外軍航母火災(zāi)事故分析及對策研究*

褚　政　金　焱

(海軍航空工程學(xué)院　煙臺　264001)

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外軍航母火災(zāi)事故分析及對策研究*

褚政金焱

(海軍航空工程學(xué)院煙臺264001)

摘要在設(shè)備密布和艦員眾多的航母上，安全管理的難度極大。高溫的飛機(jī)發(fā)動機(jī)、彈藥、燃油、靜電都有可能引發(fā)火災(zāi)。而火災(zāi)一旦管控不力，往往伴隨著爆炸，其烈度將會增大，持續(xù)時間也會增長，將對航母的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。論文利用事故樹工具對外軍航母火災(zāi)事故風(fēng)險進(jìn)行分析，從人員、環(huán)境、裝備的角度查找火災(zāi)危險源，進(jìn)而得出航母火災(zāi)事故預(yù)防控制的對策措施。

關(guān)鍵詞航母火災(zāi); 風(fēng)險分析; 事故樹分析

Class NumberU698.4

1引言

火災(zāi)無論對于軍用艦艇還是民用船舶都是一種常見的主要災(zāi)害[1]。尤其在設(shè)備密布和艦員眾多的航母上，安全管理的難度極大。高溫的飛機(jī)發(fā)動機(jī)、彈藥、燃油、靜電都有可能引發(fā)火災(zāi)[2～3]。而火災(zāi)一旦管控不力，往往伴隨著爆炸，其烈度將會增大，持續(xù)時間也會增長，將對航母的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅?；馂?zāi)與爆炸是二戰(zhàn)后很常見的一類航母事故，外軍一直將這種事故視為“頭號勁敵”。相關(guān)統(tǒng)計資料表明，二戰(zhàn)后航母所發(fā)生的各類事故中，火災(zāi)約占到了35%?；馂?zāi)與爆炸事故造成航母的大中型破壞占到事故總數(shù)的50%以上。造成這種局面的原因主要有以下兩點(diǎn):一是單次火災(zāi)演變?yōu)槎嗥鸩l(fā)火災(zāi)，后者極難控制；二是火災(zāi)常常與爆炸和毒氣(煙、霧)結(jié)合在一起。根據(jù)可燃物的類型和燃燒特性，通常將火災(zāi)分為A類(固體物質(zhì)火災(zāi))、B類(液體或可熔化的固體物質(zhì)火災(zāi))、C類(氣體火災(zāi))、D類(金屬火災(zāi))、E類(帶電火災(zāi))和F類(烹飪器具內(nèi)的烹飪物火災(zāi))[4]，除此之外，航母火災(zāi)還包括由于彈藥的爆炸燃燒引起的彈藥火災(zāi)[5～6]?；馂?zāi)一般分為發(fā)生、發(fā)展、蔓延等不同發(fā)展階段，在航母火災(zāi)發(fā)生的初期，是火災(zāi)最容易被控制和撲滅的階段，是消滅火災(zāi)于萌芽之際的關(guān)鍵。航母消防，必須貫徹“以防為主、消防兼?zhèn)洹钡脑瓌t。“防”就是防患于未然，防止火災(zāi)發(fā)生；“消”就是一旦發(fā)生火情，能在較短的時間內(nèi)將火撲滅，最大限度地減少火災(zāi)損失。因此，對于航母火災(zāi)，首要的是防范于未然，而一旦火情發(fā)生，就需要在最短的時間內(nèi)將其撲滅，也就是將其消滅在萌芽狀態(tài)。本文力求在對外軍航母火災(zāi)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用事故樹分析(Accident Tree Analysis， ATA)[7]對其進(jìn)行建模，研究其發(fā)生的條件，并在此基礎(chǔ)上給出防范航母火災(zāi)的對策措施。

2事故樹分析方法

事故樹分析方法是起源于故障樹分析(Faulty Tree Analysis， FTA)方法，它是由美國貝爾實驗室于20世紀(jì)60年代基于圖論提出的一種安全評價方法，這種方法通過對從結(jié)果到原因描述事故發(fā)生的有向邏輯樹進(jìn)行演繹分析，尋求防止結(jié)果發(fā)生的對策，不僅能分析出事故的直接原因，還能深入地揭示出事故的潛在原因，是目前已在我國廣泛使用的一種安全評價方法[7～8]。事故樹作為一種描述事故因果關(guān)系的有方向的“樹”，是系統(tǒng)安全工程中的重要的分析方法之一[9]，是分析研究火災(zāi)的一種有效方法。

2.1事故樹分析原理

事故樹是對生產(chǎn)活動中可能出現(xiàn)的事故條件和可能導(dǎo)致的災(zāi)害后果，按工藝流程、先后次序和因果關(guān)系繪成的邏輯樹圖。邏輯樹圖是由各種事件和與其連接的邏輯門符號組成。事件是樹的節(jié)點(diǎn)，邏輯門是表示節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系的符號。邏輯樹圖具有直觀明了、思路清晰、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，它既可以定性分析，又可做定量分析[10]。

事故樹定性分析，是根據(jù)事故樹求取其最小割集和最小徑集，確定頂上事件發(fā)生的事故模式、原因及其對頂上事件的影響程度，為采取預(yù)防對策和控制措施，防止同類事故發(fā)生提供科學(xué)根據(jù)。事故樹頂上事件發(fā)生與否是由構(gòu)成事故樹的各種基本事件的狀態(tài)決定的。在事故樹中，把引起頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集。在事故樹的所有割集中，能導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最低限度的基本事件的集合叫做最小割集。因此，最小割集是引起頂上事件發(fā)生的充分必要條件。通過布爾代數(shù)法對事故樹模型進(jìn)行計算就可以得到事故樹的最小割集。

一個基本事件對頂上事件發(fā)生的影響大小稱為該基本事件的重要度。重要度分析在系統(tǒng)的事故預(yù)防、事故評價和安全性設(shè)計等方面有著重要的作用。確定了最容易導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的事件，就能有重點(diǎn)地采取有效措施，盡可能地避免事故的發(fā)生，這可以通過對基本事件進(jìn)行重要度分析來實現(xiàn)。如果不考慮各基本事件發(fā)生的概率，或假定各基本事件的發(fā)生概率相等，僅從事故樹的結(jié)構(gòu)上研究各基本事件對頂上事件的影響程度，稱為結(jié)構(gòu)重要度分析，并用基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)、基本事件割集重要度系數(shù)判定其影響大小。

2.2事故樹分析步驟

事故樹分析一般都遵循以下基本程序:熟悉系統(tǒng)、調(diào)查事故、確定頂上事件、確定目標(biāo)值、調(diào)查原因事件、畫出事故樹、定性分析、計算頂上事件發(fā)生概率、進(jìn)行比較、定量分析。使用者還可根據(jù)實際需要和要求，來確定分析程序。目前我國ATA一般都考慮到定性分析為止，也能取得較好效果。具體分析步驟如下:

1)熟悉系統(tǒng)。詳細(xì)了解系統(tǒng)狀況及各種參數(shù)，繪制出工藝流程圖或布置圖。

2)調(diào)查事故。收集事故案例，進(jìn)行事故統(tǒng)計，設(shè)想給定系統(tǒng)可能要發(fā)生的事故。

3)確定頂上事件。要分析的對象事件即為頂上事件。對所調(diào)查的事故進(jìn)行全面分析，從中找出后果嚴(yán)重且較易發(fā)生的事故。

4)確定目標(biāo)值。根據(jù)經(jīng)驗教訓(xùn)和事故案例，經(jīng)統(tǒng)計分析后，求解事故發(fā)生的概率(頻率)，作為要控制的事故目標(biāo)值。

5)調(diào)查原因事件。調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和各種因素。

6)畫出事故樹。從頂上事件起，逐級找出直接原因事件，直到所要分析的深度，按其邏輯關(guān)系，畫出事故樹。

7)定性分析。按事故樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，確定各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。

3航母火災(zāi)事故樹分析

3.1外軍航母火災(zāi)和爆炸原因分析

3.1.1主機(jī)和鍋爐起火

主機(jī)和鍋爐起火的原因包括來自主機(jī)和輔機(jī)軸承的潤滑油濺落到渦輪或管路熱表面。除此之外，鍋爐起火的大多數(shù)原因是自身爆炸，而鍋爐爆炸的原因主要有爐壁超壓(鍋爐內(nèi)蒸汽過壓)、水位下降、鍋爐結(jié)構(gòu)缺陷、鍋爐維修與保養(yǎng)不當(dāng)、鍋爐艙積水的水面以上燃料殘渣被引燃以及煙囪內(nèi)油煙的燃燒等。

3.1.2航空燃料

航母上搭載有大量航空燃料，在燃料的加注過程中可能出現(xiàn)意外起火。此外，航母接受航空油料補(bǔ)給和航母為屬艦進(jìn)行油料補(bǔ)給時，也可能因意外導(dǎo)致燃料起火。

3.1.3工作介質(zhì)

一些設(shè)備的流體介質(zhì)受到壓力也會引起火災(zāi)。

3.1.4彈藥

彈藥在高溫、高壓等條件下會出現(xiàn)意外爆炸，引起大火。

3.1.5電氣設(shè)備和焊接事故

電氣設(shè)備故障、焊接不慎出現(xiàn)的火花、電弧以及焊接造成的金屬熱表面和焊接質(zhì)量等問題，都會造成火災(zāi)事故。

3.1.6艦載機(jī)起降

艦載機(jī)起降事故，往往導(dǎo)致次生火災(zāi)事故，而火災(zāi)產(chǎn)生的高溫又可能導(dǎo)致彈藥爆炸。

3.1.7人為因素

艦員的操作失誤、違規(guī)操作和蓄意破壞都可能帶來火災(zāi)事故。

3.1.8易燃物資

除航空燃油外，航母上儲存的大量潤滑油、油漆等易燃易爆物資違規(guī)存放和保管，也可能帶來火災(zāi)事故。

3.2事故樹構(gòu)建

通過對大量外軍航母火災(zāi)事故的分析研究，以及對航母火災(zāi)危險源辨識的基礎(chǔ)上，考慮到火災(zāi)事故的發(fā)生必須滿足有可燃物和火源這兩個基本條件的實際情況，建立航母火災(zāi)事故樹，如圖1所示。

圖1中各個事件編號的意義見表1。

表1　航母火災(zāi)事故樹的編號及含義

3.3事故樹定性分析

由圖1所示的航母火災(zāi)事故樹，可得其表達(dá)式為

圖1　航母火災(zāi)事故樹

利用布爾代數(shù)法迭代，可得

T=M1·M2

=M1·(M21+M22)

=(X1+X2+…+X4)·[(X5+X6+…+X9)+

(X10+X11+X12)]

=(X1+X2+…+X4)·(X5+X6+…+X12)

=(X1·X5)+(X1·X6)+…+(X1·X12)+

(X2·X5)+(X2·X6)+…+(X2·X12)

+…+(X4·X5)+(X4·X6)+…+(X4·X12)

由此可得最小割集為{X1,X5}、{X1,X6}、…、{X1,X12}、{X2,X5}、{X2,X6}、…、{X2,X12}、…、{X4,X5}、{X4,X6}、…、{X4,X12}，共32組，當(dāng)這些最小事件任何一組發(fā)生時，航母火災(zāi)就會發(fā)生，最小割集羅列出了導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的32種隱患。根據(jù)最小割集的性質(zhì)可知，最小割集是所有可能引發(fā)火災(zāi)的隱患事件集合，是造成航母火災(zāi)發(fā)生的充分必要條件。

為了能夠避免火災(zāi)的發(fā)生，尋求最為可行的預(yù)防措施，可以對事故樹進(jìn)行最小徑集分析。只需將事故樹的與門變成或門，或門變成與門，即可將事故樹轉(zhuǎn)化為對偶的故障樹(Dual Faulty Tree, DFT)，其表達(dá)式為

T=M1+M2

=M1+(M21·M22)

=(X1·X2·…·X4)+[(X5·X6·…·X9)·

(X10·X11·X12)]

=(X1·X2·…·X4)+(X5·X6·…·X12)

由此可得最小徑集為{X1,X2,…,X4}、{X5,X6,…,X12}，共2組，最小徑集給出了避免航母火災(zāi)發(fā)生的可能方案。只要能夠分析出這些隱患在導(dǎo)致航母起火事件中的影響程度大小，并據(jù)此有針對性地加強(qiáng)監(jiān)管，就能夠以航母的消防力量獲得避免火災(zāi)發(fā)生的最佳效果。由求解結(jié)構(gòu)重要度的法則[11]可知:當(dāng)最小徑集的基本事件數(shù)不相等時，基本事件少的徑集中的基本事件比基本事件多的徑集中的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度大。因此，由最小徑集可以確定事件結(jié)構(gòu)重要度關(guān)系為

Iφ(1)=Iφ(2)=…=Iφ(4)>Iφ(5)

=Iφ(6)=…=Iφ

(12)

由基本事件結(jié)構(gòu)重要度的關(guān)系可知，為了預(yù)防航母火災(zāi)的發(fā)生，首先應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)對航母上可燃物的管理，其次應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對由于艦員或設(shè)備所引起的火源的管控。

4航母火災(zāi)預(yù)防對策措施

根據(jù)以上對航母火災(zāi)事故樹分析結(jié)果可知，預(yù)防航母火災(zāi)的發(fā)生應(yīng)該從對可燃物品和火源的管理兩個方面入手，尤其是加強(qiáng)對可燃物的管理更為重要，實施起來也更容易，效果更好。落實到航母裝備管理中的具體做法是:

1)盡量減少并嚴(yán)格管控航母上的可燃物品。比如:用阻燃材料作為航母的舾裝材料；限制鋁合金材料的使用；嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定做好彈藥的儲存保管，并做好航行固定工作，消除顛簸碰撞隱患；嚴(yán)格落實管理制度，及時清理污油、擦除漏油，保持機(jī)械設(shè)備表面和機(jī)艙底部清潔無油污；棉紗抹布、可燃工具等要妥善放置，避免與溫度過高物體長期接觸；儲藏室的可燃物品要分類放置，避免堆積引發(fā)自燃；辦公物品盡量不使用可燃材料等。

2)對艦員的行為要加強(qiáng)管理。比如:嚴(yán)禁在艙室吸煙；鍋爐在啟動前預(yù)掃風(fēng)以清除爐膛內(nèi)油氣混合氣防止發(fā)生點(diǎn)火爆炸；及時傾倒機(jī)艙垃圾，保持機(jī)艙、蓄電池室和航煤艙通風(fēng)；進(jìn)行電氣焊操作時，單獨(dú)指派一名持滅火器的消防員，以備隨時對可能出現(xiàn)的明火引燃進(jìn)行消防；強(qiáng)化人員火災(zāi)安全意識，建立人員消防責(zé)任制和事故問責(zé)機(jī)制，提高人員損管技能等。

3)加強(qiáng)對武器裝備、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)管。經(jīng)常對設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行檢查；定期為機(jī)械運(yùn)動部件添加潤滑油；大功率的燈體上要加裝保護(hù)罩，蓄電池室、彈藥庫等場所要使用防爆燈；規(guī)范裝備運(yùn)行值班制度，加強(qiáng)裝備日常管理，實時掌控裝備運(yùn)行狀態(tài)等。

5結(jié)語

本文利用事故樹方法對外軍航母火災(zāi)進(jìn)行了分析研究，確定出了引發(fā)航母火災(zāi)的32種隱患，并尋找到了避免航母火災(zāi)最有效的方法途徑，最后給出了預(yù)防航母火災(zāi)的具體對策措施，具有一定的參考應(yīng)用價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱小俊，楊志青，王東濤等.船舶火災(zāi)研究綜述[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2008，27(3):159-162.

[2] 劉鵬翔，王兵.美國航母火災(zāi)歷史及啟示[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2010，32(9):133-139.

[3] 牛小強(qiáng).航空母艦飛行甲板消防設(shè)施研究[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2013(1):33-37.

[4] 諸容.F類火災(zāi)危險場所的滅火器配置[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2013(4):33-35.

[5] 張光輝，浦金云，周瑞.艦艇艙室火災(zāi)危險源的分析和辨識[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報，2014，26(2):104-107.

[6] 羅雯軍，王吉，施曉波.美軍航母艦載機(jī)火災(zāi)事故應(yīng)對措施[J].船海工程，2013，42(4):45-48.

[7] 胡石勇，舒安慶，丁克勤等.基于ATA的流動式起重機(jī)斷臂事故樹分析與研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014(4):90-94.

[8] 汪燕.基于事故樹分析的水泵斷軸事故的危險評價[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014，20(7):112-113.

[9] 王鵬，楊鵬，王海等.事故樹法在機(jī)艙火災(zāi)安全評估中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2007，7(7):19-20.

[10] 李靜.大型商場火災(zāi)危險隱患分析及防控對策[J].武警學(xué)院學(xué)報，2012，28(6):58-60.

[11] 魏春榮，李艷霞，孫建華等.事故樹結(jié)構(gòu)重要度的求解方法[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2012，22(1):84-88.

Accident Analysis and Countermeasures of Foreign Aircraft Carrier Fire

CHU ZhengJIN Yan

(Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001)

AbstractSecurity management is very difficult in the aircraft carrier where there are lots of equipment and people. The plane’s engine whose temperature is high, ammunition, fuel and static electricity may lead to fires. Fires are often accompanied by explosions if they are not controlled well, which can make fires’ intensity and lasting time increase, and threaten the aircraft carriers badly. Accident tree is used to analyze the fires’ risk of the foreign aircraft carriers. Danger sources of fires are found from the point of view of staff, environment and equipment. Countermeasures of preventing and controlling aircraft carrier fires are achieved.

Key Wordsaircraft carrier fire, risk analysis, accident tree analysis

* 收稿日期：2015年11月3日,修回日期：2015年12月25日

作者簡介：褚政，男，碩士，講師，研究方向：艦船裝備安全管理。金焱，男，博士，講師，研究方向：艦船裝備安全管理。

中圖分類號U698.4

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.003