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水利水電工程施工安全風險評價

		點擊數：	更新時間： 2022年02月16日
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第3章水利水電工程施工安全風險評價
針對水利水電工程施工的安全風險評價不同于一般的工程事故分析，而是在事故分析
的基礎上進行的風險評價。這是對安全狀態(tài)的評價，涉及管理系統(tǒng)、社會影響、事故分
析、人員素質的考核與評價等，是以安全因素為評價框架的評價體系。
3.1安全風險評價概述
安全風險評價又稱系統(tǒng)安全評價，是用系統(tǒng)科學的方法對一個系統(tǒng)、一個企業(yè)或一個
生產過程中的安全因素的評價。風險評價的目的在于找出安全控制的薄弱環(huán)節(jié)，采取措施
降低危險性，進一步加強安全管理17.4。任何系統(tǒng)、企業(yè)、生產過程都有可能對安全狀態(tài)
失去控制，造成人員傷亡和財產損失。根據傷亡事故的統(tǒng)計指標可以評價系統(tǒng)安全的風險
性。但是，這是對過去的安全狀態(tài)的評價，傷亡事故的統(tǒng)計指標作為一份歷史資料出現在
人們面前。安全工作最關心的是在事故出現之前預測到發(fā)生傷亡事故的風險性。系統(tǒng)安全
的優(yōu)越性就在于能夠在系統(tǒng)設計階段根除或減少危害，使系統(tǒng)的風險性最小。如果在早期
設計階段不能根除危害，則可以通過對系統(tǒng)的風險評價使人們認識到系統(tǒng)的危險程度而先
行采取改進措施使危險性最小。
3.1.1風險評價的作用
1.確定風險影響程度的先后次序
風險估計主要考察工程中個風險對工程的影響程度，包括風險出現的概率和造成的后
果。在此基礎上，風險評價運用定性或定量方法對風險影響程度的先后順序進行排序，為
后續(xù)進行風險決策和監(jiān)控提供依據。
2.明確各風險事件之間的內在聯系
工程中各風險不是相互獨立的，因為聯系是普遍的、客觀的、多樣的，所以工程中的
各種風險事件也必然存在著一定的聯系。通過工程風險的評價，對各風險進行分解、剖
析，挖掘風險事件的成因，便可以找到某一些風險事件的風險源是相通的或有著密切的
關聯。
3.分析各風險事件之間的相互轉化條件，將風險轉移出去
工程風險事件之間存在一定聯系，風險承擔者可以根據風險事件的轉化關系，將部分
風險轉移，從而降低自身的風險。
4.對已識別的風險進行進一步的精確估計，減小風險分析中的不確定性
通過風險評價可進一步認識已估計的風險發(fā)生的概率和引起損失的大小。當發(fā)現原估
計有較大差異時，可根據工程的進展情況，對已作出的估計進行修改。
49
第3章水利水電工程施工安全風險評價
3.1.2常用的風險評價方法
風險評價經過幾十年的發(fā)展，形成了很多風險評價方法。風險評價方法是進行定性、
定量風險評價的工具。隨著評價目的和對象的不同，評價的內容和指標也不同。每種評價
方法都有其適用范圍和應用條件，在進行風險評價時，應該根據評價對象和要實現的評價
目標，選擇適用的評價方法。
按照風險評價結果的量化程度，評價方法可分為定性風險評價法和定量風險評價法。
1.定性風險評價方法
定性風險評價方法主要是根據經驗和直觀判斷能力對生產系統(tǒng)的工藝、設備、設施、
環(huán)境、人員和管理等方面的狀況進行定性的分析，評價結果是一些定性的指標，如是否達
到了某項指標、事故類別和導致事故發(fā)生的因素等。屬于定性風險評價方法的有安全檢查
表、專家現場詢問觀察法、因素圖分析法、事故引發(fā)和發(fā)展分析、作業(yè)條件危險性評價法
(格雷厄姆一金尼法或LEC法)、故障類型和影響分析、危險可操作性研究等。
LEC法簡介：我們結合企業(yè)的實際采用半定量的作業(yè)條件危險性評價法(C評價法)。
作業(yè)條件危險性評價法用與系統(tǒng)風險有關的三種因素指標值之積來評價操作人員傷亡風險
的大小，這三種因素是：L(事故發(fā)生的可能性)、E(人員暴露于危險環(huán)境的頻繁程度)、
C(一旦發(fā)生事故可能造成的后果)。但是，要取得這三種因素的準確數據，卻是相當繁瑣
的過程。首先給三種因素的不同等級分別確定不同的分值，再以三個分值的乘積D來評價
作業(yè)條件危險性的大小，即：D=LEC。通過綜合評價危害發(fā)生的可能性、人員暴露于危
險環(huán)境的頻繁程度和事故發(fā)生的后果嚴重度來表示風險大小。
故障類型和影響分析(FMEA)方法簡介：故障類型和影響分析是一種可靠性設計的
重要方法。它實際上是FMA(故障模式分析)和FEA(故障影響分析)的組合。它對各
種可能的風險進行評價、分析，以便在現有技術的基礎上消除這些風險或將這些風險減小
到可接受的水平。20世紀50年代初，美國第一次將FMEA思想用于一種戰(zhàn)斗機操作系統(tǒng)
的設計分析；60年代中期，FMEA技術正式用于航天工業(yè)(Apollo計劃)；1976年，美
國國防部頒布了FMEA的軍用標準，但僅限于設計方面；70年代末，FMEA技術開始進
人汽車工業(yè)和醫(yī)療設備工業(yè)。80年代初，進入微電子工業(yè)；80年代中期，汽車工業(yè)開始
應用過程FMEA確認其制造過程。1988年，美國聯邦航空局發(fā)布咨詢通報要求所有航空
系統(tǒng)的設計及分析都必須使用FMEA。1991年，1SO一9000推薦使用FMEA提高產品和
過程的設計。1994年，FMEA又成為QS一9000的認證要求。
定性風險評價方法的特點是容易理解、便于掌握，評價過程簡單。目前定性風險評價
方法在國內外企業(yè)安全管理工作中被廣泛使用。但定性風險評價方法往往依靠經驗，帶有
一定的局限性，評價結果有時因參加評價人員的經驗和經歷等有相當的差異。同時由于評
價結果不能給出量化的評價，所以不同類型的對象之間評價結果缺乏可比性。
2.定量風險評價方法
定量風險評價方法是運用基于大量的實驗結果和廣泛的事故資料統(tǒng)計分析獲得的指標
或規(guī)律（數學模型），對生產系統(tǒng)的工藝、設備、設施、環(huán)境、人員和管理等方面的狀況
進行定量的計算，評價結果是一些定量的指標，如事故發(fā)生的概率、事故的傷害（或破
50
3.1安全風險評價概述
壞)范圍、定量的危險性、因素的重要度等。
模糊數學理論簡介：模糊數學是指1965年以后，在模糊集合、模糊邏輯的基礎上發(fā)
展起來的模糊拓撲、模糊測度論等數學領域的統(tǒng)稱，是研究現實世界中許多界限不分明甚
至是很模糊的問題的數學工具。在模式識別、人工智能等方面有廣泛的應用。在1965年
美國控制論學者L.A.扎德發(fā)表論文《模糊集合》，標志著這門新學科的誕生。現代數學
建立在集合論的基礎上，一組對象確定一組屬性，人們可以通過指明屬性來說明概念，也
可以通過指明對象來說明。符合概念的那些對象的全體叫做這個概念的外延，外延實際上
就是集合。一切現實的理論系統(tǒng)都有可能納入集合描述的數學框架。經典的集合論只把自
己的表現力限制在那些有明確外延的概念和事物上，它明確地規(guī)定：每一個集合都必須由
確定的元素所構成，元素對集合的隸屬關系必須是明確的。對模糊性的數學處理是以將經
典的集合論擴展為模糊集合論為基礎的，乘積空間中的模糊子集就給出了一對元素間的模
糊關系。對模糊現象的數學處理就是在這個基礎上展開的。
基于模糊數學理論的綜合評價是利用評價指標與其評價標準相比較，建立線性函數關
系式，計算出各評價指標對各級標準的隸屬度組成模糊矩陣，再通過由層次分析法得出的
權重值，組成權系數矩陣，最后將隸屬度矩陣與權系數矩陣相乘，并對其結果進行歸一化
處理，得出綜合評價結果。模糊數學綜合評價模型的具體步驟如下：
(1)確定被評價事物的因素集。確定被評價事物的因素集為U=
{u1,u2,…,u,…,un}其中，i和n為自然數，i=l,2,…,n;u,表示對被評價事
物作綜合評價時需考慮的因素。
(2)確定評價等級集。確定評價等級集其中V={v·v2,…,v,…v},j和m為
自然數，j=1,2,…,m;v表示評價等級。
(3)確定各因素間的權數分配集。采用層次分析法確定各因素間的權數分配集A=
{a1,a2,…,an}其中a,>0且a1+a2+…+a,+…十an=1,a,表示因素u,在評價事物
中所占的權重，它反映了對諸因素的一種權衡，這個權數分配集A是U上的一個模糊
子集。
(④)確定模糊評價矩陣R對每一個被評價的事物，評價要素和評價等級之間的關系，
r1…rm
即從U到V的模糊關系，可用模糊評價矩陣加以描述，用R表示即有R=:::
…了m-
R中的元素r。(i=1,…,n;j=1,…,m)表示從因素u著眼，被評價事物能被評為
等級v的隸屬度。根據有關的評價資料，確定隸屬度矩陣R的公式。
(⑤)求出綜合評價結果B。利用普通矩陣乘法，得到隸屬度矩陣與權系數矩陣相乘的
r11
了1m
結果，即有B=AR=(a1,a2,…,am)×:::
=(b1,b2,…,b),對其結
rl
…rm」
果進行歸一化處理6]。
灰色系統(tǒng)理論簡介：1982年，中國學者鄧聚龍教授創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論，是一種研究
少數據、貧信息不確定性問題的新方法?；疑到y(tǒng)理論以“部分信息已知，部分信息未
51
第3章水利水電工程施工安全風險評價
知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研究對象，主要通過對“部分”已知信息的
生成、開發(fā)、提取有價值的信息，實現對系統(tǒng)運行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)
控。社會、經濟、農業(yè)、工業(yè)、生態(tài)、生物等許多系統(tǒng)，是按照研究對象所屬的領域和范
圍命名的，而灰色系統(tǒng)卻是按顏色命名的。在控制論中，人們常用顏色的深淺形容信息的
明確程度，如艾什比(A shby)將內部信息未知的對象稱為黑箱(Black Box),這種稱謂
已為人們普遍接受。我們用“黑”表示信息未知，用“白”表示信息完全明確，用“灰”
表示部分信息明確、部分信息不明確。相應地，信息完全明確的系統(tǒng)稱為白色系統(tǒng)，信息
未知的系統(tǒng)稱為黑色系統(tǒng)，部分信息明確、部分信息不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)。
人們在社會、經濟活動或科學研究過程中，經常會遇到信息不完全的情形。如在農業(yè)
生產中，即使是播種面積、種子、化肥、灌溉條件等信息完全明確，但由于勞動力技術水
平、自然環(huán)境、氣候條件、市場行情等信息不明確，仍然難以準確地預計出產量、產值；
再如生物防治系統(tǒng)，雖然害蟲與其天敵之間的關系十分明確，但卻往往因為人們對害蟲與
餌料、天敵與餌料、某一天敵與別的天敵、某一害蟲與別的害蟲之間的關聯信息了解不
夠，使得生物防治難以達到預期效果；價格體系的調整或改革常常因為缺乏民眾心理承受
力的信息，以及某些商品價格變動對其他商品價格影響的確切信息而步履維艱；在證券市
場上，即使最高明的系統(tǒng)分析人員亦難以穩(wěn)操勝券，因為你測不準金融政策、企業(yè)改革、
國際市場和政治風云變化以及某些板塊價格波動對其他板塊所產生的影響的確切信息；一
般社會經濟系統(tǒng)，由于其沒有明確的“內”、“外”關系，系統(tǒng)本身與系統(tǒng)環(huán)境、系統(tǒng)內部
與系統(tǒng)外部的邊界若明若暗，難以分析輸入（投入）對輸出（產出）的影響。同一個經濟
變量，有的研究者將它視為內生變量，另一些研究者卻把它視為外生變量，這是因為缺乏
系統(tǒng)結構、系統(tǒng)模型及系統(tǒng)功能信息。
系統(tǒng)信息不完全的情況可以歸納為以下種：①元素（參數）信息不完全；②結構信
息不完全；③邊界信息不完全；④運行行為信息不完全?！靶畔⒉煌耆笔恰盎摇钡幕?
含義。
灰色系統(tǒng)理論經過2年的發(fā)展，已基本建立起一門新興學科的結構體系。其主要內容
包括以灰色朦朧集為基礎的理論體系，以灰色關聯空間為依托的分析體系，以灰色序列生
成為基礎的方法體系，以灰色模型(GM)為核心的模型體系，以系統(tǒng)分析、評估、建模、
預測、決策、控制、優(yōu)化為主體的技術體系?；疑鼥V集、灰色代數系統(tǒng)、灰色方程、灰
色矩陣等是灰色系統(tǒng)理論的基礎，從學科體系自身的優(yōu)美、完善出發(fā)，這里有許多問題值
得進一步研究。灰色系統(tǒng)分析除灰色關聯分析外，還包括灰色聚類和灰色統(tǒng)計評估等內
容?；疑蛄猩赏ㄟ^序列算子的作用來實現，序列算子主要包括緩沖算子（弱化算子、
強化算子)、均值生成算子、級比生成算子、累加生成算子和累減生成算子等?；疑Ｐ?
按照五步建模思想構建，通過灰色生成或序列算子的作用弱化隨機性，挖掘潛在規(guī)律，經
過灰色差分方程與灰色微分方程之間的互換實現了利用離散的數據序列建立連續(xù)的動態(tài)微
分方程的新飛躍?；疑A測是基于GM模型作出的定量預測，按照其功能和特征可分為數
列預測、區(qū)間預測、災變預測、季節(jié)災變預測、波形預測和系統(tǒng)預測等幾種類型。灰色決
策包括灰靶決策、灰色關聯決策、灰色統(tǒng)計、聚類決策、灰色局勢決策和灰色層次決策
等?；疑刂频闹饕獌热莅ū菊餍曰疑到y(tǒng)的控制問題和以灰色系統(tǒng)方法為基礎構成的
52
3.2水利水電工程施工事故致因分析
控制，如灰色關聯控制和GM(1,1)預測控制等?；疑珒?yōu)化技術包括灰色線性規(guī)劃、灰
色非線性規(guī)劃、灰色整數規(guī)劃和灰色動態(tài)規(guī)劃等。
3.2水利水電工程施工事故致因分析
事故致因理論是從本質上闡明工傷事故的因果關系，說明事故的發(fā)生、發(fā)展過程和后
果的理論。對事故致因理論進行研究和探索，可將事故發(fā)生全過程中的各種因素上升到理
性來認識，找出事故產生的規(guī)律和特點，采取有針對性的方法和措施防止事故的發(fā)生。
3.2.1事故致因理論
事故發(fā)生有其自身的發(fā)展規(guī)律和特點，了解事故的發(fā)生、發(fā)展和形成過程對于辨識、
評價和控制危險源具有重要意義。只有掌握事故發(fā)生的規(guī)律，才能有效地控制事故發(fā)生的
途徑，保證生產系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。事故致因理論是幫助人們認識事故整個過程的重要理
論依據。
下面介紹幾種主要事故致因理論，通過下述理論可以了解人類對事故的認識以及對其
控制的發(fā)展過程。
3.2.1.1事故頻發(fā)傾向理論
1919年，英國的格林伍德(M.Greenwood)和伍茲(H.M.Woods)5s把許多傷亡事
故發(fā)生次數按照以下3種分布進行了統(tǒng)計分析。
()泊松分布。當發(fā)生事故的概率不存在個體差異時，即不存在事故頻發(fā)傾向性時，
一定時間內事故發(fā)生次數服從泊松分布。這種情況下，事故的發(fā)生原因是由于工廠里的生
產條件、機械設備以及一些其他偶然因素引起的。
()偏倚分布。一些工人由于存在精神障礙或心理方面的疾病，如果在生產操作過程
中發(fā)生過一次事故，則會造成膽怯或神經過敏，當再繼續(xù)操作時，就有重復發(fā)生第二次、
第三次事故的傾向，符合這種統(tǒng)計分布的主要是少數有精神障礙或心理缺陷的工人。
(3)非均等分布。當工廠中存在許多特別容易發(fā)生事故的人時，發(fā)生不同次數事故的
人數服從非均等分布，即每個人發(fā)生事故的概率不相同。這種情況下，事故的發(fā)生主要是
由于人的因素引起的。
為了檢驗該結論的穩(wěn)定性，他們還計算了特別容易發(fā)生事故的人中同一個人在前3個
月和后3個月里發(fā)生事故次數的相關系數。結果發(fā)現，在前3個月里發(fā)生事故次數多的
人，在后3個月里發(fā)生事故的次數也多，表明這些人容易發(fā)生事故的傾向比較穩(wěn)定。
在此研究基礎上，1939年，法默(Farmer)和查姆勃(Chamber)等人提出了事故頻
發(fā)傾向(Accident Proneness)理論。事故頻發(fā)傾向是指個別容易發(fā)生事故的穩(wěn)定的個人
的內在傾向。事故頻發(fā)傾向者的存在是工業(yè)事故發(fā)生的主要原因，即少數具有事故頻發(fā)傾
向的工人是事故頻發(fā)傾向者，他們的存在是工業(yè)事故發(fā)生的原因。如果企業(yè)中減少了事故
頻發(fā)傾向者，就可以減少工業(yè)事故。
因此，人員選擇就成了預防事故的重要措施，通過嚴格的生理、心理測試，從眾多的
求職人員中選擇身體、智力、性格特征及動作特征等方面優(yōu)秀的人才就業(yè)，把企業(yè)中的所
53
第3章水利水電工程施工安全風險評價
謂事故頻發(fā)傾向者解雇。
3.2.1.2海因里希工業(yè)安全理論
1.海因里希工業(yè)安全理論概述
1931年，美國的海因里希(W.H.Heinrich)9在《工業(yè)事故預防》(Industrial Acci-
dent Prevention)一書中，闡述了根據當時的工業(yè)安全實踐總結出來的工業(yè)安全理論，該
理論的主要內容是：
()過程中人員傷亡的發(fā)生往往是由于一系列因果連鎖之末端事故的結果，而事故常
常起因于人的不安全行為和機械、物質（統(tǒng)稱物）的不安全狀態(tài)。
(2)不安全行為是大多數工業(yè)事故的原因。
(3)因為不安全行為而受到了傷害的人，幾乎重復了300次以上沒有造成傷害的同樣
事故。換言之，人員在受到傷害之前，已經數百次面臨來自物的方面的危險。
()在工業(yè)事故中，人員受到傷害的嚴重程度具有隨機性。大多數情況下，人員在事
故發(fā)生時可以免遭傷害。
()防止事故的方法與企業(yè)生產管理、成本管理及質量管理的方法類似。
海因里希的工業(yè)安全理論主要闡述了工業(yè)事故發(fā)生的因果連鎖論、人與人的關系、事
故發(fā)生頻率與傷害嚴重度之間的關系、不安全行為的原因等工業(yè)安全中最基本的問題，該
理論曾被稱做“工業(yè)安全公理”(Axioms of Industrial Safety),受到世界上許多國家安全
工作學者的贊同。
但是，海因里希工業(yè)安全理論也與事故頻發(fā)傾向理論一樣，把大多數工業(yè)事故的責任
都歸因于人的不安全行為，表現出時代的局限性。海因里希曾經調查了美國的75000起工
業(yè)傷害事故，發(fā)現98%的事故是可以預防的，只有2%的事故超出人的能力能夠達到的范
圍，是不可預防的。在可預防的工業(yè)事故中，以人的不安全行為為主要原因的事故占
88%,以物的不安全狀態(tài)為主要原因的事故占10%。
海因里希認為事故的主要原因是由于人的不安全行為或者物的不安全狀態(tài)造成的，沒
有一起事故是由于人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)共同引起的，因此，研究結論是幾乎
所有的工業(yè)傷害事故都是由于人的不安全行為造成的。后來，這種觀點受到了許多研究人
員的批判。
2.事故發(fā)生頻率與傷害嚴重程度
海因里希對跌倒事故的統(tǒng)計結果表明，在330起跌倒事故中，300起事故沒有造成傷
害，29起引起輕微傷害，1起造成了嚴重傷害。即嚴重傷害、輕微傷害和沒有傷害的事故
數量之比為1：29：300該比例表明，某人在受到傷害之前已經歷了數百次沒有帶來傷害
的事故，也就是說，在每次事故發(fā)生之前已經反復出現了無數次不安全行為和不安全
狀態(tài)。
比例1：29：300表明了事故發(fā)生頻率與傷害嚴重程度之間的普遍規(guī)律，即嚴重傷害的
情況是很少的，而輕微傷害及無傷害的情況是大量的。應該注意的是，事故是一種意外事
件，本身并無輕重之分，只能說事故的結果為無傷害、輕微傷害或嚴重傷害。
比例1：29：300是根據同類事故的統(tǒng)計資料得到的結果，并以此來定性地表示事故發(fā)
生頻率與傷害嚴重之間的一般關系。實際上，不同種類的事故導致嚴重傷害、輕微傷害及
54
3.2水利水電工程施工事故致因分析
無傷害次數的比例是不同的。特別是不同工業(yè)部門及不同生產作業(yè)中發(fā)生事故造成嚴重傷
害的可能性是不同的。
事故結果為輕微傷害及無傷害的情況是大量的，在這些輕微傷害及無傷害事故背后，
隱藏著與造成嚴重傷害的事故相同的因素。因此，避免傷亡事故應該盡早采取措施，在發(fā)
生了輕微傷害甚至無傷害事故時，就應該及時分析原因，采取針對性對策，而不是在發(fā)生
了嚴重傷害事故之后才追究其原因。也就是說，應該在事故發(fā)生之前，在出現了不安全行
為或不安全狀態(tài)的時候，就采取改進措施。
3.海因里希因果連鎖理論
在工業(yè)安全理論基礎上海因里希第一次提出了因果連鎖理論，闡述導致傷亡事故各種
原因。因素間及與傷害間的關系，認為傷亡事故的發(fā)生不是一個孤立的事件，盡管傷害可
能在某瞬間突然發(fā)生，卻是一系列原因事件相繼發(fā)生的結果。
海因里希把工業(yè)傷害事故的發(fā)生、發(fā)展過程描述為具有一定因果關系的事件的連
鎖，即：
(1)人員傷亡的發(fā)生是事故的結果。
(2)事故的發(fā)生原因是人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)。
(3)人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)是由于人的缺點造成的。
()人的缺點是由于不良環(huán)境誘發(fā)或者是由先天的遺傳因素造成的。
4.事故連鎖過程影響因素
海因里希將事故因果連鎖過程概括為以下五個因素：
()遺傳及社會環(huán)境。遺傳因素及社會環(huán)境是造成人的性格上缺點的原因。遺傳因素
可能形成魯莽、固執(zhí)等不良性格；社會環(huán)境可能妨礙教育、助長性格的先天缺點發(fā)展。
()人的缺點。人的缺點是使人產生不安全行為或造成機械、物質不安全狀態(tài)的原因，
它包括魯莽、固執(zhí)、過激、神經質、輕率等性格上的先天缺點，以及缺乏安全生產知識和
技術等后天的缺點。
(3)人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)。所謂人的不安全行為或物的不安全狀態(tài)是指
那些曾經引起過事故，可能再次引起事故的人的行為或機械、物質的狀態(tài)，它們是造成事
故的直接原因。
()事故。事故是由于物體、物質、人或環(huán)境的作用或反作用，使人員受到傷害，意
料之外的、失去控制的事件。
(5)傷害。由于事故直接產生的人身傷害。
海因里希用多米諾骨牌來形象地描述這種事故因果連鎖關系。在多米諾骨牌系列中，
一顆骨牌被碰倒了，則將發(fā)生連鎖反應，其余的幾顆骨牌相繼被碰倒。如果移去中間的一
顆骨牌，則連鎖被破壞，事故過程被中止。他認為，企業(yè)安全工作的中心就是防止人的不
安全行為，消除機械的或物質的不安全狀態(tài)，中斷事故連鎖的進程而避免事故的發(fā)生。
3.2.1.3能量意外釋放理論
1.事故致因
能量在生產過程中是不可缺少的，人類利用能量做功以實現生產目的。人類為了利用
能量做功，必須控制能量。在正常生產過程中，能量受到種種約束和限制，按照人們的意
,55
第3章水利水電工程施工安全風險評價
志流動、轉換和做功。如果由于某種原因，能量失去了控制，超越了人們設置的約束或限
制而意外地逸出或釋放，必然造成事故。
如果失去控制的、意外釋放的能量達及人體，并且能量的作用超過了人們的承受能力，
人體必將受到傷害。根據能量意外釋放理論，傷害事故原因是：
()接觸了超過機體組織或結構抵抗力的某種形式的過量的能量。
(2)有機體與周圍環(huán)境的正常能量交換受到了干擾（如窒息、淹溺等）。
因而，各種形式的能量是構成傷害的直接原因。同時，也常常通過控制能源或控制達
及人體媒介的能量載體來預防傷害事故。
2.能量轉移造成事故的表現
機械能、電能、熱能、化學能、電離及非電離輻射、聲能和生物能等形式的能量，都
可能導致人員傷害。其中前四種形式的能量引起的傷害最為常見。
()意外釋放的機械能是造成工業(yè)傷害事故的主要能量形式。處于高處的人員或物
具有較高的勢能，當人員具有的勢能意外釋放時，發(fā)生墜落或跌落事故a當物體具有的
能意外釋放時，將發(fā)生物體打擊等事故。除了勢能外，動能是另一種形式的機械能，各
運輸車輛和各種機械設備的運動部分都具有較大的動能，工作人員一旦與之接觸，將發(fā)
車輛傷害或機械傷害事故。
(2)現代化工業(yè)生產中廣泛利用電能，當人們意外地接近或接觸帶電體時，可能發(fā)
觸電事故而受到傷害。
(3)工業(yè)生產中廣泛利用熱能，生產中利用的電能、機械能或化學能可以轉變
熱能，可燃物燃燒時釋放出大量的熱能，人體在熱能的作用下，可能遭受燒灼或發(fā)
燙傷。
(4)有毒、有害的化學物質使人員中毒，這是化學能引起的典型傷害事故?？刂拼?
有增強對傷害的抵抗能力；用耐高溫、高寒、高強度材料制作的個體防護用具等。
3.2.1.4現代因果連鎖理論
1.現代因果連鎖理論的提出
與早期的事故頻發(fā)傾向、海因里希因果連鎖等理論強調人的性格、遺傳特征等不
第二次世界大戰(zhàn)后，人們逐漸認識到管理因素作為背后原因在事故致因中的重要作用。
的不安全行為或物的不安全狀態(tài)是工業(yè)事故的直接原因，必須加以追究。但是，它們只
過是其背后的深層原因的征兆和管理缺陷的反映。只有找出深層的、背后的原因，改進
業(yè)管理，才能有效地防止事故。
博德(Frank Bird)o在海因里希事故因果連鎖理論的基礎上，提出了現代事故因果
鎖理論。
2.博德的因果連鎖理論主要觀點
(1)控制不足——管理。事故因果連鎖中一個最重要的因素是安全管理。安全管
員應該充分認識到，他們的工作要以得到廣泛承認的企業(yè)管理原則為基礎，即安全管
應該懂得管理的基本理論和原則?？刂剖枪芾頇C能（計劃、組織、指導、協(xié)調及控制）
的一種機能。安全管理中的控制是指損失控制，包括對人的不安全行為和物的不安全
的控制，這是安全管理工作的核心。大多數企業(yè)中，由于各種原因，完全依靠工程技
56
3.2水利水電工程施工事故致因分析
的改進來預防事故既不經濟，也不現實。只有通過提高安全管理工作水平，經過較長時間
的努力，才能防止事故的發(fā)生。管理者必須認識到只要生產沒有實現高度安全化，就有發(fā)
生事故及傷害的可能性，因而他們的安全活動中必須包含有針對事故因果連鎖中所有要因
的控制對策。
在安全管理中，企業(yè)領導者的安全方針、政策及決策占有十分重要的位置。它包括生
產及安全的目標，職員的配備，資料的利用，責任及職權范圍的劃分，職工的選擇、訓
練、安排、指導及監(jiān)督、信息傳遞、設備器材及裝置的采購、維修及設計、正常及異常時
的操作規(guī)程，設備的維修保養(yǎng)等。
管理系統(tǒng)是隨著生產的發(fā)展而不斷發(fā)展完善的，十全十美的管理系統(tǒng)并不存在。由于
管理上的缺欠，導致事故的基本原因出現。
()基本原因一起源論。為了從根本上預防事故，必須查明事故的基本原因，并針
對查明的基本原因采取對策?；驹虬▊€人原因及與工作有關的原因。個人原因包
括：缺乏知識或技能、動機不正確、身體上或精神上的問題等；工作方面的原因包括：操
作規(guī)程不合適，設備、材料不合格，通常的磨損及異常的使用方法以及溫度、壓力、濕
度、粉塵、有毒有害氣體、蒸汽，通風、噪聲、照明、周圍的狀況（容易滑倒的地面、障
礙物、不可靠的支持物、有危險的物體等)等環(huán)境因素。只有找出這些基本原因，才能有
效地預防事故的發(fā)生。所謂起源論是在于找出問題的基本的、背后的原因，而不僅停留在
表面的現象上。只有這樣，才能實現有效的控制。
(3)直接原因—一征兆。不安全行為和不安全狀態(tài)是事故的直接原因，這一直是最重
要的，必須加以追究的原因。但是，直接原因不過是基本原因的征兆，是一種表面現象。
在實際工作中，如果只抓住作為表面現象的直接原因而不追究其背后隱藏的深層原因，就
永遠不能從根本上杜絕事故的發(fā)生。另一方面，安全管理人員應該能夠預測及發(fā)現這些作
為管理缺欠的征兆的直接原因，采取恰當的改善措施；同時，為了在經濟上及實際可能的
情況下采取長期的控制對策，必須努力找出其根本原因。
(4)事故—一接觸。從實用的目的出發(fā)，往往把事故定義為最終導致人員肉體損傷、
死亡、財產損失等不希望的事件。但是，越來越多的學者從能量的觀點把事故看做是人的
身體或構筑物、設備與超過其閾值的能量的接觸或人體與妨礙正常生活活動的物質的接
觸。于是，防止事故就是防止接觸。
為了防止接觸，可以通過改進裝置、材料及設施，防止能量釋放，通過訓練、提高工
人識別危險的能力，佩戴個人保護用品等來實現。
(⑤)受傷、損壞—一損失。博德模型中的傷害包括了工傷、職業(yè)病以及對人員精神方
面、神經方面或全身性的不利影響。人員傷害及財物損壞統(tǒng)稱為損失。在許多情況下，可
以采取恰當的措施使事故造成的損失最大限度地減少。如對受傷人員迅速搶救，對設備進
行搶修以及平日對人員進行應急訓練等。
3.亞當斯的因果連鎖理論
亞當斯(Edward Adams)提出了與博德因果連鎖理論類似的理論，他把事故的直接原
因、人的不安全行為及物的不安全狀態(tài)稱作現場失誤。本來，不安全行為和不安全狀態(tài)是
操作者在生產過程中的錯誤行為及生產條件方面的問題。采用現場失誤這一術語，其主要
57
第3章水利水電工程施工安全風險評價
目的在于提醒人們注意不安全行為及不安全狀態(tài)的性質。
該理論的核心在于對現場失誤的背后原因進行了深入的研究。操作者的不安全行為及
生產作業(yè)中的不安全狀態(tài)等現場失誤是由于企業(yè)領導者及安全工作人員的管理失誤造成
的。管理人員在管理工作中的差錯或疏忽、企業(yè)領導人決策錯誤或沒有做出決策等失誤對
企業(yè)經營管理及安全工作具有決定性的影響。管理失誤反映企業(yè)管理系統(tǒng)中的問題，它涉
及到管理體制，即如何有組織地進行管理工作，確定怎樣的管理目標，如何計劃、實現確
定的目標等方面的問題。
管理體制反映作為決策中心的領導人的信念、目標及規(guī)范，決定著各級管理人員安排
工作的輕重緩急、工作基準及指導方針等重大問題。
現代因果連鎖理論把考察的范圍局限在企業(yè)內部，用以指導企業(yè)的安全工作。實際上，
工業(yè)傷害事故發(fā)生的原因是很復雜的，一個國家、地區(qū)的政治、經濟、文化、科技發(fā)展水
平等諸多社會因素，對傷害事故的發(fā)生和預防有著重要的影響。當然，作為基礎的原因因
素的解決，已經超出了企業(yè)安全工作，甚至安全學科的研究范圍。但是，充分認識這些原
因因素，綜合利用可能的科學技術、管理手段，改善間接原因因素，達到預防傷害事故的
目的，卻是非常重要的。
3.2.1.5軌跡交叉理論
1.軌跡交叉理論的提出
隨著生產技術的提高以及事故致因理論的發(fā)展完善，人們對人和物兩種因素在事故致
因中地位的認識發(fā)生了很大變化。一方面是由于生產技術進步的同時，生產裝置、生產條
件不安全的問題越來越引起了人們的重視；另一方面是人們對人的因素研究的深入，能夠
正確地區(qū)分人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。
約翰遜(W.G.Johnson)認為，判斷到底是不安全行為還是不安全狀態(tài)，受研究
者主觀因素的影響，取決于他認識問題的深刻程度。許多人由于缺乏有關失誤方面的
知識，把由于人失誤造成的不安全狀態(tài)看作是不安全行為。一起傷亡事故的發(fā)生，除
了人的不安全行為之外，一定存在著某種不安全狀態(tài)，并且不安全狀態(tài)對事故發(fā)生作
用更大些。
斯奇巴(Skiba)提出，生產操作人員與機械設備兩種因素都對事故的發(fā)生有影響，并
且機械設備的危險狀態(tài)對事故的發(fā)生作用更大些，只有當兩種因素同時出現，才能發(fā)生事
故。上述理論被稱為軌跡交叉理論，該理論主要觀點是，在事故發(fā)展進程中，人的因素運
動軌跡與物的因素運動軌跡的交點就是事故發(fā)生的時間和空間，即人的不安全行為和物的
不安全狀態(tài)發(fā)生于同一時間、同一空間或者說人的不安全行為與物的不安全狀態(tài)相通，則
將在此時間、此空間發(fā)生事故。軌跡交叉理論作為一種事故致因理論，強調人的因素和物
的因素在事故致因中占有同樣重要的地位。按照該理論，可以通過避免人與物兩種因素運
動軌跡交叉，即避免人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)同時、同地出現，來預防事故的
發(fā)生。
2.軌跡交叉理論作用原理
軌跡交叉理論將事故的發(fā)生發(fā)展過程描述為：基本原因—一間接原因——直接原因
—事故——傷害。從事故發(fā)展運動的角度，這樣的過程被形容為事故致因因素導致事故
58
3.2水利水電工程施工事故致因分析
的運動軌跡，具體包括人的因素運動軌跡和物的因素運動軌跡。
()人的因素運動軌跡。人的不安全行為基于生理、心理、環(huán)境、行為幾個方面而
產生：
1)生理、先天身心缺陷。
2)社會環(huán)境、企業(yè)管理上的缺陷。
3)后天的心理缺陷。
4)視、聽、嗅、味、觸等感官能量分配上的差異。
5)行為失誤。
()物的因素運動軌跡。在物的因素運動軌跡中，在生產過程各階段都可能產生不安
全狀態(tài)：
1)設計上的缺陷，如用材不當、強度計算錯誤、結構完整性差、采礦方法不適應礦床
圍巖性質等。
2)制造、工藝流程上的缺陷。
3)維修保養(yǎng)上的缺陷，降低了可靠性。
4)使用上的缺陷。
5)作業(yè)場所環(huán)境上的缺陷。
在生產過程中，人的因素運動軌跡按1)~5)的方向順序進行，物的因素運動軌跡按
1)~5)的方向進行。人、物兩軌跡相交的時間與地點，就是發(fā)生傷亡事故的“時空”，
也就導致了事故的發(fā)生。
值得注意的是，許多情況下人與物又互為因果。例如，有時物的不安全狀態(tài)誘發(fā)了人
的不安全行為，而人的不安全行為又促進了物的不安全狀態(tài)的發(fā)展或導致新的不安全狀態(tài)
出現。因而，實際的事故并非簡單地按照上述的人、物兩條軌跡進行，而是呈現非常復雜
的因果關系。
若設法排除機械設備或處理危險物質過程中的隱患或者消除人為失誤和不安全行為，
使兩事件鏈連鎖中斷，則兩系列運動軌跡不能相交，危險就不會出現，就可避免事故
發(fā)生。
對人的因素而言，強調工種考核，加強安全教育和技術培訓，進行科學的安全管
理，從生理、心理和操作管理上控制人的不安全行動的產生，就等于砍斷了事故產生
的人的因素軌跡。但是，對自由度很大且身心性格氣質差異較大的人是難以控制的，
偶然失誤很難避免。在多數情況下，由于企業(yè)管理不善，使工人缺乏教育和訓練或者
機械設備缺乏維護、檢修以及安全裝置不完備，導致了人的不安全行為或物的不安全
狀態(tài)。
軌跡交叉理論突出強調的是砍斷物的事件鏈，提侶采用可靠性高、結構完整性
強的系統(tǒng)和設備，大力推廣保險系統(tǒng)、防護系統(tǒng)和信號系統(tǒng)及高度自動化和遙控裝
置。這樣，即使人為失誤，構成人的因素1)~5)系列，也會因安全閉鎖等可靠
性高的安全系統(tǒng)的作用，控制住物的因素1)~5)系列的發(fā)展，可完全避免傷亡
事故的發(fā)生。
一些領導和管理人員總是錯誤地把一切傷亡事故歸咎于操作人員“違章作業(yè)”，實際
59
第3章水利水電工程施工安全風險評價
上，人的不安全行為也是由于教育培訓不足等管理欠缺造成的。管理的重點應放在控制物
的不安全狀態(tài)上，即消除“起因物”，當然就不會出現“施害物”，“砍斷”物的因素運動
軌跡，使人與物的軌跡不相交叉，事故即可避免。
實踐證明，消除生產作業(yè)中物的不安全狀態(tài)，可以大幅度地減少傷亡事故的發(fā)生。例
如，美國鐵路列車安裝自動連接器之前，每年都有數百名鐵路工人死于車輛連接作業(yè)事故
中，鐵路部門的負責人把事故的責任歸咎于工人的錯誤或不注意。后來根據政府法令的要
求，把所有鐵路車輛都裝上了自動連接器，結果，車輛連接作業(yè)中的死亡事故大大地減
少了。
3.2.2水利水電工程施工事故致因模型
根據水利水電工程施工傷亡事故的致因特點，借鑒事故致因理論，將構建一個以預防
為目的的描述性的事故致因模型，旨在描述水利水電工程施工傷亡事故發(fā)生的機理，從而
為預防與控制水利水電工程施工傷亡事故提供依據。系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)是由兩個以上的組
成部分結合而成的具有特定功能的有機整體，它本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成
部分。水利水電工程施工是一個大系統(tǒng)，構建水利水電工程施工傷亡事故致因模型也應遵
循該原則。故在構建水利水電工程施工傷亡事故致因模型時，應充分考慮到模型的系統(tǒng)
性，不僅要分析模型的構成要素，還要分析各個構成要素之間的相互聯系，使模型獲得
理想的系統(tǒng)效應。針對性原則：聯系水利水電工程施工的行業(yè)特性以及傷亡事故的致因
特點，針對水利水電工程施工的實際來構建模型。使得構建出的模型應用于水利水電工
程施工領域具有切實的指導意義，幫助水利水電工程施工安全管理部門找出事故原因，
探索預防與控制事故的對策措施。簡單實用原則：遵循簡潔易懂，方便實用的原則來構
建模型，不論是安全管理人員還是施工人員都能準確應用構建的模型來分析解決實際
問題。
對于人造的工業(yè)生產系統(tǒng)而言，從理論上來講，事故具有因果聯系，如果我們找到了
事故的“因”，就可以控制“果”，工業(yè)生產系統(tǒng)中的絕大多數人身傷亡事故都是可控的。
模型正是建立在這種信念之下，即在人可預知的背景下，水利水電工程施工傷亡事故中的
絕大部分是可控的，通過采取有效的、科學的管理可以預防和控制其發(fā)生。只有極少數事
故是由于突發(fā)的、不可預知和不可控制的因素所造成的，美國的安全工程專家海因里希稱
之為“上帝的行為”或“天災”。
構建水利水電工程施工傷亡事故致因模型需要借鑒事故致因理論。其中，事故頻發(fā)傾
向性理論提出個別人容易發(fā)生事故的穩(wěn)定的個人的內在傾向，它把工業(yè)事故的原因完全歸
因于少數事故頻發(fā)傾向者的觀點雖是片面的，但它把人員的素質與事故進行論述的分析方
法是可取的，需要進一步探討了人與事故之間的關系。事故因果連鎖理論主要是提出了各
種原因因素之間以及原因因素與事故之間的關系，認為事故不是一個孤立的事件，而是一
系列互為因果的原因事件相繼發(fā)生的結果，從而否定了單因素事故致因分析方法，采取這
種因果連鎖理論的分析方法，分析各種原因因素與水利水電工程施工傷亡事故之間的一系
列因果連鎖關系。在分析環(huán)境對事故的影響時，參考葛登的事故致因的流行病學分析方
法。討論水利水電工程施工中人的不安全行為，物的不安全狀態(tài)導致事故發(fā)生的模式時借
60
3.2水利水電工程施工事故致因分析
鑒了日本勞動省提出的軌跡交叉理論。本課題認為危險源是水利水電工程施工傷亡事故的
根源并貫穿于事故發(fā)生的始末，是借鑒吉布森、哈登等人提出的能量意外釋放理論和兩類
危險源的理論。
水利水電工程施工傷亡事故致因模型描述了事故發(fā)生的機理，認為在水利水電工程施
工傷亡事故的發(fā)展過程中，系統(tǒng)經歷了安全狀態(tài)、危險狀態(tài)和事故狀態(tài)等三個階段。安全
狀態(tài)由危險源與安全保障體系共同構成，模型將危險源視作水利水電工程施工中傷亡事故
發(fā)生的根源而處于模型之首，構建安全保障體系的目的是為了防止危險源中的能量非正常
溢出，故安全保障體系與危險源是不可分離的。在安全保障體系中人一物一環(huán)若處于和諧
狀態(tài)，危險源則受到約束，系統(tǒng)是安全的。若安全保障體系中出現不安全因素，且對這些
不安全因素的管理調節(jié)失效時，安全保障體系的和諧狀態(tài)將被打破，危險源的危險顯現，
系統(tǒng)進入危險狀態(tài)，具體表現為系統(tǒng)中可能充斥著人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)
境的不安全條件以及相互之間的交織作用，使處于危險狀態(tài)的系統(tǒng)發(fā)生事故的可能性增
大，但系統(tǒng)發(fā)生事故與否還處于或然狀態(tài)之中。當系統(tǒng)受到某些因素（或這些因素的組
合)的激發(fā)，而管理調節(jié)再次失效時，事故便會發(fā)生，即系統(tǒng)進人事故狀態(tài)。所建模型如
圖3-1所示61。
安全保障體系
危險源
管理調節(jié)失效
環(huán)
物
人的不安全行為
物的不安全狀態(tài)
環(huán)境的不安全條件
管理調節(jié)再次失效
事故
圖3-1水利水電工程施工事故致因模型
3.2.3水利水電工程施工事故故障樹分析法
故障樹分析(Fault Tree Analysis,FTA)是系統(tǒng)安全分析方法中得到廣泛應用的一種
方法。該方法起源于美國貝爾電話研究所。1961年華特遜(Watson)在研究民兵式導彈
發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性評價時首先提出了這種方法。接著，該研究所的A.B.門斯
(A.B.Mearns)等人改進了這種方法，對預測導彈發(fā)射偶然事故做出了貢獻。后來，波
音公司對FTA進行了重要改革，使之能夠利用計算機模擬。1974年美國原子能委員會利
用FTA對商業(yè)原子電站事故危險性進行評價，發(fā)表了著名的拉斯姆遜(N.C.Rasmus-
61
第3章水利水電工程施工安全風險評價
se)報告，引起世界各國關注。目前許多國家都在研究、應用這一方法2)。
事件不出現則輸出事件就不出現的邏輯關系。邏輯
“或”門表示只要有一個或一個以上輸入事件出現，則
輸出事件就出現，只有全部輸人事件都不出現，輸出事
件才不出現的邏輯關系。邏輯門畫法尚不統(tǒng)一，圖3-2
邏輯“與”門
列出了常見的幾種畫法。
1.故障樹中事件及其符號
某一特定事件是被分析的傷亡事故或其他不希望的
故障事件，將它畫在樹圖的頂端，故稱為頂事件(Top
邏輯“或”門
圖3-2邏輯“與”“或”門符號
Event)。最初始的前兆故障事件是導致頂事件發(fā)生的初
始原因，位于樹圖下部終端，稱為基本事件。處于頂事
件和基本事件之間的事件，稱為中間事件。中間事件既是造成頂事件的原因，又是基本事
件產生的結果。當利用故障樹分析傷亡事故時，頂事件就是某種傷亡事故，基本事件是物
的不安全狀態(tài)和人的不安全行為。在這里，將前者稱為物的故障，后者稱為人失誤。在事
故原因分析中，對操作失誤有時用特殊符號加以強調。
(1)長方形符號表示需要進一步分析的故障事件，如頂事件和中間事件。在符號內寫
明故障內容[見圖3-3(a)]。
(2)圓形符號表示基本事件[見圖3-3(b)]有時用虛線圓表示人的失誤[見圖3-3
(c)];用加斜線的兩同心圓表示操作者的疏忽[見圖3-3(d)]。
(3)房形符號是系統(tǒng)內的正常事件[見圖3-3()]。
(4)菱形符號表示不能進一步分析的省略事件[見圖3-3(f)、(g)、(h)]。邏輯積、
邏輯和的表達式。
(a)故障事件
(e)正常事件
(b)基本事件
(f)省略事件
(e)基本事件
(g)省略事件
人的失誤)
(人的失誤)
(d)基本事件
(h)省略事件
(操作者失誤)
(操作者失誤)
圖3-3故障樹事件符號
2.邏輯“與”門、邏輯“或”門
凡頂上事件下方用“與”門連接下一層各事件時，頂上事件與下方中間事件A,、基
62
3.2水利水電工程施工事故致因分析
本事件X,的布爾表達式為邏輯積的關系，即
T=A1×A2×…×A
(3-1)
=X×X2×…×X.
幾個基本事件邏輯積的概率為
q(T)=g(X1×X2×…×X.)
(3-2)
=gX1×qX2×…×qXn
對邏輯“或”門
T=A1+A2+…+A
(3-3)
=X1+X2+…+X
幾個基本事件邏輯和的概率為
q(T)=g(X1+X2+…+Xm)
(3-4)
=qX1+qX2+…+qXm
故障樹有重復事件時，須用布爾代數化簡后再計算頂事件發(fā)生的概率。
3.腳手架墜落死亡事故的故障樹
某工地因安全管理不善，多層施工不設安全網；工人有時不佩戴安全帶或安全帶有劣
質產品。瓦工李××在腳手架上搬磚時，上層突然掉下一塊短木，該瓦工躲閃致使身體失
去平衡，重心超出腳手架而墜落，撞在硬水泥面上死亡。制成的故障樹如圖3-4所示。
墜落死亡
T
高度、下方狀態(tài)
X(0.3)
從腳手架
墜落死亡
安全帶
人遭墜落
機能故障
重心超出
X(0.01)
機械性破壞
沒使用安全帶
A:
在腳手架
身體失去
上走動
平衡
支撐物
安全帶
為移動
忘記
X(0.01)
X(0.001)
破壞
折斷
而取下
佩戴
X(0.001)X2(0.0001)
X(0.25)
x(0.1)
圖3-4墜落死亡事故的故障樹
由圖3-4的邏輯關系，可列出該故障樹的布爾代數表達式，即墜落死亡故障樹頂上
事件為：
T=A,×X
=(X1+X2+X3+X4)×(X5+X,)×X,×X。(3-5)
63
第3章水利水電工程施工安全風險評價
該事故的發(fā)生概率為
q(T)=[1-(1-qX1)×(1-qX2)×(1-qX)×(1-qX)]×
[1-(1-qX;)×(1-qX2)×(1-qX,)]×qX2×qX
(3-6)
4.最小割集
從頂上事件丁開始，邏輯“與”門將基本事件橫向列出（控制條件相當于“與”門）；
遇到邏輯“或”門，將其連接的基本事件縱向擺開。以A,表示的中間事件都要逐項轉變
為基本事件X,最后形成的集合組數，即為該故障樹的最小割集。每一組集合中幾個事
件同時出現，即會發(fā)生事故。例如，腳手架墜落事故的故障樹的最小割集為8組，每組
個事件，任何一組中的4個事件同時發(fā)生，即可形成頂事件（墜落死亡）。這說明墜落死
亡事故發(fā)生的最起碼的基本事件組合有8種。按福塞爾法具體寫出行列式如下：
X XX X
X.A.Xs
X,AsX.Xs
,Xs
AA.As
X2A.Xs
,Xs
X.
T→A,X→A3AA
(3-7)
A2A.As
X.A.Xs
X,A.X,Xs
X.X.X.Xs
X.A.Xs
X.
X.X.XX
X:XeX,Xs
X.X.X.Xs
共8組，都是最小割集。
用結構法求最小割集：上述行列法求出8組集合(E),只要有一組集合單獨發(fā)生，從
腳手架墜落死亡事故即可發(fā)生；而每一個集合(E)有4個基本事件(X)必須同時發(fā)
生，才能形成E。即頂上事件用或門連接8個中間事件即8個集合，每一組為一個中間事
件(E),E,用與門連接下方4個基本事件(X),見圖3-5。集合論中通常用“U”符號
表示邏輯和，等同于“+”；用“∩”表示邏輯積，等同于“×”在結構中也可省略。
以上兩式完全相等。該故障樹用結構法求最小割集，即求出4個事件邏輯積的8個邏
輯和，每個邏輯積就是一組最小割集。
5.結構重要度
結構重要度是權衡各基本事件發(fā)生對頂事件發(fā)生影響的程度。造成和促成傷亡事故的
初始原因很多，在采取預防措施時，應該按照輕重緩急，優(yōu)先解決那些最重要的問題，首
先消除最重要的初始原因。這就要研究哪個原因對傷亡事故的發(fā)生最重要。當最小割集中
基本事件數目相等時，在最小割集中重復出現的次數越多，其結構重要度越大。如前例
X,,X。兩個基本事件出現次數最多（各出現8次），則X,,X。兩事件第一重要。
當最小割集中基本事件數目不等時，基本事件少的割集中的事件比基本事件多的割集
中的基本事件重要度大。
仍以上述故障樹為例，第1組有四個事件，每個事件各占1/4，即1(X1)=
I(X2)=1(X)=1(X)=1/4。第2組最小割集中有兩個事件X5、X6各占1/2，即
1(X3)=1(X。)=1/2。第3組、第4組，每組只有一個事件，即15=1。=1。依各事件
的分數大小排出各事件的重要度：1(X)=1(X)>1(X)=I(X)>1(X1)=
64
3.2水利水電工程施工事故致因分析
從腳手架上墜落
E
E
E
E
E
E
E
X
X
X
X
X.
X
X
圖3-5用結構法制成的等效故障樹
I(X2)=1(X3)=I(X4)。
6.布爾代數
布爾代數是一種邏輯運算方法，也可以說是后來發(fā)展起來的集合論的一部分。在這里，
我們僅僅掌握最基本的布爾代數知識就夠了。布爾代數與其他數學分支最主要的區(qū)別在
于：布爾代數進行的運算是邏輯運算，最簡單的二元布爾代數，即邏輯代數數值只有和
1二個。
把一組具有至少一種共同特征的事物稱為一個集合(t)。該集合可以是一群物體、
條件、事件、符號、思想或數學關系等。如果用數值1來表示一個集合的單位，則不包含
上述事物的空集合可以用0來表示。應該注意，這里0和1僅僅是些符號，而不是一般數
學運算里的0和1，即1+1≠2。而且在0和1之間不再有其他的數存在。為了清晰地表
達集合關系，有時采用文氏圖(Venn Diagrams)。
在圖3-6所示的文氏圖中，矩形代表具有一種沒做明確定義的共同特征的元素的集
合。圓形代表具有特征A的子集合。在集合中不具有特征A的元素被當作“非A”,用A
表示。把A叫作A的補，反之亦然。由圖可以看出，A與A的總和等于整個集合。用數
學表達就是
A+A=I
(3-8)
該式左端稱作A和A的“并”(Union)或“或”，記號“+”讀作“或”，有時也可寫
成U。習慣上把它叫作邏輯和運算。
如果一個子集合中的元素不被其他子集合所包含，則稱為不相交的或相互排斥的子集
65
第3章水利水電工程施工安全風險評價
合（如圖3-6中的子集合A、B、C)。但是在圖中所示的情況下，A、B和C包含了整個
集合的全部元素，稱它們是互斥而完備的有A+B+C=I。當A中的某些元素也具有B特
征時，稱為A和B的“交”或“與”，記作A×B或A∩B。A和B的交包含具有特征A
和特征B的全部元素。當計算具有特征A的全部元素時，也要把AB中包含的元素計算進
去。A和B的交叉叫作邏輯與，運算A×B稱作邏輯積。圖3-6的下面一行表示交、并
和補間的關系。布爾代數中一些常用的關系式被當作法則來使用。
B
AB
A+B
AB
AB
圖3-6文氏圖
布爾代數中變量僅有二值，即0和1。函數也僅有兩種狀態(tài)，它通過布爾代數變量的
邏輯運算組合而成。各種邏輯運算遵循表3-1那樣的規(guī)則。表3-1可用來表示函數和變
量的真值對應關系。這樣的表被稱作真值表(Truth Table),它表明變量以某種組合出現
時函數的取值。
表3-1
真值表
x
y
r+y
rXy
x
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
在故障樹分析中，研究的事件也只有兩種狀態(tài)，即故障事件發(fā)生或不發(fā)生，而不存在
任何中間狀態(tài)。于是，可以借助于布爾代數來研究。故障樹中的邏輯與門對應于布爾代數
的邏輯積運算，而邏輯或門對應于邏輯和運算。通常在系統(tǒng)安全分析中遇到的故障樹只使
用邏輯與門和邏輯或門兩種邏輯門，所以，很容易用邏輯運算的組合來表達故障樹各事件
間的關系[29]。
3.3事故后果分析
在預測、評價事故或危險源的后果時，認為風險性不超過可接受的危險水平時，系統(tǒng)
就是安全的。這種“可接受的危險水平”必須得到全社會的公認，即系統(tǒng)的危險性應達到
社會允許的危險水平?！吧鐣试S危險標準”取決于國家政治、經濟和技術狀況。許多安
全專家都在研究這個問題。
66
3.3事故后果分析
3.3.1風險分級影響因素
進行風險分級的目的是為了給出重大事故應急救援的響應級別。其對事故發(fā)生的可能
性考慮較少，因此決定事故風險級別的只有事故發(fā)生的嚴重程度。事故發(fā)生的嚴重程度與
下列因素有關。
1.進度損失
進度損失有兩方面的內容：一是風險事件對工程項目局部進度的估計；二是風險事件
對整個工程工期影響的估計。
()事故對局部進度影響的估計。局部進度影響的估計是工程整體進度影響估計的基
礎。局部進度影響分析既要估計事故發(fā)生的時間，又要估計局部施工活動拖延的時間。對
影響局部進度事故發(fā)生的時間可以根據工程整體進度計劃和建設環(huán)境變化做出分析。而事
故發(fā)生后對局部作業(yè)活動延誤時間的計算要根據工程實際情況進行。如質量事故發(fā)生對局
部施工活動延誤時間的計算應包括質量事故調查分析所需要的時間、事故處理的時間和事
故處理后驗收的時間等。一般來說，質量事故對局部施工活動延誤時間的計算應包括從出
發(fā)暫停施工令到發(fā)出復工令這段的時間。
()事故對整個工程工期影響的估計。當事故對局部工程的影響基本確定后，可以根
據項目實施的關鍵路徑，確定事故對項目總工期的影響。一般而言，對關鍵路線上的施工
活動，其時間上的滯后即為整個工期滯后的時間；而對非關鍵線路的施工活動時間的滯后
要進行具體分析，有些非關鍵線路上的施工活動雖然滯后，但是對整個工期的完成沒有產
生影響。
2.事故傷害范圍
對于一個（或一組）評價對象可能發(fā)生的某類事故風險進行評價時，可以采用定量風
險評價方法計算出事故的死亡區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)。
當該區(qū)內的人員缺少防護，將無例外地造成嚴重傷害或死亡。在該區(qū)外邊界上的人員，
將由于事故作用而死亡的概率為50%，這相當于在該區(qū)內沒有死亡的人數正好等于該區(qū)外
死亡的人數，則稱該區(qū)為死亡區(qū)。按照死亡區(qū)的定義，如果在可能傷害區(qū)域的人員密度是
均勻的，可以說相當于死亡區(qū)內的人員將全都死亡。如采用TNT當量法計算死亡區(qū)時，
在死亡區(qū)外圓界處人員因沖擊波作用導致肺出血而死亡的概率為50%。
在死亡區(qū)外部一定范圍內，如果該區(qū)內的人員缺少防護，絕大多數人造成重傷，少數
人造成輕傷、少數人死亡。在該區(qū)外邊界上的人員，將由于事故作用而造成重傷的概率為
50%,這相當于在該區(qū)內和死亡區(qū)內沒有遭受重傷的人數正好等于該區(qū)外遭受重傷的人
數，則稱該區(qū)為重傷區(qū)。如采用TNT當量法計算重傷區(qū)時，重傷區(qū)外邊界處人員因沖擊
波作用而耳膜破裂的概率為50%。
在重傷區(qū)外部一定范圍內，如果該區(qū)內的人員缺少保護，絕大多數人員將遭受輕微傷
害，少數人將受重傷或平安無事，死亡的可能性極小，則稱該區(qū)為輕傷區(qū)。如采用TNT
當量法計算輕傷區(qū)時，輕傷區(qū)外邊界處耳膜因沖擊波作用而破裂的概率為1%3。
傷亡區(qū)域的范圍及其死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)的分布與事故的性質、發(fā)生事故的場所
等有關。如爆炸事故的死亡區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)的范圍與爆炸物質的性質、參與爆炸物質
67
第3章水利水電工程施工安全風險評價
量和發(fā)生爆炸的環(huán)境（場所）有關。在開闊地面發(fā)生的爆炸，其死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)
的形狀一般呈半球形。
毒物泄漏后，擴散污染造成的死亡區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)的范圍與泄漏物性質、泄漏量、
擴散污染場地以及擴散時期的風流溫度、風速、照度等氣象條件有關。在開闊地面發(fā)生的
重氣泄漏、在泄漏氣體與地表物質不發(fā)生化學反應和吸收、不出現逆溫層時，泄漏有毒氣
體形成的死亡區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)在地面呈橢圓形分布。
3.事故傷害人數
前人提出了很多按照傷亡人數劃分事故后果嚴重程度的方法，如在LEC法中事故后果
嚴重程度劃分為6個等級4，如表3-2所示。澳大利亞武器系統(tǒng)按照事故引起人員傷亡
情況，將事故后果嚴重程度分為個等級，分別為災難的(1級)：人員死亡；嚴重的
(Ⅱ級)：人員重傷；輕微的（Ⅲ級）：人員輕傷；可忽略的（Ⅳ級）：暫時影響操作。
表3-2
LEC法中的事故嚴重程度分級
嚴重程度分級
人員傷亡情況說明
嚴重程度分級
人員傷亡情況說明
大災難
許多人死亡
災難
數人死亡
非常嚴重
一人死亡
重大
致殘
嚴重
重傷
一般
輕傷
4.人員影響區(qū)域
人員影響區(qū)域是指由于事故的發(fā)生影響人們正常生產和生活的區(qū)域，一般包括人員疏
散區(qū)域和交通管制區(qū)域。
對于可能發(fā)生的事故，為了預防其周圍一定范圍內的人員受到傷害，需要組織人員疏
散的區(qū)域，就是人員疏散區(qū)域。對于已經發(fā)生的事故，為了避免事故擴大或狀態(tài)變化造成
人員傷害，需要組織人員疏散的區(qū)域，也是人員疏散區(qū)域。為了最大限度地確保人員的安
全，一般給出人員疏散區(qū)域時都留有一定的安全系數，并考慮可能的特殊情況，因此人員
疏散區(qū)域比人員傷害區(qū)域的范圍大，一般可以取3倍以上的傷害范圍作為人員疏散區(qū)域。
在發(fā)生重大事故或可能發(fā)生重大事故時，一般在人員疏散區(qū)域以外更大范圍內設置交
通管制區(qū)域。設置交通管制區(qū)域的目的是為了使事故時期的應急救援工作有序地進行，確
保應急救援非相關人員不誤入事故人員傷害區(qū)和人員疏散區(qū)域，保障應急救援有序地進人
應急救援現場和人員有序地、盡快地疏散。
5.費用損失
費用損失估計在風險估計中也占有很重要的地位。費用損失估計包括一次性最大損失
估計和項目整體損失估計。
()一次性最大損失估計。一次性最大損失是指某事故發(fā)生后，對工程項目一次性造
成的最大損失。一次性最大損失包括在風險事件發(fā)生后，對工程各方面造成的損失，包括
費用的、質量的、安全的和第三者責任等引起的損失。
(2)項目整體損失的估計。有些事故除造成一次性損失外，同時還會對后續(xù)階段項目
的實施產生影響，所有風險損失合計就是風險對整體工程造成的損失。
(3)損失估計應注意的問題。一是損失費用與工程估價的計算口徑應盡量保持一致，
68
3.3事故后果分析
包括基礎單價標準、費率標準、工程計量方法等。
二是在對事故損失估計時要結合工程的實際情況，包括施工條件、地區(qū)氣候特
點等。
6.應急救援力量動員
重大事故應急救援體系和應急預案必須給出針對的響應級別，而向應級別需要有對應
的響應協(xié)調指揮機構和人員。因此，針對重大事故應急預案的事故風險分級應該與我國現
階段重大事故響應協(xié)調指揮結構（人員）相對應。按照我國目前對于重大事故應急救援各
部門的職能，協(xié)調指揮可以分成如表3-3所示的層次。按照目前我國應急救援的職能，
應急救援力量的調用、應急救援指揮可分為5個層次，分別為：國家層、省層、市（地）
層、縣層和企業(yè)層。
國家層分為4級響應，分別為NI級、NⅡ級、NⅢ級和NⅣ級。省層分為3級響
應，分別為PI級、PⅡ級和PⅢ級。市（地）層分為3級響應，依次為AI級、AⅡ
級和AⅢ級。縣層分為3級響應，依次為CI級、C1Ⅱ級和CⅢ級。企業(yè)層為1級響
應，即FI級。
此外，事故的可能破壞區(qū)域、經濟損失和環(huán)境影響區(qū)域也是其嚴重程度分級的因素。
但由于編制重大事故應急預案的目的是保護人員的安全，使人員的傷害降低到最低的限
度。所以，事故造成的經濟損失與破壞區(qū)域、環(huán)境影響區(qū)域不是決定編制重大事故應急預
案時事故風險分級的主要因素1。
表3-3
事故應急救援協(xié)調指揮層次
級別
協(xié)調指揮部門（人員）
調動應急救援資源能力
舉例
層次
分級
國務院（主席/總理/
NI
全國資源、全面動員
“3·11”馬德里爆炸
副總理)
“11·24”大舜號
NII
安委會（主任/副主任）
區(qū)域資源、區(qū)域動員
應急救援
國家
NII
安委會（副主任）
地區(qū)資源、地區(qū)動員
“12·23”開縣井噴
安委會（副主任/
“4·6”陜西銅川陳家
NN
局部資源、局部動員
部負責人)
灣煤礦瓦斯爆炸
省安委會（省最高行
PI
全省資源、省級動員
“6·22”四川合江翻船
政長官/主任)
省安委會（主任/
“12·25”河南
省
PⅡ
全省資源、地區(qū)動員
副主任)
洛陽大火
省安委會（副主任/
PⅢ
全省資源、局部動員
部門負責人)
69
第3章水利水電工程施工安全風險評價
續(xù)表
級別
協(xié)調指揮部門（人員）
調動應急救援資源能力
舉例
層次
分級
市安委會（市最高行政
AI
全市資源、市級動員
長官/主任)
市安委會（主任/
市（地）
All
全市資源、多部門動員
副主任)
市安委會（副主任/
全市資源、
A
部門負責人)
一個部門以上動員
縣安委會（縣最高行政
CI
全縣資源，多部門動員
長官/主任)
縣安委會（主任/副主
全縣資源、
縣
任/部門負責人)
一個以上部門動員
部門資源、
c
一個部門
一個部門動員
全企業(yè)資源、
企業(yè)
FI
企業(yè)負責人
企業(yè)內部動員
3.3.2具體的危險因素分級
3.3.2.1生產的火災危險性分級
火災通過輻射熱的方式影響周圍環(huán)境，當火災產生的熱輻射強度足夠大時可能造成人
員傷亡?；馂臒彷椛鋵θ藛T的傷害概率估算建立在輻射通量與人員死亡概率的相應關系的
基礎上，表3-4列出了不同人射通量造成人員傷害的情況。
表3-4
熱輻射的不同入射通量所造成的損失
人射通量(kW·m2)
對人的傷害
37.5
1%死亡/10s;100%死亡/1min
25
重大燒傷/10s;100%死亡/1min
12.5
1度燒傷/10s;1%死亡/1min
4.0
20s以上感覺疼痛。未必起泡
1.6
長期輻射無不舒服感
《建筑設計防火規(guī)范》(GBJ16一87：2001)中，將生產的火災危險性分為甲、乙、
丙、丁、戊等5類。
1.甲類
甲類是使用或產生下列物質的生產：
(1)閃點小于28℃的液體。
70
3.3事故后果分析
(2)爆炸下限小于10%的氣體。
(3)常溫下能自行分解或在空氣中氧化即能導致迅速自燃或爆炸的物質。
()常溫下受到水或水蒸氣的作用，能產生可燃氣體并引起燃燒或爆炸的物質。
(⑤)遇酸、受熱、撞擊、摩擦、催化以及遇有機物或硫黃等易燃的無機物，極易引起
燃燒或爆炸的強氧化劑。
()受撞擊、摩擦或與氧化劑、有機物接觸時能引起燃燒或爆炸的物質。
(⑦)在密閉設備內操作溫度等于或超過物質本身自燃點的生產。
2.乙類
乙類是使用或產生下列物質的生產：
(1)閃點≥28℃但<60℃的液體。
(2)爆炸下限≥10%的氣體。
(3)不屬于甲類的氧化劑。
(4)不屬于甲類的化學易燃危險固體。
(5)助燃氣體。
(6)能與空氣形成爆炸性混合物的浮游狀態(tài)的粉塵、纖維以及閃點≥60℃的液體霧滴。
3.丙類
丙類是使用或產生下列物質的生產：
(1)閃點≥60℃的液體。
(2)可燃固體。
4.丁類
丁類是使用或產生下列物質的生產：
()對非燃燒物質進行加工，并在高熱或熔化狀態(tài)下經常產生強輻射熱、火花或火焰
的生產。
(②)利用氣體、液體、固體作為燃料或將氣體、液體進行燃燒作其他用的各種生產。
(3)常溫下使用或加工難燃燒物質的生產。
5.戊類
戊類是指常溫下使用或加工非燃燒物質的生產[5]。
3.3.2.2高處作業(yè)危險性分級
《高處作業(yè)分級》(GB/T3608一83)《高處作業(yè)分級》(GB/T3608一83)中認為在墜落
高度基準面2以上（含2m)有可能墜落的高處進行的作業(yè)，均稱為高處作業(yè)。認為通
過最低墜落著落點的水平面，稱為墜落高度基準面。最低墜落著落點是在作業(yè)位置可能墜
落到的最低點。
其可能墜落范圍半徑R,根據高度h不同分別是：當高度h為2m至5m時，半徑R為
2m;當高度h為5m以上至15m時，半徑R為3m;當高度h為15m以上至30m時，半
徑R為4m;當高度h為30m以上時，半徑R為5m。高度h為作業(yè)位置至其底部的垂直
距離。其中認為作業(yè)區(qū)各作業(yè)位置至相應墜落高度基準面之間的垂直距離中的最大值，稱
為該作業(yè)區(qū)的高處作業(yè)高度。
高處作業(yè)的級別：
71
第3章水利水電工程施工安全風險評價
(1)高處作業(yè)高度在2m至5m時，稱為一級高處作業(yè)。
(2)高處作業(yè)高度在5m以上至15m時，稱為二級高處作業(yè)。
(3)高處作業(yè)高度在15m以上至30m時，稱為三級高處作業(yè)。
(4)高處作業(yè)高度在30m以上時，稱為特級高處作業(yè)。
高處作業(yè)的種類分為一般高處作業(yè)和特殊高處作業(yè)兩種。特殊高處作業(yè)包括以下幾個
類別：
(1)在陣風風力六級（風速10.8/s)以上的情況下進行的高處作業(yè)稱為強風高處
作業(yè)。
(2)在高溫或低溫環(huán)境下進行的高處作業(yè)，稱為異溫高處作業(yè)。
(3)降雪時進行的高處作業(yè)，稱為雪天高處作業(yè)。
(4)降雨時進行的高處作業(yè)，稱為雨天高處作業(yè)。
(⑤)室外完全采用人工照明時進行的高處作業(yè)，稱為夜間高處作業(yè)。
()在接近或接觸帶電體條件下進行的高處作業(yè)，統(tǒng)稱為帶電高處作業(yè)。
(⑦)在無立足點或無牢靠立足點的條件下，進行的高處作業(yè)，統(tǒng)稱為懸高處作業(yè)。
(8)對突然發(fā)生的各種災害事故，進行搶救的高處作業(yè)，稱為搶救高處作業(yè)[6。
3.3.2.3危險化學品分類
按《常見危險化學品的分類及標志》(GB13690一92)和《危險貨物分類和品名編號》
(GB6944一86)，危險化學品分為9類。
1.爆炸品
爆炸品是指在外界作用下（如受熱、受摩擦、撞擊等），能發(fā)生劇烈的化學反應，
瞬時產生大量的氣體和熱量，使周圍壓力急劇上升，發(fā)生爆炸，對周圍環(huán)境造成破壞
的物品，不包括無整體爆炸危險，但具有燃燒、拋射及較小爆炸危險的物品。該類包
括5項：
(1)具有整體爆炸危險的物質和物品。
(2)具有拋射危險，但無整體爆炸危險的物質和物品。
(③)具有燃燒危險和較小爆炸或較小拋射危險，或兩者兼有，但無整體爆炸危險的物
質和物品。
(4)無重大危險的爆炸物質和物品。
(5)非常不敏感的爆炸物質。
2.壓縮氣體和液化氣體
壓縮氣體和液化氣體是指壓縮、液化成加壓溶解的氣體，并應符合下述兩種情況之一：
第一種情況為臨界溫度低于50℃，或在50℃時蒸氣壓力大于294kPa的壓縮或液化氣體；
第二種情況為溫度在21.1℃時氣體的絕對壓力大于275kPa,或在54.4℃時氣體的絕對壓
力大于715kPa的壓縮氣體；或在37.8℃時雷德蒸氣壓大于275kPa的液化氣體或加壓溶
解的氣體。該類包括3項：
(1)易燃氣體。
(2)不燃氣體。
(3)有毒氣體。
72
3.3事故后果分析
3.易燃液體
易燃液體是指易燃液體、液體混合物或含有固體物質的液體，但不包括由于其危險性
已列入其他類別的液體。其閉杯試驗閃點等于或低于61℃，但對不同運輸方式可確定本類
中運輸方式適用的閃點不得低于45℃。本類分為3項：
(1)低閃點液體。
(2)中閃點液體指閉杯試驗閃點在18~23℃的液體。
(3)高閃點液體指閉杯試驗閃點在23~61℃的液體。
4.易燃固體、自燃物品和遇濕易燃物品
()易燃固體指燃點低，對熱、撞擊、摩擦敏感，易被外部火源點燃，燃燒迅速，并
可能散發(fā)出有毒煙霧或有毒氣體的固體，但不包括已列入爆炸品的物質。
()自燃物品指自燃點低，在空氣中易發(fā)生氧化反應，放出熱量而自行燃燒的物品。
(③)遇濕易燃物品指遇水或受潮時發(fā)生劇烈化學反應，放出大量的易燃氣體和熱量的
物品。
5.氧化劑和有機過氧化物
()氧化劑指處于氧化態(tài)、具有強氧化性、易分解并放出氧和熱量的物質，包括含有
過氧基的無機物，其本身不一定可燃，但能導致可燃物的燃燒，能與松軟的粉末狀可燃物
組成爆炸性混合物，對熱、震動或摩擦較敏感。
()有機過氧化物指分子組成中含有過氧基的有機物，其本身易燃易爆，極易分解，
對熱、震動或摩擦極為敏感。
6.毒害品和感染性物品
()毒害品指物品進人肌體后，累積達一定的量，能與體液或組織發(fā)生生物化學作
用或生物物理學變化，擾亂或破壞肌體的正常生理功能，引起暫時性或持久性的病理狀
態(tài)，甚至危及生命的物品。凡固體或液體經口攝取的半數致死量：固體LD50≤500g/
kg,液體LD50≤2000mg/kg;經皮膚接觸24h,半數致死量LD50≤1000mg/kg;粉塵、
煙霧及蒸氣吸入的半數致死濃度LC50≤10mg/L;以及列人危險貨物品名表的農藥均歸
入此項。
()感染性物品是指含有致病的微生物，能引起病態(tài)、甚至死亡的物質。
7.放射性物品
放射性物品是指放射性比活度大于7.4×10Bq/kg的物品。
8.腐蝕品
腐蝕品是指能灼傷人體組織并對金屬等物品造成損壞的固體或液體。與皮膚接觸在4
內出現可見壞死現象，或溫度在55℃時，對20號鋼的表面均勻年腐蝕率超過6.25mm/a
的固體或液體。包括3項：
(1)酸性腐蝕品。
(2)堿性腐蝕品。
(3)其他腐蝕品。
9.雜類
雜類是指在運輸過程中呈現的危險性質不包括在上述8種的物品。
73
第3章水利水電工程施工安全風險評價
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
水利水電工程施工安全風險分析是基于工程事故和工程安全經驗的基礎上展開的系統(tǒng)
分析。
3.4.1AHP方法
層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是將決策中有關的元素分解成目標、
準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。該方法是美國運籌學
家匹茨堡大學教授薩蒂于20世紀70年代初，在為美國國防部研究“根據各個工業(yè)部門對
國家福利的貢獻大小而進行電力分配”課題時，應用網絡系統(tǒng)理論和多目標綜合評價方
法，提出的一種層次權重決策分析方法。多準則決策問題在日常生活中隨處可見，其
問題的形式千變萬化。通常認為決策對象是離散的有限數量的備選方案的多準則決策是多
屬性決策；二者不同的特征如表3-5所示。
表3-5
多屬性決策與多目標決策對比
項目
多屬性決策
多目標決策
準則形式
屬性
目標
準則特征
隱含的目標。與方案不直接聯系
明確的目標
約束條件
不變動，合并到屬性中
變動，以顯式給出
方案特征
有限數目，離散，預定方案
不限次數，連續(xù)，產生方案
適用范圍
選擇/評價問題
設計問題
多目標決策與方案預先制定的問題無關，而與設計問題密切相關。而多屬性決策只含
有限個預先制定的方案，滿意方案的最后決出與產生最后決策的屬性滿足程度有關。在決
策信息基礎上，多屬性效用理論的決策方法一般是在屬性權重歸一化后的量化屬性評價值
的基礎上，通過決策方案的效用函數
U(A)
=
w,X.,i∈M
(3-9)
=1
集結為綜合評價指標，再根據U(A)值所體現的決策方案優(yōu)劣來作出決策。其中X,
為將x。轉換為效益型屬性并進行了歸一化后的屬性評價值，U(A)為決策方案A的效
用函數，針對不同形式的決策問題，決策的準則也不相同：對于選擇問題，挑選效用最優(yōu)
的決策方案；關于有序分類問題，按預先定義的不同效用類別對決策方案進行劃分；針對
排序問題，按照效用大小對決策方案進行排序；至于描述問題，則通過對效用構成分析來
對決策方案進行評價。
1738年Bernoulli提出的效用概念和期望效用模型，將隨機性納入決策的考慮范疇。隨
后，Bayes提出貝葉斯理論用于概率的觀察與修正，提高了隨機決策的客觀性和準確性，
構筑了隨機決策的重要基石。許多研究者把它用于涉及不確定性和數學上結構良好的隨機
試驗樣本的決策問題，形成了以Bayes分析為基礎的統(tǒng)計決策理論。
對于一個隨機多屬性決策問題，假如對于所有的自然狀態(tài)能夠給予各個方案在各個屬
74
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
性下的評價，就可以通過屬性集結方法
f(A)
P(
w,X
(3-10)
轉化為單屬性隨機決策問題進行處理，知道自然狀態(tài)的隨機分布形式，就可通過
f(A,)
=
2w,(2Px;)
(3-11)
轉化為確定多屬性決策問題進行討論。
上述兩式中P為第k種狀態(tài)發(fā)生的概率，W,為第j個屬性的權重，X表示在狀態(tài)k
下決策方案i在屬性j上的評價值，f(A;)則為方案A,的最終評價值。式(3-l0)和式
(3-11)就是研究和解決隨機多屬性問題的兩種基本范式。
1965年Zadeh提出了模糊集合的概念，用隸屬函數來刻畫元素對集合屬于程度的連續(xù)
過渡性，即元素從屬于集合到不屬于集合的漸變過程，將經典集合的二值邏輯推廣到區(qū)間
內的連續(xù)性邏輯。模糊集合的提出方便了人們對模糊問題進行定量描述和分析運算。一般
情況下，模糊多屬性決策(fuzzy multiple attribute decision making,FMADM)能由如下
模型表述（表3-6）。
表3-6
多屬性決策模型表
屬性
備選方案
X1X2…X
Ai
x11x12…x1n
Ar
2122*2m
:
Am
Iml Im2"...I
權重
隨機或模糊多屬性決策方法至少都是部分規(guī)范化的，它們著眼于提供決策方案全序或
偏序的某種形式的保證或建議。層次分析法是將決策問題按總目標、各層子目標、評價準
則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結構，然后得用求解判斷矩陣特征向量的
辦法，求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權重，最后再用加權和的方法遞階
歸并各備擇方案對總目標的最終權重，此最終權重最大者即為最優(yōu)方案。這里所謂“優(yōu)先
權重”是一種相對的量度，它表明各備擇方案在某一特點的評價準則或子目標優(yōu)越程度的
相對量度，以及各子目標對上一層目標而言重要程度的相對量度。層次分析法比較適合于
具有分層交錯評價指標的目標系統(tǒng)，而且目標值又難于定量描述的決策問題。其用法是構
造判斷矩陣，求出其最大特征值及其所對應的特征向量W,歸一化后，即為某一層次指標
對于上一層次某相關指標的相對重要性權值。
下面結合水利水電工程施工介紹層次分析法的一般步驟。
1.建立層次結構模型
在深入分析實際問題的基礎上，將有關的各個因素按照不同屬性自上而下地分解成若
干層次，同一層的諸因素從屬于上一層的因素或對上層因素有影響，同時又支配下一層的
75
第3章水利水電工程施工安全風險評價
因素或受到下層因素的作用。最上層為日標層，通常只有1個因素，最下層通常為方案或
對象層，中間可以有一個或幾個層次，通常為準則或指標層。當準則過多時（譬如多于9
個)應進一步分解出子準則層。以混凝土工程腳手架為例，如圖3-7所示。
施工現場混凝土工程腳手架危險程度評價
bl高處墜落
b2坍墻
b3物體打擊
b4火災
b5觸電
b6其他傷害
c6
87
8
e12
c
clf
e15
c16
el
c
c
c21
c
拆除前未根據工程的特點按規(guī)范、規(guī)定制定施工方案和安全技術措施
拆除作業(yè)人員未經培訓考核合格,即不是專業(yè)架子工,違章作業(yè)
作業(yè)前未對作業(yè)人員進行安全技術交底或交底不到位
4遇惡劣雷雨氣候仍然違章從事高處作業(yè)·作業(yè)未采取防滑指施
未按計劃方案、規(guī)程,規(guī)范的要求進行搭拆
搭設時使用不合格的架設材料
指揮人員指揮不當或作業(yè)人員不脹從統(tǒng)一指揮違章作業(yè)
架上作業(yè)未按規(guī)范設計規(guī)定的荷載使用,嚴重超載或荷載集中于某側
四操作面未有效設置防護措施
作業(yè)人員未按要求穿戴和有效使用防護用品,工具袋
出作業(yè)人員配合不好傳物件時失手落下
違規(guī)上下交叉作業(yè),無封閉防護措施,為避讓錯開作業(yè)
未及時清理架面上的渣料、亂放材料·工具
邊坡或洞內落石
搭拆現場無可靠的安全圍護,無專人看管,非作業(yè)人員進入作業(yè)現場
腳手架的基礎未進行平整夯實
電氣焊作業(yè)時,未及時清理易燃品和未采取有效的防火措施,導致火災
明火煙頭等引燃作業(yè)現場的易燃物品
現場臨時用電線路未按要求搭設秘拉亂接
線路裸露或潮濕,浸水引起電
由作業(yè)者不小心發(fā)生扭傷、跌傷、傷、劃傷等傷害
現場臨時照明不夠,工作平臺上滑雜亂,放生滑跌、擦傷等傷害
圖3-7混凝土工程腳手架層次結構模型
2.構造成對比較陣
從層次結構模型的第2層開始，對于從屬于（或影響）上一層每個因素的同一層諸因
素，用成對比較法和1~9比較尺度構造成對比較陣，直到最下層。例如，針對高處墜落
得出的比較陣，見表3-7。
表3-7
高處墜落的比較陣
bl
el
c2
c3
c4
c5
c6
c7
c8
c9
elo
cl
1
1
1
7
1
3
2
3
5
c2
1
1
1
7
1
3
7
1
3
5
c3
1
1
1
7
1
3
7
1
3
5
c4
1/7
1/7
1/7
1
1/7
1/5
1
1/7
1/5
1/3
76
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
續(xù)表
bl
cl
e2
c3
e4
c5
c6
c7
c8
e9
clo
c5
1
1
7
1
3
7
1
3
5
c6
1/3
1/3
1/3
5
1/3
1
5
1/3
3
c7
1/7
1/7
1/7
1
1/7
1/5
1
1/7
1/5
1/3
c8
1
1
1
7
1
3
1
3
5
c9
1/3
1/3
1/3
5
1/3
1
5
1/3
3
clo
1/5
1/5
1/5
3
1/5
1/3
3
1/5
1/3
1
3.計算權向量并做一致性檢驗
對于每一個成對比較陣計算最大特征根及對應特征向量，利用一致性指標、隨機一致
性指標和一致性比率做一致性檢驗。若檢驗通過，特征向量（歸一化后）即為權向量；若
不通過，需重新構造成對比較陣。從理論上分析得到：如果A是完全一致的成對比較矩
陣，應該有
a,a=a,1≤i,j,k≤n
(3-12)
但實際上在構造成對比較矩陣時要求滿足上述眾多等式是不可能的。因此退而要求成
對比較矩陣有一定的一致性，即可以允許成對比較矩陣存在一定程度的不一致性。由分析
可知，對完全一致的成對比較矩陣，其絕對值最大的特征值等于該矩陣的維數。對成對比
較矩陣的一致性要求，轉化為絕對值最大的特征值和該矩陣的維數相差不大。檢驗成對比
較矩陣A一致性的步驟如下：計算衡量一個成對比矩陣A(>1階方陣)不一致程度的
指標CI:
CI=
入m(A)-n
(3-13)
n-1
如表3-8所示，R1是這樣得到的；對于固定的”，隨機構造成對比較陣A,其中a,是
從1,2，…，9,1/2,1/3，…，1/9中隨機抽取的。這樣的矩陣是不一致的，取充分大
的子樣得到矩陣的最大特征值的平均值，九階標度表見表3-99。
表3-8
RI值表
1
2
y
5
6
7
8
9
RI
0
0
0.58
0.90
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
注從有關資料查出檢驗成對比較矩陣A一致性的標準R1;R稱為平均隨機一致性指標，它只與矩陣階數有關。
按下面公式計算成對比較陣A的隨機一致性比率CR:
CR=
CI
RI
(3-14)
判斷方法如下：當CR<0.1時，判定成對比較陣A具有滿意的一致性，或其不一致程
度是可以接受的；否則就調整成對比較矩陣A,直到達到滿意的一致性為止[0。
77
第3章水利水電工程施工安全風險評價
表3-9
九階標度表
標度
定義
1
兩個因素同樣重要
3
一個因素比另一個因素略重要
5
一個因素比另一個因素較重要
一個因素比另一個因素非常重要
一個因素比另一個因素絕對重要
按照上述思路，AHP方法確定權重的基本步驟如下：
()對目標問題進行分析，找到影響目標問題的要素，逐次分析，得到目標問題分析
的遞階層次結構圖。
()以遞階層次圖為依據，以圖中的某一個層次的某一元素作為準則，以該元素所支
配的元素為對象，構造判斷矩陣；方法是，被支配元素之間進行兩兩比較，從而確定其對
準則層的重要性排序。
(3)求解判斷矩陣，得到該矩陣的特征根。
()對結果進行一致性檢驗，通過檢驗，特征向量值即為所求的各元素相對于其準則
的權重；否則，需要重新構造判斷矩陣。
由于AHP方法面對的是遞階層次結構，其應用范圍受到了很大的限制。很多實際問題
并不符合AHP的要求，而是元素之間存在著復雜的支配與反饋關系，即使勉強應用AHP
方法也會帶來很大的誤差。系統(tǒng)中的每個元素又都可能受其他元素的影響和支配，呈現這
種特征的決策層次結構實際上是網絡結構，可以用網絡層次分析法(ANP)求解。
3.4.2ANP方法
ANP方法是在AHP方法的基礎上發(fā)展起來的，簡要介紹ANP方法，使用AHP有3
個基本假定：
(1)不存在層次間的反饋支配作用。
(2)層次內部元素之間不存在相互影響或支配作用。
(3)只有相鄰層次才有支配關系，跨層元素只有間接支配關系，沒有直接支配關系。
使用ANP時完全突破了這3個假設，它可以適用于既存在遞階層次結構，又存在內部
循環(huán)相互支配的層次結構，而且層次結構內部還存在依賴性和反饋性的情況。
AP方法將系統(tǒng)元素劃分為兩大部分，第一部分稱為控制元素層，包括問題目標及決
策準則。所有的決策準則均被認為是彼此獨立的，且只受目標元素的支配?？刂圃貙又?
可以沒有決策準則，但至少有一個目標?？刂茖哟尉褪且粋€典型AHP遞階層次結構，所
有的準則彼此獨立，下一層的準則只受上一層的某個準則支配，每個準則的權重均可用傳
統(tǒng)的AHP法獲得。第二部分為網絡層，它是由所有受控制層支配的元素組成的，元素之
間相互依存、相互支配，元素和層次間內部不獨立，遞階層次結構中的每個準則支配的不
是一個簡單的內部獨立的元素，而是一個相互依存、存在反饋的網絡結構?？刂茖雍途W絡
層組成了典型的ANP層次結構。
78
3.4水利水電工程施工安全風險評1價方法
這樣，ANP處理問題的基本步驟是：
()分析問題。將決策問題進行系統(tǒng)的分析、組合。形成元素和元素集，這是非常重要的
一步，歸類要正確，即“物以類聚”，主要分析判斷元素層次是否內部獨立，是否存在依存和反
饋，分析問題的方法基本類同于AHP方法，可用會議討論、專家填表等形式和方法進行。
(2)構造ANP的典型結構。首先是構造控制層次(Control Hierarchy)。將決策目標
界定，將決策準則界定，這是問題的基本，各個準則相對決策目標的權重用AHP方法得
到。再則是構造網絡層次。要歸類確定每一個元素集，分析其網絡結構和相互影響關系，
分析元素之間的關系可用多種方法進行。一種是內部獨立的遞階層次結構，即層次之間相
對獨立；另外一種是內部獨立，元素之間存在著循環(huán)的AP網絡層次結構，這幾種情況
都是ANP的特例情況。在實際決策問題中面臨的基本都是元素集間不存在內部獨立，既
有內部依存，又有循環(huán)的ANP網絡層次結構。
(3)構造ANP的超矩陣計算權重1】。由此構造的超矩陣具有如下的特征：①超矩陣的
每一列，都是通過兩兩比較而得到的排序向量；②超矩陣是通過元素兩兩比較而導出，矩陣
中的每一列都是以某個元素為準則的排序權重；③為了計算方便，要將超矩陣的每列歸一
化，用加權矩陣實現；④內部獨立的層次，除最后一層元素權值不再分配外，其余均為。
1.ANP建模
對高危作業(yè)系統(tǒng)實施AP評價分析時，根據前面的分析結果，按照企業(yè)組織影響、安全監(jiān)
管、不安全行為的前提條件和施工人員的不安全行為個方面的各個因素組合，形成元素集和
元素，然后計算初步的賦權表格，建立起AP指標體系的賦權值。賦權表格的取值的思路來
源于LEC方法中的事故發(fā)生因素出現的頻率。賦權值將為構造判斷矩陣提供重要參考。
表3-10
高危作業(yè)系統(tǒng)各元素集與元素的賦權表
一級指標
權重ai
二級指標
權重bi
歸一化權重Wi
資源管理C1
企業(yè)組織影響pl
組織流程C2
監(jiān)督不充分C3
作業(yè)計劃不恰當C4
安全監(jiān)管p2
隱患未整改C5
管理違規(guī)C6
作業(yè)環(huán)境C7
不安全行為的
技術措施C8
前提條件p3
班組管理C9
人員素質C10
知覺與決策差錯C11
施工人員的
技能差錯C12
不安全行為p4
操作違規(guī)C13
構造評價模型的ANP網絡層次結構，如圖3-8所示，模型反映了準則層中各因素之
間的聯系。
79
第3章水利水電工程施工安全風險評價
ANP賦權與求解的核心工作是解各個超矩陣，加權超矩陣和極限超矩陣，這是一項非
常復雜的計算過程。因此，構造ANP判斷矩陣可在ANP專業(yè)軟件Super Decisions(SD)
平臺上完成。由于每個指標已經有確定的權重，所以，我們不需要專家就每個指標進行兩
兩比較，而只要根據表3-10得出各個因素的歸一化權重，兩兩比較即可得出，因此，結
合統(tǒng)計方法的AP求解過程就是一個純粹定量計算的過程，而不是依靠專家判斷的半定
性半定量過程。
高危作業(yè)系統(tǒng)的安全評價
控制層
企業(yè)組織影響
安全監(jiān)督
不安全行為的前
施工人員的不安
提條件
全行為
網絡層
資源管理
組織流程
監(jiān)督不充分
作業(yè)計劃不恰當
隱患未整改
管理違規(guī)
作業(yè)環(huán)境
技術措施
班組管理
人員素質
知覺與決策差錯
技術差錯
操作違規(guī)
圖3-8ANP的遞級層次及因素相互關系圖
根據圖3-8，采用SD軟件，畫出SD界面中的ANP網絡層次模型如圖3-9所示，
模型反映了準則層中各因素之間的聯系。
高危作業(yè)系統(tǒng)的安全評價一回
安全評價
評價準則
-回x
企業(yè)組織影響
安全監(jiān)督
不安全行為的前提條件
施工人員的不安全行為
評價因素
-回×
資源管理
維織流程
監(jiān)督不充分
作業(yè)計劃不恰當
隱患未整改
管理違規(guī)
作業(yè)環(huán)境
技術措施
班組管理
人員素質
知覺與決策差錯
技能差錯
操作違規(guī)
圖3-9SD界面中的ANP結構網絡層次模型
80
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
如圖3-9所示，在網絡層中，有1個元素集中的4個大類，分別是企業(yè)組織影響、
安全監(jiān)督、不安全行為的前提條件和施工人員的不安全行為，每個大類分別有不同的元素
個數，總共有13個評價指標（行為因素）。
2.ANP求解
采用⑨級標度法確定各個元素之間的權重關系。由于企業(yè)組織影響、安全監(jiān)督、不安
全行為的前提條件、施工人員的不安全行為中的各個元素之間存在相互聯系，需要對他們
的權重進行判斷，歸一化權重是兩兩比較而來，因此，利用計算程序可以實現AP求解，
得出各個因素的權重值，這是我們的分析和評價的基本數字依據2。
3.4.3貝葉斯原理(Bayes)
在一定條件下，由果溯因問題可通過貝葉斯公式來求解。由于觀點不同，統(tǒng)計學中形
成各種不同的學派，其中最主要的是早在19世紀就存在的頻率學派45（即經典學派）和
貝葉斯學派。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，這一古老的理論得以復蘇，并迅速發(fā)展，
貝葉斯統(tǒng)計已是當今國際統(tǒng)計科學研究的熱點。
1.貝葉斯基本公式
通常，事件A在事件B(發(fā)生)的條件下的概率，與事件B在事件A的條件下的概率
是不一樣的；然而，這兩者是有確定的關系，貝葉斯法則就是這種關系的陳述。
首先介紹全概率公式：設試驗E的樣本空間為S,A為E的事件，B1,B2,…,B。為
S的一個劃分，且P(B,)>0,i=1,2,…,n,則
P(A)=P(A|B1)P(B1)+P(A|B2)P(B2)+…+P(A|B.)P(Bn)
(3-15)
又P(AB,)=P(A|B)P(B,),設試驗E的樣本空間為S,A為E的事件，B1,B2,…,B
為S的一個劃分，且P(A)>0,P(B,)>0,i=1,2,…,n,則
P(A B.)P(B.)
P(B;A)=
(3-16)
∑P(AB,)P(B,)
稱為貝葉斯(Bayes)公式[4]。
2.貝葉斯學習理論
()貝葉斯法則機器學習的任務是在給定訓練數據D時，確定假設空間H中的最佳假
設。最佳假設：一種方法是把它定義為在給定數據D以及H中不同假設的先驗概率的有
關知識下的最可能假設。貝葉斯理論提供了一種計算假設概率的方法，基于假設的先驗概
率、給定假設下觀察到不同數據的概率以及觀察到的數據本身。
(2)先驗概率和后驗概率用P(h)表示在沒有訓練數據前假設h擁有的初始概率。P(h)
被稱為h的先驗概率。先驗概率反映了關于h是一正確假設的機會的背景知識，如果沒有
這一先驗知識，可以簡單地將每一候選假設賦予相同的先驗概率。類似地，P(D)表示訓
練數據D的先驗概率，P(Dh)表示假設h成立時D的概率。機器學習中，我們關心的是
P(h|D),即給定D時h的成立的概率，稱為h的后驗概率。
(3)貝葉斯公式提供了從先驗概率P(h)、P(D)和P(D|h)計算后驗概率P(h|D)的方
法P(h|D)=P(D|h)×P(h)/P(D),P(h|D)隨著P(h)和P(D|h)的增長而增長，隨著
81
第3章水利水電工程施工安全風險評價
P(D)的增長而減少，即如果D獨立于h時被觀察到的可能性越大，那么D對h的支持度
越小。
貝葉斯分析方法的特點是使用概率去表示所有形式的不確定性，用概率規(guī)則來實現學
習和推理。貝葉斯學習的結果表示為隨機變量的概率分布，它可以理解為我們對不同可能
性的信任程度。貝葉斯學派的起點是貝葉斯的兩項工作：貝葉斯定理和貝葉斯假設。貝葉
斯定理將事件的先驗概率與后驗概率聯系起來。假定隨機向量x,的聯合分布密度是
p(O,x),它們的邊際密度分別為p(x),p(0)。一般情況下設x是觀測向量，0是未知參
數向量，通過觀測向量獲得未知參數向量的估計，貝葉斯定理記作：
p(0|x)
x(0)p(x|0)_(0)p(x0)
(3-17)
p(x)
x(0)p(x|0)d0
式中π(0)一x的先驗分布。
從上式我們可以看出，對未知參數向量的估計綜合了它的先驗信息和樣本信息，而傳
統(tǒng)的參數估計方法只從樣本數據獲取信息如最大似然估計。貝葉斯方法對未知參數向量估
計的一般過程為：
()將未知參數看成是隨機向量。這是貝葉斯方法與傳統(tǒng)的參數估計方法的最大區(qū)別。
(2)根據以往對參數0的知識，確定先驗分布π(0)，它是貝葉斯方法容易引起爭議的
一步，因此受到經典統(tǒng)計界的攻擊。
()計算后驗分布密度，做出對未知參數的推斷。在第二步，如果沒有任何以往的知識
來幫助確定π()，貝葉斯提出可以采用均勻分布作為其分布，即參數在它的變化范圍內，取
到各個值的機會是相同的，稱這個假定為貝葉斯假設。貝葉斯假設在直覺上易于被人們所接
受，然而它在處理無信息先驗分布，尤其是未知參數無界的情況卻遇到了困難。經驗貝葉斯
估計EM(Empirical Bayesian Estimator)把經典的方法和貝葉斯方法結合在一起，用經典的
方法獲得樣本的邊際密度p(x),然后通過下式來確定先驗分布π()：
p(x)=(0)p(x 1 0)d0
(3-18)
貝葉斯定理的計算學習機制是將先驗分布中的期望值與樣本均值按各自的精度進行加
權平均，精度越高者其權值越大。在先驗分布為共軛分布的前提下，可以將后驗信息作為
新一輪計算的先驗，用貝葉斯定理與進一步得到的樣本信息進行綜合。多次重復這個過程
后，樣本信息的影響越來越顯著。由于貝葉斯方法可以綜合先驗信息和后驗信息，既可避
免只使用先驗信息可能帶來的主觀偏見和缺乏樣本信息時的大量盲目搜索與計算，也可避
免只使用后驗信息帶來的噪音影響。因此，適用于具有概率統(tǒng)計特征的數據采掘和知識發(fā)
現問題，尤其是樣本難以取得或代價昂貴的領域。合理準確地確定先驗，是貝葉斯方法進
行有效學習的關鍵問題[75。
3.貝葉斯網絡的表示、學習和推理
貝葉斯網絡是表示變量間概率依賴關系的有向無環(huán)圖。貝葉斯統(tǒng)計和圖論的發(fā)展為貝
葉斯網絡理論的引入提供了堅實的理論基礎，而人工智能、專家系統(tǒng)和機器學習在實踐中
的廣泛應用，成為貝葉斯網絡產生和發(fā)展的催化劑。在貝葉斯網絡建模中，兩個關鍵的任
務是網絡參數的學習和網絡結構學習。從數據中學習貝葉斯網絡是當前機器學習的熱點問
82
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
題之一。貝葉斯網絡推理實質上是回答任何給定證據下的查詢問題，包括預測和診斷兩個
方面。
貝葉斯網絡是涉及統(tǒng)計學、圖論、人工智能、機器學習和數據挖掘等多個領域的交叉
學科。貝葉斯網絡的最初應用是從貝葉斯推理開始的。1974年，DeDomdal等人研制了一
個貝葉斯網概率推理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據已有證據進行診斷和在證據不充分的情況下能
夠進一步選擇可能存在的問題進行測試，以獲得充分的證據。
20世紀80年代，隨著貝葉斯網絡理論研究的深入，出現了大量的應用貝葉斯網的
實際應用系統(tǒng)，代表性的主要有MUNIN,HUGIN,PATHFINDER,QMR一DT,
CONVINCE等。MUNIN(Muscle and Nerve Inference Network)是第一個使用貝葉斯網
建立的專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)完全按著嚴格的條件概率方法來計算某一特征出現的概率。然
而利用大量的經驗數值來嚴格估計后驗概率是不實際的。針對這樣的問題，Lauritzen等
人開發(fā)了專家系統(tǒng)工具HUG1N,其思想是使用馬爾可夫樹代替貝葉斯網。1990年，針
對一般的貝葉斯網，Cooper證明了概率值的傳播問題是NP問題。PATHFINDER系統(tǒng)
是一個淋巴疾病診斷系統(tǒng)，它涉及100多種癥狀，可診斷60多種疾病。美國航空航天
局使用基于貝葉斯網的衛(wèi)星遙感分析系統(tǒng)(Vista),為診斷航天飛機推進系統(tǒng)發(fā)生故障
提供合理的建議，并能利用貝葉斯網的決策機制從遙感信息中找出需要的信息。從國際
學術界的研究動態(tài)可以看出貝葉斯網正在成為人工智能研究的熱點。
貝葉斯網絡是表示變量間概率依賴關系的有向無環(huán)圖B=,這里每個
節(jié)點n∈N表示領域變量，每條邊a∈A表示變量間的概率依賴關系，同時每個節(jié)點都
對應著一個條件概率分布表(CPT),指明了該變量與父節(jié)點之間概率依賴的數量關系。
貝葉斯網絡的一個關鍵特征是它提供了一種把聯合概率分布分解為局部分布的方法。它
的圖形結構編碼了變量間概率依賴關系，具有清晰的語義特征，這種獨立性的語義指明
如何組合這些局部分布來計算變量間聯合分布的方法。網絡的定量部分給出變量間不確
定性的數值度量。為敘述方便，我們用大寫字母X={X1,X2,…,X}表示領域變
量，用小寫字母x={x1,x2,…,x}表示變量的取值，那么貝葉斯網絡的聯合概率分
布可以用下面的式子表示：
P(x)=∏p[X.I parent(X)]
(3-19)
這樣做的好處有：①由于在一個由多變量組成的貝葉斯網絡中，變量間交互作用的關
系是稀疏的，這種局部概率分布表能指數級的降低聯合分布表的容量；②存在許多適合于
局部分布表的貝葉斯推理算法；③貝葉斯網絡中的定量表示與定性表示的分離有利于知識
工程的建模[]。
貝葉斯網絡不同于一般的基于知識的系統(tǒng)，它以強有力的數學工具處理不確定性知識，
以簡單直觀的方式解釋它們。它也不同于一般的概率分析工具，它將圖形表示和數值表示
有機結合起來。
構建一個指定領域的貝葉斯網絡包括3個任務：①標識影響該領域的變量及其他們的
可能值；②標識變量間的依賴關系，并以圖形化的方式表示出來；③學習變量間的分布參
數，獲得局部概率分布表。這3個任務之間一般是順序進行的，然而在構造過程中一般需
要在下面兩個方面作折中：一方面為了達到足夠的精度，需要構建一個足夠大的、豐富的
83
第3章水利水電工程施工安全風險評價
網絡模型；另一方面，要考慮構建、維護模型的費用和考慮概率推理的復雜性。一般來
講，復雜的模型結構，它的概率推理的復雜性也較高，而這往往是影響貝葉斯網絡效率的
一個重要方面。實際上建立一個貝葉斯網絡往往是上述3個過程迭代地、反復地交互
過程。
貝葉斯理論應用于水利水電工程施工就是要在已有的數據分析的基礎上，結合當下發(fā)
生的事故，不斷完善和更新水利水電施工的風險評價系統(tǒng)。
3.4.4.貝葉斯實例應用
貝葉斯公式的基本形式為
P (BA)=P (B)P (AB)/P(A)
(3-20)
式中，P(A)>O,P(B)>O。它表示在事件A發(fā)生的條件下，事件B發(fā)生的概率的計
算方法。
貝葉斯統(tǒng)計中的兩個基本概念是先驗分布和后驗分布：①先驗分布，總體分布參數
的一個概率分布。貝葉斯學派的根本觀點，是認為在關于總體分布參數的任何統(tǒng)計推斷
問題中，除了使用樣本所提供的信息外，還必須規(guī)定一個先驗分布，它是在進行統(tǒng)計推斷
時不可缺少的一個要素。他們認為先驗分布不必有客觀的依據，可以部分地或完全地基于
主觀信念。②后驗分布，根據樣本分布和未知參數的先驗分布，用概率論中求條件概率分
布的方法，求出的在樣本已知下，未知參數的條件分布。因為這個分布是在抽樣以后才得
到的，故稱為后驗分布。貝葉斯推斷方法的關鍵是任何推斷都必須且只需根據后驗分布，
而不能再涉及樣本分布8]。
首先進行樣本分析，基于事故案例中行為因素的分類結果的統(tǒng)計表，并將事故根據嚴
重程度分為四個層次，L4;企業(yè)組織影響L3:安全監(jiān)管，L2:不安全行為的前提條件，
L1:施工人員的不安全行為。
例如：重傷，死亡1人，死亡2人，死亡3人，通過調查問卷計算頻率，可以得到
表3-11。
表3-11
HFACS框架下各層次頻率
層次
頻率
L4:企業(yè)組織影響
55.94
L3:安全監(jiān)管
44.92
1.2:不安全行為的前提條件
37.85
L1:施工人員的不安全行為
30.51
由表3-11可見，從L4到L1,頻率呈遞減趨勢，再次說明決策層與監(jiān)管層對事故的
潛在影響極大。優(yōu)化組織結構，加強監(jiān)管力度等一系列措施可以降低誘因對事故發(fā)生的影
響。而一線操作人員的判定失誤則是直接原因中影響較大的一個。說明進一步加強施工人
員的安全意識十分必要，可以顯著降低事故發(fā)生的概率。
84
3.4水利水電工程施工安全風險評價方法
1.超參數計算
超參數是通過下面的公式計算的：
0,=exp(X,B,)
(3-21)
式中，設x,∈X∈RP是一個區(qū)間(p,l)內的數組，x,是觀測樣本描述變量的滿秩矩陣
(,p),設β，用來衡量描述變量x,對事故嚴重程度的概率分布的影響。經過計算后，可
得到X,B,0值。經過計算后，可得到結果如表3-12所示。
表3-12
X,,0值表
編號
Ii
0.1
0.2
0.3
0.4
1
0.49
0.48
0.45
0.05
0.02
1.27
1.25
1.02
1.01
2
0.62
0.45
0.48
0.05
0.02
1.32
1.35
1.03
1.01
3
0.44
0.45
0.49
0.06
0
1.22
1.24
1.03
1
4
0.59
0.46
0.47
0.05
0.02
1.31
1.32
1.03
1.01
5
0.47
0.51
0.44
0.04
0.01
1.27
1.23
1.02
1
6
0.63
0.47
0.45
0.05
0.03
1.34
1.33
1.03
1.02
7
0.43
0.5
0.44
0.05
0.01
1.24
1.21
1.02
1
8
0.5
0.47
0.46
0.06
0.01
1.26
1.26
1.03
1.01
9
0.57
0.45
0.49
0.05
0.01
1.29
1.32
1.03
1.01
10
0.49
0.5
0.44
0.05
0.01
1.28
1.24
1.02
1
11
0.51
0.51
0.41
0.06
0.02
1.3
1.23
1.03
1.01
12
0.58
0.48
0.46
0.05
0.01
1.32
1.31
1.03
1.01
由表3-12可以發(fā)現，在事故嚴重程度的四個層次中，重傷事故與死亡1人事故為主
要形參分布，且兩者數值接近，而更嚴重的死亡2人事故與死亡3人事故形參很低，其中
死亡3人事故更是接近為0，甚至為0。這說明死亡3人事故這樣的重大事故，屬于小概
率事件。在樣本中，只有編號次事故屬于這一嚴重層次，而它的形參也只是比別的事故
略高，為0.03。可見，在安全生產的過程中，不能因嚴重事故發(fā)生概率小而忽視它，千里
之堤毀于蟻穴的道理所有監(jiān)管與施工人員都當牢記于心。
2.先驗概率與后驗概率計算
可以根據以下兩個公式
0.)K
元，10
(p,)
Ⅱr(0)
py1,p.∈[0,1]，0>0
(3-22)
Ψr,,e,(y…p)
以及
gY,ie,(y;
（∑0+y.)
(3-23)
.
Π-r(0.+y.)
85
第3章水利水電工程施工安全風險評價
計算事故的先驗及后驗概率及標準偏差見表3-13。
表3-13
先驗、后驗概率及標準偏差
編號
先驗概率
后驗概率
標準偏差
1
9.4363
15.6126
4.367303613
2
10.574
17.7066
5.043509827
3
9.135
16.2068
5.000517735
4
10.2324
16.6843
4.562182242
5
9.5248
17.2872
5.488845678
6
10.3776
1.4408
6.319271882
7
9.1056
14.802
4.027963068
8
9.3202
2.4755
4.839933785
9
10.0663
17.3768
5.169304124
10
9.6825
17.1703
5.294674156
11
9.4402
16.9242
5.29198715
12
10.2305
16.7767
4.628862411
表3-13展示了事故樣本的先驗與后驗分布，認真觀察后，可以發(fā)現，各事故樣本的
先驗分布差別不明顯，說明靠經驗得出的先驗分布情況下，不易找出嚴重事故發(fā)生的規(guī)
律。而后驗分布則彌補了不足，它顯著地體現出嚴重事故與其他事故的區(qū)別。如編號6、
，它們的后驗分布值小，后驗分布與先驗分布的差值為負數，這一特征，說明使用貝葉
斯方法分析事故原因是可行的，也許能為研究人員帶來新的發(fā)現。
3.期望E與方差V計算
由事故i產生的事故嚴重程度為j的預估貝葉斯期望值可由后驗概率p給出：
E(p.,I y.,a,B)=
0.+y
,(0.+y)
(3-24)
后驗分布的方差為：
V(p.Iy,a…B)=
(0,+y.)[∑,(0+y)-(0+y)]
(3-25)
[∑-,(0+y.)][1+∑，(0.+y)
將數據代入進行計算，結果表明因素人員素質應當成為決策者們將來主要關注的問題。
因為從期望值的大小來看，它對各種嚴重程度的事故，都有極其顯著的影響，這也是比較
符合我國水電工程施工狀況的結論。
86

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