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事故樹分析法在高處施工人員墜落事故中的應用

文檔作者：吳芳１肖雄１吳漢斌２張鵬１文檔來源： 1武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院 2中鐵大橋局集團有限公司海外工程分公司，		點擊數：	更新時間： 2021年09月17日
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四川建筑科學研究
ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ
第４０卷　第２期
２０１４年４月　
　　
收稿日期：２０１２１１２６
作者簡介：吳　芳（１９８９－），女，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向
為安全系統(tǒng)評價。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｘｗｕｔ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
事故樹分析法在高處施工人員墜落事故中的應用
吳　芳１，肖　雄１，吳漢斌２，張　鵬１
（１．武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北武漢?。矗常埃埃罚埃?
２．中鐵大橋局集團有限公司海外工程分公司，湖北武漢?。矗常埃埃担埃?
摘　要：在分析高處施工人員墜落并引起人員傷亡事故發(fā)生的基礎之上，通過系統(tǒng)安全工程的事故樹分析方法，綜
合考慮事故發(fā)生的全面過程，建立了高處施工人員墜落事故引起人員傷亡的事故樹圖，從最小割集、最小徑集、結
構重要度三方面，闡述了導致高處施工人員墜落事故引起人員傷亡的主要原因，從各因素的主次性方面著重對事
故底部事件進行排序分級以及比較分析，找出了事故預防的關鍵途徑。實例分析表明，事故樹分析方法能對導致
高處施工人員墜落引起人員傷害事故的各種因素及邏輯關系做出全面的闡述，并為高處施工人員墜落事故的預防
以及最大限度地減少人員傷亡，提供切實可信的參考依據。
關鍵詞：高處施工人員墜落事故；事故樹分析；最小割集；最小徑集；事故預防
中圖分類號：ＴＵ７１１　　　文獻標志碼：Ｂ　　　文章編號：１００８－１９３３（２０１４）０２－３５４－０４
０　引　言
建筑施工行業(yè)作為一個高危的行業(yè)，常常會因
各種原因導致安全事故的發(fā)生。同時建設工程項目
又具有其獨特的特點，如一次性、復雜性、危險性、流
動性等特點，使得建筑安全成為人們關注的焦點，對
建筑安全事故的減少也是需要迫切解決的問題。
首先看幾個簡單的案例：２０１０年１月９日，江
蘇某商品房二期７樓工程施工現場，施工人員在卸
料平臺上轉運鋼管時發(fā)生坍塌，造成施工作業(yè)人員
３人死亡。２０１０年３月３０日，中材里能有限公司熟
料水泥生產線在進行鋼梁精確矯正和焊接加固作業(yè)
時，平臺失穩(wěn)墜落，３名作業(yè)人員死亡。２０１０年４月
７日，山東濟南某職業(yè)技能培訓學校４號教學樓工
程，在安裝ＱＴＧ２０時３人墜地死亡。２０１０年４月
１４日，青島市海西灣修造船基地７號樓工程，在安
裝塔機過程中，２人墜落死亡。２０１１年１０月２０日，
秦皇島市海港區(qū)東王嶺村改造中電動吊籃在提升過
程中鋼絲繩突然斷裂，造成２名工人墜落，其中１人
死亡，１人受傷。以上只是一些簡單的案例，也僅僅
是冰山一角。
在各類施工傷亡事故中，按照發(fā)生事故所占比
例的多少，統(tǒng)計如下：高處墜落占４６％、觸電占
１４％、坍塌１３％、物體打擊占１１％、機械傷害占
６％、起重傷害占４％。這六類施工傷亡事故占事故
總數的９４％［１］（圖１）。
圖１　施工傷亡事故類型及所占比例
施工建筑過程是十分復雜多變的［２］，這就決定
了施工人員的施工現場不會固定在一個位置，在復
雜的施工現場，多工種、交叉式的施工十分常見，在
這種施工狀態(tài)下，保障施工安全的相關設施不能及
時到位，施工環(huán)境比較惡劣，施工存在著比較大的安
全隱患，施工人員極易發(fā)生墜落事故。
因此，認真研究高處墜落事故發(fā)生機理，最大限
度地減小傷亡事故，是每位施工人員和安全工作者
面臨的課題。然而，人們在對傷亡事故的研究中，往
往只注重某些單一的環(huán)節(jié)，對事故的分析僅僅限于
查清事故原因，從而采取相應措施，預防事故再次發(fā)
生，這種傳統(tǒng)的事后找原因的方法，只能發(fā)現表層顯
形的原因，不能顯現事故的全部過程，也很難有效預
防事故悲劇的重演。因此，要以系統(tǒng)、綜合的觀點，
需要運用系統(tǒng)安全工程的方法對各類事故進行系統(tǒng)
安全的分析，著眼于事故的整個過程，才能找出事故
的本質原因。
１　事故樹分析法的應用
事故樹定性分析包括求最小割集、最小徑集和
３５４
基本事件結構重要度分析。具體如下：
１）最小割集及其求法。在事故樹中凡能導致
頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱作割集；割集全
部基本事件均發(fā)生時，則頂上事件一定發(fā)生。
最小割集是能導致頂上事件發(fā)生最低限度的基
本事件的集合（即割集中任一基本事件不發(fā)生，頂
上事件就不會發(fā)生）。
對于已經化簡的事故樹，可將事故樹結構函數
式展開，所得各項即為各最小割集；對于尚未化簡的
事故樹，結構函數式展開后的各項，尚需用布爾代數
運算法則（如吸收律、狄摩根律等）進行處理，方可
得到最小割集。
２）最小徑集（又稱最小通集）。在事故樹中凡
是不能導致頂上事件發(fā)生最低限度的基本事件的集
合，稱作最小徑集。在最小徑集中，去掉任何一個基
本事件，便不能保證一定不發(fā)生事故。
因此，最小徑集表達了系統(tǒng)的安全性。
最小徑集的求法是將事故樹轉化為對偶的成功
樹，求成功樹的最小割集即事故樹的最小徑集。
３）結構重要度。結構重要度分析是從事故樹
結構上分析各基本事件的重要程度。即在假定各基
本事件發(fā)生概率都相等的情況下，分析各基本事件
發(fā)生對頂上事件發(fā)生所產生的影響程度。
結構重要度分析可采用兩種方法：①求結構重
要度系數；②利用最小割集或最小徑集判斷重要度。
前者精確，但繁瑣；后者簡單，但不夠精確。
按下面公式計算結構重要度系數，根據計算結
果確定出結構重要度的次序：
Ｉ
（ｉ）＝Σ１／２ｎ－１（Ｘｉ∈ Ｋｊ） （１）
式中?。搔迹ǎ椋臼录兀橹匾认禂到婆?
斷值；
Ｋｊ———包含Ｘｉ的割集（徑集）；
ｎ———Ｘｉ所在最小割集（徑集）中基本
事件的總數。
利用最小割集或最小徑集排列結構重要度順序
時的原則如下：
１）低階最小割集中的基本事件結構重要度大
于高階最小割集中的基本事件結構重要度。例：３
個最小割集組成｛ｘ１｝，｛ｘ２，ｘ３｝，｛ｘ４，ｘ５，ｘ６｝（它們
分別是１，２，３階），其中Ｉ（１）＞Ｉ（２）＞Ｉ（３）。
２）在階數相同的最小割集中，出現次數相同的
所有基本事件結構重要度相等。例：｛ｘ１，ｘ２｝，｛ｘ３，
ｘ４，ｘ５｝，｛ｘ６，ｘ７｝中Ｉ（１）＝Ｉ（２）＝Ｉ（６）＝Ｉ（７）
＞Ｉ（３）＝Ｉ（４）＝Ｉ（５）。
３）出現在階數相同的最小割集中的兩個基本
事件的比較：在不同最小割集中出現次數多的基本
事件，其結構重要度大于出現次數少的。例：
｛ｘ１，ｘ３｝，｛ｘ２，ｘ３｝，｛ｘ１，ｘ４｝，｛ｘ２，ｘ５｝，｛ｘ１，ｘ５｝
中的ｘ１在不同的１階割集中共出現３次，ｘ２僅出現
２次，則Ｉ（１）＞Ｉ（２）。
４）幾個最小割集間不含共同元素，低階中的基
本事件結構重要度大于高階最小割集中的基本事件
結構重要度。例：
｛ｘ１｝，｛ｘ２｝，｛ｘ３，ｘ４，ｘ５｝，｛ｘ６，ｘ７｝中Ｉ（１）＝Ｉ
（２）＞Ｉ（６）＝Ｉ（７）＞Ｉ（３）＝Ｉ（４）＝Ｉ（５）。
２　高處墜落事故樹的分析與評價
２．１　事故樹編制
根據頂事件確定原則，確定“高處施工人員墜
落事故”為頂事件。頂事件確定后，分析引起頂事
件發(fā)生的最直接充分和必要的原因，并根據事故原
因分析，建立高處施工人員墜落事故的事故樹，如圖
２所示。
圖２　高處墜落事故樹
　２０１４Ｎｏ２ 吳　芳，等：事故樹分析法在高處施工人員墜落事故中的應用 　　?。场。担怠?
表１　事故樹中各代碼的含義
代碼基本事件代碼基本事件
Ｔ０ 高處施工人員墜落事故Ｍ１３ 日常管理不到位
Ｍ１ 人的不安全行為Ｍ１４ 應急管理缺陷
Ｍ２ 物的不安全狀態(tài)Ｍ１５ 漏電保護器缺陷
Ｍ３ 環(huán)境缺陷Ｍ１６ 不利的精神狀態(tài)
Ｍ４ 施工人員不安全行為Ｍ１７ 不利的生理狀態(tài)
Ｍ５ 安全管理缺陷Ｍ１８ 自身智力限制
Ｍ６ 安全帶缺陷Ｍ１９ 不慎墜落
Ｍ７ 觸電防護失效Ｍ２０ 安全帶失效
Ｍ８ 腳手架坍塌Ｍ２１ 現場監(jiān)控不到位
Ｍ９ 大型機械設備缺陷Ｘ１ 過度疲勞
Ｍ１０ 工作環(huán)境缺陷Ｘ２ 注意力不集中
Ｍ１１ 施工人員狀態(tài)不佳Ｘ３ 體力不支
Ｍ１２ 施工人員做法有誤Ｘ４ 突發(fā)疾病
Ｘ５ 技能經驗不足Ｘ１８ 安全帶損壞
Ｘ６ 安全意識淡?。兀保?絕緣老化
Ｘ７ 隨重物墜落Ｘ２０ 未裝漏電保護器
Ｘ８ 作業(yè)用力過猛Ｘ２１ 漏電保護器失效
Ｘ９ 觸及帶電體Ｘ２２ 堆物超重
Ｘ１０ 未戴安全帶Ｘ２３ 支撐力不足
Ｘ１１ 走動取下安全帶Ｘ２４ 設計缺陷
Ｘ１２ 管理制度不健全Ｘ２５ 制造缺陷
Ｘ１３ 無人監(jiān)管Ｘ２６ 惡劣天氣
Ｘ１４ 監(jiān)管不力Ｘ２７ 照明不良
Ｘ１５ 應急制度不健全Ｘ２８ 通風差
Ｘ１６ 缺乏應急措施Ｘ２９ 工作面狹小
Ｘ１７ 無安全帶
２．２　事故樹最小割集
引起頂上事件發(fā)生的基本事件的最低限度的集
合叫最小割集。最小割集的求解方法有富賽爾法、
結構法、質數代入法、矩陣法和布爾代數法，其中以
布爾代數法應用較多。
結合事故樹結構函數，可求得該事故樹有２７個
最小割集：｛Ｘ１｝，｛Ｘ１７｝，｛Ｘ２７｝，｛Ｘ１３｝，｛Ｘ２０，
Ｘ１９｝，｛Ｘ２２，Ｘ２３｝，｛Ｘ２４｝，｛Ｘ２６｝，｛Ｘ１５｝，｛Ｘ２５｝，
｛Ｘ１６｝，｛Ｘ７，Ｘ１０｝，｛Ｘ１８｝，｛Ｘ２９｝，｛Ｘ１２｝，｛Ｘ２１，
Ｘ１９｝，｛Ｘ７，Ｘ１１｝，｛Ｘ８，Ｘ１１｝，｛Ｘ９，Ｘ１１｝，｛Ｘ３｝，
｛Ｘ５｝，｛Ｘ１４｝，｛Ｘ８，Ｘ１｝，｛Ｘ９，Ｘ１０｝，｛Ｘ４｝，｛Ｘ６｝，
｛Ｘ２｝。
２．３　事故樹最小徑集
徑集又叫通集。如果事故樹中某些基本事件不
發(fā)生，則頂上事件不發(fā)生，這些事件的最低限度的集
合叫最小徑集。求解最小徑集的一種直接方法，是
利用原始樹的對偶性。依據摩根定理將事故樹中的
所有“或”門改為“與”門，將所有的“與”門改為
“或”門，且將各事件變?yōu)閷ε际录?，則得成功樹。
求成功樹的最小割集，并解其對偶則得最小徑集。
按照上述求解方法，可求得該事故樹有８個最
小徑集：｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ２０，Ｘ２２，Ｘ２４，Ｘ２６，
Ｘ１５，Ｘ２５，Ｘ１６，Ｘ７，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ２１，Ｘ３，Ｘ５，
Ｘ１４，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ６，Ｘ２，Ｘ４｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ１９，
Ｘ２２，Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，Ｘ７，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ２５，
Ｘ１６，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ２｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，
Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ２０，Ｘ２３，Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，Ｘ７，Ｘ１８，Ｘ２８，
Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ２１，Ｘ２５，Ｘ１６，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ４，
Ｘ６，Ｘ２｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ１９，Ｘ２３，Ｘ２４，Ｘ２６，
Ｘ１５，Ｘ７，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ２５，Ｘ１６，
Ｘ４，Ｘ６，Ｘ２，Ｘ８，Ｘ９｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ１９，Ｘ２２，
Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，Ｘ１０，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ２５，Ｘ１６，
Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ１１，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ２｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，
Ｘ２０，Ｘ２３，Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，Ｘ１０，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，
Ｘ２１，Ｘ２５，Ｘ１６，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ１１，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ２｝，｛Ｘ１，
Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ１９，Ｘ２３，Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，Ｘ１０，Ｘ１８，
Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ１４，Ｘ２５，Ｘ１６，Ｘ２，Ｘ１１，Ｘ４，
Ｘ６｝，｛Ｘ１，Ｘ１７，Ｘ２７，Ｘ１３，Ｘ２０，Ｘ２２，Ｘ２４，Ｘ２６，Ｘ１５，
Ｘ２５，Ｘ１６，Ｘ１０，Ｘ１８，Ｘ２８，Ｘ２９，Ｘ１２，Ｘ２１，Ｘ３，Ｘ５，
Ｘ１４，Ｘ１１，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ２｝。
２．４　事故樹結構重要度
事故樹結構重要度分析是在認為基本事件的發(fā)
生概率都相等的情況下，分析各基本事件的發(fā)生對
頂上事件發(fā)生的影響程度。基本事件的結構重要度
越大，它對頂上事件的影響程度就越大。結構重要
度分析可利用最小割集近似求得。求解公式為：
Ｉ
（ｉ）＝Σ１／２ｎｊ－１（Ｘｉ∈ Ｋｊ） （２）
式中　Ｉ（ｉ）為基本事件Ｘｉ的結構重要度系數近
似判別值；Ｋｊ為基本事件Ｘｉ屬于的最小割集；ｎｊ為
基本事件Ｘｉ所在最小割集中基本事件的個數。
依據上述公式計算各基本事件結構重要度并排
序為：
Ｉ（１０）＝Ｉ（１１）＞Ｉ（２７）＝Ｉ（１３）＝Ｉ（１９）＝
Ｉ（２４）＝Ｉ（２６）＝Ｉ（１５）＝Ｉ（２５）＝Ｉ（１６）＝Ｉ（７）＝
Ｉ（１）＝Ｉ（１８）＝Ｉ（２８）＝Ｉ（２９）＝Ｉ（１２）＝Ｉ（１７）＝
Ｉ（８）＝Ｉ（９）＝Ｉ（３）＝Ｉ（５）＝Ｉ（１４）＝Ｉ（４）＝Ｉ（６）＝
Ｉ（２）＞Ｉ（２０）＝Ｉ（２２）＝Ｉ（２１）＝Ｉ（２３）
２．５　結果分析
１）從事故樹結構可以看出，導致事故樹分析法
在高處墜落事故中的基本原因有２９個，這些原因組
合后都可能導致事故的發(fā)生，其危險性必須予以足
夠的重視。
２）通過對事故樹最小割集和最小徑集的求解，
得到了２７個最小割集和８個最小徑集，因此，發(fā)生
爆破飛石事故的可能途徑共有２７條，預防途徑８
條。
３）最小割集的個數比較多，最小徑集的個數相
對較少，說明爆破系統(tǒng)是較為危險的，同時事故樹最
小割集包含的基本事件較少，而事故樹最小徑集包
含的基本事件較多，說明高處施工人員墜落事故容
易發(fā)生，且難以控制。
３５６ 　　　　四川建筑科學研究 第４０卷　
４）通過計算事故樹結構重要度可以看出，未戴
安全帶和走動取下安全帶等，對高處施工人員墜落
事故的影響程度較大。因此，在現場施工安全管理
時，應嚴格落實管理制度，盡量減少事故的發(fā)生。
３　預防高處施工人員墜落事故的相
關措施
　?。保┦┕と藛T高處作業(yè)必須依照相關的規(guī)章程
序嚴格進行。高處作業(yè)必須嚴格遵守相關的安全規(guī)
程，按照施工設計和說明進行，避免施工人員在不安
全、無防護措施的情況下作業(yè)。
２）加強高處施工現場的安全管理。施工前應
做好及時、全面的通知，且施工前必須清點人數，在
確保所有人員撤離施工危險區(qū)后才能施工。
３）加強對施工人員和技術人員的安全教育。
特別是進行高處作業(yè)的施工人員，應對其進行定時
培訓，讓他們真正了解防范施工安全風險的技能，掌
握比較專業(yè)的施工安全知識以及相應的安全法規(guī)，
提高他們抵御安全風險的能力，從而提高其安全素
質，杜絕作業(yè)過程中的違章操作、麻痹大意。
４）努力創(chuàng)設優(yōu)良的施工環(huán)境。施工環(huán)境是有
效防止施工事故發(fā)生的重要因素，施工環(huán)境的好壞，
對是否能夠確保安全施工影響重大。要堅持以人為
本的原則，強化安全保障措施，創(chuàng)造優(yōu)良的施工環(huán)
境。要營造良好的施工氛圍，使施工人員在施工過
程中心態(tài)良好、干勁充足，在防止發(fā)生施工事故的同
時，有效地激發(fā)施工人員工作的積極性和主動性，確
保工程質量和工期順利完成。
５）持續(xù)強化安全生產監(jiān)督管理。施工現場的
監(jiān)理人員要嚴格按照國家法規(guī)和施工規(guī)程，對由于
施工現場的不規(guī)范導致的施工事故操作進行檢查，
發(fā)現問題，及時督促整改，確保使施工的每一個環(huán)
節(jié)、每一道工序都符合相關操作規(guī)范。對施工過程
中存在重要安全隱患的，要限期整改或責令整頓，加
強現場防護和文明施工。
６）采用合格的觸電防護、腳手架、機械設備、安
全帶等，不使用劣質、失效的設備。嚴禁使用不合格
的設備。
７）及時總結已有施工安全管理的經驗，加強對
管理制度體系的完善工作。做到在預防中查明并清
除事故的誘發(fā)因素。
４　結　論
事故樹分析法可以將高處施工人員墜落事故的
各種基本事件較全面地分析出來，使得高處施工現
場的安全管理工作能夠有條不紊地進行。結合高處
施工人員墜落事故樹分析，可以對引起頂上事件發(fā)
生的各基本事件進行安全檢查，逐一排除引起事故
的隱患。同時通過分析事故樹的邏輯關系，可以將
各隱患因素有機結合在一起，找出致使事故發(fā)生的
關鍵環(huán)節(jié)并加以控制，可以促進高處施工的安全作
業(yè)。
通過本文可以發(fā)現造成建筑施工現場高處施工
人員墜落事故的原因非常復雜，如何更好更合理的
分析高處施工人員墜落事故致因并且提出有效途徑
來預防高處墜落事故的發(fā)生，運用事故樹理論是一
種較為理想的方法。運用此方法，不但可以清楚地
了解導致頂事件發(fā)生的各基本原因事件及各事件之
間的邏輯關系。而且還可以確定各基本事件的結構
重要度的大小。這對于優(yōu)化企業(yè)的安全決策起到了
重要的作用，希望事故樹這種方法在企業(yè)的安全分
析和評價中得到推廣應用。
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