概率分析法在地基危险点分析及预控中的应用

侯星恒，徐峥嵘

(1．中国华电集团公司 上海分公司，上海 200003;2．上海通华燃气轮机服务有限公司，上海 200003)

0 引言

电力工业是国家的基础产业，其安全性对社会稳定和人民生活有着举足轻重的作用。随着我国经济的飞速发展，对电力供应的经济性、可靠性的要求也越来越高，电力供应的经济性、可靠性又与电力安全息息相关。

为使电力安全生产管理更为系统科学，多年来电力行业相关人员在安全性评价、突发事件应急等方面不断深入开展和研究，逐步形成了一系列科学合理的评价手段和方法。而危险点辨识又是这2项工作中必不可少的基础工作。

危险点、事故、安全三者是紧密联系在一起的。事故的发生总有前因后果，前因即是危险点，后果即是安全。而前因往往不是由单一危险点因素造成的，每一个危险点因素对发生事故的影响程度也不相同。但危险点具有可知、可预防性，因此，如何科学地找出事故发展过程中的相互关系，建立起接近真实情况的数学模型，危险点分析才会取得较好的效果，而且越接近真实情况，效果越好，危险点预控就越准确。

1 概率分析的相关概念

概率分析是运用概率论和数理统计原理，对风险因素的概率分布和风险因素评价指标的影响进行定量分析。

概率分析的一般做法是，首先预测风险因素发生各种变化的频率，将风险因素作为自变量，预测其取值范围和概率分布，再将选定的评价指标作为因变量，测算评价指标的相应取值范围和概率分布，计算评价指标的风险值以及风险发生的概率。

概率风险评价法是根据事故基本致因因素的事故发生概率，应用数理统计中的概率分析方法，求取事故基本致因因素的关联度(或重要度)或整个评价系统的事故发生概率的安全评价方法。

2 概率分析的一般程序

(1)选定评价指标。

(2)选定需要进行概率分析的风险因素。

(3)预测风险因素变化的取值范围及概率分布。

(4)根据测定的风险因素取值和概率分布，计算评价指标的相应取值和概率分布。

(5)计算评价指标的风险值和风险的概率。

(6)分析计算结果，判断风险程度，研究减轻和控制不利影响的概率分布。

3 概率与危险性级别的关系

在安全性评价中，目前对风险程度的评估一般可划分为4个等级，见表1。

表1 概率与危险性级别的关系

结合风险发生概率，对危险性可用表2来分解说明。

表2 风险概率及危险性

4 概率分析在地基危险点分析中的应用

2004年，江南地区某发电企业建设2台GE 9F级燃气－蒸汽联合循环机组。江南地区的地质特点是地基软、持力层薄。由于GE公司的施工设计和电厂的地质条件存在较大差异，对于基础结构没有针对性方案，若采用常规设计可能会造成基础开裂和总体沉降过大。导致基础开裂和沉降危险点的主要原因是什么?发生的可能性究竟有多少?笔者按照概率分析法，进行了一些测算。

4．1 危险因素分析

根据分析结果，造成裂纹和沉降安全隐患的主要因素是砼内外温差，而影响温差的2个变量是水化热和水灰比坍落度。假设水化热随着水泥龄期的增长而提高的可能是6%，10%，20%，而其发生的可能性分别是20%，40%，40%;水灰比坍落度也存在3种可能，分别是10%，15%，30%，对应的可能性分别是30%，50%，20%。

由于2个变量对应的组合有9种，对应的温差影响程度按概率分析方法的要求首先建立概率树，再分别进行危险量计算。

(1)建立概率树。概率树的分析结果如图1所示。

图1 概率树

(2)计算各危险状态的出现概率。

1)温差影响度1出现的概率为20%(水化热提高6%的可能性)×30%(水灰比坍落度的可能性10%)=6%。其对应的温差影响程度为6．4%。

2)温差影响度2出现的概率为20%(水化热提高6%的可能性)×50%(水灰比坍落度的可能性15%)=10%。其对应的温差影响程度为8．7%。

3)温差影响度3出现的概率为20%(水化热提高6%的可能性)×20%(水灰比坍落度的可能性30%)=4%。其对应的温差影响程度为11．9%;

4)温差影响度4出现的概率为40%(水化热提高10%的可能性)×30%(水灰比坍落度的可能性10%)=12%。其对应的温差影响程度为8．2%。

5)温差影响度5出现的概率为40%(水化热提高10%的可能性)×50%(水灰比坍落度的可能性15%)=20%。其对应的温差影响程度为10．8%，计算过程略。

以此类推，分别算出各状态的发生概率，最终计算累计概率为10．89%。

其中大于10%的概率有温差影响度3，5，6，8，9状态，即:4%+20%+8%+20%+8%=60%。即温差造成危险的概率为60%。

对照表2可知，因温差造成的风险概率的危险性为可能发生。

从测算结果看，其列为危险性级别，有可能发生风险，因此，必须采取有力的措施加以应对和防范。

4．2 制订对策

综合考虑企业所在地区的地基状况，设计了2套初始方案(方案1:120m×90m×20m(长×宽×厚)大开挖;方案2:60m×(1．5～20)m深桩)，依据国内电力和建筑设计单位的计算结果和建议，最终选定了24m×ø0．6m的预制PHC预应力管桩的方案。通过优化砼配合比，采用外掺入粉煤灰及外加剂的“双掺”技术，既减少了水泥用量又降低了水化热，有效地控制了因水化热引起的砼内外温差超标而产生的裂缝。同时，进行了多次现场砼坍落度损失测定、现场砼初凝时间测定以及外加剂对坍落度损失值的影响等试验，在施工中严格控制水灰比坍落度，又通过特殊设计的砼养护方法减少了砼水分蒸发，保持砼表面的湿润状态，降低了砼中心与表面的温差。根据上面的测算，在所有状态下，若温差的影响降低2%，风险概率将降至36%，则危险发生的可能性为不可能发生。

通过几方面的改进，该企业不仅成功完成了在软弱地基条件下建设超长宽比大型单轴燃机的基础，满足了GE公司对机组承台的要求，还有效地防止了有害裂缝的出现。机组建成后，经过1年多的观测，基础沉降均匀而平稳，沉降值为25mm，比同类地区同期建设的同类机组的基础沉降小35mm，效果十分明显。

建设方案的调整，不仅满足工程安全要求，还取得了良好的经济效益。按照原GE公司的设计方案，单轴燃气轮机基础需打60m深、直径为1．5～2．0m的钻孔桩260根，仅打桩的时间就需4～6个月(在天气连续晴好的条件下)，然后再浇混凝土基础。现在采用24m深、直径0．6m的PHC预应力砼管桩，采取了浇筑新设计的大体积基础的施工措施，不仅缩短了工期，而且还节约了大量的费用。按施工时的桩基施工单价计算，可节约投资约1 965．6万元(计算过程略)。

5 概率分析在地基危险点评价中应用应注意的问题

数据选择和计算方法要合理。由于风险因素分布的测定是概率分析的关键，也是概率分析的基础，因此，在地基危险点分析中，风险因素概率分布的估计方法应根据评价的实际需要、资料的可得性及制订相应对策的条件来选择，或通过专家调查法确定，或通过历史统计资料和数理统计分析方法测定。

评价指标的概率分布可采用理论计算法或模拟计算法。对于风险因素有限且风险变量分布是离散型分布的状况，可采用理论计算法计算出相应数值。当随机变量的风险因素较多或风险因素取值服务连续性分布时，可采用模拟计算法，即以有限的随机抽样数据来模拟计算评价指标的概率分布。

制订的防范措施要尽量做到针对性、可行性和经济性三者的协调统一。“安全第一、预防为主”是电力安全生产的基本方针，变被动为主动的安全管理手段也已成为企业安全生产的良好理念。预防工作不仅仅是管理制度的建立和人员安全意识的宣传，必要时还需要进行设备的改进、人员的培训等工作，而这些工作的开展需要企业的经济投入。电力体制改革后，发电企业的经济效益由原来的以成本为中心转变为以盈利为中心的经营模式，企业经济效益的提高不仅仅是利润的上升，还关系到企业的生存。安全投入不能少，这是企业财产和员工人身安全的保障。应依据概率分析结果，根据风险因素概率范围所确定危险性级别来判断投入程度，假设风险因素降低1%，风险概率降低至危险性级别为不可能发生;若风险因素降低5%，风险概率降低至危险性级别为非常不可能发生时，就应对其经济投入比例进行经济综合分析和评价，确定出最经济、最合理的应对措施。

6 概率分析的优、缺点

概率分析是建立在一定的数据和事故统计分析基础之上的，因此，评价结果的可信程度较高。由于能够直接给出系统的事故发生概率，因此，便于各系统对危险发生可能性的大小进行比较。对于同一个系统，概率分析可给出发生不同事故的概率、不同事故致因危险点因素的重要度，便于对不同事故可能性和不同致因危险点因素重要性进行比较。该类评价方法要求数据准确、充分，分析过程完整，判断和假设合理，特别需要准确地给出基本致因因素的事故发生概率，显然，这对于一些复杂、存在不确定因素的系统是十分困难的。因此，该类评价方法不适应基本致因因素不确定或基本致因因素事故概率不能给出的系统。随着计算机在电力生产和安全分析中的应用和发展，在电力生产和安全分析中，模糊数学理论、灰色系统理论和神经网络理论得到了广泛的应用，弥补了该类评价方法的一些不足，扩大了应用范围。

7 结束语

地基危险点识别无论是在安全性评价还是在突发事件应急预防中都是必不可少的一项基础工作。目前，在合理判定地基危险点的危险级别方面，定量、定性的各种方法均有使用。概率分析作为一种科学的风险预测方法，在地基危险点危险级别判定上有较好的可靠性，可对同行业其他电厂制订对策、评估投入程度时提供参考。

［1］火力发电厂危险点分析及预控措施编写组．火力发电厂危险点分析及预控措施［M］．北京:中国电力出版社，2002．

［2］全国投资建设项目管理师考试委员．投资建设项目决策［M］．北京:中国计划出版社，2005．