固定式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法綜述

李曉冬，唐文勇

(1. 上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200240; 2. 青島理工大學(xué) 山東省城市災(zāi)變預(yù)防與控制工程技術(shù)研究中心,山東 青島 266003)

固定式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法綜述

李曉冬1，2，唐文勇1

(1. 上海交通大學(xué) 海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200240; 2. 青島理工大學(xué) 山東省城市災(zāi)變預(yù)防與控制工程技術(shù)研究中心,山東 青島 266003)

海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮海洋環(huán)境和工作荷載作用，但近年來(lái)事故荷載的影響日益引起設(shè)計(jì)者關(guān)注。在此背景下，以固定式導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，綜述當(dāng)前針對(duì)事故荷載的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用現(xiàn)狀。首先論述在事故極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)分析的必要性；隨后綜述通用規(guī)范，如NORSOK、DNV、API等規(guī)范系列中對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析方法的使用現(xiàn)狀，包括風(fēng)險(xiǎn)決策的不同層次、安全標(biāo)準(zhǔn)的各類(lèi)形式，重在分析各類(lèi)規(guī)范相關(guān)規(guī)定的異同，探討各類(lèi)方法的適用性；最后結(jié)合我國(guó)現(xiàn)狀，論述若針對(duì)事故荷載編制基于風(fēng)險(xiǎn)方法的設(shè)計(jì)規(guī)范，目前尚存的問(wèn)題，以及解決途徑。

海洋平臺(tái)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)；安全水平；風(fēng)險(xiǎn)分析；概率法

Abstract: Traditionally, the effects of ocean environmental loads and working loads are normally assessed in offshore structural design, but the accidental loads effects have gotten more and more attention recently. In this context, the application status of risk-based accidental limited state design methodology especially for fixed offshore platform structures were commented. In detail, the necessity of using risk analysis method in accidental limited state design was firstly analyzed. Consequently, some risk-based design methods in general standards, e.g. NORSOK, DNV and API standard, were summarized, which involved different levels of risk decisions and kinds of risk acceptable criteria. On this basis, the features and advantage of these provisions in different standards were compared in order to understand their applicable condition. At last, the present problems and solutions of drawing up risk-based design codes of offshore structures under accidental loads in China were discussed.

Keywords: offshore platform; structure design; risk-based design; safety level; risk analysis; probability method

海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法主要有工作應(yīng)力法(WSD)和荷載抗力系數(shù)法(LRFD)[1]。WSD法是比較成熟的確定性方法，而LRFD法是簡(jiǎn)化的概率法。挪威船級(jí)社的DNV規(guī)范傾向于使用LRFD法[2]，而美國(guó)石油學(xué)會(huì)的API規(guī)范推崇WSD法，但1992年以后也推出了基于LRFD法的規(guī)范，當(dāng)前兩個(gè)版本并行使用[3-4]，說(shuō)明概率法設(shè)計(jì)代表先進(jìn)發(fā)展方向。中國(guó)海洋石油領(lǐng)域采用API規(guī)范，因此也建立了并行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，但當(dāng)前仍使用WSD法為主，這是因?yàn)锳PI的LRFD法中使用的各類(lèi)荷載值及荷載系數(shù)是根據(jù)美國(guó)墨西哥灣的情況確定的，在我國(guó)海域直接使用存在誤差。近年來(lái)，我國(guó)專家對(duì)LRFD展開(kāi)大量研究，例如通過(guò)標(biāo)定計(jì)算，分析適合我國(guó)各海區(qū)的荷載及系數(shù)。此類(lèi)工作中，最新的課題當(dāng)屬對(duì)事故載荷的研究。

傳統(tǒng)的固定式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮事故載荷(例如火災(zāi)、爆炸、船舶碰撞、高空落物，等等)的作用，人們經(jīng)驗(yàn)上認(rèn)為：事故雖然破壞性強(qiáng)，但屬于低頻率偶發(fā)事件，對(duì)平臺(tái)的安全威脅不大。但近幾十年來(lái)，隨著海洋開(kāi)發(fā)的不斷深入，海洋平臺(tái)屢次發(fā)生惡性事故，例如：“Herald of Free Enterprise”(1987)、“Derbyshire”(1980)和“Piper Alpha”(1988)等事故造成巨大人員傷亡，而“Amoco Cadiz”(1978)、“Prestige”(2002)、“Deepwater Horizon”(2010)等造成嚴(yán)重環(huán)境災(zāi)難。這些事故引起世界廣泛關(guān)注，也促使設(shè)計(jì)者開(kāi)始重視平臺(tái)結(jié)構(gòu)在事故中的安全表現(xiàn)。當(dāng)前，API和DNV的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范均已包含了應(yīng)對(duì)事故荷載的內(nèi)容。事故不同于環(huán)境載荷，其發(fā)生發(fā)展過(guò)程主要受設(shè)備失效、人為失誤的影響，不確定性因素更多、更復(fù)雜。為此，API和DNV規(guī)范均引入了更高級(jí)別的概率方法——“風(fēng)險(xiǎn)分析”作為安全評(píng)估工具。

針對(duì)上述情況，以固定式海洋平臺(tái)為例，綜述針對(duì)事故荷載進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，首先論證“為什么”，即從理論角度分析為什么需要用風(fēng)險(xiǎn)方法評(píng)估結(jié)構(gòu)安全能力。隨后綜述“怎么做”的問(wèn)題，即如何開(kāi)展基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，包括不同層次的風(fēng)險(xiǎn)決策、不同形式的安全標(biāo)準(zhǔn)。最后論述“可行性”，即探討針對(duì)事故的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)仍存在的問(wèn)題，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和進(jìn)展。本文可以為我國(guó)編制專門(mén)應(yīng)對(duì)事故的，具備國(guó)際先進(jìn)水平的、基于風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范提供參考。

1 針對(duì)事故荷載的設(shè)計(jì)方法

1.1極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)

當(dāng)前海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已很少依據(jù)彈性理論，大多使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，即規(guī)定一些特定極限狀態(tài)，當(dāng)結(jié)構(gòu)整體或局部超過(guò)這一狀態(tài)時(shí)即認(rèn)為不符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)荷載特點(diǎn)可把極限狀態(tài)分成四類(lèi)：承載極限狀態(tài)(ULS)；疲勞極限狀態(tài)(FLS)；工作條件極限狀態(tài)(SLS)和事故極限狀態(tài)(ALS)。ALS中，結(jié)構(gòu)安全校核應(yīng)該針對(duì)兩個(gè)問(wèn)題：一是結(jié)構(gòu)抵抗事故荷載的能力；二是事故后結(jié)構(gòu)局部受損，其繼續(xù)抵抗環(huán)境荷載的能力[7]。

1.2基于概率法進(jìn)行設(shè)計(jì)

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中，WSD法是確定性方法，成熟且使用簡(jiǎn)便，但也存在明顯不足：假定各類(lèi)荷載和結(jié)構(gòu)抗力是確定值，安全校核時(shí)要求荷載效用之和必須小于結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力。但實(shí)際上荷載和抗力都是隨機(jī)變量，符合一定分布規(guī)律，要求結(jié)構(gòu)可以抵抗所有可能出現(xiàn)的極端荷載，經(jīng)濟(jì)上難以承受，也無(wú)必要。事故荷載的隨機(jī)性高且破壞性強(qiáng)，使用上述原則尤其不合適。解決問(wèn)題的途徑是可靠度設(shè)計(jì)法，其關(guān)鍵是制定目標(biāo)安全水平(荷載小于抗力的概率)，來(lái)代替絕對(duì)安全的原則。但在設(shè)計(jì)實(shí)踐中使用完全基于概率的方法有困難，例如各類(lèi)不確定性(包括統(tǒng)計(jì)不確定性、模型不確定性、人為假定等等)必然會(huì)影響可靠度分析的準(zhǔn)確性。

面對(duì)上述兩難的情況，LRFD法是一個(gè)折中的方案。LRFD雖然與WSD的設(shè)計(jì)原則類(lèi)似，也要求荷載效用之和小于結(jié)構(gòu)抗力，但荷載特征值不是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取定，而是根據(jù)荷載的統(tǒng)計(jì)分布，按照一定安全標(biāo)準(zhǔn)取其下限分位值。另外，LRFD分別設(shè)立抗力系數(shù)和荷載系數(shù)，根據(jù)各類(lèi)荷載的變異大小，取不同系數(shù)，從而使結(jié)構(gòu)面對(duì)不同荷載時(shí)具備統(tǒng)一的安全水平。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)施，由規(guī)范推薦各類(lèi)荷載及系數(shù)的取值，設(shè)計(jì)者直接采納進(jìn)行安全校核即可。LRFD是對(duì)可靠度設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，因此也稱半概率方法。

1.3基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和結(jié)構(gòu)可靠度分析一樣，也是概率方法，但兩種方法屬于不同理論體系。結(jié)構(gòu)可靠度分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，僅以結(jié)構(gòu)為研究主體，以其失效概率衡量結(jié)構(gòu)安全水平。而從安全理論來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)在外部威脅下表現(xiàn)出的安全水平通常由風(fēng)險(xiǎn)值衡量。在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，風(fēng)險(xiǎn)值等于損失(人員傷亡、環(huán)境污染或財(cái)產(chǎn)損失)與該損失出現(xiàn)概率之積，風(fēng)險(xiǎn)越小系統(tǒng)越安全。

海洋油氣設(shè)施是復(fù)雜系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)、工藝、存儲(chǔ)、錨泊等子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)只涉及和結(jié)構(gòu)損傷有關(guān)的事故(其它事故，如火災(zāi)直接造成人員傷亡等不予考慮)，是平臺(tái)總風(fēng)險(xiǎn)的一部分。理論上說(shuō)，基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保平臺(tái)系統(tǒng)面對(duì)各類(lèi)威脅表現(xiàn)出的總風(fēng)險(xiǎn)值低于一個(gè)可接受水平。但現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)，目前仍是各類(lèi)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)。具體對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)而言，更是針對(duì)不同威脅和不同失效模式分別校核其安全性。結(jié)構(gòu)的安全威脅主要是外荷載作用，ULS、FLS、SLS和ALS四類(lèi)狀態(tài)下外荷載的性質(zhì)是不同的(如表1所示)。

表1 結(jié)構(gòu)安全威脅的對(duì)比分析

ULS、SLS和FLS研究的是正常工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題，直接原因是工作與環(huán)境荷載作用；但由于這些荷載無(wú)法避免，結(jié)構(gòu)失效的本質(zhì)原因其實(shí)是自身安全閾值不足，和其它系統(tǒng)無(wú)關(guān)。在風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)失效的后果確定時(shí)，可以僅用結(jié)構(gòu)失效概率表征風(fēng)險(xiǎn)水平。因此，面對(duì)正常工作荷載，采用可靠度方法評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全是合理的，當(dāng)前各類(lèi)規(guī)范也主要是采用可靠度方法的簡(jiǎn)化方式——“半概率法”進(jìn)行設(shè)計(jì)(如1.2所述LRFD法)。

而ALS的發(fā)生與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)無(wú)關(guān)，內(nèi)在原因是其它子系統(tǒng)失效(如設(shè)計(jì)建造的質(zhì)量缺陷；閥門(mén)泄漏；防火預(yù)警失靈等)，直接原因是人為失誤，結(jié)構(gòu)失效僅是事故的結(jié)果之一。此時(shí)，結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的任務(wù)十分復(fù)雜，包括確認(rèn)：哪些事故場(chǎng)景需要考慮？事故荷載的分布規(guī)律？哪些是結(jié)構(gòu)安全關(guān)鍵構(gòu)件？等等。這些問(wèn)題都需要經(jīng)典的風(fēng)險(xiǎn)分析方法解決。

但是對(duì)于成熟的海洋設(shè)施(固定海域、標(biāo)準(zhǔn)化的布置及構(gòu)件類(lèi)型)，主要事故威脅、安全關(guān)鍵構(gòu)件明確，而且可以參考事故記錄、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，得到完整的事故載荷分布規(guī)律，從而具備了和ULS相似的計(jì)算條件，因此也可以用可靠度方法或LRFD法評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全。詳細(xì)應(yīng)用情況將于第2節(jié)論述。

2 基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)決策體系

2.1概述

API把使用風(fēng)險(xiǎn)方法進(jìn)行的設(shè)計(jì)決策歸納為三類(lèi)任務(wù)：基于風(fēng)險(xiǎn)的篩選；基于風(fēng)險(xiǎn)確定名義載荷和基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)[8]。由圖1可見(jiàn)：事故篩選是ALS設(shè)計(jì)的首要工作，合理的途徑是以風(fēng)險(xiǎn)作為指標(biāo)，選取對(duì)結(jié)構(gòu)影響大的事故進(jìn)行安全校核。具體設(shè)計(jì)中，條件允許時(shí)，LRFD因1.2所述優(yōu)點(diǎn)，是首選方法，此時(shí)需借助風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定名義荷載，當(dāng)極限狀態(tài)方程校核無(wú)法達(dá)標(biāo)時(shí)，可以進(jìn)一步借助風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估來(lái)判斷結(jié)構(gòu)能否滿足安全目標(biāo)；另外對(duì)于無(wú)法確定名義荷載的結(jié)構(gòu)物，也必須直接使用基于風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)估。

圖1 基于風(fēng)險(xiǎn)的ALS設(shè)計(jì)決策框架Fig. 1 Decision-making procedure of risk based ALS design

2.2基于風(fēng)險(xiǎn)的篩選

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，需要決策是否針對(duì)某類(lèi)事故進(jìn)行ALS設(shè)計(jì)。按照DNV-OSS-121規(guī)范的規(guī)定，該決策過(guò)程是“利用風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)把影響微小或次要的危險(xiǎn)排除，這包括那些極不可能發(fā)生的危險(xiǎn)及其次生災(zāi)害(由于某類(lèi)保護(hù)措施有效)，或者那些對(duì)人員及財(cái)產(chǎn)造成后果極小的危險(xiǎn)類(lèi)型?！盵9]

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系中，進(jìn)行此類(lèi)決策使用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法；由于設(shè)計(jì)初期缺乏具體數(shù)據(jù)，使用HAZOP、FEMA、WHATIF等定性方法是常見(jiàn)選擇[10]。例如，API-RP-2FB規(guī)范是針對(duì)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，由于此類(lèi)事故通常與原油泄漏、點(diǎn)燃等工藝風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)，規(guī)范使用“工藝設(shè)施檢查法”進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別[8]，符合下列情況時(shí)認(rèn)為火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)足夠小，以至不需進(jìn)行ALS設(shè)計(jì)：就事故后果來(lái)說(shuō)，平臺(tái)應(yīng)該擁有少量設(shè)備，如有限的井口、儲(chǔ)罐及其附屬管道(對(duì)應(yīng)較低庫(kù)存)；空間足夠開(kāi)放(包括甲板在內(nèi)不超過(guò)兩個(gè)固體邊界)；無(wú)人值守，等等。就事故發(fā)生來(lái)說(shuō)，與后果因素相似，要求平臺(tái)小、工藝簡(jiǎn)單(對(duì)應(yīng)較低泄漏和點(diǎn)燃頻率)；設(shè)備數(shù)量少；低頻率管控、維護(hù)(對(duì)應(yīng)較少失誤)，等等。

2.3基于風(fēng)險(xiǎn)確定名義載荷

NORSOK和DNV的相關(guān)規(guī)范[2, 11-13]主要針對(duì)北海的固定式導(dǎo)管架平臺(tái)編制，這些平臺(tái)設(shè)計(jì)方案成熟，有完善的事故記錄，因此規(guī)范采用LRFD法。

例如NORSOK-N-001規(guī)范[11]要求按照超越概率10-4的標(biāo)準(zhǔn)確定事故載荷的名義值，而此超越概率是由風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)倒推出來(lái)的。圖2演示了該過(guò)程，其中有兩處代換體現(xiàn)了LRFD其實(shí)是風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化：首先，以載荷超越概率10-4代表結(jié)構(gòu)受損概率，此簡(jiǎn)化忽略了結(jié)構(gòu)抗力的不確定性，結(jié)構(gòu)失效概率主要由事故載荷不確定性決定。另外，假設(shè)平臺(tái)在整體傾覆時(shí)造成的后果固定，因此以平臺(tái)傾覆概率代表死亡50～100人事故的出現(xiàn)概率，即以結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)代換了事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

上述基于LRFD的規(guī)范雖然以風(fēng)險(xiǎn)值提出目標(biāo)安全水平，但卻通過(guò)圖2中的過(guò)程對(duì)事故荷載提出名義值，并規(guī)定事故載荷系數(shù)取1；因此還不屬于基于性能的設(shè)計(jì)(performance based design)，仍然是基于規(guī)定的設(shè)計(jì)(prescriptive based design)。

圖2 名義載荷確定過(guò)程Fig. 2 Procedure of determining nominal loads

2.4基于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)

直接基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)該由規(guī)范提供目標(biāo)安全水平，規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程；在設(shè)計(jì)中，由設(shè)計(jì)者具體評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)大小，并采取控制措施以確保平臺(tái)可以達(dá)到安全目標(biāo)。使用這類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)決策是真正基于性能的設(shè)計(jì)，能給予設(shè)計(jì)者更多自主權(quán)。許多國(guó)家以法令形式規(guī)定對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行安全評(píng)估，DNV-OS-A101[9]和NORSOK-Z-013[14]規(guī)范也都曾對(duì)安全評(píng)估方法做過(guò)介紹。但此時(shí)的安全評(píng)估不僅是安全管理的文件，更要作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決策工具。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)系可用圖3來(lái)表示。

圖3(a)是DNV-OS-A101規(guī)范提出的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)一般過(guò)程，深色部分是必須由安全評(píng)估完成的任務(wù)。此時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別須找出三類(lèi)目標(biāo)：減小風(fēng)險(xiǎn)的措施；關(guān)鍵構(gòu)件及其關(guān)鍵性能參數(shù)；事故場(chǎng)景(事故怎樣發(fā)生、發(fā)展，造成結(jié)構(gòu)怎樣失效，等等)。風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)選用的方法及精度則由設(shè)計(jì)決策的具體需要來(lái)定。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)使用的安全標(biāo)準(zhǔn)由設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)定。減小風(fēng)險(xiǎn)措施包含三種類(lèi)型：移除危險(xiǎn)源；減少危險(xiǎn)發(fā)生；緩解事故影響(包括增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載或安全系統(tǒng)等)。此流程是針對(duì)包括結(jié)構(gòu)在內(nèi)各類(lèi)設(shè)施的整體風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)框架，但當(dāng)前整體設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)，仍以各系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)為主。因此該流程僅宏觀上提出了風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的基本原則。

設(shè)計(jì)中，必須考慮因?yàn)楦黝?lèi)隨機(jī)變量的影響，事故往往有多種場(chǎng)景，進(jìn)而導(dǎo)致事故荷載水平和受影響構(gòu)件差別很大，比如火災(zāi)，因?yàn)轱L(fēng)向、風(fēng)速，泄漏位置、速度等變量的隨機(jī)變化，火災(zāi)的工況會(huì)有很多可能。但若對(duì)每個(gè)可能場(chǎng)景都分析結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和延展性，工作量仍將十分巨大。對(duì)此問(wèn)題，API-RP-2FB規(guī)范[8]使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)可能場(chǎng)景進(jìn)行篩選：對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景不進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng)估；而對(duì)采取了各類(lèi)減緩措施后風(fēng)險(xiǎn)仍比較大的場(chǎng)景，則確定為設(shè)計(jì)工況，并校核關(guān)鍵構(gòu)件的安全能力。圖3(b)展示了該流程，其中“改變方案”是指改變平臺(tái)布局或功能(例如從住人改為無(wú)人)，以期徹底改變風(fēng)險(xiǎn)狀況；而“減小風(fēng)險(xiǎn)”是指通過(guò)緩解措施(例如加強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載、增設(shè)防爆墻等)降低風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明[15]：設(shè)計(jì)時(shí)“改變方案”比“減小風(fēng)險(xiǎn)”更難操作，且付出代價(jià)更高；因此該流程中風(fēng)險(xiǎn)控制原則是優(yōu)先考慮緩解措施，最后才改變方案。

圖3中兩個(gè)設(shè)計(jì)流程均是根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不斷調(diào)整措施、繼而重新評(píng)估的迭代過(guò)程，因此主要使用于概念設(shè)計(jì)階段。最終的詳細(xì)設(shè)計(jì)，則使用傳統(tǒng)工具進(jìn)行，確保概念設(shè)計(jì)中選擇的方案(包括結(jié)構(gòu)承載能力、安全預(yù)防和控制措施等)得到具體實(shí)現(xiàn)。

圖3 基于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)決策的過(guò)程Fig. 3 Process of risk-based design making

3 基于風(fēng)險(xiǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)體系

在基于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的ALS設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的安全標(biāo)準(zhǔn)是一系列基于風(fēng)險(xiǎn)建立的標(biāo)準(zhǔn)體系，通常包含目標(biāo)安全水平、結(jié)構(gòu)安全目標(biāo)和功能表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1目標(biāo)安全水平

使用概率法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，確定目標(biāo)安全水平(target safety level，簡(jiǎn)稱TSL)是首要工作。當(dāng)使用結(jié)構(gòu)可靠度評(píng)估結(jié)構(gòu)安全時(shí)，TSL用結(jié)構(gòu)的失效概率表示。使用風(fēng)險(xiǎn)分析方法時(shí)，TSL則通常表示為定量的風(fēng)險(xiǎn)值，而此時(shí)，TSL又會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)失效原因(事故類(lèi)型)、失效模式和失效后果的差異而被分別建立，即表示為結(jié)構(gòu)以某類(lèi)模式失效的概率與失效后果的乘積。結(jié)構(gòu)失效概率有時(shí)間跨度的要求(1年或平臺(tái)整個(gè)服役期)，當(dāng)失效后果以人員死亡衡量時(shí)，失效概率的時(shí)間跨度通常取為1年。

就事故類(lèi)型來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)種類(lèi)有火災(zāi)、爆炸、船舶碰撞和高空落物等。而結(jié)構(gòu)失效模式主要可以分為局部損壞和整體傾覆。從方法上能夠?qū)崿F(xiàn)把TSL表示成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值，但現(xiàn)實(shí)中針對(duì)不同事故和失效模式分別設(shè)立TSL，會(huì)使設(shè)計(jì)更方便。例如NORSOK-N-001規(guī)范[11]，以風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)規(guī)定在北海中作業(yè)的常規(guī)固定式平臺(tái)的TSL，即每年死亡50～100人事故(平臺(tái)整體傾覆)的頻率不高于6×10-5。既然各類(lèi)事故給平臺(tái)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)基本相當(dāng)[6]，可以把該TSL均分，要求平臺(tái)受單類(lèi)事故影響整體傾覆的概率不高于10-5。如2.3節(jié)所述，該規(guī)范推薦LRFD法，首先對(duì)構(gòu)件抵抗局部損傷的極限狀態(tài)校核，此時(shí)使用的事故荷載年超越率為10-4。然后再對(duì)損傷平臺(tái)在工作荷載及環(huán)境荷載作用下發(fā)生整體傾覆的模式進(jìn)行校核，上述荷載年超越率取為10-2，結(jié)構(gòu)抗力為95%的分位數(shù)，而抗力和荷載的系數(shù)均取1，這樣就使平臺(tái)在局部受損情況下發(fā)生整體傾覆的條件概率保持在10-1的量級(jí)。從而確保平臺(tái)在單類(lèi)事故中整體傾覆的概率為10-4×10-1=10-5。

就事故后果來(lái)說(shuō)，包括人員傷亡、環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失，原則上可以都統(tǒng)一為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而得到單一的定量風(fēng)險(xiǎn)水平值。但現(xiàn)實(shí)中，通常是分別計(jì)算，以最嚴(yán)重的為控制指標(biāo)[16]，原因如下：首先是人員傷亡和環(huán)境污染換算成金錢(qián)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。其次，都用金錢(qián)衡量容易誤導(dǎo)設(shè)計(jì)者把利益最大化作為安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)。另外，造成人員傷亡和環(huán)境破壞的結(jié)構(gòu)失效模式有差異，例如，人員死亡往往由平臺(tái)甲板失效或整體傾覆等系統(tǒng)失效引起，而下部構(gòu)件等局部損壞不會(huì)對(duì)人員構(gòu)成威脅。環(huán)境污染則是由立管、海底管線和儲(chǔ)罐等裝置損壞，繼而伴隨泄漏而引發(fā)。上述損失由金錢(qián)統(tǒng)一衡量，不利于研究風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。因此，通常是根據(jù)人員傷亡與環(huán)境破壞指標(biāo)來(lái)確定目標(biāo)安全水平。

3.2結(jié)構(gòu)安全目標(biāo)和功能表現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

TSL是設(shè)計(jì)海洋平臺(tái)時(shí)的安全原則，但由于結(jié)構(gòu)與各類(lèi)事故發(fā)生并無(wú)關(guān)系，僅是破壞作用的載體，設(shè)計(jì)中應(yīng)針對(duì)某類(lèi)事故場(chǎng)景，進(jìn)一步確定具體結(jié)構(gòu)的損傷控制要求，DNV稱其為結(jié)構(gòu)安全目標(biāo)(safety target，簡(jiǎn)稱ST)[9]。ST的規(guī)定應(yīng)確保實(shí)現(xiàn)TSL目標(biāo)，當(dāng)事故場(chǎng)景的出現(xiàn)概率不同時(shí)，ST的內(nèi)容也相應(yīng)改變。以API對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗火災(zāi)時(shí)的規(guī)定為例[8]：“對(duì)小概率(罕有發(fā)生)的場(chǎng)景，防爆墻或防火墻應(yīng)留在原地、不裂紋、不與支撐物斷開(kāi)，發(fā)生有限變形，以免事故蔓延；安全關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)能有效減小事故影響，確保事故中切斷危險(xiǎn)源，人員安全逃生，火勢(shì)得到控制；通訊設(shè)施、危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施保持完好；整個(gè)平臺(tái)在事故后應(yīng)能避免傾覆或倒塌。對(duì)于中高概率(較頻繁發(fā)生)的場(chǎng)景，則應(yīng)把損傷限制在更小的范圍，例如要求平臺(tái)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷事故后，經(jīng)檢修能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)?！?/p>

對(duì)于安全關(guān)鍵構(gòu)件，通常還需借助力學(xué)工具(理想彈塑性模型或非線性有限元工具)對(duì)其進(jìn)行事故極限狀態(tài)(ALS)的安全校核。此時(shí)，ST中對(duì)損傷后果的定性規(guī)定就顯得籠統(tǒng)了，需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的臨界指標(biāo)，DNV稱其為結(jié)構(gòu)的性能標(biāo)準(zhǔn)(performance criteria，簡(jiǎn)稱PC)[9]。事故通常引起能量耗散，例如碰撞事故中的動(dòng)能釋放，火災(zāi)中的熱輻射等，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)響應(yīng)往往伴有遠(yuǎn)超過(guò)彈性極限的大變形或應(yīng)變，因此在ULS中常用的彈性指標(biāo)(如極限應(yīng)力或彎矩)不再適合制定ALS下的PC，此時(shí)PC的規(guī)定應(yīng)能直接或間接反映結(jié)構(gòu)吸收事故能量的能力。以DNV-RP-C204規(guī)范[17]為例，使用基于動(dòng)力學(xué)的塑性方法分析結(jié)構(gòu)在ALS中的響應(yīng)，在理想塑性模型中，針對(duì)構(gòu)件橫截面分析時(shí)，使用最大變形作為PC指標(biāo)；而針對(duì)微小單元分析時(shí)，則使用極限應(yīng)變。構(gòu)件在伸展變形時(shí)，如果發(fā)生屈曲(受壓區(qū)域)或裂縫(受拉區(qū)域)，將失去繼續(xù)吸收能量的能力，此時(shí)，以發(fā)生上述情形時(shí)的結(jié)構(gòu)臨界狀態(tài)作為PC。

需要注意的是，有些事故荷載(如火災(zāi))并非瞬時(shí)發(fā)生，而是在一段時(shí)間中的動(dòng)態(tài)過(guò)程。針對(duì)此類(lèi)事故的PC應(yīng)能反應(yīng)結(jié)構(gòu)物在事故中的耐久能力。例如API-RP-2FB規(guī)范[8]對(duì)H120級(jí)防火墻的PC規(guī)定：該級(jí)防火墻在池火中應(yīng)能在120分鐘內(nèi)保持穩(wěn)定完整，背火面升溫到140℃所用時(shí)間不能少于120分鐘。建立這類(lèi)有關(guān)結(jié)構(gòu)失效和時(shí)間歷程PC很有意義，對(duì)建立事故應(yīng)急體系有非常重要的支持作用。

4 風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展

如前面所述，基于風(fēng)險(xiǎn)的方法代表著固定式海洋平臺(tái)ALS設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，而且NOSOK、DNV和API等規(guī)范在使用風(fēng)險(xiǎn)方法方面已經(jīng)取得成功經(jīng)驗(yàn)。但在我國(guó)編制類(lèi)似規(guī)范，仍有許多現(xiàn)實(shí)的障礙需要跨越，下面將從風(fēng)險(xiǎn)分析方法和目標(biāo)安全水平兩個(gè)方面來(lái)具體分析，并介紹相關(guān)研究進(jìn)展。

4.1風(fēng)險(xiǎn)分析方法

對(duì)各類(lèi)事故事件的風(fēng)險(xiǎn)分析是ALS風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的核心，但設(shè)計(jì)決策的任務(wù)不同，需要的風(fēng)險(xiǎn)分析方法也有差異，就圖1中的三類(lèi)決策來(lái)說(shuō)：1)危險(xiǎn)識(shí)別與篩選，處于項(xiàng)目初期，具體信息少，目的是找出主要事故威脅或識(shí)別安全關(guān)鍵構(gòu)件，因此可以使用定性方法；2)基于風(fēng)險(xiǎn)確定荷載水平，主要針對(duì)常規(guī)平臺(tái)類(lèi)型的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)失效的后果相對(duì)固定，風(fēng)險(xiǎn)分析的主要任務(wù)是準(zhǔn)確分析事故荷載的統(tǒng)計(jì)特征；3)直接基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，需要依賴評(píng)估結(jié)果選擇設(shè)計(jì)方案和安全措施，因此需要定量風(fēng)險(xiǎn)分析為成本-效益分析提供依據(jù)。而無(wú)論定性還是定量方法，都涉及模型建立和數(shù)據(jù)分析兩大類(lèi)問(wèn)題。

在項(xiàng)目可行性研究或概念設(shè)計(jì)階段，由于信息匱乏，定性分析是常用方法。尤其對(duì)于新型結(jié)構(gòu)物，如近海風(fēng)電設(shè)施，缺乏成熟經(jīng)驗(yàn)借鑒，在項(xiàng)目初期利用風(fēng)險(xiǎn)分析輔助決策已成為潮流。例如文獻(xiàn)[18]利用HAZOP對(duì)臺(tái)灣海域的風(fēng)電建設(shè)過(guò)程進(jìn)行了危險(xiǎn)源識(shí)別；文獻(xiàn)[19]介紹了利用HAZOP、FEMA對(duì)近海風(fēng)電設(shè)施進(jìn)行關(guān)鍵安全部件識(shí)別的過(guò)程。這些方法雖然不能提供定量的評(píng)估結(jié)果，但通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素(出現(xiàn)頻率、后果損失，等)的定性分級(jí)，可以為項(xiàng)目初期決策提供有效支持。

定性分析的問(wèn)題是風(fēng)險(xiǎn)因素的估計(jì)依靠專家判斷，人為不確定性影響大；模糊集的引入可以在一定程度上控制這類(lèi)影響。如文獻(xiàn)[20]在模擬平臺(tái)油氣泄漏時(shí)，利用模糊隸屬度函數(shù)為專家判斷得到的事件發(fā)生頻率添加了置信水平，有效減小了主觀不確定性的影響。更深入地做法可以把風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)一步細(xì)分，分別進(jìn)行模糊評(píng)估，而后綜合分析總體風(fēng)險(xiǎn)。通常做法是劃分為頻率和損失[21-22]，頻率又可以進(jìn)一步劃分為事故頻率和某失效模式出現(xiàn)條件概率[23]，損失則可分為人員傷亡、環(huán)境損害、財(cái)產(chǎn)損失等[22]。把風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)細(xì)分，有效減小了每次主觀判斷不確定性的影響范圍。也可以把不同屬性的風(fēng)險(xiǎn)因素用一種模糊語(yǔ)言表達(dá)，便于綜合評(píng)估，例如文獻(xiàn)[24]把平臺(tái)溢油風(fēng)險(xiǎn)劃分為設(shè)計(jì)參數(shù)、油藏情況、海區(qū)環(huán)境、組織管理水平、應(yīng)急能力等多屬性指標(biāo)體系，并把不同量綱的、定性與定量的指標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為模糊集變量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估。進(jìn)行多屬性評(píng)估時(shí)，層次分析法(AHP)通常被用來(lái)確定各個(gè)屬性對(duì)總風(fēng)險(xiǎn)的重要度[22]，而邏輯推理[21,25]、近似推理[23,25]、證據(jù)推理[23]等方法是目前常被用來(lái)進(jìn)行模糊集綜合計(jì)算的工具。相對(duì)于直接依靠專家打分的定性方法，模糊綜合評(píng)估大大減小了不確定性的影響，因此不僅可以用來(lái)危險(xiǎn)識(shí)別，還可以進(jìn)行基于風(fēng)險(xiǎn)的方案選擇。例如文獻(xiàn)[21]就是在概念設(shè)計(jì)中利用該方法對(duì)某水下結(jié)構(gòu)物的四種設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，最終選擇了模糊風(fēng)險(xiǎn)度最小的方案。

進(jìn)行定量分析時(shí)，事件樹(shù)(ETA)和故障樹(shù)(FTA)是模擬風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生發(fā)展的經(jīng)典方法。但其也有缺點(diǎn)，例如必須假定風(fēng)險(xiǎn)事件中各隨機(jī)變量是彼此獨(dú)立的，而且ETA和FTA適合表達(dá)二維狀態(tài)變量，當(dāng)變量狀態(tài)多變時(shí)，將大幅提升計(jì)算量。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)模型較好解決了上述問(wèn)題，例如文獻(xiàn)[26-27]利用BN模型模擬了FPSO錨鏈?zhǔn)軗p導(dǎo)致次生災(zāi)害的場(chǎng)景，該模型反應(yīng)了局部損傷、海況、操作因素、救援因素等相互影響的復(fù)雜情況，并顯示了考慮變量多維狀態(tài)時(shí)的分析效率。文獻(xiàn)[28]則闡明了BN模型在應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)缺乏時(shí)的優(yōu)勢(shì)，例如可以綜合專家判斷與統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)更新等。

進(jìn)行定量分析除了要有高水平模型，更依賴于充分的信息數(shù)據(jù)。直接的方法是建立事故數(shù)據(jù)庫(kù)，除了統(tǒng)計(jì)事故歷史數(shù)據(jù)，精確的數(shù)值模擬或可靠的物模實(shí)驗(yàn)也是完善數(shù)據(jù)的途徑。例如文獻(xiàn)[29]在研究平臺(tái)火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，利用LHS抽樣工具對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向，泄漏速率和位置等變量隨機(jī)抽樣，形成眾多場(chǎng)景，通過(guò)CFD計(jì)算得到大樣本的爆炸荷載數(shù)據(jù)，為基于超越概率確定特征荷載提供了依據(jù)。文獻(xiàn)[30]則在分析火災(zāi)爆炸荷載不確定性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步用3D有限元工具LS-DYNA模擬了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況，并分析了結(jié)構(gòu)變形的統(tǒng)計(jì)特征。另外，文獻(xiàn)[31]針對(duì)近海風(fēng)電設(shè)施的碰撞風(fēng)險(xiǎn)、文獻(xiàn)[32]針對(duì)管線保護(hù)結(jié)構(gòu)的落物風(fēng)險(xiǎn)，也進(jìn)行了類(lèi)似研究。具體過(guò)程都是先利用風(fēng)險(xiǎn)分析工具研究事故荷載的隨機(jī)分布，而后利用LS-DYNA模擬結(jié)構(gòu)損傷情況，利用大量數(shù)值模擬的結(jié)果分析結(jié)構(gòu)損傷的概率特征，為基于風(fēng)險(xiǎn)確定結(jié)構(gòu)的安全目標(biāo)和性能標(biāo)準(zhǔn)積累了數(shù)據(jù)。

我國(guó)屬新興海洋國(guó)家，事故數(shù)據(jù)庫(kù)建立難以一蹴而就，類(lèi)比借鑒法也是提供定量數(shù)據(jù)的選擇。但數(shù)據(jù)庫(kù)往往針對(duì)固定海區(qū)，借用時(shí)需要考慮環(huán)境的差異性。比如，當(dāng)前最權(quán)威的油氣泄漏事故數(shù)據(jù)庫(kù)是HSE建立的HCRD，該庫(kù)數(shù)據(jù)來(lái)源于北海區(qū)域的典型石油作業(yè)平臺(tái)。在分析墨西哥灣某平臺(tái)油氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，直接使用HCRD的數(shù)據(jù)會(huì)帶來(lái)誤差，這是因?yàn)閮傻赜布O(shè)施和安全管理的差異會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)不同。DNV為減小此類(lèi)借用誤差，習(xí)慣采用MOR(modification of risk)技術(shù)[15]，即對(duì)比分析兩地設(shè)施在“風(fēng)險(xiǎn)誘因”和“控制措施”方面的差異，以此為據(jù)確定概率的修正參數(shù)。以上面泄漏風(fēng)險(xiǎn)為例，若修正參數(shù)是“2”，而依照HCRD數(shù)據(jù)計(jì)算的泄漏概率為P，則墨西哥灣的泄漏概率為2P。確定修正參數(shù)的方法有很多，最常使用的四種是CCPS、MANAGER、API 581和BBM方法，DNV在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)踐中最常用的是BBM(barrier based method)方法[33-34]。

4.2目標(biāo)安全水平(TSL)

目前確定TSL的方法可以歸納為三類(lèi)：1)通過(guò)分析當(dāng)前權(quán)威規(guī)范，以其中明確規(guī)定或隱含表達(dá)的結(jié)構(gòu)安全水平作為T(mén)SL；2)從安全管理理論出發(fā)，以當(dāng)前社會(huì)可以接受的某類(lèi)損失的出現(xiàn)概率為安全指標(biāo)，通過(guò)成本效益分析確定TSL，即考慮把人員傷亡控制在一臨界水平，使此時(shí)投入的邊際成本剛好不大于“社會(huì)的投入意愿”；3)基于優(yōu)化設(shè)計(jì)原則確定目標(biāo)安全水平，即考慮使風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的期望損失與控制風(fēng)險(xiǎn)投入的成本之和最小，從而實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。方法1的可操作性強(qiáng)，但等同于完全認(rèn)可了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)規(guī)范的安全水平，要求偏低。考慮到當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要用于初步設(shè)計(jì)階段，方法2和3更適合輔助方案決策，但此兩種方法需要定量的風(fēng)險(xiǎn)值作為安全指標(biāo)，因此采用這些方法需要前提，即開(kāi)發(fā)可靠性高的定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法。

如3.1節(jié)所述，可以針對(duì)人員傷亡、環(huán)境破壞和經(jīng)濟(jì)損失等不同后果分別制定TSL，但傳統(tǒng)上人員傷亡被作為主控風(fēng)險(xiǎn)。利用成本效益原則確定TSL時(shí)，對(duì)于人員傷亡的社會(huì)投入意愿通常由CAF值表示，該意愿值可以借助“生命質(zhì)量指標(biāo)(LQI)”來(lái)確定[35]，而LQI則考慮國(guó)民生產(chǎn)總值、人員工作時(shí)間等因素。早在1998年，文獻(xiàn)[36]就利用LQI計(jì)算了各國(guó)的CAF值，結(jié)果表明發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家的風(fēng)險(xiǎn)控制意愿差別明顯。近年，文獻(xiàn)[27]在對(duì)FPSO的錨鏈?zhǔn)эL(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，分別利用LQI指標(biāo)和優(yōu)化原則計(jì)算了目標(biāo)失效概率，結(jié)果表明：前者比后者更小，即基于LQI的安全標(biāo)準(zhǔn)比基于優(yōu)化原則的標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。

海洋石油平臺(tái)的事故通常會(huì)伴隨油氣泄漏，因此針對(duì)海洋環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)成為發(fā)展的重點(diǎn)。文獻(xiàn)[14]提出了海洋工業(yè)中原油泄漏事故的風(fēng)險(xiǎn)接受標(biāo)準(zhǔn)，它將環(huán)境污染的程度用環(huán)境恢復(fù)時(shí)間來(lái)度量。文獻(xiàn)[37-38]則描述了一個(gè)形如CAF的自然環(huán)境保護(hù)意愿指數(shù)CATS，從而可以利用成本效益原則來(lái)確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)接受標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，可以得到如下結(jié)論：

1)在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)中，概率法已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的主流方向。結(jié)構(gòu)可靠度分析和風(fēng)險(xiǎn)分析都是概率法的常見(jiàn)工具，但對(duì)于ALS狀態(tài)，使用風(fēng)險(xiǎn)分析方法更加合理，尤其對(duì)于創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)安全評(píng)估只能依靠風(fēng)險(xiǎn)分析。

2)目前，風(fēng)險(xiǎn)方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的使用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵決策依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法做出；結(jié)構(gòu)安全評(píng)估依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行。以上兩個(gè)方面在發(fā)達(dá)國(guó)家規(guī)范中已有應(yīng)用，可以為我國(guó)建立國(guó)際水平的新規(guī)范提供成熟的經(jīng)驗(yàn)。

3)在我國(guó)建立基于風(fēng)險(xiǎn)方法的ALS設(shè)計(jì)規(guī)范，仍有許多現(xiàn)實(shí)障礙，主要表現(xiàn)為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法可靠性和適用性問(wèn)題，還必須面對(duì)目標(biāo)安全水平的確定問(wèn)題。

4)海洋石油部門(mén)在日常安全管理中建立事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估建立信息基礎(chǔ)，這是基于風(fēng)險(xiǎn)方法建立ALS規(guī)范必要的戰(zhàn)略任務(wù)之一。目前，為克服數(shù)據(jù)缺乏的困難，可以利用科學(xué)手段借鑒權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)信息開(kāi)展定量評(píng)估。

5)目標(biāo)安全水平的確定是實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵，目前可以針對(duì)不同事故類(lèi)型、失效模式和各類(lèi)損失類(lèi)型分別制定目標(biāo)安全水平，而成本效益原則和優(yōu)化原則都可以提供合理可行的方法途徑。

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Reviews and comments on risk-based design of fixed offshore platform structures

LI Xiaodong1, 2, TANG Wenyong1

(1. Shanghai Jiao Tong University, State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai 200240, China; 2. Qingdao Technological University, Shandong Urban Disaster Prevention and Control Engineering Technology Research Center, Qingdao 266033, China)

P751

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2017.01.017

1005-9865(2017)01-0147-10

2016-01-19

李曉冬(1980-)，男，山東章丘人，講師，博士研究生，主要從事船舶與海洋工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)的研究。E-mail: lxdouc@126.com

唐文勇。E-mail：wytang@sjtu.edu.cn