建筑施工高处坠落事故发生机制及预防模式研究*

段在鹏 黄月玲 赖勤勤 黄 婷



建筑施工高处坠落事故发生机制及预防模式研究*

段在鹏1黄月玲1赖勤勤2黄 婷2

1. 福州大学环境与资源学院 2. 福州大学至诚学院环境资源工程系

建筑业作业风险高，风险程度仅次于采矿业。高处坠落是建筑业“五大伤害”之首，加强建筑施工高处坠落事故控制意义重大。该文尝试应用事故树分析法，对建筑施工高处坠落事故进行分析，得到40种坠落事故发生机制和3种防控模式。结果表明，基于事故树分析法的高处坠落事故分析模型可靠实用，对于事故防控具有指导意义。

高处坠落 建筑安全 事故树分析法

我国全国现有建筑企业近7万家，建筑行业从业人员有4000多万[1]，是世界上最大的行业劳动群体。而且，建筑业也是我国很多省份的支柱产业，如福建省现有建筑企业达 4000 多家，相关建筑从业人员也达到 200 多万，其施工的总生产值达到 5000 亿元人民币以上[2]。

建筑业是一项高作业风险的行业，其作业风险仅次于采矿行业[3]。高处坠落、物体打击、机械伤害、触电、坍塌这五大伤害所造成的安全事故累计占到各类建筑安全事故总数的90％以上[4]，高处坠落位于“五大伤害”之首，据 2010—2014 年房屋建筑通报显示，高处坠落事故更是占据安全事故总数的56%[5]，并且高处坠落事故多为重大恶性事故，例如，2008年10月30日，福建省迪鑫阳光城高处坠落事故一次性死亡人数高达12人[4]。故而，加强建筑施工高处坠落事故控制与分析有着重大的意义。

政府已多次颁布相关安全标准规范，如福建省住建厅2016年印发新版《福建省建设工程质量安全动态监管办法》和《福建省建筑施工企业信用综合评价体系企业质量安全文明施工行为评价标准》。而安全技术研究层面也百花齐放，赵金娜[1]基于层次分析法对高处坠落事故进行了脆性分析，施式亮[3]构建了高处坠落风险的AHP-Fuzzy评价模型。李旭伟[4]运用灰色关联度对高处坠落各事故因素的影响程度进行排序，张卫[5]基于 DEA建立了高处坠落事故安全投入模型，徐峰[6]将建筑施工中临边坠落进行了模型化研究，张泾杰[7]基于BIM 和 RFID技术建立了建筑工人高处坠落事故智能预警系统，徐影[8]对经典 Reason 模型进行改造，建立了施工作业高空坠落事故的预控模型。

本文尝试应用事故树分析法( Fault Tree Analysis, FAT)，对建筑施工高处坠落事故进行分析，探究事故发生的机理，找出预防事故发生的途径。

1 事故树分析概述

事故树（Fault Tree Analysis，FAT）由美国贝尔实验室的Watson和Hansl于1961年首次提出，是目前公认对复杂系统进行安全风险分析的一种好方法[9]。FTA本质是一种从结果到原因描述事故的有向逻辑树图[8,9]，利用该图可以得出2个重要的结论，以分别揭示事故发生机理，阐明事故预防模式。

（1）最小割集。导致顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合，可应用布尔代数对事故树化简求解。只要最小割集内的基本事件全部发生，则顶上事故必然发生，最小割集揭示了事故发生机理。

（2）最小径集。顶上事件不发生至少需要的不发生基本事件的集合。可应用布尔代数对事故树的对偶形式成功树化简求解。只要最小径集内的基本事件全部不发生，则顶上事件必然不会发生，最小径集阐明了事故预防模式。

2 建筑施工高处坠落事故树分析模型

高处坠落事故树建模着重从事故树符号分析和事故树绘制等2方面展开。

2.1 高处坠落事故树事件符号及逻辑门

2.1.1 顶上事件

记作业人员高处坠落事件为顶上事件。记为T。

2.1.2 基本事件

（1）身体不适。作业人员身体不适（包括职业禁忌症、恐高、眩晕等）是导致失足坠落的原因之一，记为X1。

（2）恶劣天气。恶劣的天气环境（雷雨大风等）对作业人员的影响也是巨大的，是导致失足坠落的原因之一，记为X2。

（3）疲劳作业。作业人员过度疲劳作业导致身体机能下降是导致失足坠落的原因之一，记为X3。

（4）碰撞。在高层作业人与人或人与物发生碰撞是导致失足坠落的原因之一。在事故树中简称碰撞，记为X4。

（5）无安全标志。在施工现场无安全标志，会导致作业人员降低安全意识，属于安全标志不符合要求，记为X5。

（6）安全标志不明显。安全标志没有摆放在显眼的位置，让施工人员随意都可以注意到，属于安全标志不符合要求，记为X6。

（7）脚手架不规范。脚手架是保障安全作业最重要的防护设施之一，脚手架安装不到位属于安全防护不到位，记为X7。

（8）无安全网或安全缺陷。安全网可以降低对人员的伤害，同时可以防止物体掉落砸伤人员，安全网不规范属于安全防护不到位，记为X8。

（9）楼梯未防护。高层楼梯防护不规范，是安全防护措施之一，记为X9

（10）电梯井口未防护。建筑每层楼配有电梯，存在电梯井。电梯井口防护是安全防护措施之一，记为X10。

（11）作业层未防护。在作业人员工作的工作面，应采取相应的安全防护措施，记为X11。

2.1.3 中间事件

（1）作业人员失足坠落。作业人员在进行高层施工时可能发生失足坠落，记为M1。身体不适X1、恶劣天气X2、疲劳作业X3、发生碰撞X4四个基本事件只要任意有1个发生，则M1就会发生，所以是逻辑或的关系。

（2）安全标志不符合要求（记为M3）。无安全标志X5、标志不明显X6只要任意有1个发生，M3就会发生，所以是逻辑或的关系。

（3）安全防护措施不到位（记为M4）。脚手架不规范X7、安全网缺陷X8、防护栏不到位M5只要任意有1个发生，M4就会发生，所以是逻辑或的关系。

（4）防护措施不到位。施工地点安全防护不到位是高处坠落的间接原因之一，记为M2。安全标志不符合要求M3和安全防护措施不到位M4需同时发生，M2才会发生，所以是逻辑与的关系。

（5）防护栏不到位。防护栏不到位属于安全防护问题，记为M5。楼梯未防护X9、电梯井口未防护X10、作业层未防护X11三个基本事件只要任意有1个发生，M5就会发生，所以是逻辑或的关系。

2.2 事故树绘制

在以上分析基础上，构造建筑施工高处坠落事故树分析模型如图1。

图1 高处坠落事故树图

3 高处坠落事故机理

3.1 布尔表达式

由图1可列出布尔表达式：

T=M1M2=M1M3M4=M1M3（X7+X8+M5）

=（X1+X2+X3+X4）（X5+X6）（X7+X8+(X9+X10+X11)）

3.2 最小割集[8,9]：

将布尔表达式化简可得40个最小割集如下：

1）(X1*X5*X7), 2） (X1*X5*X8), 3）(X1*X5*X9), 4）(X1*X5*X10), 5）(X1*X5*X11), 6）(X1*X6*X7), 7）(X1*X6*X8), 8）(X1*X6*X9), 9）(X1*X6*X10), 10）(X1*X6*X11), 11）(X2*X5*X7), 12）(X2*X5*X8), 13）(X2*X5*X9), 14）(X2*X5*X10), 15）(X2*X5*X11), 16）(X2*X6*X7), 17）(X2*X6*X8), 18）(X2*X6*X9), 19）(X2*X6*X10), 20）(X2*X6*X11), 21）(X3*X5*X7), 22）(X3*X5*X8), 23）(X3*X5*X9), 24）(X3*X5*X10), 25）(X3*X5*X11), 26）(X3*X6*X7), 27）(X3*X6*X8), 28）(X3*X6*X9), 29）(X3*X6*X10), 30）(X3*X6*X11), 31）(X4*X5*X7), 32）(X4*X5*X8), 33）(X4*X5*X9), 34）(X4*X5*X10), 35）(X4*X5*X11), 36）(X4*X6*X7), 37）(X4*X6*X8), 38）(X4*X6*X9), 39）(X4*X6*X10), 40）(X4*X6*X11),

以上40个最小割集即说明了事故的40种发生机制。如第1个最小割集说明，X1——身体不适，X5——无安全标志，X7——脚手架不规范等3个事件同时发生，则必然会引起高处坠落事故，同理，又如第10个最小割集也同样说明了一种事故发生机制：即身体不适、标志不明显、作业层未防护等3个事件同时发生，则必然会引起高处坠落事故。

4 高处坠落预防模式

4.1 最小径集

根据布尔表达式得出该事故树的最小径集[8,9]，与最小割集不同，本文高处坠落事故的最小径集较少，共3个：

（1）(X1*X2*X3*X4),X1——身体不适，X2——恶劣的天气，X3——疲劳作业，X4——发生碰撞。

（2）(X5*X6),X5:无安全标志，X6——标志不明显。

（3）(X7*X8*X9*X10*X11)，X7——脚手架不规范，X8——无安全网或安全网缺陷，X9——楼梯未防护，X10——电梯井口未防护，X11——作业层未防护。

以上3个最小径集即说明了事故的3种预防模式。如第1个最小径集说明，身体不适、恶劣的天气、疲劳作业、发生碰撞等4个事件同时不发生，则高处坠落事故必然不会发生。最小径集指明了安全施工的重点。

4.2 结构重要度

在求得最小割集及最小径集基础上，则可进一步求得各基本事件的结构重要度[8,9]顺序如下，具体排序见表1。

I(X6)=I(X5)>I(X4)=I(X3)=I(X2)=I(X1)>I(X11)=I(X10)=I(X9)=I(X8)=I(X7)

表1 高处坠落事故FTA分析表

由表1可得，在制定安全对策措施时，要首先控制X6（标志不明显），X5（无安全标志）；其次控制X4（发生碰撞），X3（疲劳作业），X2（恶劣的天气），X1（身体不适）；最后控制X11（作业层未防护），X10（电梯井口未防护），X9（楼梯未防护），X8（无安全网或安全网缺陷），X7（脚手架不规范）。

5 结论

（1）高处坠落事故机理。通过布尔代数化简事故树，得出高处坠落事故的40个最小割集，即说明了事故的40种发生机制。只要最小割集内的基本事件全部发生，则高处坠落事故必然发生，最小径集指明了事故发生的途径。

（2）高处坠落预防模式。通过布尔代数化简成功树，得出高处坠落事故的3个最小径集，即说明了事故的3种预防模式。只要最小径集内的基本事件全部不发生，则高处坠落事故必然不会发生，最小径集指明了安全施工的重点。

（3）高处坠落防控重点。在求得最小割集及最小径集基础上，进一步分析了各基本事件的结构重要度，以确定事故防控的主次关系，此在制定安全对策措施时，要首先控制基本事件“标志不明显、无安全标志”；其次控制“发生碰撞、疲劳作业、恶劣的天气、身体不适”；最后采取措施控制“作业层未防护、电梯井口未防护、楼梯未防护、无安全网或安全网缺陷、脚手架不规范”。

[1] 赵金娜,郭进平, 侯东升,等. 基于AHP的高处坠落事故脆性分析[J].中国安全生产科学技术 , 2009 , 5 (5) :206-210.

[2] 林亮光. 福建省建筑施工企业信用评价体系建设的研究[J].建筑建材装饰, 2015 (17):176-178.

[3] 施式亮, 刘勇, 李润求,等. 基于AHP - Fuzzy的高处坠落危险性评价研究[J].中国安全生产科学技术, 2011, 7 (2) :132-137.

[4] 李旭伟. 建筑工程高处坠落影响因素的聚类研究[J].湘潭大学自然科学学报, 2013 , 35 (4) :118-122.

[5] 张卫, 李洁. 基于 DEA 的建筑施工高处坠落事故安全投入效率[J].土木工程与管理学报, 2017 , 34 (1) :72-78.

[6] 徐峰, 宋元斌, 胡昊. 建筑施工中临边高处坠落危险源影响空间建模[J].中国安全科学学报, 2011 , 21 (4) :102-108.

[7] 张泾杰, 韩豫, 马国鑫,等. 基于 BIM 和 RFID 的建筑工人高处坠落事故智能预警系统研究[J].工程管理学报, 2015 , 29 (6) :17-21.

[8] 徐影, 杨高升, 夏柠萍,等. 基于 FTA—Reason的施工作业高空坠落风险预控研究[J].中国安全生产科学技术, 2015 (7) :171-177.

[9] 张明轩, 朱月娇, 翟玉杰,等. 建筑工程高处坠落事故的故障树分析方法研究[J].煤炭工程, 2008 (2) :112-114.

福建省教育厅项目“基于创新能力培养的安全科学与工程研究生课程体系评价及优化”（编号：52004663）；福州大学科研启动基金“生产安全网络系统建模及分析研究”（编号：XRC-1618）。

黄婷。