在役工业厂房建筑维护管理分析评价*

武乾　张特刚　孔繁熙

(西安建筑科技大学土木工程学院　西安 710055)



在役工业厂房建筑维护管理分析评价*

武乾张特刚孔繁熙

(西安建筑科技大学土木工程学院西安 710055)

摘要在调研了全国各区域各行业工业厂房结构安全的基础上，提出工业厂房后期运营阶段的结构安全性和可靠性需要通过科学的维修制度来保证。分析了引起工业厂房结构失检、误判的因素，建立了相应的评价指标体系，以评价企业厂房结构安全的维护管理水平。理论分析和实例评价表明，通过提高维护管理水平可以减少厂房结构失检、误判事件的发生，加强厂房的检测、维护，可以有效预防工业厂房结构渐发性事故发生，在有限成本内实现对工业厂房结构安全管理的效益最大化。

关键词工业厂房维修周期结构安全

0引言

目前，我国对工业厂房结构安全的检测和维护并没有统一的规定，主要依靠企业从自身角度出发，考虑结构安全、经济效益和管理层面等众多因素，制定检测、维护制度，确定适当的维修周期，以杜绝因日常检测工作疏漏而导致结构破坏发生安全事故[1]。结构失检在日常维护工作中较容易疏漏，而正确判断结构安全性需要专业的知识和丰富的经验，也是企业日常管理维护工作的难点。鉴于此，在统计调研案例的基础上分析引起厂房结构失检和误判的主要因素，结合具体案例评价企业在保证结构安全方面的管理和技术水平，进而有针对性地进行改进，预防安全事故的发生。

1在役工业建筑结构安全现状分析

1.1结构安全事故分类

在役工业厂房的结构安全自始至终都处于一个变化的状态，从建筑安全管理的角度，其事故性质可分为突发性和渐发性。其中，渐发性事故是由于人为管理、维修不善造成的，大致包括结构耐久性破坏、结构超载、设计改造不当和爆炸火灾4类[2]，企业通过综合考虑厂房实际使用情况，设立专门的检测、维护部门，加强结构监测管理，提高检测维护人员的技术水平，可以减少结构失检、误判引发的安全事故，从而预防渐发性事故的发生。

1.2结构安全事故成因分析

根据国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心资料，仅以钢铁行业事故统计资料为例，1958—2000年钢铁厂厂房倒塌共发生51例，其中灾害倒塌7例(唐山地震)，占比14%；人为错误44例，占比86%。在人为错误中，积灰超载21例，占比41%；设计改造不当6例，占比11%；结构耐久性破坏12例，占比24%；爆炸、火灾等非自然灾害5例，占比10%。从这些数据可以看出，由于检测、维护不善(积灰荷载属于日常管理维修范畴)造成的钢铁厂房倒塌占事故比例的一半。

2在役工业厂房结构安全控制因素分析

2.1结构安全状态

企业本身由于缺乏专业技术人员和专业检测、鉴定设备，对于厂房结构的日常安全性检测通常是以地基位移、构件变形、构件损伤等状态指标为评定依据[3]。根据工业建筑结构安全综合等级评定标准，将结构状态的变化划分为如下4个阶段：

正常阶段(S1)：符合国家现行标准规范的要求，不影响整体安全，除个别次要构件宜采取适当措施外，结构状态符合预期；

异常阶段(S2)：略低于国家现行标准规范的要求，满足结构安全的下限水平，不影响整体安全，极少数构件应采取措施，结构状态略超出预期范围；

危险阶段(S3)：不符合国家现行标准规范的要求，影响整体安全，应采取措施，结构状态严重超出预期范围，可能引发安全事故；

事故发生阶段(S4)：极不符合国家标准规范的要求，已严重影响整体安全，必须立即采取措施，结构丧失承载功能。

2.2基于结构安全的维修周期选择

(1)

(2)

式中，INT为取整函数，N2，N3分别为结构异常阶段和危险阶段内的检测次数。在厂房前期建设阶段，结构进入危险阶段的概率P{θ1+θ2≤T}和发生安全事故的概率P{θ1+θ2+θ3≤T}主要取决于设计、施工、使用等因素，有较多的客观成分，后期维修效果并不明显；而失检概率P{N2=0}，P{N3=0}，误判概率P{I=S1|S=S2}，P{I=S1∪S2|S=S3}，则与结构检测、维护制度有直接关系。在使用过程中，如果客观上难以对厂房结构进行正常的检测，使得失检、误判概率增大，则应在设计、施工期提高结构安全性并改善使用条件，减小结构进入异常、危险阶段和发生安全事故的概率。在厂房后期运营阶段，应该加强检测，减小失检和误判概率，通过合理的管理维护制度来保证厂房的结构安全状态，减小失检、误判概率，从而降低事故发生的概率。在失检、误判方面，可根据结构状态变化周期θ1，θ2的统计结果，选择适当的检测周期θ，控制失检概率在较小的数值范围内。降低失检概率需要日常维护、检测管理制度来保证，降低误判概率需要检测人员具备一定的专业知识和检测经验。

2.3工业厂房结构失检、误判因素分析

通过调研全国124例工业厂房安全检测实例，分析了企业安全检测机构设置、日常管理维护制度以及相关检测人员资质、经验等因素，在对企业安全责任人进行访谈的基础上，结合现有相关文献，汇总分析了引起厂房结构失检的7个主要因素，如表1所示。

表1　工业厂房结构失检、误判影响因素

3实例分析评价

蒙自恒翔糖业是一家主要生产白砂糖、酒精的食品加工企业。该厂建于1973年，主要以钢筋混凝土排架结构厂房为主，由于采用亚硫酸生产法，厂房在使用过程中受二氧化硫和酸性废液侵蚀较严重。厂部办公室下设建筑业管理科，负责厂房日常维护和检测工作，根据厂房使用环境，梁柱节点、屋面防水和钢构件、混凝土强度的检测、维护周期各不相同。

本文以蒙自恒翔糖业为例，采用实地调研和查阅该厂建筑业管理科的日常维护、检测资料的方式，对引起该企业厂房结构失检、误判的7个主要因素进行专家打分，采用模糊物元法评价该企业厂房结构安全的维护管理水平。

3.1模糊物元的评价步骤

(1)根据各指标的实测值及与之相应的分级界限值，计算n个特征(评价指标)A1，A2…A7对应的m个分级标准的隶属度u(xij)(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)，xij为第i个分级标准Mi的第j个特征Aj的量值。

(2)由隶属度函数u(xij)确定关联系数kij，并建立模糊复合物元Rmm。

(3)按照M(∘.TIF，+)运算模式计算各评价指标所对应分级标准的关联系数kij与各评价指标的关联系数权重向量，得到对应的分级标准关联度，建立关联度复合模糊物元。

(4)根据最大关联度原则评价企业厂房结构安全的技术管理水平。

3.2确定模糊物元分析参数

(1)确定隶属度。当打分的专家人数较多时，可近似人为其评分对同一类别的隶属度函数u(x)为正态型。即

(3)

式中，a,b为物元量值范围(a,b)的边界值。

(2)确定分级标准。本例根据实际的厂房使用环境和结构现状，将评价结果分为4个等级：优(85,100)，良(70,85)，合格(55,70)，差(30,55)。

(3)确定关联系数。在经典域与节域重合的条件下，关联函数和隶属度函数可以等价互换。只要确定其中任一函数，另一函数也随之确定。因此，关联系数kij可由隶属度函数u(x)确定[5]。

kij=u(xij)

(4)

式中，kij为第i个特征的第j个分级标准Mi与标准分级M0之间的关联系数。

(4)确定关联度。关联度是表示事物之间相关性大小的度量。若按关联变换求出的关联系数进行加权平均，则可以得到第i个分级标准Mi与标准分级M0之间的关联度，用k0j表示，即

(5)

式中，wi为第个分级标准Mi与标准分级M0之间的关联系数权重。

(5)确定权重。对工业厂房结构失检、误判因素的百分比例进行标准化,将标准化的值作为各因素的权重值wi，以客观发生比例作为权重，有效避免了传统方法人为确定权重的主观影响，且计算简单。各因素权重如表2所示。

表2　评价因素权重

3.3确定工业厂房结构失检、误判的复合模糊物元

采用专家咨询打分和专家调查问卷的形式，收集对各个因素的平均打分，如表3所示。将得到的打分值及相应的各指标因素的分级界限值代入式(3)，得到模糊复合物元中评价量值Mi对应的评价因素Aj的相应隶属度值u(xij)，见表4。

表3　评价因素平均打分值

表4　评价因素隶属度

评价因素的模糊复合物元R4×7为

(6)

3.4进行工业厂房结构安全的技术管理水平评价

根据表2的评价因素权重，其权重wi构成权重复合物元为

(7)

将式(6)确定的模糊复合物元R4×7与式(7)权重复合物元Rwi按照M(∘.TIF，+)的运算法则进行计算，得到厂房结构安全技术管理水平关联度复合物元为[6]

(8)

从式(8)可以看出，该企业工业厂房结构安全技术管理水平对应“良”的关联度最大，为0.598 9，对应“合格”的关联度次之。根据模糊复合物元的最大关联度原则，可认定该企业工业厂房结构安全技术管理水平评定等级为“良”，尚有改进空间。

4结语

在分析相关工业建筑结构安全检测资料的基础上进行了充分的调研研究，按照检测鉴定标准提出了工业建筑厂房结构状态应保持在“正常阶段”和“异常阶段”之间，通过定期的检测、维护使两种状态相互转换。

通过概率学分析，结合调研过程中企业的实际情况，提出为保证厂房结构安全性，应致力于减少厂房结构失检和误判的概率。

结合调研和理论文献，提出了影响厂房结构发生失检、误判事件的主要影响因素，建立了相应的评价指标体系，应用模糊复合物元方法对企业厂房结构安全技术管理水平进行评价。实例表明，模糊复合物元法评价效果良好，能够较好地契合企业实际的技术管理水平。

参考文献

[1]姚强. 城镇既有建筑维护管理研究[D].浙江宁波：宁波大学，2013.

[2]武乾，吴清，高书华，等.基于维修质量的大型公共建筑物维修周期决策研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2011 (4):517-521.

[3]胡素珍.某在役工业厂房结构可靠性评估与寿命预测[D].郑州：郑州大学,2011.

[4]姚继涛.现存结构可靠性评定方法的进展：国际标准《结构设计基础----现存结构的评定》ISO13822:2001(E)综述[J].工业建筑，2005，35(2)：103-107.

[5]田小革.基于模糊复合物元法的水泥路面性能评价[J].交通运输工程学报,2010(2):26-29.

[6]李锐，任欢，单春林，等.基于关联熵与复合物元的城市快速路立体交叉方案评价模型[J].西安建筑科技大学学报,2014(1):38-43.

Analysis and Evaluation on the Maintenance and Management of In-service Industrial Plant Structures

WU QianZHANG TegangKONG Fanxi

(SchoolofCivilEngineering，Xi’anUniversityofArchitectureandTechnologyXi’an710055)

AbstractBased on investigations on the structure safety of the industrial plants of every sectors in the whole nationwide, it is put forward that the structural safety and reliability in post-operation phase of industrial plants need to be guaranteed through scientific maintenance system. The industrial plant construction misconduct and false controlling factors are analyzed and the corresponding evaluation index system is established to evaluate the maintenance and management level of industrial plant structural safety. Theoretical analysis and practical evaluation shows that the plant structure misconduct and false incident can be reduced by raising the technological level of management, strengthening the detection and maintenance can effectively prevent the gradual onset of industrial plant construction accident and achieve the benefits maximum of security management within a limited cost industrial structures.

Key Wordsindustrial plantmaintenance cyclestructural safety

*基金项目：国家自然科学基金面上项目 (51278398)，陕西省科学技术厅“科技入滇”省际交流项目(2014SJ-10)。

作者简介武乾，男， 1965年生，博士，教授，研究方向：土木工程建造与安全管理。

(收稿日期：2015-07-20)