基于FRAM-FAHP的塔吊起重作业事故致因分析_陈立.pdf

26基于 FRAM-FAHP 的塔吊起重作业事故致因分析*陈立翦朝霞王龙毛惠宗徐志强（河北工程大学 矿业与测绘工程学院，河北 邯郸 056038）摘要以塔吊起重作业事故为研究对象，将功能共振分析法（FRAM）与模糊层次分析法（FAHP）相融合，采用 FRAM-FAHP 分析法研究塔吊起重作业过程中的事故演化机制。以广东汕头某项目塔吊起重滑脱事故为例，对塔吊作业的功能耦合过程进行定性和定量分析，确定影响塔吊起重作业的主要失效链接。研究表明：针对目标层塔吊成功起吊，方案层人员功能 P1、组织功能 P3影响较大，权重分别为 0.3890 和 0.3457。在人员功能 P1、组织功能 P3中，上下游功能链接 F3（O）-F4（I），F4（O）-F9（R）可作为塔吊起重时保障人员安全的关键线路，也可以作为塔吊起重事故的失效功能链接，因此施工企业可通过失效功能链接制定相关安全措施来预防事故发生。关键词塔吊起重事故功能共振分析法模糊层次分析法致因分析多因素决策失效模型Accident cause analysis of tower crane based on FRAM-FAHPCHEN Li JIAN Zhaoxia WANG Long MAO Huizong XU Zhiqiang（School of Mining and Geomatics Engineering，Hebei University of Engineering，Handan Hebei 056038，China）AbstractTaking the tower crane lifting operation accident as the research object，the functional resonance analysismethod（FRAM）and fuzzy analytic hierarchy process（FAHP）are integrated，and FRAM-FAHP analysis is used tostudy the accident evolution mechanism in the process of tower crane lifting operation.Taking the tower crane liftingand slipping accident of a project in Shantou，Guangdong Province as an example，the functional coupling process ofthe tower crane operation was analyzed qualitatively and quantitatively，and the main failure links that affected the saf-ety of the tower crane operators were determined.The results show that：for the successful lifting of the target-leveltower crane，the personnel function P1and the organizational function P3of the plan level have a greater impact，andthe weights are 0.389 0 and 0.345 7 respectively.In the personnel function P1and the organization function P3，the up-stream and downstream functions link F3（O）-F4（I），F4（O）-F9（R）can be used as the key line to ensure the safety ofpersonnel when the tower crane is lifting.It can also be used as a failure function link for tower crane lifting and slip-page accidents.Therefore，construction companies can formulate relevant safety measures through the failure functionlink to prevent accidents.Key wordstower crane lifting accidentfunctional resonance analysisfuzzy analytic hierarchy processcauseanalysismulti-factor decision-makingfailure model0引言塔式起重机是建筑施工现场重要的垂直运输设备，在建设项目全寿命周期中发挥着重要的作用。塔式起重机械具有起重负荷大、起重高度高、作业范围广等特点。近年来，由于人的不安全行为及管理不当等因素导致塔吊事故频发，在较大事故方面，以建筑起重机械为代表的工程事故占总数的 82.61%，塔吊作业依然是风险防控的重点和难点。因此，研究塔吊事故对提高塔吊作业效率，减少作业隐患具有重要意义。国内外学者广泛采用理论分析、事故统计、构建模型等方法识别出影响塔吊安全的各种因素。2004 年，HOLLNAGELS1首次提出了功能共振分析模型，突破了传统的如故障树等安全分析方法的局限性，为功能共振分析法的发展奠定了基础。随着事故致因理论的不断发展，2020 年赵挺生等2首次将功能共振分析法用于塔吊事故案例分析中，为塔吊起重作业事故的预防提供了可能。现代事故分析方法中，功能共振分析法（TheFunctional Resonance Analysis Method，FRAM）在讨论潜在变化和实际变化时，人员和组织行为的变化*基金项目：河北省高等学校科学技术研究项目（QN2020404）；河北省自然科学基金生态智慧矿山联合基金项目（E2020402036）。2023 年第 49 卷第 2 期February 202327都是最受关注的功能部分，并且在确定系统功能时需要考虑功能间的相互耦合作用，能够对整个系统的功能模块进行定性分析；另一方面，模糊层次分析法（The Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP）能够将各种事故影响因素进行量化，不仅考虑因素更全面，而且主观影响程度更低，解决了各种变化指标的不确定性问题，能在 FRAM 的基础上更好的量化各个功能模块之间的相互作用。鉴于此，本文将功能共振分析法和模糊层次分析法相结合，建立了塔吊起重作业事故分析模型（即 FRAM-FAHP 分析法）。FRAM-FAHP 分析法可以从整个系统功能特征角度，采用定性与定量相结合的方法分析功能正常运行的因素，从而获得影响功能正常运行的链接，为塔吊起重作业事故的预防提供了可能。1FRAM-FAHP 融合机制分析FRAM-FAHP分析法是将功能共振分析法1-2中的随机共振理论和模糊层次分析法3-6中的多因素决策理论相结合的定性又定量的分析方法。针对同一事物或现象具有多种属性，需要进行多因素、多层次决策时，FRAM-FAHP分析法能确认多因素间的相互关系，很好的将多因素量化，并根据各因素权重确定最终影响因子。具体来说采取下述步骤对事故进行分析。1）功能因素的识别与描述。功能因素识别是通过六边形来实现，对塔吊作业人员的事故演化机制研究时，六边形的每个角或顶点对应于作业人员行为功能的某一方面特征，将每一个与塔吊运行有关的事件均作为一个功能模块，并且在描述每个功能模块时，均需从输入（I）、输出（O）、资源（R）、时间（T）、前提（P）、和控制（C）6 个方面对功能进行描述。功能因素识别见图 1，其中，输入（I）：表示开始做某事的许可或指令，输出（O）：表示功能运行后的结果，资源（R）：表示功能执行需要消耗的事物，时间（T）：表示影响功能执行的约束，前提（P）：表示功能执行前必须存在的条件，控制（C）：表示为了得到预期输出而对功能进行监控或调整的事物，各个功能间的相互耦合关系通过输入、输出端相连，构成功能整体。图 1功能因素的识别与描述2）确定多因素评分矩阵。多因素评分矩阵主要根据现场调查和专家访谈等形式对各因素的风险程度进行评估。通过模糊层次分析法将功能特征中的各因素分为目标层、准则层、方案层，从而确定多因素各级权重。3）分析结果，制定防控措施。功能共振分析法中认为失败和成功同源，事物运行无论正确还是错误都是由于相同的原因引起的，根据成败等价原则确定造成事故发生的影响因素，从而针对影响因素采取相应措施。FRAM-FAHP 融合机制演化流程见图 2。图 2FRAM-FAHP 融合机制演化流程1.1功能因素定性分析在考虑功能变化时，本文从 3 个方面来考虑塔吊作业人员功能的变化特性，分别是人员功能、技术功能和组织功能。1）人员功能是由人实施的，无论是以个人还是群体形式，前者意味着个人行为，后者意味着群体行为，当涉及安全问题时，人的行为过程常被描述为易出错的环节，例如塔吊司机疲劳上岗、信号工警惕性和注意力不强、司索工焦躁情绪等均可导致在作业过程中产生不安全行为，从而导致人员功能失效。人员功能失效主要影响 FRAM 中的 R、P 和 I。2）技术功能，一般由于磨损或耗损、周围环境的影响、机械特性或维护不当等原因会造成技术功能下降，但是技术功能退化的过程非常缓慢，在塔吊作业中，主要涉及起重机构、回转机构、液压顶升机构、电缆卷筒机构等部分的功能失效，任意一部分的技28术功能失效都可能将对下游功能的输入端产生影响，技术功能失效主要影响 FRAM 中的 I、R、C、P 和 T。3）组织功能是在组织层面上进行描述和定义的，本质上是系统的功能，组织将人员功能进行协调，形成自身产出，一般认为组织行为变化通常发生频率较低，但是幅度很大，低频率就意味着组织行为改变缓慢，比如在施工作业时的规则、规章和政策的改变。在塔吊运行过程中，组织管理者需要根据工作环境意外变化，如天气、技术问题、调度命令等，来调整塔吊班组作业模式，组织管理失效可能归结于多种因素，例如安全教育未落实、信号下达不及时、班组内部信任感缺乏以及周边环境影响等都将引起塔吊作业系统功能模块超出事故临界阈值，导致事故发生。组织功能失效主要影响 FRAM 中的 T、C、和 P。1.2多因素决策定量分析第 1 步：建立塔吊作业层次模型，建立正互补判断矩阵。根据功能共振分析方法，明确塔吊作业时输入、输出端影响因素，对准则层、方案层元素进行打分，采用0.10.9标度法，分别构造准则层Ci（i=1，2，3，4，5）相对于目标层两两相互比较的正互补判断矩阵 A，方案层 Pi（i=1，2，3）相对于准则层两两相互比较的正互补判断矩阵 B，A、B 中元素 aij（或 bij）需满足：0aij1aij+aji=1，aii=0.5（1）i=1nj=1naij=n22从而准则层元素两两相互比较构建正互补判断矩阵，见表 1。表 1准则层相对于目标层影响因素评分C1C2C3C4C5C1a11a12a13a14a15C2a21a22a23a24a25C3a31a32a33a34a35C4a41a42a43a44a45C5a51a52a53a54a55其中，若 aij0.5，则说明 i 比 j 重要，反之则 j 比重要。第 2 步：进行模糊层次单排序及一致性检验。对于每一个判断矩阵，先计算每个矩阵的特征值，确定最大特征值对应的特征向量，将其归一化，得到的向量 wi中的每一个分量即为相应元素单排序的权值。若正互补矩阵中任意指定行和其他各行对应元素之差为某一常数时则一致性检验通过。第 3 步：模糊层次分析法的层次总排序。将第 2步中方案层对准则层层次