基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

王彥富， 李玉蓮， 閆培娜， 張　彪， 張　麗

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東)， 山東 青島 266580；2.江蘇省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，南京 21000)

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基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

王彥富1， 李玉蓮1， 閆培娜1， 張彪1， 張麗2

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東)， 山東 青島 266580；2.江蘇省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，南京 21000)

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法沒有考慮人因組織因素的不足，提出基于人因組織因素分析的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估新方法。首先詳細(xì)分析了國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究現(xiàn)狀，從后果和概率兩個(gè)方面探討海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論框架的構(gòu)建，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論中引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，定量分析人因、組織和技術(shù)因素對(duì)于系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)影響，為我國(guó)海洋平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供方法上的參考。

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸 ；動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 ；人因組織因素 ；定量風(fēng)險(xiǎn)分析

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)石油、天然氣的需求越來越大，世界范圍內(nèi)的油氣勘探與開發(fā)相應(yīng)地從陸上轉(zhuǎn)向海洋，并逐漸形成投資高、風(fēng)險(xiǎn)大的能源工業(yè)新領(lǐng)域。海洋平臺(tái)所處環(huán)境條件惡劣, 機(jī)械設(shè)備高度集中, 存在大量易燃易爆物質(zhì)和油氣輸送管道、法蘭等泄漏源, 再加上某些人為因素作用,容易導(dǎo)致油氣泄漏，進(jìn)而引起無(wú)法控制的大火或爆炸, 不僅造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失, 還會(huì)對(duì)近海周邊環(huán)境和海洋生態(tài)造成嚴(yán)重的污染和破壞。據(jù)HSE統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，過去40年發(fā)生60多起重大的海洋平臺(tái)事故，導(dǎo)致600多人傷亡，其中，火災(zāi)/爆炸對(duì)海洋平臺(tái)的破壞程度在所有災(zāi)害中是最明顯和突出的[1,2]。海洋平臺(tái)的高昂造價(jià)、火災(zāi)/爆炸后果的嚴(yán)重性和復(fù)雜多變的海洋環(huán)境決定了火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的必要性和艱巨性。統(tǒng)計(jì)資料顯示，海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸事故大多與人因組織錯(cuò)誤(HOE)有關(guān)[3,4]，但是，目前海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作過于集中在設(shè)備和結(jié)構(gòu)的潛在失效概率上，而忽視了HOE的影響[5]。因此，定量分析HOE對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，建立基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，從HOE發(fā)生的根源出發(fā)確定最優(yōu)風(fēng)險(xiǎn)控制方案，是工程建設(shè)迫在眉睫的需要，具有重要的科研價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

1海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展

1.1國(guó)外海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究現(xiàn)狀

海洋平臺(tái)的高風(fēng)險(xiǎn)性引起各國(guó)政府對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重視，成立專門的機(jī)構(gòu)，提出了很多風(fēng)險(xiǎn)分析方法和工具，在科研和實(shí)際應(yīng)用方面也取得了很多成果，最近部分成果見表1。

表1　國(guó)外海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

1.2我國(guó)海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)油氣泄漏、火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的研究主要有：海洋石油工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論和結(jié)構(gòu)可靠性的研究；泄漏、火災(zāi)和爆炸頻率的研究；火災(zāi)、爆炸后果和影響的研究。國(guó)內(nèi)主要的海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究見表2，火災(zāi)、爆炸后果和影響分析見表3。

表2　國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

表3　海洋平臺(tái)火災(zāi)、爆炸后果與影響的研究

海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要有以下幾類：一是運(yùn)用商業(yè)軟件實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；二是基于歷史數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法預(yù)測(cè)海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)；三是在傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法基礎(chǔ)上引入新的理論進(jìn)行海洋平臺(tái)失效概率分析,如多維聯(lián)合概率隨機(jī)模擬技術(shù)、整體的不確定性分析和主要不確定性因素的整體敏感性分析；四是運(yùn)用概率影響圖、事故樹、事件樹和貝葉斯(BN)方法，預(yù)測(cè)海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸頻率。然而，大部分研究都沒能考慮HOE的影響[8]，如何分析和量化HOE的影響成為當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究亟待解決的問題[9]。

1.3定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中人因組織因素的研究現(xiàn)狀

HOE分析作為定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(QRA)的一個(gè)重要組成部分，由于分析方法的局限性和HOE數(shù)據(jù)的缺乏阻礙了QRA的發(fā)展和應(yīng)用[10]。很多風(fēng)險(xiǎn)分析方法因?yàn)闆]能包括人因組織因素的影響而被批評(píng)，因而研究和開發(fā)改進(jìn)的人因組織因素分析方法，使人因組織因素的影響能更好地在QRA中加以模擬和量化，已成為風(fēng)險(xiǎn)管理領(lǐng)域普遍關(guān)心和亟待解決的問題。在海洋平臺(tái)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試研究人因組織錯(cuò)誤對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，主要的研究成果見表4。

表4　海洋平臺(tái)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中人因組織因素影響的研究

2基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)爆炸定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估新模型

目前HOE分析方法主要存在以下不足：缺乏充分的數(shù)據(jù)，多依賴專家判斷；不能真實(shí)模擬認(rèn)知過程動(dòng)態(tài)性和人機(jī)交互動(dòng)態(tài)性；方法的可信性難以驗(yàn)證。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(SD)把專家判斷中的描述性變量以數(shù)值型變量表示，從而對(duì)真實(shí)情境下人的認(rèn)知和行為過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真；可以根據(jù)各要素的因果關(guān)系及有限的數(shù)據(jù)和一定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行推算分析，減少了對(duì)數(shù)據(jù)和專家判斷的依賴性。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)是目前不確定性知識(shí)表達(dá)和推理領(lǐng)域最有效的理論模型之一，能融合風(fēng)險(xiǎn)影響因子的多源信息源(歷史數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等)，通過敏感性分析可以驗(yàn)證專家判斷數(shù)據(jù)和模型本身的可信性。為了更準(zhǔn)確地模擬HOE對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的影響，該文結(jié)合SD和BN兩種模型的優(yōu)勢(shì)，探討如何構(gòu)建一種基于仿真模擬的HOE動(dòng)態(tài)分析方法，與傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相結(jié)合評(píng)估海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　基于人因組織因素分析的海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

(1) 對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑梦ｋU(xiǎn)源辨識(shí)方法(FMEA)開展火災(zāi)/爆炸危險(xiǎn)源的識(shí)別與定位，分析潛在的泄漏源位置、泄漏物種類和性質(zhì)、可能的點(diǎn)火源位置等。

(2) 運(yùn)用Latin Hypercube Sampling 技術(shù)從所有可能的情景中抽樣設(shè)定最可信火災(zāi)/爆炸情景集。

(3) 針對(duì)最可信情景集中不同類型的火災(zāi)/爆炸情景，分別選擇合適的CFD數(shù)值模擬軟件，模擬海洋平臺(tái)火災(zāi)熱力學(xué)特征值(溫度場(chǎng)和熱輻射等)和爆炸荷載特征值(爆炸荷載瞬時(shí)變化、壓力和壓力沖擊波等)。

(4) 依據(jù)有限元技術(shù)，模擬海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得到平臺(tái)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)/爆炸荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸的影響后果。

(5) 分析海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸事故中設(shè)備、技術(shù)等安全屏障的失效，運(yùn)用ET和FT等傳統(tǒng)QRA方法構(gòu)建技術(shù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

(6) 分析引起海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸事故的HOE及其故障模式，開展人因失誤機(jī)理研究，運(yùn)用SD模型與BN模型相耦合的方法，構(gòu)建基于動(dòng)態(tài)仿真的人因組織因素定量分析模型，揭示HOE對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)影響規(guī)律。

(7) 依據(jù)具體平臺(tái)的未遂事件、事故報(bào)告、PSA報(bào)告、設(shè)備運(yùn)行和維修記錄等相關(guān)技術(shù)資料，采集和統(tǒng)計(jì)分析基本事件的初始概率。

(8) 通過輸入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)到SD環(huán)境，實(shí)現(xiàn)SD與ET、FT和BN的相互連接，把四種技術(shù)耦合在統(tǒng)一的模型里，建立能夠定量分析人因、組織和技術(shù)因素影響的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，以期描述各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因子的動(dòng)態(tài)因果機(jī)理。

(9) 在上述基礎(chǔ)上全面實(shí)施海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從HOE的根源出發(fā)提出能有效降低火災(zāi)/爆炸風(fēng)險(xiǎn)的控制措施，建立海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。

3結(jié)論

HOE是引起海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸事故的主要原因，但是傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法并沒有考慮HOE的影響，這是由于HOE歷史數(shù)據(jù)有限，HOE分析方法大多限于定性或半定量階段，使得傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法難以量化HOE的影響。該文結(jié)合SD和BN模型的優(yōu)勢(shì)，提出基于動(dòng)態(tài)仿真的人因組織因素定量分析方法，與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相耦合，構(gòu)建能定量分析人因、組織和技術(shù)因素影響的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。從HOE發(fā)生的根源出發(fā)確定風(fēng)險(xiǎn)控制方案，能有效預(yù)防海洋平臺(tái)火災(zāi)/爆炸事故的發(fā)生，對(duì)提高海洋平臺(tái)作業(yè)安全性、指導(dǎo)企業(yè)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理和幫助政府部門實(shí)施安全監(jiān)督，具有重大意義。

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Research on Dynamic Risk Assessment for Offshore Fire and Explosion Based

on the Analysis of Human and Organizational Factors

WANG Yan-fu1, LI Yu-lian1， YAN Pei-na1, ZHANG Biao1, ZHANG Li2

(1. China University of Petroleum Shandong，Qingdao 256580 China;

2.Jiang Su Province Academy of Safety Science，Nanjing 21000 China)

Abstract：In order to improve traditional risk assessment methods, a new dynamic risk assessment method is proposed in this paper based on analyzing human and organizational factors. Firstly, the recent research progressions on fire and explosion risk assessment of offshore platform are analyzed in details. Secondly, the construction of a Dynamic Risk Assessment Model for fire and explosion of offshore platform is discussed from both consequence and probability perspective. The dynamic effects of human, organizational and technical factors to system risk are quantitatively simualted by integrating System Dynamics Model, Bayesian Network with the traditional risk assessment methods. It aims to provide guideline for risk evaluation of offshore platform in China.

Keywords：fire and explosion of offshore platform； dynamic risk analysis；human and organizational factors ；quantitative risk analysis

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué) 國(guó)家工信部海洋工程裝備科研課題"水下生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)(一期)"專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助。 (51109022)；遼寧省高等學(xué)校杰出青年學(xué)者成長(zhǎng)計(jì)劃(LJQ2012066)；大連理工大學(xué)海岸和近海工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(LP1205)。

收稿日期：2015-03-20 2014-12-11

中圖分類號(hào):P75

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-4500(2015)06-0055-06

作者簡(jiǎn)介：王彥富(1981-)，男，副教授。