王臣浩

（武漢地鐵集團有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

在地鐵建設項目機電設備工程中，自動扶梯因具有大尺寸、大重量的特點，其吊裝落位一直是重大風險作業(yè)項目。同時地鐵建設現(xiàn)場環(huán)境復雜、多專業(yè)交叉等特點，更加重了自動扶梯吊裝的風險，因此對該作業(yè)進行風險分析并探討針對性防范措施對指導現(xiàn)場施工作業(yè)有著重要的現(xiàn)實意義。對工程風險評估如何實現(xiàn)定性與定量結合一直是風險評估的難點，利用貝葉斯網(wǎng)絡能夠將影響項目風險的各個因素分層進行關聯(lián)，并對項目風險進行推斷，適合用于多不確定因素影響的工程項目整體風險概率定量分析評價，故本文采用了基于貝葉斯網(wǎng)絡的形式對某地軌道交通某線路自動扶梯專業(yè)吊裝作業(yè)整體風險進行了評價并給出了的相應優(yōu)化建議。

1 地鐵自動扶梯吊裝作業(yè)事故分析及故障樹建模

1.1 地鐵車站自動扶梯吊裝作業(yè)風險分析

經(jīng)過對地鐵建設項目自動扶梯吊裝作業(yè)事故分析，在自動扶梯吊裝落位的過程中發(fā)生事故案例主要有：自動扶梯分段連接結構失穩(wěn)、自動扶梯上預裝部件松脫、吊車傾覆、鋼絲繩斷裂、落位過程中電動葫蘆失效、落位時千斤頂失穩(wěn)等。

綜合地鐵項目建設風險，根據(jù)4M 理論歸納得出地鐵車站自動扶梯吊裝就位中發(fā)生事故原因統(tǒng)計如下：①人員因素，由“作業(yè)技能不足”或“操作不當”或“指揮失誤”組成。②吊裝設備因素，由“吊車故障”或“鋼絲繩及鎖具失效”組成。③輔助工具因素，由“電動葫蘆故障”或“千斤頂故障”組成。④自動扶梯因素，由“預裝部件固定不牢”或“自動扶梯分段連接螺栓不牢”組成。⑤環(huán)境因素，由“雨雪天氣”或“刮風”或“障礙物遮擋視野”組成。

1.2 自動扶梯吊裝事故故障樹構建

故障樹分析法是采用圖形演繹的形式來分析故障原因的邏輯歸納方法，由底事件、中間事件、頂事件，通過邏輯門連接組成。頂事件為事故結果，底事件為導致事故發(fā)生的最深層次因素，通過發(fā)生的底事件的不同組合，導致相應的中間事件發(fā)生，最終導致頂事件的發(fā)生，連接三類事件的邏輯門一般有與門和或門。通過1.1 節(jié)對自動扶梯吊裝事故原因分層的分析，可以看出在該事件中只存在或門。在上述自動扶梯吊裝事故中，將自動扶梯吊裝事故作為頂部事件，編為代號“T”。人因、吊裝設備、輔助工素、自動扶梯及環(huán)境因素作為中間事件，分別編為“M1”、“M2”、“M3”、“M4”及“M5”。將作業(yè)技能不足—障礙物遮擋吊裝視野作為底層事件，編為“X1～X12”，即X1代表“作業(yè)技能不足”，X2代表“操作不當”，X3代表“指揮失誤”，X4代表“吊車故障”，X5代表“鋼絲繩及鎖具失效”，X6代表“電動葫蘆故障”，X7代表“千斤頂失效”，X8代表“預裝部件固定不牢”，X9代表“自動扶梯分段連接螺栓不牢”，X10代表“雨雪天氣”，X11代表“刮風天氣”，X12代表“吊裝作業(yè)環(huán)境存在障礙物遮擋或影響”。建立故障樹如圖1 所示。

圖1 自動扶梯吊裝事故故障樹

2 基于故障樹的自動扶梯吊裝貝葉斯網(wǎng)絡風險分析模型構建

2.1 模型轉化

貝葉斯網(wǎng)絡包含由根節(jié)點、中間節(jié)點、結果節(jié)點及邏輯指向線構建的貝葉斯網(wǎng)絡模型以及各節(jié)點的條件概率表。在進行不確定問題的決策中，貝葉斯網(wǎng)絡相能夠清楚的顯示各個變量之間的關系以及變量連接強度，決策結果更直觀易懂。

在自動扶梯吊裝作業(yè)中，圖1 的底層事件發(fā)生的概率以及自動扶梯吊裝整體的風險概率程度難以定量分析預測。通過圖1 的故障樹可以清楚的得出底層事件到頂層事件的邏輯，對應故障樹構建貝葉斯網(wǎng)絡模型，利用貝葉斯網(wǎng)絡的概率預測性質，可以對自動扶梯吊裝作業(yè)進行整體風險概率預測[1-2]。

針對貝葉斯網(wǎng)絡概率分析的特點[3]，相應地可以將故障樹中頂部事件“自動扶梯吊裝事故”轉換為貝葉斯網(wǎng)絡中的父節(jié)點“自動扶梯吊裝事故風險概率”。將“作業(yè)技能不足—障礙物遮擋吊裝視野”作為子節(jié)點。中間事件“人因因素”“吊裝設備因素”“輔助工具因素”“自動扶梯因素”“環(huán)境因素”分別轉化為子節(jié)點的對應父節(jié)點“人因風險”“吊裝設備風險”“輔助工具風險”“自動扶梯結構風險”“環(huán)境風險”。

根據(jù)貝葉斯公式，將事件組合（X1、X2、X3）、（X4、X5）、（X6、X7）、（X8、X9）、（X10、X11、X12）分別構成事件M1、M2、M3、M4、M5的完備事件組，事件組（M1、M2、M3、M4、M5）構成事件T 的完備事件組，則記事件T 發(fā)生的概率為P（T），則有：

其中：P（Mi/T）——事件T 在事件Mi已經(jīng)發(fā)生的條件概率，相應的事件M1～M5可得：

其中：P（Xi/Mj），j=1，2…5——事件Mj在事件Xi已經(jīng)發(fā)生下的條件概率。

2.2 某地鐵項目自動扶梯吊裝作業(yè)風險貝葉斯網(wǎng)絡構建

在某地地鐵項目建設前期，建立該自動扶梯標段吊裝作業(yè)對應的貝葉斯網(wǎng)絡，對吊裝作業(yè)進行整體的風險預測和診斷。采用調閱該地既有線路建設中發(fā)生的吊裝事故、當?shù)貧庀筚Y料，并邀請建設、施工以及咨詢單位共10 位專家對節(jié)點事件及各條件概率進行賦值評價打分并整理，采用貝葉斯網(wǎng)絡計算軟件Netica進行模擬計算。因Netica 中不支持中文賦值輸入，故采用對事件的賦值用英文代號指代（圖2），并錄入對應概率。

圖2 貝葉斯網(wǎng)絡計算結果

對X1～X12根節(jié)點的值域及概率如下：X1：優(yōu)（excellent）44.475%；良（well）39.291%；中（general）14.052%；差（unskilled）2.183%；X2：準確（precise）56%；良好（well）35%；失誤（faulty）9%；X3：優(yōu)（precise）46.16%；較優(yōu)（accurate）34.28%；良好（well）12.79%；失誤（mistake）6.77%；X4：極低風險（one）35.26%；較低風險（two）39.56%；中度風險（three）17.65%；高風險（four）7.53%；X5：低風險（one）49.53%；中度風險（two）37.63%；高風險（three）12.84%；X6：極低風險（one）44.222%；較低風險（two）36.672%；中度風險（three）16.333%；高風險（four）2.773%；X7：極低風險（one）36.79%；較低風險（two）41.68%；中度風險（three）12.85%；高風險（four）8.68%；X8：固定牢固（stable）65.24%；固定較牢固（lessstable）21.55%；固定不牢（unstable）13.21%；X9：（緊固良好）（滿足擰緊力矩要求）（ligntened）87.7%；輕微松動（達到擰緊力矩要求90%）（slightlyloose）9.1%；松動（低于擰緊力矩90%）（loose）3.2%；X10：無雨/雪（no）56.3%、小雨/雪（light）29.9%；大雨/雪（heavy）13.8%；X12：吊車視野無遮擋（no）42.226%；較少遮擋general）36.988%；遮擋嚴重（serious）20.786%）。

非根節(jié)點M1的值域設定為安全（safe），低風險（lowrisk），高風險（risky），M2的值域設定為良好的（good）、一般的（general）、故障的（malfunction），M3的值域設定為穩(wěn)定可靠的（reliable）、一般的（general）、有隱患的（malfunction），對應的條件概率同樣通過專家打分輸入。限于篇幅，非根節(jié)點M1～M5和節(jié)點T 的部分條件概率不在此處列出。

3 基于故障樹的地鐵車站自動扶梯吊裝貝葉斯網(wǎng)絡風險分析及優(yōu)化

3.1 自動扶梯吊裝作業(yè)風險貝葉斯網(wǎng)絡計算

通過在Netica 軟件中構建根節(jié)點X1～X12、中間節(jié)點M1～M5及父節(jié)點T，并建立邏輯聯(lián)系，通過輸入根節(jié)點概率及中間節(jié)點條件概率，構建并初步計算完成的貝葉斯網(wǎng)絡如圖2 所示。

通過軟件計算結果可以看出，該地鐵項目自動扶梯吊裝作業(yè)項目整體風險評估結果如下：①無重大風險、極低可能存在一般風險的概率為67.4%；②無重大風險，較低可能存在一般風險的概率為14.4%；③較低可能存在重大風險，較高可能存在一般風險的概率為10.4%；④較高可能存在重大風險，一定存在一般風險概率為7.78%。

3.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡的自動扶梯吊裝作業(yè)風險優(yōu)化

在2.3 中得出了基于專家打分數(shù)據(jù)構建的貝葉斯網(wǎng)絡對自動扶梯吊裝項目整體風險評估概率?？梢钥闯?，該項目在較低可能存在重大風險，較高可能存在一般風險以及較高可能存在重大風險，一定存在一般風險的組合概率為18.18%，可認為該項目整體風險處于較高水平，需要在項目實施中對項目的X1～X12項事件進行優(yōu)化部署，通過降低X1～X12項事件的高風險概率值來降低T 項目的整體風險概率。

結合對圖1 故障樹的分析，在X1～X3作業(yè)人員因素方面，可優(yōu)選有豐富經(jīng)驗的施工班組，并加強作業(yè)前交底；在X4～X5吊裝設備方面，選用年限短，狀態(tài)良好的吊車設備；在X6～X7輔助工具方面，吊裝作業(yè)前對輔助工具進行檢查，確保狀態(tài)良好，并進行交底培訓；在X8～X9自動扶梯方面，在吊裝作業(yè)前嚴格檢查自動扶梯預裝部件穩(wěn)定情況，適當減少預裝部件數(shù)量，嚴格檢查自動扶梯現(xiàn)場拼段處連接螺栓緊固情況，通過力矩扳手檢查力矩值合格；在X10～X12環(huán)境條件方面，避開雨雪天氣作業(yè)，吊裝作業(yè)選擇白天或夜間作業(yè)配備充足照明，合理選擇吊車站位地點或提前對吊車作業(yè)區(qū)域進行場地清理，避開或減少阻擋吊車視線的障礙物。

通過已構建的貝葉斯網(wǎng)絡，可以對X1～X12優(yōu)化后的吊裝作業(yè)風險進行模擬評估。在實際實施中，可以對優(yōu)化后的X1～X12重新進行專家評估風險概率，再重復輸入貝葉斯網(wǎng)絡計算T 節(jié)點的概率分布。例如，對于節(jié)點事件X10（雨雪天氣）以及X11（刮風），在吊裝作業(yè)中選擇所有作業(yè)避開雨雪天氣以及刮風情況，即X10節(jié)點概率分布為無雨雪（100%），X11節(jié)點概率分布為無風（100%），代入貝葉斯網(wǎng)絡后計算結果未：T 節(jié)點概率分布為：①無重大風險、極低可能存在一般風險的概率為72.7%；②無重大風險，較低可能存在一般風險的概率為12.2%；③較低可能存在重大風險，較高可能存在一般風險的概率為8.78%；④較高可能存在重大風險，一定存在一般風險概率為6.39%?？梢钥闯鯰 節(jié)點在節(jié)點事件X10（雨雪天氣）以及X11（刮風）優(yōu)化后風險概率得到了降低，并且能夠得到定量的分析結果。在文中限于篇幅原因不對X1～X12的每個因素進行優(yōu)化后的計算羅列。

4 結語

在地鐵建設項目自動扶梯吊裝作業(yè)以及類似的工程作業(yè)的施工組織設計階段，通過文中建立故障樹并轉換為貝葉斯網(wǎng)絡，采用專家打分法對貝葉斯網(wǎng)絡進行建模，定量分析評估項目整體風險，具有一定現(xiàn)實意義。在實際應用中，因專家打分不可避免的存在主觀因素影響，進而影響到貝葉斯網(wǎng)絡模型的準確建立。為確保貝葉斯網(wǎng)絡模型的精度，應對故障樹分析進行全面深入，同時在對貝葉斯網(wǎng)絡根節(jié)點先驗概率及非根節(jié)點條件概率打分時，可從提高專家打分精度及準確程度入手，確保評估精度。