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 玻璃幕墻結構設計的安全風險評價概述
發布時間：2018-03-17 11:02 來源：未知 點擊數量：
1 前言 自從有了人類，便有了風險，風險一直伴隨著人類社會的發展。雖然幾千年前人類就認識到了風險的存在，但一直到18世紀，“風險”一詞才被提出來研究。到了19世紀，隨著工業革命的展開，企業風險管理的思想開始萌芽。1931年，美國管理協會保險部首先提出風險管理的概念。1932年，美國幾家大公司成立紐約保險經紀協會，定期討論有關風險管理的理論與實踐，該協會的成立標志著風險管理學科的興起。二戰以后，隨著第三次工業革命的迅猛發展，新技術、新材料在企業中的廣泛應用，企業間競爭加劇，面臨的風險日益凸顯，進行風險管理的要求與日俱增。1963年和1964年，美國先后出版了《企業的風險管理》和《風險管理與保險》等專著，正式拉開了風險管理學系統研究的序幕。20世紀70年代初期，風險管理的理念和方法從歐美發達國家傳入亞洲，20世紀80年代后期傳入我國。雖然我國對風險管理的研究起步較晚，但近些年來發展勢頭很猛。特別是2006年6月，我國發布了《中央企業全面風險管理指引》，標志著我國擁有了自己的全面風險管理指導性文件，也標志著我國進入了風險管理理論研究與應用的新階段。從世界上其他國家的實踐看，目前，安全風險管理已被廣泛應用于鐵路、石油、電力、核工業、航空航天等眾多領域。 建筑幕墻工程，特別是玻璃幕墻工程的安全風險管理在國內剛剛起步，近年來，隨著社會公眾對工程安全質量意識的提高，國內各地區分別出臺了對玻璃幕墻的安全風險的管控要求，建設部和行業協會也頒布了相關的規范和管理文件。其內容聚焦在針對不同的建筑高度、建筑類型、建筑環境的限制立面玻璃的應用方面，對玻璃的原片選擇、單塊玻璃厚度容許玻璃使用的最大面積，做了行業中史上最嚴格的規定。這些規定和舉措在一定程度上降低了危險發生的概率，也標志著國家層面針對玻璃幕墻工程安全風險管控的時代已經來臨。 政府和行業管理方出臺的文件和規定主要聚焦在玻璃材料使用、原材料制造上面的控制，在玻璃幕墻設計階段，如何進行風險管理，以風險評估的概念來指導設計，從評審審查要點來追溯設計，這是一個較新又亟需研究的課題。從結果風險管理導向的概念控制和指導項目實施過程中的設計和施工，有助于找到和發現幕墻系統結構安全設計的關鍵環節和突破口;有助于將工程質量安全的風險意識根植于設計人員思想深處，并對全員生產人員樹立安全共識;以工程設計為龍頭，有助于將防范工作落實到各層級、各崗位，提高行業的工程質量安全水平。 2 風險的概念 新華字典的解釋--風險：遭受損害或損失的可能性;AS/NZS 4360--澳大利亞/新西蘭國家標準，風險：對目標產生影響的某種事件發生的機會。它可以用后果和可能性來衡量;ISO/IEC TR 13335-1:1996安全風險：是指一種特定的威脅利用一種或一組脆弱性造成組織的資產損失或損害的可能性; 2.1 風險 風險廣泛存在于社會生產、生活之中。一般來說，風險就是指危險、危害事件發生的可能性與后果嚴重程度的綜合度量。如果用定量模型表示即為：風險=風險發生的可能性×風險事故發生的損失程度、，即風險度R=可能性L×嚴重性S。 就幕墻結構設計而言，安全風險又有廣義和狹義之分。廣義上講，與結構設計有關的風險都稱為安全風險。狹義的結構設計安全風險則表示幕墻結構設計的合理性、可行性和耐久性，以及發生破壞的可能性，即在幕墻實施或使用的時間內，人們為了確保工程安全可能付出的代價，包括由于采用安全技術措施投入的人力、物力、財力等安全支出可能獲得的安全收益邊際，或者沒有適當的安全投入可能付出的人身傷害、財產損失、環境破壞和社會影響等代價。 2.2 風險管理 所謂風險管理，就是指為了降低風險可能導致的事故，減少事故造成的損失所進行的風險因子識別、危險源分析、隱患判別、風險評價、制定并實施相應風險對策與措施的全過程。從宏觀角度而言，風險管理的對象是存在于系統中的人、物和環境，以及由它們所構成的系統。而從微觀角度而言，風險管理的對象就是指風險因子、危險源、隱患和事故。 風險因子。風險因子是指以一定的狀態、形式存在的物或物質。風險因子自身具有中性的屬性，但從事故的不期望角度而言，它又表現為風險性。安全風險管理就是要對不期望的、能導致事故的風險因子進行識別和控制。 危險源。危險源是指系統中客觀存在的、具有潛在能量和物質釋放危險的、在一定的觸發因素作用下可轉化為隱患、事故的根源或狀態。從風險管理的角度而言，危險源具有理論上可以減少，但實際上只能加以控制的特性。從防范事故的角度而言，危險源表現為風險性。危險源是否變成隱患，進而引發事故，往往取決于人們的行為。 隱患。隱患是指超出了人們設定的安全界限的狀態或行為，如超標、“兩違”現象等，是直接導致事故發生的根源。隱患能否導致事故，主要取決于它所處的環境和狀態。由于人們設定界限的不同，隱患既可能被劃定為隱患，也可能被劃定為危險源。正是從這個意義上講，隱患是完全可以被消除的。 事故。按照系統論的觀點，事故是指系統的發展、變化違背人們的意愿，發生了人們不期望的后果。如造成人員死亡、傷害、職業病、財產損失或其他損失的意外或偶發事件。事故是由一種危險因素或幾種危險因素相互作用導致的，這些危險因素是事故的外在原因或直接原因。事故具有理論上可以減少，實際上也是可以減少的特性。 基于上述定義，人們常用風險率、風險程度、個人風險、社會風險、事故次數、傷害人數、傷害概率和財產損失等風險判別指標來表示風險的存在及其大小。以風險程度指標為例，風險可以分為極顯著、顯著、輕微、不顯著等四種情況，風險管理的過程，就是針對不同情況的風險，采取相應的預防措施和控制措施，從而使風險降低，達到可以接受的程度 安全風險管理作為一門新興的管理學科。在其形成和發展過程中，由于對風險管理的出發點、目標、運用范圍等側重點不同，國內外專家學者和企業家們也給出了不同的定義，并且隨著時代的發展不斷演變。如在幕墻行業設計系統全面推行安全風險管理，就是要結合幕墻行業的工作實際情況，通過風險識別、風險研判和規避風險、轉移風險、駕馭風險、監控風險等一系列活動來防范和消除風險，形成一種科學的管理方法。重點是要抓好風險識別、風險評價和風險控制等要素。 風險識別，就是對系統中尚未發生的、潛在的以及客觀存在的各種風險進行全面的、連續的識別和歸類;風險評價，就是對系統中的風險因素能造成多大的傷害和損失，以及能否接受進行評估;風險控制，就是對不能接受的傷害和損失采取安全預防措施，以達到消除、降低危害的目的。風險識別、風險評價和風險控制在幕墻工程風險管理的過程中是不可分割的有機整體，它們既相互聯系，又相互作用。風險識別和風險評價是基礎，風險控制是核心。掌握一些簡易的風險識別和風險評價方法有助于在幕墻設計中建立結構安全意識，提高系統設計的安全性，達到幕墻工程結構安全風險控制的目的。 3 風險的識別和分析 風險識別是在風險事故發生前,運用各種方法系統地、連續地認識所面臨的各種風險，以及分析風險發生的潛在原因。可依靠觀察、經驗、掌握有關知識、調查研究、實地踏查，采訪或參考有關資料、聽取專家意見、咨詢有關法規等手段。就幕墻設計而言，主要是依據國家、行業、產品、企業的規范、法規、政策性文件，對設計規范、制造工藝、施工工藝、工期、材料漲價等方面的內容進行歸納整理，明確識別結果。參與人員可根據項目的實施情況靈活組織，包含項目設計團隊，風險管理團隊，客戶方，用戶方，專家，項目關聯方(工程監理、與幕墻專業相關的技術人員)等。在設計項目開始時，在設計分項每個階段的開始時進行風險識別，并且要持續的執行和補充。 風險因素的識別是風險管理一切工作的起點和基礎，其任務是通過一定的方法和手段，盡可能地找出潛在顯著影響項目成功的風險因素。風險的識別有很多成熟的方法。常用的方法可以分成兩大類，即分析方法和專家調查方法。分析方法類似于系統分析中的結構分解方法。根據事物本身的規律和個人的歷史經驗將項目風險進行分解。常用方法有故障樹、概率樹、決策樹等;專家調查方法常用的有智暴方法(Brainstorming)、德爾菲方法(Delphi)、幕景分析方法(SeenariosAnalysis)、工作分解結構等。 幕墻工程設計安全風險辯識可根據項目、安全管控目標制定出明確的識別細則，即評審要點或標準。對應評審標準的條款建立風險問卷調查表，如表1.
表1 設計風險調查表 風險分析，是指在風險識別和衡量的基礎上,把損失可能性、損失程度以及其他因素綜合權衡,分析風險可能對項目造成影響,尋求控制風險的對策。目的是規范項目風險評價, 降低項目運作成本。評價分析的原則可分為回避原則、權衡原則、處理成本最小原則、風險成本/效益對比原則、社會費用最小原則等。分析的主要內容包括風險的級別、發生的可能性、影響和損失、起因和可控制性、發生的時間等。 根據以上原則建立風險等級和分類，明確可接受風險和與風險識別目標向匹配的條文。如圖1所示。
圖1 風險等級金字塔 進行歸類和篩選風險原則為：有很大的影響/發生的概率很高;影響不大/發生的概率很高;有很大的影響/發生的概率很小。常見的方法是將風險劃分為三個等級段，塔頂段是指無論活動能帶來什么利益，風險等級都是無法容忍的，必須不惜代價進行風險應對;塔中段是指要考慮實施風險應對的成本與收益，并權衡機遇與潛在結果;塔下段是指風險等級微不足道，或者風險很小，無需采取風險應對措施。風險評價的結果應滿足風險應對的需要，否則，應做進一步分析，根據具體風險管理目標來確定。 4 風險的評價 風險評價包括將風險分析的結果與預先設定的風險準則相比較，或者在各種風險的分析結果之間進行比較，確定風險的等級。風險評價利用風險分析過程中所獲得的對風險的認識，來對未來的行動進行決策。道德、法律、資金以及包括風險偏好在內的其它因素也是決策的參考信息。決策包括：某個風險是否需要應對;風險的應對優先次序;是否應開展某項應對活動;應該采取哪種途徑。 通常，風險評價所解決的問題如下： 1) 對影響結構安全因素的各種風險進行比較和評價，確定它們的先后順序。 2) 從結構設計整體出發，弄清各個風險事件之間確切的因果關系。因為從表面上看起來，不相干的風險事件常常是由一個共同的風險源造成的。 3) 考慮各種不同結構風險之間相互轉化的條件，研究如何才能化威脅的機會。有時候，機會與威脅會相互轉化。 4) 量化已識別風險的發生概率和后果，減少風險發生概率和后果估計中的不確定性。必要時根據設計優化重新分析結構設計風險發生的概率和可能的后果。 目前并沒有使用所謂正確或錯誤的方法，重要的是選擇使用一個分別針對適合幕墻工程在設計、制造、施工現狀的方法，許多方法都會使用表格并結合主觀和經驗判斷，同一項目內，也可以根據不同等級的風險，運用不同的風險分析方法，對玻璃幕墻遭遇強震、爆炸等罕見工況的結構安全評估很難量化。 5 風險矩陣 風險矩陣(Risk Matrix)是一種將定性或半定量的后果分級與產生一定水平的風險或風險等級的可能性相結合的方式。矩陣格式及適用的定義取決于使用背景，關鍵是要在這種情況下使用合適的設計。 風險矩陣可用來根據風險等級對風險、風險來源或風險應對進行排序。它通常作為一種篩查工具，以確定哪些風險需要更細致的分析，或是應首先處理哪些風險，這需要提到一個更高層次的管理。它還可以用作一種篩查工具，以挑選哪些風險此時無需進一步考慮。根據其在矩陣中所處的區域，此類的風險矩陣也被廣泛用于決定給定的風險是否被廣泛接受或不接受。 結合幕墻設計項目的特點，由于每個項目的系統都不完全一樣，設計工作在施工前進行，而相對類似的了幕墻項目已有建成實例和相關檢測數據，符合風險矩陣的適用特點。同時由于地域性和項目本身的獨特性，風險接受程度的定義也可根據實際情況靈活掌握，所以在施工階段前期的設計中，運用風險矩陣評估設計的結構安全具備合理性和科學性。 主要操作流程如下： 5.1 輸入 過程的輸入數據為個性化的結果及可能性等級，以及將兩者結合起來的矩陣。后果等級應涵蓋需分析的各類不同的結果(例如，經濟損失、安全、環境或其他取決于背景的參數)，并應從最大可信結果拓展到最小結果。標度可以為任何數量的點。最常見的是有3、4或5個點的等級。可能性標度也可為任何數量的點。需要選擇的可能性的定義應盡量避免含混不清。如果使用數字指南來界定不同的可能性，那么應給出單位。可能性等級需要跨越現有研究范圍，牢記最低可能性必須為最高界定結果所接受，否則，就把一切最嚴重結果的活動界定為不可容忍。如圖2、3所示。
圖2風險可能性的定性估計
圖3 風險后果或影響的定性估計
繪制矩陣時，結果在一個軸上，可能性在另一個軸上。圖4顯示了矩陣的部分事例，該矩陣帶有6點結果和5點可能性等級。 各單元的風險等級將取決于可能性結果等級的定義。可以以特別突出結果(如圖所示)或可能性建立矩陣，根據實際應用情況，該矩陣可以是對稱的。風險等級與決策規則相關，例如管理層關注度水平或所需反應的時間標度密切相關。
表2 風險矩陣示例 分級評分和矩陣可以用定量等級進行建立。例如，在可靠性背景中，可能性等級表示指示故障率，而結果等級表示故障的現金成本。工具的使用需要有掌握相關專業知識的人員(最好是團隊)，以及有助于對結果和可能性進行判斷的現有數據。 5.2 過程 為了進行風險分級，使用者首先要發現最適合當時情況的結果描述符，然后界定那些結果發生的可能性。然后，從矩陣中讀取風險等級。很多風險事項會有各種結果，并有各種不同的相關可能性。通常，次要問題比災難更為常見。因此，有必要選擇是對最常見的問題評分，還是對最嚴重的結果，抑或是兩者的統一體進行評分。在很多情況下，有必要關注最嚴重的可信事項，因為這些事項會帶來最大的威脅，經常也是管理者最關注的事情。有時，有必要將常見問題和不可能的災難歸為獨立風險。關鍵是要使用與所選結果相關的可能性，而不是整個事項的可能性。 矩陣定義的風險水平可能與是否應對風險的決策規則相聯系。 5.3 輸出 輸出結果是對各類風險的分級或是確定了重要性水平的、經分級的風險清單。 5.4 優缺點 優點包括：比較便于使用;將風險很快劃分為不同的重要性水平。 局限包括：必須設計出適合具體情況的矩陣，因此，很難有一個適用于組織各相關環境的通用系統;很難清晰地界定等級;使用具有很強的主觀色彩，分級者之間會有明顯的差別;無法對風險進行總計(例如，人們無法確定一定數量的低風險或是界定過一定次數的低風險相當于中級風險)。組合或比較不同類型后果的風險等級是困難的。 結果將取決于分析的詳細程度，即分析越詳細，情景數字就越高，每個數字的概率越低。這將低估實際風險等級。在描述風險時將情景分組的方法應當在研究開始時確定并且是一致的。 6 矩陣法分析應用 以上海市建筑幕墻工程技術規范為風險識別原則，以上海市建委科技委有關《上海市建筑玻璃幕墻結構安全論證評審要點》為識別點，針對構件式玻璃幕墻部分風險評價方法進行舉例。 6.1 對風險源的采集和梳理 審查要點[2]如下： 1) 構件式幕墻系統設計應安全合理、施工可行;立柱、橫梁連接構造應可靠、可行，并符合結構傳力要求。 2) 系統主型材立柱、橫梁的強度和剛度應滿足規范要求;橫梁、立柱最小截面厚度及其截面寬厚比應符合規范要求。玻璃入槽及邊距尺寸應符合規范規定。 3) 橫梁截面設計應能滿足玻璃面板偏心荷載作用下的抗扭承載能力，無詳細計算分析和可靠構造措施橫梁不宜采用單壁開口型材。 4) 采用鋼鋁組合截面立柱，鋼鋁連接構造應能滿足共同協調工作的要求，鋼鋁共同工作的組合截面立柱強度和剛度應滿足規范要求。不建議大量采用鋼鋁組合立柱形式，確需采用時，建議以鋼立柱為主受力構件，鋁型材作為裝飾，且其連接構造應確保荷載能直接傳至于鋼構件。 5) 轉角立柱應關注其強度及剛度是否滿足安全性要求，弱軸方向的強度應有驗算;轉角部位玻璃的固定方式應可行，玻璃入槽深度應滿足要求，玻璃壓板或扣板連接應可靠。 6) 對大跨度立柱，應考慮大彎矩作用平面內的穩定性能否滿足安全性要求;對于采用T 型鋼立柱，應審核其側向穩定性是否滿足要求。 7) 立柱、橫梁采用鋼結構構件時，應盡可能選用國家標準鋼型材截面，不建議采用焊接鋼板或厚鋼板形式的立柱、橫梁。 8) 立柱、橫梁采用隔熱型材時，隔熱條不應承受和傳遞荷載，采用穿條擠壓型斷熱條時，主型材材料的選用應考慮擠壓工藝的影響。 9) 隱框玻璃幕墻系統應有防玻璃脫落的構造措施，確保滿足安全性要求;玻璃副框設計的可行性和可靠性應符合結構受力和安全要求;玻璃托板及其連接應經計算，應檢查連接位置和連接方式的合理性和可靠性，托板應與橫梁采用機械連接。 10) 外挑裝飾條應仔細審核其連接構造和支承節點能否滿足安全性要求。大尺度懸挑外裝飾線條設計應構造合理、連接可靠、傳力清晰、施工工藝可行，不建議采用過多的轉接連接。 11) 對于采用通槽齒型材或隱槽式固定方式的構件式幕墻系統，應提供足夠的安全措施。 針對要點進行關鍵控制點梳理如下表3.
表3 風險源控制點簡表 6.2 輸入 對可能性和嚴重性制表4和表5
表4 幕墻結構設計風險可能性的定性估計
表5 幕墻結構設計風險嚴重性的定性估計 6.3 繪制分析矩陣
表6 幕墻結構設計風險矩陣的定性估計 表中數值為縱橫分級指標值的乘積。 6.4 輸出 從上表中得出如下結論:
表7 幕墻結構設計風險清單表 可以看出，由于原有風險源的識別和分析不夠細分，有很多條文存在重復風險等級的情況，所以風險的識別和分析至關重要，這里就不再展開。在實際操作中,成本因素、對風險認識的不足、人為要求等原因為出發點，設計人員在“事件發生的可能性”和“事件后果嚴重性”的等級判定方面存在偏差，有意取值偏低，從而導致“風險等級”過低，進而掩蓋了一些重大危害因素，這不利于幕墻的結構安全管控。所以，設計人員應以科學、嚴肅和實事求是的態度來對待這項工作。 6.5 風險應對控制 風險應對控制是在完成風險評估之后，選擇并執行一種或多種改變風險的措施，包括改變風險事件發生的可能性或后果。風險控制措施是一個遞進的循環過程，實施風險應對措施后，應重新評估新的風險水平是否可以承受，從而確定是否需要進一步采取應對措施。 根據表7輸出的結論，制定風險對應措施表8。
表8幕墻結構設計風險對應控制表 6.6 風險矩陣法評價的特點和局限性 特點： 1) 對后果和可能性進行分析 后果的推導在規范法規或評審技術要點中結論比較清晰;通過幾十年的試驗和事故分析，可能性比較明確。符合設計結構安全的目標要求。 2) 采用文字形式或敘述性的數值范圍描述風險的影響程度和可能性的大小(如高、中、低等) 評審報告中是建立在設計圖紙和計算書比較明確的論據上的定性判斷。 3) 分析的有效性取決于所用的數值精確度和完整性 幕墻工程的結構計算、實驗數據、檢測數據的理論和研究工具相對完善，提供的數據能易于地和規范、標準做比較。 4) 簡易的計算方式表推導出結論，有利于降低結論的出錯率。 5) 一旦制定出風險等級的條文細則(風險因素明確且較少，不確定性的描述容易表達和區分)，很容易抓住評估重點和要點，提高評價效率。 6) 流程和報告形式比較有彈性，易于推廣。 局限性： 1) 本質上是主觀的成分較多：確定風險發生的可能性和后果的嚴重性，主要依據風險分析人員和專家的知識、經驗和歷史資料數據，對風險因素描述和定義(條紋細則)，有時難以做到嚴格的定量化。 2) 對經濟性、實施可行性、時間性等相關價值評估的參考性較低，只能用于控制風險因素相對較少的項目評估。 3) 缺乏對風險降低的成本分析，或需要做進一步的輸入信息補充。 7 總結 本文風險管理控制理論體系著手，對建筑玻璃幕墻結構設計的風險識別、風險分析、風險評估、風險對應措施進行了具體闡述和講解。通過風險矩陣法在框架式玻璃幕墻結構設計安全評估中的應用，初步接觸了工程設計風險管理的強大功能，同時也證明矩陣法是一個提高設計評審效率、提高結構安全意識的有力工具。 結構安全是工程之本，在設計階段就加強風險管理意識，無遺是對設計人員本身技術水平的提高和自查，還是對企業、行業的安全管控，都起著重要的作用。本文僅僅是窺豹一斑，探索了幕墻設計的安全風險控管理的一角，愿能拋磚引玉，引起有志者的重視，投身到風險管理的事業中，對幕墻行業的發展做出貢獻。 參考文獻 [1] 《ISO31010》International Standard Risk management—Risk assessment techniques ，2009 [2] 《上海市玻璃幕墻結構安全性評論審查要點》，2017
來源：2018《建筑門窗幕墻創新與發展》 作者：陳峻 |
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