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事故树分析在建筑物雷电防护系统的应用研究

文档作者：胡晓东黄民德郭福雁文档来源：天津城市建设学院		点击数：	更新时间： 2021年09月17日
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事故树分析在建筑物雷电防护系统的应用研究
胡晓东 黄民德 郭福雁(天津城市建设学院，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 要通过对建筑物雷电防护系统安全情况的
调查分析．建立因建筑物雷电防护系统失效导致人身
和财产损失的事故树。通过对事故树进行逻辑分析．
得出雷击建筑物后可能导致人身伤亡损失的事故树最
小割集，以及建筑物雷电防护系统的安全薄弱环节，
指出针对重要“基本事件” 应该采取的防护措施
关键词 雷电防护系统 事故树分析最小割集
结构重要度
雷击建筑可能导致：① 由于接触电压和跨步电
压造成的人员伤亡；② 由于雷电流的热效应、机械
效应、发生火花造成的火灾、爆炸、机械毁损和化学
释放等损害；③ 由于雷电电磁脉冲使建筑物内部电
气和电子系统失效等。因此，对雷电防护系统的安全
性分析显得尤为重要。本文应用事故树对建筑物雷电
防护系统进行逻辑分析．找出建筑物雷电防护系统安
全的薄弱环节及应该采取的防护措施．从而避免或减
少雷击事故损失。
1 雷电防护系统事故树的建立
1．1 事故树应用于雷电防护系统的可行性分析
事故树分析(FTA)是从结果到原因描绘事故发
生的一种有向的逻辑树分析方法。在系统安全分析中
应用较为广泛。这种树是一种逻辑分析过程，遵从逻
辑学演绎分析原则(即从结果到原因的分析原则)。
因而把系统中不希望出现的事件作为事故树的“顶事
件” (顶事件是系统不希望发生的事件，或是指定进
行逻辑分析的故障事件)，用逻辑“与”门或“或”
门自上而下地分析导致“顶事件”发生的所有可能的
直接原因及相互之间的逻辑关系，并由此逐步深入，
直到找出事故的基本原因，即事故树的“基本事件”
为止。可为人们提供设法避免或减少导致事故基本原
因的途径，从而降低事故发生的可能性，便于查明系
统内固有的或潜在的各种危险因素。
因此．通过对雷电防护系统进行事故树分析，可
以直观地展现雷击事故发生、发展的过程，如果在安
全隐患发展的不同阶段有针对性地采取措施，就可以
作者信息
胡晓东，男，天津城市建设学院。
黄民德，男，天津城市建设学院，教授，电子与信息工程系副主任。
郭福雁，女，天津城市建设学院，副教授，建筑电气教研室主任。
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建锐电乞。
— — — _ — — I _ — ● _ — ● 一I BUILDING
2口1 2 年第4 期I ELECTRlCITY
有助于其它各项指标的量化处理。
2．1 定性分析
定性分析不涉及量的概念， 目的在
于明确与雷击事故有关的系统结构特 T，：A A 一
征，指明雷击事故发生的原因组合及如
何采取预防措施。
2．1．1 事故树的最小割集
在事故树分析中． 把能使“顶事
件” 发生的“基本事件” 集合叫做割
集． 引起“顶事件” 发生的最起码的
“基本事件”集合．称为最小割集。
下面用福塞尔法来求得该系统的
最小割集。方法如下：从“顶事件” 开
始， 逻辑“与”．门将“事件” 横向列
出。逻辑“或” 门将其连接的“事件”
纵向摆开。以A 表示的“中间事件”
都要逐渐转变为“基本事件” ，最后
形成的集合组数，即为该事故树的最小
割集，每一组集合中几个事件同时出现。即发生
事故。
在图2中，设“触电伤亡” 事件为T，，对应的
“中间事件” 为A ， “基本事件” 为X (具体编号
见图2)，求得“触电伤亡”事件的最小割集过程
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组集合(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，。只要相应集合的“基本事件”发
生， “顶事件” (人身伤亡损失)就会发生。
用同样的方法分析“火灾伤亡” 事件的最小割
集，过程如下：
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— — —
最终得到的“火灾伤亡”最小割集280个．此处
不一一列举。
求得最小割集的最重要作用就是利用其结果求得
各“基本事件” 的结构重要度。
2．1．2 “基本事件” 的结构重要度
结构重要度是权衡各“基本事件” 的发生对“顶
事件”发生影响的程度。造成事故的初始原因很多，
在采取措施时，应该按照轻重缓急，优先解决那些最
重要的问题，首先消除最重要的初始原因。
“基本事件” 结构重要度的简单估计方法：当最
小割集中“基本事件”数目相等时．在最小割集中重
复出现的次数越多，其结构重要度越大：当最小割集
中“基本事件” 数目不等时， “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”
结构重要度要大。
此外。 “基本事件” 的结构重要度可以根据下式
近似计算：
．
K
．
= ÷ Σ
A
式中： ( )— — “基本事件” 的结构重要度
系数：
— — 最小割集的总数：
X X X X X A X A
— — “基本事件”置所在 的“基本事件”
数。
通过计算求得本事故树34个“基本事件” 的结
构重要度．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)
结构重要度的大小．说明各“基本事件” 在系统
中所占的地位和重要程度，结合客观实际，抓住主要
矛盾， 即可制定出相应的预防措施。
通过计算结果可以很明确地提醒相关工作人员：
要注意对防雷装置以及防雷报警和相关保护措施进行
定期的检修与维护。
2．2 定量分析
定量分析的目的是得到雷击事故(“顶事件”)发
生的概率并将其与确定的目标值进行对比。
由于本文事故树中含有重复出现的基本事件。导
致一些最小割集之间相交，所以本文将采用最小割集
法来求顶事件发生的概率。如果已知事故树的全部最
小割集为El， E2， ⋯ ⋯ ，Ek， k=292，以及“基本
事件” 的发生概率，q ：P (X )，i：1， 2，
⋯ ⋯
。34， 则“顶事件”T的发生概率公式为：
P( )：ΣIIqi一Σ I1qi+．．⋯
r=l ∈丘 1≤r< ≤ xi∈ u丘
k
+(一1) nqi
E1u u如
式中： r、s、 — — 最小割集的序号；
i— — 基本事件的序号：
∈E — — 属于第r个最小割集的第i个基
本事件：
％∈ UEs— — 属于第r个或第s个最小割集
的第i个基本事件：
l≤r<5≤ — — 个最小割集中第r、s两
个割集的组合顺序。
由于一般“基本事件” 的发生概率很小， 因此，
上式取第一项近似计算即可。
3 针对重要“基本事件” 采取防护措施
通过对建筑物雷电防护系统人身伤亡损失事故树
分析、全部最小割集的分析、 “基本事件” 的结构重
要度的分析，得出要预防“顶事件” 发生，应针对事
故树中重要的基本事件，如接闪器未按时维护检修，
引下线未按时维护检修，报警装置破坏，未设报警装
置等，采取加强建筑物雷电防护系统定期检修与维护
措施。
4 结语
事故树分析这一系统安全分析法可以将系统中不
安全因素按照其重要度进行计算，从而得出对整个系
统安全影响较大的“基本事件”。本文选择人员人身
伤亡损失作为事故树分析的“顶事件”，通过分析，
得出：建筑物雷电防护系统一定要定期检查维护；建
筑物内火灾自动报警和消防联动控制系统也一定要定
期检查和维护；此外，雷电防护系统设计、施工时一
定严格执行国家现行规范，保证设计合理，避免由于
选材、选型等原因导致雷电防护系统失效。
盏 凶
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1 4693daef5et73d0a．htm1．
2011—12—25来稿
2012—03—29修回
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