一种失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法技术领域
本发明属于雷电灾害风险评估领域，尤其涉及一种失效雷电防护装置导致人
身伤亡损失评估的方法。
背景技术
当今社会经济发展水平越来越高，人们对雷电带来的危害也越来越重视，建
筑物普遍安装雷电防护装置。但是雷电防护装置对雷电的防护效果不是百分之百
的，不当的安装或者失效的雷电防护装置反而会滋生新的危害，甚至会导致人身
伤亡损失。为了更加合理的采取防雷措施，避免盲目的安装，需要对失效雷电防
护装置导致人身伤亡损失进行评估。
事故树分析法(FTA)是一种用于复杂系统可靠性、安全性预测的方法。事
故树是以系统最不希望发生的事件——顶事件为分析目标，应用逻辑演绎的方法
研究造成顶事件发生的各种直接及间接原因，并用“逻辑门”将各种原因相联系，
建立起一棵倒立的树状图形，并指出单元故障与系统故障之间的逻辑联系，应用
概率统计方法进行定性、定量分析，可寻求顶事件发生的最小割集，最小径集及
顶事件发生的概率。
事故树分析把系统可能发生的事故放在图的最上面，称为顶上事件，按系统
构成要素之间的关系，分析与灾害事故有关的原因。这些原因，可能是其他一些
原因的结果，称为中间原因事件(或中间事件)，应继续往下分析，直到找出不能
进一步往下分析的原因为止，这些原因称为基本原因事件(或基本事件)。图中各
因果关系用不同的逻辑门联接起来，这样得到的图形象一棵倒置的树。
事故树分析法可以识别导致事故的基本事件，并加以全面、简洁和形象地描
述，进行定性、定量分析和系统评价。但是如果缺少相应数据，则定量评估较为
困难。此外，对模糊性事件也无法分析。模糊事故树分析(FFTA)方法应运而生。
模糊事故树是把事故树和模糊集合理论相结合，将所有的事故树节点模糊化，即
给每个模糊事件定义隶属函数来表示模糊事件发生的程度，来对事故树进行定性
定量分析，针对事故树的顶事件和底事件的发生概率，采用模糊概率取代精确的
概率值。
以下通过研究相关最新发明和实用新型专利，进一步说明本发明的技术背
景。专利-一种应用蒙德法进行火灾爆炸风险评价的方法(201410125342)通过
求取各火灾爆炸风险基本事件结构重要度的大小，确定其在运用蒙德法进行安全
评价时在“建议系数”范围内“采用系数”的取值大小问题。该方法是用于计算化工
行业火灾爆炸风险，与本发明方法属于不同应用领域。专利-一种基于二元模糊
事故树的电气系统可靠性评价方法(20131002926)针对使用多元影响因素和模
糊评价数据对电气系统进行可靠性评价的问题，选择工作时间和工作温度对各个
元件及其组成系统的可靠性进行确定。由于雷电防护装置失效的原因有许多，且
影响程度不确定，没办法对多元影响因素进行评估，故该方法不适用于失效雷电
防护装置风险评估。
发明内容
本发明目的在于克服以上现有技术雷电防护装置安装不当或者失效导致建
筑物一旦遭受雷击，防护装置形同虚设，极易酿成灾害，甚至会导致人身伤亡损
失的不足，通过对建筑物失效雷电防护装置导致人身伤亡损失的危害方式进行事
故树分析，找出建筑物雷电防护装置的安全薄弱环节，提供一种失效雷电防护装
置导致人身伤亡损失评估的方法，具体有以下技术方案实现：
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法，包括如下步骤:
1)确立事故树中的事件；
2)通过与门、或门的逻辑门电路建立建筑物雷电防护系统中人身伤亡损失的事
故树；
3)依据所构造出的事故树图，列出布尔表达式，求出最小割集、最小径集，确
定出各基本事件的结构重要度；
4)根据模糊数学理论，采用三角模糊事故树的分析方法，对顶上事件的发生的
概率进行定量分析；
5)进行模糊重要度分析，给出系统安全分析意见，制定预防事故措施。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤1)包括如下步骤：
1-1)确定顶上事件，设定顶上事件为“人身伤亡损失”；
1-2)按系统构成要素之间的关系，分析与灾害事故有关的原因；
1-3)调查事故、分析原因。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤1-3)中，如果经步骤1-2)分析得到的灾害事故有关的原因只要有任意
一个发生，顶上事件就会发生，将所述原因用逻辑或门连接；
如果经步骤1-2)分析得到的灾害事故有关的原因需要同时发生，顶上事件才会
发生，将所述原因用逻辑与门连接。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤4)包括如下步骤：
4-1)获得基本事件发生的概率，对于通过可靠性手册、经验数据获得事故率的
基本事件，根据事故率、概率分布参数获得基本事件的发生概率；
4-2)通过步骤4-1)获得的基本事件的发生概率，将所述发生概率其归一化为三
角形式的模糊数；
4-3)利用与、或模糊算子求得顶上事件发生的模糊概率。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述基本事件的发生概率包括多种形式，分别为：精确值、语言值以及模糊数。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤4-2)中，三角模糊分布记做(l，m，u)：
对于精确值形式的概率值的归一化处理，将精确概率值p，转化成三角模糊
数为u＝(p，p，p)；
对于语言值形式的概率值的归一化处理，确定语言值所对应概率的量级，将
这一量级作为相应语言值的m值，再将其转化为三角模糊数(a，m，b)，
m-a＝b-m＝0.0556m；
对于其他形式的非三角模糊数的概率值的归一化处理，首先求出与所述概率
值相应隶属函数的重心作为m，再将其变为三角模糊数(a，m，b)，其中a，m，
b的关系如下式所示：m-a＝b-m＝0.0556m。
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤4-3)中，模糊与门的算子公式，如式(1)所示，
q ~ A N D = q ~ 1 ⊗ q ~ 2 ⊗ q ~ 3 ... ⊗ q ~ n = ( Π i = 1 n l i , Π i = 1 n m i , Π i = 1 n u i ) - - - ( 1 ) ]]>
模糊或门的算子公式，如式(2)所示，
q ~ O R = ( 1 - ( 1 - Π i = 1 n l i ) , 1 - ( 1 - Π i = 1 n m i ) , 1 - ( 1 - Π i = 1 n u i ) ) - - - ( 2 ) . ]]>
所述失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法的进一步设计在于，所
述步骤5)中，设定事故树的结构函数为Φ(X1，X2，…，Xn)，其中Xi是事故树基
本事件,Xi的可能性分布用三角模糊数形式给出，记为顶上事件的可能性分
布为： Φ ~ ( X ~ 1 , X 2 ~ , . . . , X n ~ ) = < l , m , u > , ]]>中位数记为Tz。
其中： T z = m + u 2 - u l , u > 1 m - l 2 - u l , u < 1 , ]]>基本事件的可能性分布为：
其中位数记为Tzi。基本事件Xi
的模糊重要度Si＝Tz-Tzi，如果Si＞Sj，则优先考虑改进基本事件Xi来提高系统的
可靠性。
本发明的优点如下：
充分利用事故树分析法和模糊数学的优点进行组合，进行的人身伤亡损失的
评估可以克服单独运用事故树进行评价时，减少了事故树中事件概率的不确定
性，更具有实用价值。通过对建筑物失效雷电防护装置人身伤亡损失模糊事故树
分析，增强人们对合理有效进行雷电防护装置安装的意识，防止天灾更防止人祸。
附图说明
图1为本发明所涉的一种应用模糊事故树进行失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的
方法中事故树事件符号示意图。
图2为本发明所涉的一种应用模糊事故树进行失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的
方法中模糊事故树建立步骤示意图。
图3为本发明所涉的一种应用模糊事故树进行失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的
方法中三角模糊数的隶属函数示意图。
图4为本发明所涉的一种应用模糊事故树进行失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的
方法中事故树。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
本实施例的失效雷电防护装置导致人身伤亡损失评估的方法，步骤如下：
1、事故树中事件的确立，步骤如下：
1-1)确定顶上事件，顶上事件为“人身伤亡损失”(事故树第1层)。
1-2)按系统构成要素之间的关系，分析与灾害事故有关的原因。
1-3)调查事故、分析原因。
进一步的，事故的原因逻辑关系如下：调查“顶上事件”与“中间原因事件”的逻辑关系(事
故树第2层)。中间原因事件“触电伤亡”和“火灾伤亡”，这两个事件只要有一个发生，“顶上
事件”就会发生，所以用逻辑或门连接。
调查事故树第3层事件的“中间原因事件”及其逻辑关系(事故树第3层)，以“触电伤亡”
事件为例分析，“中间原因事件”：“人员距建筑物外引下线过近”和“接触电压和跨步电压”这
两个事件，只有同时发生才会导致人员触电，所以使用逻辑与门连接。
调查事故树第4层事件的“中间原因事件”及其逻辑关系(事故树第4层)，“接触电压和
跨步电压”的“中间原因事件”：“引下线周围表层土壤电阻率过小”、“引下线泄流故障”“接地
终端等电位联结失效”这三个事件任意发生一个都会引起“接触电压和跨步电压”，所以用或
门连接。“人员距建筑物外引下线过近”的原因：“安全距离过小”或“警示标志失效”，所以用
逻辑或门连接。
调查事故树第5层事件的“中间原因事件”及其逻辑关系(事故树第5层)“引下线泄流
故障”可能是因为“引下线的电气连续性破坏”、“明装引下线施工安装不符合要求”或“引下线
的绝缘失效”引起的，所以用逻辑或门连接。“警示措施失效”可能是“警示装置破坏”或“未设
警示装置”导致的，所以用逻辑或门连接。
调查事故树第6层事件的“中间原因事件”及其逻辑关系(事故树第6层)，“引下线的绝
缘失效”是由“绝缘老化”和“维护检修不到位”同时引起的，所以用逻辑与门连接。
调查事故树第7层事件的“中间原因事件”及其逻辑关系(事故树第7层)，“绝缘老化”
是由“环境腐蚀”或是“绝缘材料不符合要求”引起的，所以用逻辑或门连接)。
2、构造事故树，并将不是与或门的逻辑门转化为与或门。根据上述分析方法，建立建筑物
雷电防护系统中人身伤亡损失的事故树。
3、定性分析
依据所构造出的事故树图，如表1所示，列出布尔表达式，求出最小割集、最小径集，
确定出各基本事件的结构重要度。
表1基本事件列表
事故树的布尔表达式：
(X1+X2+X3)*(X4+X5+X6+X7+X8*(X9+X10))+(X11+X12+X13+X14)*(X15+X16+X6+X
7+X8*X9*X10+X17+X18)*(X19+X20+X21+X22+X23+X8*(X9+X10))
在事故树中，当所有的事件都不发生时，顶上事件肯定不会发生。然而顶上事件不发生
常常并不要求所有基本事件都不发生，而只要某些基本事件不发生顶上事件就不发生。这些
不发生的基本事件的集合称为径集。在同一事故树中，不包含其他径集的径集为最小径集。
最小径集是保证顶上事件不发生的充分必要条件。最小径集：
(X1*X2*X3*X6*X7*X8*X15*X16*X17*X18)；
(X1*X2*X3*X6*X7*X9*X15*X16*X17*X18)；
(X1*X2*X3*X6*X7*X10*X15*X16*X17*X18)；
(X1*X2*X3*X8*X19*X20*X21*X22*X23)；
(X1*X2*X3*X9*X10*X19*X20*X21*X22*X23)；(X1*X2*X3*X11*X12*X13*X14)
(X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X15*X16*X17*X18)；
(X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X19*X20*X21*X22*X23)；
(X4*X5*X6*X7*X8*X9*X15*X16*X17*X18)；
(X4*X5*X6*X7*X8*X10*X15*X16*X17*X18)；
(X4*X5*X6*X7*X8*X11*X12*X13*X14)；(X4*X5*X6*X7*X8*X15*X16*X17*X18)；
(X4*X5*X6*X7*X8*X19*X20*X21*X22*X23)；
(X4*X5*X6*X7*X9*X10*X11*X12*X13*X14)；
(X4*X5*X6*X7*X9*X10*X15*X16*X17*X18)；
(X4*X5*X6*X7*X9*X10*X19*X20*X21*X22*X23)；
结构重要度是权衡各“基本事件”的发生对“顶上事件”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。结构重要度：
I(X3)＝I(X2)＝I(X1)>I(X7)＝I(X6)>I(X14)＝I(X13)＝I(X12)＝I(X11)>I(X8)>I(X5)＝I(X4)>I(X1
8)＝I(X17)＝I(X16)＝I(X15)>I(X10)＝I(X9)>I(X23)＝I(X22)＝I(X21)＝I(X20)＝I(X19)
通过对基本事件结构重要度的分析，发现需要加强建筑物雷电防护装置定期检修与维护
措施、加强隔离与警告措施。
4、定量分析
定量分析的目的是得到“顶上事件”的发生的概率并将其与确定的目标值进行对比。由于
安全数据的不充分性和基本事件的模糊性等原因，无法给出基本事件的确切概率。因此，引
入模糊数学理论，认为这些基本事件的发生概率是一个模糊数，采用三角模糊事故树的分析
方法，进行定量分析。具体步骤如下：
(1)获得基本事件发生的概率
对于可以通过可靠性手册、经验数据等途径获得事故率的基本事件，根据事故率、概率
分布参数和其他参数获得基本事件的发生概率，这是精确值。对于没有统计数据的基本事件
及其他模糊事件，预先设定模糊发生概率，可采用各种模糊数及语言值评价。
(2)模糊数的归一化
通过以上途径获得的基本事件的发生概率，可能是多种形式，包括精确值、语言值和各
种模糊数，将其归一化为三角形式的模糊数。
如图3所示，给出了三角模糊分布的示意图，记做对于精确概率值p，
转化成三角模糊数为u＝(p，p，p)；对于其他形式的非三角模糊数，如正态模糊数，首先
求出相应隶属函数的重心作为m，再将其变为三角模糊数(a，m，b)，其中a，m，b的关
系如下式所示：m-a＝b-m＝0.0556m；对于语言值，先了解语言值所对应概率的大致量级，将
这一量级作为相应语言值的m值，再将其转化为三角模糊数(a，m，b)，m-a＝b-m＝0.0556m。
(3)利用与或模糊算子求得顶上事件发生的模糊概率；
模糊与门的算子公式：
q ~ A N D = q ~ 1 ⊗ q ~ 2 ⊗ q ~ 3 ... ⊗ q ~ n = ( Π i = 1 n l i , Π i = 1 n m i , Π i = 1 n u i ) ]]>
模糊或门的算子公式：
q ~ O R = ( 1 - ( 1 - Π i = 1 n l i ) , 1 - ( 1 - Π i = 1 n m i ) , 1 - ( 1 - Π i = 1 n u i ) ) ]]>
5、进行模糊重要度分析，给出系统安全分析意见，制定预防事故措施
设事故树的结构函数为Φ(X1，X2，…，Xn)，其中Xi是事故树基本事件,其可能性分布
用三角模糊数形式给出，记为则顶上事件的可能性分布为：
Φ ~ ( X ~ 1 , X 2 ~ , . . . , X n ~ ) = < l , m , u > , ]]>中位数记为Tz。
其中： T z = m + u 2 - u l , u > 1 m - l 2 - u l , u < 1 . ]]>
基本事件的可能性分布为：中位
数记为Tzi。基本事件Xi的模糊重要度Si＝Tz-Tzi，如果Si＞Sj，则认为Si比Sj重要，对系统
的影响大，应首先考虑改进基本事件Xi来提高系统的可靠性。