陳 實(shí)， 黃顯周， 魏治國(guó)， 李俊德， 王鵬舉

(云南云嶺公路工程注冊(cè)安全工程師事務(wù)所有限公司， 昆明 650021)

近年來(lái)，隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，滿(mǎn)布式支架因其形式多樣、承載力要求低、成本較低等原因被廣泛應(yīng)用[1]，但支架施工發(fā)生事故的頻率逐年增高，傳統(tǒng)安全評(píng)估忽視了人因的主導(dǎo)作用。故亟需針對(duì)貫穿于支架施工始終的人因差錯(cuò)進(jìn)行研究，使得支架施工安全評(píng)估向人因差錯(cuò)控制轉(zhuǎn)變[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于支架安全人因差錯(cuò)的研究多集中于仿真、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析，Bruce等[3]針對(duì)混凝土構(gòu)件施工進(jìn)行了研究，利用事件樹(shù)法得出各人為因素對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響規(guī)律及偏離程度；謝楠等[4]通過(guò)對(duì)比分析大量事故數(shù)據(jù)，對(duì)支架施工過(guò)程中產(chǎn)生的人因差錯(cuò)進(jìn)行了歸納分類(lèi)；Fabian C Hadipriono等[5]分析了公路滿(mǎn)布式支架倒塌事故的成因，利用層次分析法評(píng)估人因差錯(cuò)與事故發(fā)生概率的相關(guān)性；宋方方[6]結(jié)合近年來(lái)的模板支架倒塌事故數(shù)據(jù)，并采用事故樹(shù)法進(jìn)行人因差錯(cuò)識(shí)別。

綜上，本文以滿(mǎn)布式支架施工中的各類(lèi)人因差錯(cuò)為主要研究對(duì)象，通過(guò)仿真模擬及多元回歸等方法進(jìn)行評(píng)估，以求基于人因差錯(cuò)對(duì)滿(mǎn)布式支架施工全過(guò)程進(jìn)行安全評(píng)估。

1 人因差錯(cuò)識(shí)別及分析

1.1 人因差錯(cuò)識(shí)別

通過(guò)搜集應(yīng)急管理部近15年來(lái)的事故報(bào)表及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，統(tǒng)計(jì)到152組較為典型的滿(mǎn)布式支架事故，事故主因及其占比如表1所示[7]。

表1 事故數(shù)據(jù)分析

由表1可以看出，由人因差錯(cuò)導(dǎo)致的安全事故占比較大(最高達(dá)到75%)、類(lèi)型較多(共6個(gè)次類(lèi)，14個(gè)小類(lèi))，且存在多因素共同作用的現(xiàn)象，故本文將人因差錯(cuò)視為各類(lèi)事故發(fā)生的主因進(jìn)行研究。將其分為2類(lèi)：目標(biāo)差錯(cuò)(由于施工人員識(shí)圖誤差、實(shí)際測(cè)量誤差、作業(yè)疏忽等原因而導(dǎo)致施工效果與最初設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生偏離)、過(guò)程差錯(cuò)(作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)作業(yè)手段、施工工藝等誤差而導(dǎo)致的過(guò)程不規(guī)范，從而使結(jié)果偏離期望值)。

1.2 人因差錯(cuò)指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)上述分類(lèi)并結(jié)合工程實(shí)際參數(shù)，在Midas模型標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，按照模數(shù)或級(jí)數(shù)改變各類(lèi)差錯(cuò)值，分析搭設(shè)階段、澆筑階段滿(mǎn)布式支架的承載力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

由于支架施工各階段的差異，設(shè)置2種工況：工況1依據(jù)梁體澆筑時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行模擬，選擇支架自重和上部荷載；工況2依據(jù)支架搭設(shè)階段的實(shí)際情況進(jìn)行模擬，選擇支架自重和風(fēng)荷載。由于人因差錯(cuò)難以定量的特點(diǎn)，利用Matlab建立數(shù)集隨機(jī)選擇沉降區(qū)域、脫空區(qū)域等以模擬人的作用；利用專(zhuān)家及管理人員賦分來(lái)計(jì)算安全監(jiān)管參數(shù)，各類(lèi)人因差錯(cuò)的指標(biāo)體系構(gòu)建如表2所示。

1.3 人因差錯(cuò)分析

對(duì)表2中給出每類(lèi)指標(biāo)的6組參數(shù)值進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ相應(yīng)的分級(jí)，其中各向長(zhǎng)度差錯(cuò)、桿件步距(加密區(qū))差錯(cuò)等2類(lèi)變化程度最明顯的目標(biāo)差錯(cuò)分析結(jié)果如圖1、圖2所示。

通過(guò)分析仿真數(shù)據(jù)中的變化點(diǎn)、極限點(diǎn)，得出以下結(jié)論：

1) 人因差錯(cuò)與其他客觀因素相比受環(huán)境影響較大，工況2(風(fēng)荷載作用下)時(shí)人為造成的各向長(zhǎng)度改變會(huì)使支架承載力驟降。

2) 支架桿件步距小于2.0 m時(shí)，可采取局部加密的措施以應(yīng)對(duì)桿件間距類(lèi)人因差錯(cuò)。

3) 人因差錯(cuò)造成的掃地桿高度大于0.7 m、立桿伸出長(zhǎng)度大于0.2 m，會(huì)使結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。

斜撐間隔差錯(cuò)、區(qū)域沉降差錯(cuò)等2類(lèi)變化程度最明顯的過(guò)程差錯(cuò)的分析結(jié)果如圖3、圖4所示。

通過(guò)分析仿真數(shù)據(jù)中的變化點(diǎn)、極限點(diǎn)，得出以下結(jié)論：

1) 人因差錯(cuò)出現(xiàn)在縱向剪刀撐設(shè)置時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響可忽略，故支架在縱向每10步設(shè)置剪刀撐更為經(jīng)濟(jì)安全，而斜撐必須按照規(guī)范要求滿(mǎn)布。

2) 支架搭設(shè)時(shí)應(yīng)提前檢查地基、設(shè)置墊板，以防止人為帶來(lái)的區(qū)域沉降差錯(cuò)導(dǎo)致底部失穩(wěn)。

3) 支架的極限荷載值隨著風(fēng)荷載的增大呈線(xiàn)形增長(zhǎng)，故嚴(yán)禁在風(fēng)力等級(jí)較大時(shí)施工。

表2 人因差錯(cuò)指標(biāo)體系

圖1 屈曲荷載值隨各向長(zhǎng)度變化情況

圖2 屈曲荷載值隨加密區(qū)步距變化情況

2 人因差錯(cuò)評(píng)估方法及分級(jí)

利用前文仿真屈曲荷載值數(shù)據(jù)及變化曲線(xiàn)拐點(diǎn)、極限點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)各類(lèi)差錯(cuò)參數(shù)的影響程度、發(fā)生概率及產(chǎn)生后果進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.1 人因差錯(cuò)影響程度評(píng)估

利用R語(yǔ)言程序中內(nèi)置的kappa函數(shù)，針對(duì)搭設(shè)階段(工況2)時(shí)的11個(gè)自變量、澆筑階段(工況1)時(shí)的17個(gè)自變量進(jìn)行共線(xiàn)性檢驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。

結(jié)果顯示桿件間距(加密區(qū))y1與桿件步距(加密區(qū))z1相關(guān)性顯著，這是由于加密區(qū)布置時(shí)各向距離需同時(shí)變化，去除桿件間距(加密區(qū))y1后結(jié)果顯示已不存在共線(xiàn)性，如圖6所示。

圖3 屈曲荷載值隨斜撐間隔變化情況

圖4 屈曲荷載值隨區(qū)域沉降量變化情況

圖5 原始共線(xiàn)性檢驗(yàn)

將數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集及測(cè)試集，采用LASSO回歸模型進(jìn)行分析并交叉驗(yàn)證，結(jié)果如圖7、圖8所示。

最終通過(guò)回歸分析得到支架2個(gè)階段的承載力評(píng)估模型如下：

圖6 優(yōu)化后的共線(xiàn)性檢驗(yàn)

圖7 LASSO回歸模型分析

圖8 測(cè)試集數(shù)據(jù)交叉驗(yàn)證

P1=1.731X-5.291H/Y+1.648x-6.018z-4.728z1-3.353z2+5.037m-1.751n-11.078a+1.404c-2.758α1-10.060α2-10.178α3+3.887 8α4

P2=0.216X-7.777H/Y-4.088x-5.319z-5.299z1-2.997z2-2.126b-9.011a-0.465c

通過(guò)將屈曲荷載值與規(guī)范中的可靠度指標(biāo)β兩兩對(duì)應(yīng)進(jìn)行分級(jí)，結(jié)果如表3所示。

表3 影響程度分級(jí)

2.2 人因差錯(cuò)發(fā)生概率評(píng)估

利用肯特指數(shù)法—層次分析法進(jìn)行層次劃分，邀請(qǐng)橋梁施工專(zhuān)家進(jìn)行賦分，對(duì)各因素構(gòu)建兩兩判斷矩陣確定權(quán)重，計(jì)算得到出概率分值P后根據(jù)表4確定事故概率等級(jí)。

表4 事故概率分級(jí)

2.3 人因差錯(cuò)產(chǎn)生后果評(píng)估

根據(jù)人因差錯(cuò)后果表現(xiàn)形式的不同，將其分為經(jīng)濟(jì)損失(包括直接經(jīng)濟(jì)損失及間接經(jīng)濟(jì)損失)和非經(jīng)濟(jì)損失(包括生命損失、環(huán)境損失及社會(huì)損失)2大類(lèi)，并建立人因差錯(cuò)后果估計(jì)總體模型：

C=Cz+Cj+Cm+Ch+Cs

式中：C為總后果；Cz、Cj為直接、間接經(jīng)濟(jì)損失；Cm為生命損失；Ch為環(huán)境損失；Cs為社會(huì)損失。為避免難以量化的后果計(jì)算帶來(lái)誤差，本文利用當(dāng)量轉(zhuǎn)換法進(jìn)行分級(jí)，如表5所示[8]。

表5 事故后果分級(jí)

2.4 基于人因差錯(cuò)的評(píng)估分級(jí)

結(jié)合上述3個(gè)方面的評(píng)估方法，并取滿(mǎn)布式支架安全影響程度評(píng)估等級(jí)與概率評(píng)估等級(jí)二者中大者，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法確定滿(mǎn)布式支架全過(guò)程安全評(píng)估等級(jí)，如表6所示。

表6 施工安全分級(jí)

3 工程實(shí)例驗(yàn)證

3.1 工程概況

依托宜賓至昭通高速公路云南段一期項(xiàng)目，針對(duì)彝良(海子)至昭通A1段北閘互通F匝道橋第4聯(lián)現(xiàn)澆箱梁開(kāi)展安全評(píng)估[9]。該專(zhuān)項(xiàng)工程采用承插型盤(pán)扣滿(mǎn)布式支架，各參數(shù)調(diào)查結(jié)果如表7所示。

表7 實(shí)際參數(shù)調(diào)查

3.2 安全評(píng)估

利用前文所述評(píng)估模型計(jì)算可得，該支架專(zhuān)項(xiàng)工程的安全評(píng)估等級(jí)為Ⅲ級(jí)(高度風(fēng)險(xiǎn))。邀請(qǐng)專(zhuān)家利用傳統(tǒng)打分法(不以人因作主導(dǎo)，以整體安全為導(dǎo)向)得出該工程的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中度風(fēng)險(xiǎn))，說(shuō)明本文建立的人因差錯(cuò)概率評(píng)估模型與實(shí)際工程較為符合，且更加符合施工安全要求[10]。

3.3 結(jié)果驗(yàn)證

將有限元分析所得的屈曲荷載值，與前文所得的承載力評(píng)估模型計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)承載力模型評(píng)估值誤差均在10%以?xún)?nèi)，且結(jié)果更符合實(shí)際，二者結(jié)果對(duì)比如表8所示。

表8 影響程度評(píng)估對(duì)比

4 結(jié)論

本文利用有限元軟件模擬、數(shù)據(jù)分析等手段并結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)滿(mǎn)布式支架人因差錯(cuò)的影響程度、發(fā)生概率、產(chǎn)生后果及安全評(píng)估等問(wèn)題展開(kāi)了研究，并得出以下認(rèn)識(shí)：

1) 結(jié)合事故數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)支架施工中的人因差錯(cuò)是導(dǎo)致事故發(fā)生的主導(dǎo)因素，利用仿真軟件得出了各類(lèi)人因差錯(cuò)的產(chǎn)生機(jī)理及作用規(guī)律，最終構(gòu)建出基于人因差錯(cuò)的支架施工安全評(píng)估指標(biāo)體系。

2) 研究得出人因差錯(cuò)的影響程度評(píng)估模型、發(fā)生概率評(píng)估模型、產(chǎn)生后果評(píng)估模型多維評(píng)價(jià)方法并進(jìn)行分級(jí)，應(yīng)用于云南省高速公路項(xiàng)目后發(fā)現(xiàn)影響程度評(píng)估誤差在10%以?xún)?nèi)、發(fā)生概率評(píng)估等級(jí)更加貼近實(shí)際，說(shuō)明模型具有可行性及實(shí)用性。

3) 未來(lái)對(duì)于支架施工安全的研究需要開(kāi)發(fā)相關(guān)的系統(tǒng)，通過(guò)電腦終端、移動(dòng)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)，與智能感應(yīng)設(shè)備、信號(hào)傳輸設(shè)備結(jié)合從而開(kāi)發(fā)智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。