房屋建筑施工安全监理中故障树分析法的应用

张 娜

(甘肃方圆监理有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 引言

城市建设程度不断提高，城市老化现象也随之加剧，需要不断重新建设房屋[1]。在这种情况下，安全监理工作尤为重要，可以在最大程度上降低房屋建设风险，减少房屋建筑过程中可能产生的经济损失[2]。故障树应用在各个领域中，可以揭示风险出现的潜在原因，因此在房屋建筑施工安全监理中应用故障树分析法，成为当前研究的热点。文献[3]根据故障树的特点，定量分析故障树，利用SMW工法和排桩支护编制故障树，并与工程风险分析系统相结合，根据房屋建筑施工情况，修改故障树，监理房屋建筑施工安全。在前人研究的基础上，根据故障树特点，提出房屋建筑施工安全监理中故障树新型应用方法，保障房屋建筑施工安全监理精度。

2 故障树分析法的应用方法

2.1 定量分析故障树

监理房屋建筑施工安全，也是根据房屋建筑施工过程，判断房屋建筑施工出现风险的概率，从而确定房屋建筑施工安全[4]。因此，需要通过基本事件和顶上事件的概率、概率和临界重要度，定量分析故障树。

基本事件概率可以分为人为因素和房屋建筑施工采用的机械设备因素两部分。而顶上事件概率，只有在基本事件基础上，才能进行计算，假设第i个基本事件发生的概率为pi,则有：

(1)

式(1)中，P表示顶上事件发生概率；xi表示第i个基本事件的状态值；n表示基本事件总数量；f(x)表示基本事件的状态值函数。从式(1)中，可以看出顶上事件发生概率，会受到基本事件概率的影响，但其重要程度却不能根据式(1)确定，因此计算概率重要程度，其计算公式如下：

(2)

式(2)中，∂表示求偏导符号[5]。从式(2)中可以看出，方程为顶上事件对基本事件的求偏导。因此，基本事件发生概率，在一定程度上，可以影响顶上事件发生概率，所以计算临界值重要度，则有：

(3)

式(3)中，C表示基本事件的临界值重要度。经过上述公式计算，得到概率重要程度和概率临界重要程度，可以较为全面地反应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监理故障树

故障树分析法，是将意见最不期望发生的事件，放置在故障树的最顶端，作为故障树的顶事件[6]。为此，根据上述(1)～(3)三个公式，计算得到的故障树中房屋建筑施工事件发生的概率，以及概率的重要度，建立故障树。

从上述分析中，可以看出故障树可以近似看成正三角形，三角形的底座为基本事件，也称为故障树的底事件，三角形的顶端尖角为顶上事件。底事件具有较强的模糊不确定性，因此需要计算基本事件的模糊概率，假设底事件模糊数置信区间的上限为a，下限为b，则有：

(4)

式(4)中，表示底事件模糊数的均值[7]。按照此次建立的正三角形故障树，其运算法则也可以根据三角模糊函数运算，其运算公式如下：

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表示三角模糊数(m-a1,m1,m1+b1)的隶属函数；F2表示三角模糊数(m2-a2,m2,m2+b2)的隶属函数。

综合式(4)和式(5)，建立三角形故障树，根据式(4)对底事件进行限制，以及式(5)所示的加减乘运算法则，得到故障树的中间层，通过式(1)所示的计算公式，得到故障树的最顶层。完成房屋建筑施工安全监理故障树建立。

2.3 评价房屋建筑施工安全

依据此次研究建立的故障树，建立评价房屋建筑施工安全评价准则，假设故障树中的底事件概率发生时，故障树顶事件发生概率的模糊中值为M1；则模糊成本的第个基本事件的重要度Si为：

Si=(M1-M2)×si

(6)

式(6)中，si表示第i项风险发生的经济损失比；M2表示故障树中的底事件概率不发生时，故障树顶事件发生概率的模糊中值。根据房屋建筑施工数据，依据式(6)所示的重要计算公式，采集房屋建筑施工数据所需要的数据，并计算采集房屋建筑施工数据所需要的数据的重要度，假设房屋建筑施工数据重要等级为r，评价数据为Dr，计算系数为Ar，则房屋建筑施工数据的权重Wr为：

(7)

基于式(7)计算的房屋建筑施工数据的权重，修正房屋建筑施工数据权重，则监理房屋建筑施工安全过程中，第个风险事故的发生概率Pj为：

(8)

式(8)中，pij表示第项评价数据的第j个风险事故的发生概率；aij表示故障树的第i项评价数据的第j个风险事故的三角模糊数修正范围[8]。

利用此次研究建立的故障树，评价房屋建筑施工过程中是否存在施工风险，当房屋建筑过程中，不存在安全风险时，则表明房屋建筑施工过程处于安全状态，完成房屋建筑施工安全监理。

3 仿真实验

选择传统应用方法，采用仿真对比实验的方式，以某区域的房屋建筑工程，作为此次实验研究对象，Unity 3D平台作为仿真实验平台，验证此次研究的房屋建筑施工安全监理中故障树分析法的应用方法。对比两组房屋建筑施工安全监理中故障树分析法的应用方法，监理房屋建筑施工安全精度。

3.1 实验准备

此次实验选择的房屋建筑面积约为59097 m2，房屋建筑主体框架采用剪力墙结构，建设房屋用于医院住院部楼和儿科病区，共建设1幢19层的楼，其中地上施工建设14层，地上总建筑面积为50397 m2，附属工程占用面积1624 m2，地下设置1层地下车库，建设面积为8700 m2。根据房屋建筑尺寸，在房屋建筑过程中，进行防腐、电气照明、消防及自动喷淋、装修、排水、采暖、通风空调等房屋建筑基础工程。

根据上述内容确定的房屋建筑基础信息，依据房屋建筑基础工程，在Windows7操作系统上的Unity 3D平台上建立房屋，所需要的硬件环境如表1所示。

表1 Unity 3D平台运行硬件环境

此时，采用两组应用方法，分别监理房屋建筑安全，其实验结果如下。

3.2 实验结果

基于此次实验选择的房屋建筑工程，选择坍塌、触电、火灾、物体坠落、建筑时使用的有毒物质超标、机械损坏等房屋建筑基础工程所可能存在的安全问题，在Unity 3D平台上，让仿真的房屋建筑存在龙门吊无安全防护门、建筑材料无明显标识且随意放置、建筑物品堆放超过标准要求等问题。采用两组应用方法，分别监理房屋建筑施工安全，其监理结果如表2所示。

表2 房屋建筑施工安全监理结果

从表2中可以看出，研究方法和传统方法判断房屋建筑施工过程监理存在的安全问题皆为3个，但是传统方法判断吊装机械指挥存在施工问题、龙门吊无安全防护门不存在施工问题，与此次仿真实验设置的安全隐患不一致，施工安全监理结果存在误差；研究方法判断房屋建筑施工存在的问题，则与此次仿真实验设置的安全隐患完全一致，具有较优的房屋建筑施工安全监理精度。

4 结语

此次研究应用方法，根据故障树特点以及目前故障树对安全隐患分析应用效果，设计房屋建筑施工安全监理中故障树分析法的应用方法，提高房屋建筑施工安全监理精度。但是此次研究仍然存在一定的不足，在今后的研究中，还需深入研究房屋建筑施工过程中存在的风险因素关系，以进一步提高监理精度。