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事故樹分析在建筑物雷電防護系統(tǒng)的應(yīng)用研究

文檔作者：胡曉東黃民德郭福雁文檔來源：天津城市建設(shè)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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事故樹分析在建筑物雷電防護系統(tǒng)的應(yīng)用研究
胡曉東 黃民德 郭福雁(天津城市建設(shè)學(xué)院，天津市 300384)
Research on Application of Fault Tree Analysis in Building Lightning Protection System
Hu Xiaodong Huang Minde Guo Fuyan (Tianjin Institute of Urban Construction，Tianjin 300384，China)
Abstract Establish fault tree of loss of life and
damage of property caused by failure of building
lightning protection system through investigation and
analysis of safety status of building lightning protection
system．Minimal cut set of fault tree of casualty and
damage of prope~y that might be caused by lightning
strike of building and safety weak link of building
lightning protection system have been f0und through
logic analysis of fault tree， and protection measures aim
at impo~ant “elementary event” should be taken in the
system are proposed．
Key words Lightning protection system Fault
tree analysis Minimal cut set Structural impo~anee
摘 要通過對建筑物雷電防護系統(tǒng)安全情況的
調(diào)查分析．建立因建筑物雷電防護系統(tǒng)失效導(dǎo)致人身
和財產(chǎn)損失的事故樹。通過對事故樹進行邏輯分析．
得出雷擊建筑物后可能導(dǎo)致人身傷亡損失的事故樹最
小割集，以及建筑物雷電防護系統(tǒng)的安全薄弱環(huán)節(jié)，
指出針對重要“基本事件” 應(yīng)該采取的防護措施
關(guān)鍵詞 雷電防護系統(tǒng) 事故樹分析最小割集
結(jié)構(gòu)重要度
雷擊建筑可能導(dǎo)致：① 由于接觸電壓和跨步電
壓造成的人員傷亡；② 由于雷電流的熱效應(yīng)、機械
效應(yīng)、發(fā)生火花造成的火災(zāi)、爆炸、機械毀損和化學(xué)
釋放等損害；③ 由于雷電電磁脈沖使建筑物內(nèi)部電
氣和電子系統(tǒng)失效等。因此，對雷電防護系統(tǒng)的安全
性分析顯得尤為重要。本文應(yīng)用事故樹對建筑物雷電
防護系統(tǒng)進行邏輯分析．找出建筑物雷電防護系統(tǒng)安
全的薄弱環(huán)節(jié)及應(yīng)該采取的防護措施．從而避免或減
少雷擊事故損失。
1 雷電防護系統(tǒng)事故樹的建立
1．1 事故樹應(yīng)用于雷電防護系統(tǒng)的可行性分析
事故樹分析(FTA)是從結(jié)果到原因描繪事故發(fā)
生的一種有向的邏輯樹分析方法。在系統(tǒng)安全分析中
應(yīng)用較為廣泛。這種樹是一種邏輯分析過程，遵從邏
輯學(xué)演繹分析原則(即從結(jié)果到原因的分析原則)。
因而把系統(tǒng)中不希望出現(xiàn)的事件作為事故樹的“頂事
件” (頂事件是系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件，或是指定進
行邏輯分析的故障事件)，用邏輯“與”門或“或”
門自上而下地分析導(dǎo)致“頂事件”發(fā)生的所有可能的
直接原因及相互之間的邏輯關(guān)系，并由此逐步深入，
直到找出事故的基本原因，即事故樹的“基本事件”
為止?？蔀槿藗兲峁┰O(shè)法避免或減少導(dǎo)致事故基本原
因的途徑，從而降低事故發(fā)生的可能性，便于查明系
統(tǒng)內(nèi)固有的或潛在的各種危險因素。
因此．通過對雷電防護系統(tǒng)進行事故樹分析，可
以直觀地展現(xiàn)雷擊事故發(fā)生、發(fā)展的過程，如果在安
全隱患發(fā)展的不同階段有針對性地采取措施，就可以
作者信息
胡曉東，男，天津城市建設(shè)學(xué)院。
黃民德，男，天津城市建設(shè)學(xué)院，教授，電子與信息工程系副主任。
郭福雁，女，天津城市建設(shè)學(xué)院，副教授，建筑電氣教研室主任。
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建銳電乞。
— — — _ — — I _ — ● _ — ● 一I BUILDING
2口1 2 年第4 期I ELECTRlCITY
有助于其它各項指標(biāo)的量化處理。
2．1 定性分析
定性分析不涉及量的概念， 目的在
于明確與雷擊事故有關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特 T，：A A 一
征，指明雷擊事故發(fā)生的原因組合及如
何采取預(yù)防措施。
2．1．1 事故樹的最小割集
在事故樹分析中． 把能使“頂事
件” 發(fā)生的“基本事件” 集合叫做割
集． 引起“頂事件” 發(fā)生的最起碼的
“基本事件”集合．稱為最小割集。
下面用福塞爾法來求得該系統(tǒng)的
最小割集。方法如下：從“頂事件” 開
始， 邏輯“與”．門將“事件” 橫向列
出。邏輯“或” 門將其連接的“事件”
縱向擺開。以A 表示的“中間事件”
都要逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎臼录?，最后
形成的集合組數(shù)，即為該事故樹的最小
割集，每一組集合中幾個事件同時出現(xiàn)。即發(fā)生
事故。
在圖2中，設(shè)“觸電傷亡” 事件為T，，對應(yīng)的
“中間事件” 為A ， “基本事件” 為X (具體編號
見圖2)，求得“觸電傷亡”事件的最小割集過程
如下：
X4
X
A11= Al—Xl2
X2oX I2
X21X 12
f x8
A j 1 x
一
1A． fXlo
8
LX ll
fx6X3
A2=A6X3 1 X7X。
最后得到了12組集合(最小割集)：X )(6X，，
X1 X7X3， x4 X6X3， X4 X7X3， X5 X6X3， X5X7X3，
X2o X12X6X3，X20X12X7 X3，X21 Xl2X6 X3，X21 X12X7X3，
x x X ，X：X x，。只要相應(yīng)集合的“基本事件”發(fā)
生， “頂事件” (人身傷亡損失)就會發(fā)生。
用同樣的方法分析“火災(zāi)傷亡” 事件的最小割
集，過程如下：
56
● 9 呈 塑
228 http：f|www． zdq．net (211
／，A
l
A9—_-1 A
，，A 5，，1—一 。_1 x 2
A10——
， ^ ，．J A2l=x27A24 fx 27x31
L
．
A A22=X28A25 fX28X33
22— — —
最終得到的“火災(zāi)傷亡”最小割集280個．此處
不一一列舉。
求得最小割集的最重要作用就是利用其結(jié)果求得
各“基本事件” 的結(jié)構(gòu)重要度。
2．1．2 “基本事件” 的結(jié)構(gòu)重要度
結(jié)構(gòu)重要度是權(quán)衡各“基本事件” 的發(fā)生對“頂
事件”發(fā)生影響的程度。造成事故的初始原因很多，
在采取措施時，應(yīng)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。
“基本事件” 結(jié)構(gòu)重要度的簡單估計方法：當(dāng)最
小割集中“基本事件”數(shù)目相等時．在最小割集中重
復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多，其結(jié)構(gòu)重要度越大：當(dāng)最小割集
中“基本事件” 數(shù)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”
結(jié)構(gòu)重要度要大。
此外。 “基本事件” 的結(jié)構(gòu)重要度可以根據(jù)下式
近似計算：
．
K
．
= ÷ Σ
A
式中： ( )— — “基本事件” 的結(jié)構(gòu)重要度
系數(shù)：
— — 最小割集的總數(shù)：
X X X X X A X A
— — “基本事件”置所在 的“基本事件”
數(shù)。
通過計算求得本事故樹34個“基本事件” 的結(jié)
構(gòu)重要度．排序如下：
(27) = Iv(28) > Iv(8) = Iv(9) = (10)
= iv(11) > Iv~2e) > Iv(j9) = 1v(25) =Iv(26)> (3 z)
： (32) = (33) ： (34) > (s3) = (14)： (15)
= I~o(16) = (17) = (18) = (23) = (24) > (29)
= Iv(3o) > (3) > (6) = (7) > (12) > Iv(1)
= (2) = IV(4)= Iv(5)> (2o)= Iv(21)
結(jié)構(gòu)重要度的大?。f明各“基本事件” 在系統(tǒng)
中所占的地位和重要程度，結(jié)合客觀實際，抓住主要
矛盾， 即可制定出相應(yīng)的預(yù)防措施。
通過計算結(jié)果可以很明確地提醒相關(guān)工作人員：
要注意對防雷裝置以及防雷報警和相關(guān)保護措施進行
定期的檢修與維護。
2．2 定量分析
定量分析的目的是得到雷擊事故(“頂事件”)發(fā)
生的概率并將其與確定的目標(biāo)值進行對比。
由于本文事故樹中含有重復(fù)出現(xiàn)的基本事件。導(dǎo)
致一些最小割集之間相交，所以本文將采用最小割集
法來求頂事件發(fā)生的概率。如果已知事故樹的全部最
小割集為El， E2， ? ? ，Ek， k=292，以及“基本
事件” 的發(fā)生概率，q ：P (X )，i：1， 2，
? ?
。34， 則“頂事件”T的發(fā)生概率公式為：
P( )：ΣIIqi一Σ I1qi+．．?
r=l ∈丘 1≤r< ≤ xi∈ u丘
k
+(一1) nqi
E1u u如
式中： r、s、 — — 最小割集的序號；
i— — 基本事件的序號：
∈E — — 屬于第r個最小割集的第i個基
本事件：
％∈ UEs— — 屬于第r個或第s個最小割集
的第i個基本事件：
l≤r<5≤ — — 個最小割集中第r、s兩
個割集的組合順序。
由于一般“基本事件” 的發(fā)生概率很小， 因此，
上式取第一項近似計算即可。
3 針對重要“基本事件” 采取防護措施
通過對建筑物雷電防護系統(tǒng)人身傷亡損失事故樹
分析、全部最小割集的分析、 “基本事件” 的結(jié)構(gòu)重
要度的分析，得出要預(yù)防“頂事件” 發(fā)生，應(yīng)針對事
故樹中重要的基本事件，如接閃器未按時維護檢修，
引下線未按時維護檢修，報警裝置破壞，未設(shè)報警裝
置等，采取加強建筑物雷電防護系統(tǒng)定期檢修與維護
措施。
4 結(jié)語
事故樹分析這一系統(tǒng)安全分析法可以將系統(tǒng)中不
安全因素按照其重要度進行計算，從而得出對整個系
統(tǒng)安全影響較大的“基本事件”。本文選擇人員人身
傷亡損失作為事故樹分析的“頂事件”，通過分析，
得出：建筑物雷電防護系統(tǒng)一定要定期檢查維護；建
筑物內(nèi)火災(zāi)自動報警和消防聯(lián)動控制系統(tǒng)也一定要定
期檢查和維護；此外，雷電防護系統(tǒng)設(shè)計、施工時一
定嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)行規(guī)范，保證設(shè)計合理，避免由于
選材、選型等原因?qū)е吕纂姺雷o系統(tǒng)失效。
盞 兇
[1] 隋鵬程，陳寶智，隋旭． 安全原理[M]． 北京：
化學(xué)工業(yè)出版社，2005．
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f3] 中國中元國際工程公司． GB 50057—2010 建筑
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『4] 廣東省防雷中心． GB／T 21714．2—2008／IEC
62305—2：2006 雷電防護第2部分：風(fēng)險管理[S]． 北
京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．
[5] 張景林，崔國璋． 安全系統(tǒng)工程[M]． 北京：
煤炭工業(yè)出版社．2002．
[6] 事故樹計算題[DB／OL]． 2011—03—28
[2012— 04— 08]． http：／／werlkl1．coⅡl／view ／6ea7dbf
1 4693daef5et73d0a．htm1．
2011—12—25來稿
2012—03—29修回
57
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