電氣照明、消防及自動噴淋、裝修、排水、采暖、通風空調等房屋建筑基礎工程。

根據上述內容確定的房屋建筑基礎信息，依據房屋建筑基礎工程，在Windows7操作系統上的Unity 3D平臺上建立房屋，所需要的硬件環境如表1所示。

表1 Unity 3D平臺運行硬件環境

此時，采用兩組應用方法，分別監理房屋建筑安全，其實驗結果如下。

3.2 實驗結果

基于此次實驗選擇的房屋建筑工程，選擇坍塌、觸電、火災、物體墜落、建筑時使用的有毒物質超標、機械損壞等房屋建筑基礎工程所可能存在的安全問題，在Unity 3D平臺上，讓仿真的房屋建筑存在龍門吊無安全防護門、建筑材料無明顯標識且隨意放置、建筑物品堆放超過標準要求等問題。采用兩組應用方法，分別監理房屋建筑施工安全，其監理結果如表2所示。

表2 房屋建筑施工安全監理結果

從表2中可以看出，研究方法和傳統方法判斷房屋建筑施工過程監理存在的安全問題皆為3個，但是傳統方法判斷吊裝機械指揮存在施工問題、龍門吊無安全防護門不存在施工問題，與此次仿真實驗設置的安全隱患不一致，施工安全監理結果存在誤差；研究方法判斷房屋建筑施工存在的問題，則與此次仿真實驗設置的安全隱患完全一致，具有較優的房屋建筑施工安全監理精度。

4 結語

此次研究應用方法，根據故障樹特點以及目前故障樹對安全隱患分析應用效果，設計房屋建筑施工安全監理中故障樹分析法的應用方法，提高房屋建筑施工安全監理精度。但是此次研究仍然存在一定的不足，在今后的研究中，還需深入研究房屋建筑施工過程中存在的風險因素關系，以進一步提高監理精度。