基于風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸安全容量研究*

劉 剛，吳宗之，王如君，多英全 ，楊春生

(1.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；2.國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)職業(yè)健康司，北京 100044；3.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)研究所，北京 100012；4.國(guó)家應(yīng)急管理部 重大危險(xiǎn)源監(jiān)控和事故應(yīng)急技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸規(guī)模逐年增加，危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸事故也日益增多，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸事故在所有危險(xiǎn)品事故總量中占比較大，學(xué)者們[1～4]分析了2010—2015年我國(guó)發(fā)生的2 636起危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸和儲(chǔ)存階段占危險(xiǎn)品事故總數(shù)的93%。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全做了大量研究，F(xiàn)abiano等[5-6]基于運(yùn)輸事故基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究了道路類型、天氣狀況、交通狀況對(duì)運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的影響，建立了事故發(fā)生概率和死亡人數(shù)評(píng)估模型；Erkut等[7-8]以運(yùn)輸距離、影響人數(shù)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)值、事故概率、事件概率最小化為標(biāo)準(zhǔn)，研究多種危險(xiǎn)品的運(yùn)輸選線問(wèn)題；吳宗之等[9-11]針對(duì)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸優(yōu)化選線問(wèn)題做了系統(tǒng)的研究。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者圍繞化工園區(qū)安全容量確定問(wèn)題開(kāi)展了研究，但僅限于化工園區(qū)內(nèi)的固定危險(xiǎn)設(shè)施，陳曉董等[12]從風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)確定安全容量，認(rèn)為化工園區(qū)的安全容量應(yīng)是一個(gè)與風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的臨界量；王蕊等[13]從事故多米諾效應(yīng)方面研究了化工園區(qū)安全容量；李傳貴等[14]將化工園區(qū)安全容量定義為在園區(qū)正常的生產(chǎn)活動(dòng)、園區(qū)人們的正常生活水平不遭受任何損害的條件下，園區(qū)能承受的最大危險(xiǎn)量；Chen等[15]研究了基于區(qū)域可接受風(fēng)險(xiǎn)的化工園區(qū)安全容量。上述研究分析了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸事故相關(guān)規(guī)律，建立了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及優(yōu)化選線模型，提出了化工園區(qū)安全容量計(jì)算方法，但在危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估涉及的影響因素和風(fēng)險(xiǎn)管控方面仍存在缺陷。本文建立了改進(jìn)型危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，基于風(fēng)險(xiǎn)提出了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸安全容量確定方法，并在管控運(yùn)用中進(jìn)行了檢驗(yàn)。

1 危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)和評(píng)估模型建立

危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)通常使用個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行表征。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是危險(xiǎn)源周邊固定位置處單個(gè)人的死亡概率，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)表示事件發(fā)生可能性與死亡人數(shù)之間的關(guān)系，與周邊人員分布密切相關(guān)[16]。

1.1 危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)確定

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的常見(jiàn)表現(xiàn)形式是風(fēng)險(xiǎn)輪廓圖，由地圖上的具有相同個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的位置連接而成，可以直觀地展示運(yùn)輸線路周邊的風(fēng)險(xiǎn)分布情況，如圖1所示。從圖1可以看出，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是某一位置處受危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸所有潛在可能事故風(fēng)險(xiǎn)的疊加。距離道路中心線越近的等值線對(duì)應(yīng)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高，等值線的幅寬與危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的風(fēng)險(xiǎn)高低成正相關(guān)。

圖1 危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)示意Fig.1 Personal risk map for road transportation of hazardous goods

危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸要經(jīng)過(guò)不同路段和地區(qū)，沿途敏感目標(biāo)更加復(fù)雜，很難一一確定，我國(guó)《公路安全保護(hù)條例》等法規(guī)也對(duì)一些保護(hù)目標(biāo)提出了明確的距離要求，有些保護(hù)目標(biāo)與《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公告2014年第13號(hào))的防護(hù)目標(biāo)不一致，因此不能簡(jiǎn)單依據(jù)現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)作為危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)。《公路安全保護(hù)條例》第十一條規(guī)定：公路建筑控制區(qū)的范圍，從公路用地外緣(公路用地可解釋為公路規(guī)劃紅線，包括車道寬度和綠化帶寬度)起向外的距離標(biāo)準(zhǔn)為：國(guó)道不小于20 m；省道不小于15 m；縣道不小于10 m；鄉(xiāng)道不小于5 m?！豆钒踩Ｗo(hù)條例》第十四條規(guī)定：新建村鎮(zhèn)、開(kāi)發(fā)區(qū)、學(xué)校和貨物集散地、大型商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等公共場(chǎng)所與公路建筑控制區(qū)邊界外緣的距離應(yīng)當(dāng)符合下列標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能在公路一側(cè)建設(shè)：國(guó)道、省道不小于50 m；縣道、鄉(xiāng)道不小于20 m。

通過(guò)以上條文可以看出，第十一條規(guī)定的內(nèi)容類似于一般防護(hù)目標(biāo)中的3類防護(hù)目標(biāo)，第十四條的內(nèi)容類似于防護(hù)場(chǎng)所人數(shù)、規(guī)模更大的目標(biāo)。為此，根據(jù)《公路安全保護(hù)條例》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，本論文提出危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)如表1所示。

表1 危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)(公路用地外緣定義為最外側(cè)車道)Table 1 Personal risk benchmark for road transport of dangerous goods(The outer edge of road is defined as the outermost lane)

1.2 危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

定義危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)為危險(xiǎn)品運(yùn)輸過(guò)程所有可能事故與潛在損失后果(火災(zāi)、爆炸、中毒等)的風(fēng)險(xiǎn)總和，表示為[16]：

R=PC

(1)

式中：R為危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)；P為事故發(fā)生的概率；C為事故后果嚴(yán)重程度。

對(duì)于運(yùn)輸路線沿線的區(qū)域，不能簡(jiǎn)單以平面上的點(diǎn)進(jìn)行處理，需要采用笛卡爾兩維坐標(biāo)進(jìn)行分析，其計(jì)算原理如圖2所示。以運(yùn)輸路線線段s通過(guò)人口聚集區(qū)I為例，從a點(diǎn)至d點(diǎn)，路段(a,d)的影響范圍由運(yùn)輸危險(xiǎn)品類型m的影響距離確定；當(dāng)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛通過(guò)路段(b,c)時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)影響范圍內(nèi)的e點(diǎn)可能受到危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的影響，其長(zhǎng)度由e點(diǎn)確定，與運(yùn)輸路段的垂直距離有關(guān)。

圖2 運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算原理示意Fig.2 Diagram of transportation risk calculation principle

以a點(diǎn)為原點(diǎn)，ad為x軸正向建立笛卡爾坐標(biāo)系，e點(diǎn)的笛卡兒坐標(biāo)為(xe,ye)，則根據(jù)本論文提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，e點(diǎn)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)輸路線s線段的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可表達(dá)如下：

(2)

(3)

P(I)=(1+a)P0，s×Pl，s×Pi，s×As

(4)

式中：IRe為危險(xiǎn)品運(yùn)輸經(jīng)過(guò)路線線段ad時(shí)影響區(qū)內(nèi)點(diǎn)e的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)；SRI為危險(xiǎn)品運(yùn)輸路線s線段的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)；P(I)為危險(xiǎn)品運(yùn)輸經(jīng)過(guò)人口聚集區(qū)I的聯(lián)合事件概率；φ(b,c)為由e點(diǎn)確定的可能影響運(yùn)輸路段bc的e長(zhǎng)度；POPe為e點(diǎn)的影響人員密度；POPArea為影響區(qū)內(nèi)的影響人員總數(shù)；a為非交通事故引發(fā)危險(xiǎn)品泄漏的修正因子；P0,s為危險(xiǎn)品運(yùn)輸交通事故基礎(chǔ)概率；Pl,s為交通事故引發(fā)泄漏概率；Pi,s為點(diǎn)火概率；As為綜合修正影響因子。

2 通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)確定危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸安全容量

危險(xiǎn)品的種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，不同類別的化學(xué)品有不同的危險(xiǎn)特性，產(chǎn)生的事故后果形態(tài)不同。本文對(duì)給定的運(yùn)輸路線確定單一類別和多種類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量。

2.1 確定一路線運(yùn)輸單一類別危險(xiǎn)品的安全容量

我國(guó)按照危險(xiǎn)品具有的危險(xiǎn)特性分為8大類、19小類，但從物理形態(tài)上，基本可以分為固體、液體和氣體，因此，可以把風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算簡(jiǎn)化為3大類：固體，主要考慮爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)性；液體，主要考慮爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)性；氣體(包括液化氣體)，主要考慮火災(zāi)、爆炸和中毒危險(xiǎn)性。大類中還可分為若干小類，如氣體還可分為毒性氣體、易燃?xì)怏w、液化氣體等。

對(duì)于給定的運(yùn)輸路線，每類危險(xiǎn)品最大運(yùn)輸規(guī)模(運(yùn)輸安全容量)計(jì)算公式可表達(dá)為如下：

(5)

式中：Mi為第i類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量，t/a；IRC為危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸?shù)膫€(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)要求；p(I)為i類危險(xiǎn)品單車次運(yùn)輸經(jīng)過(guò)人口聚集區(qū)I的聯(lián)合事件概率；i為危險(xiǎn)品類別，通常分為毒性氣體、易燃?xì)怏w、易燃液體、易燃固體等；λm為運(yùn)輸事故后果的最大影響距離，m；ye為計(jì)算點(diǎn)到運(yùn)輸路線中心線的垂直距離，m；TTi為第i類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛平均荷載質(zhì)量，kg。

2.2 確定一路線運(yùn)輸多類別危險(xiǎn)品的安全容量

當(dāng)一條運(yùn)輸路線運(yùn)輸多種危險(xiǎn)品時(shí)，多種危險(xiǎn)品產(chǎn)生的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)疊加后，應(yīng)滿足風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)要求，可表示如下：

(6)

進(jìn)一步推算可得：

(7)

由式(5)推算可得：

(8)

將上式帶入式(7)可得：

(9)

上式處理后可得出：

(10)

式中：mi為第i類別危險(xiǎn)品的實(shí)際年運(yùn)輸量，t/a；Mi為第i類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量，t/a。

從式(6)～(10)可以看出，對(duì)于給定的危險(xiǎn)品運(yùn)輸路線，其危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量與運(yùn)輸物料類別密切相關(guān)，是不同類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量mi的組合數(shù)。這是因?yàn)槎拘詺怏w、易燃?xì)怏w、易燃液體等不同類別的危險(xiǎn)品，其危險(xiǎn)特性、事故后果，產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)大小各不相同，不能用一種物質(zhì)代替。給定路線的危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量可以有多種組合，如毒性氣體運(yùn)輸車次增加后，就需要減少易燃?xì)怏w或易燃液體的運(yùn)輸量；同理，當(dāng)毒性氣體運(yùn)輸量減少后，可以增加易燃?xì)怏w或易燃液體的運(yùn)輸量。另外，mi的組合不是隨意的，一組mi的組合數(shù)要滿足式(10)的要求。

3 實(shí)例分析

某城市化工集聚區(qū)是華南地區(qū)重要的油品和天然氣供應(yīng)基地。2012—2017年間，該化工集聚區(qū)危險(xiǎn)品年均運(yùn)輸量約為498萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)24%。2017年危險(xiǎn)品運(yùn)輸規(guī)模達(dá)到798萬(wàn)t，危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛日均800余次，主要運(yùn)輸危險(xiǎn)品為液化石油氣、甲類易燃液體和乙類易燃液體。經(jīng)過(guò)優(yōu)化選線，即使選擇最優(yōu)路線，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)也超出可允許標(biāo)準(zhǔn)。本文采用表1確定的危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，運(yùn)輸?shù)缆窞殡p向四車道，道路規(guī)劃紅線寬45 m，甲乙類液體運(yùn)輸車輛平均運(yùn)輸能力為30 t/車，液化石油氣運(yùn)輸車輛平均運(yùn)輸能力為25 t/車，采用式(5)進(jìn)行計(jì)算，分別得出上述3種類危險(xiǎn)品的道路運(yùn)輸安全容量為：Ml=57 千車次/a；Mj=440 千車次/a；My=910 千車次/a。

同時(shí)，根據(jù)式(10)，給出化工集聚區(qū)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸整體安全容量組合公式為：

(11)

式中：ml為液化石油氣的年控制運(yùn)輸次數(shù)，千車次/a；mj為甲類易燃液體的年控制運(yùn)輸次數(shù)，千車次/a；my為乙類易燃液體的年控制運(yùn)輸次數(shù)，千車次/a。從式(11)可以看出，對(duì)于所選定的運(yùn)輸路線，如果單獨(dú)運(yùn)輸液化石油氣，最大的年運(yùn)輸規(guī)模為57千車次；單獨(dú)運(yùn)輸甲類易燃液體，最大的年運(yùn)輸規(guī)模為440千車次；單獨(dú)運(yùn)輸乙類易燃液體，最大的年運(yùn)輸規(guī)模為910千車次。同時(shí)，按照上述安全容量進(jìn)行控制，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)滿足本文提出的風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)要求。根據(jù)式(11)，結(jié)合化工集聚區(qū)現(xiàn)有運(yùn)輸種類和規(guī)模，確定化工集聚區(qū)的3種類別危險(xiǎn)品的最大合理運(yùn)輸規(guī)模為：ml=30.7 千車次/a；mj=153.0 千車次/a；my=95 千車次/a；m=278.7 千車次/a。

按照上述安全容量，對(duì)該城市化工集聚區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)品運(yùn)輸實(shí)施管理，經(jīng)過(guò)近一年的管控， 集聚區(qū)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸潛在生命損失(PLL)從3.72×10-5降低到6.31×10-6，下降了83.0%，效果明顯。

4 結(jié)論

1)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸經(jīng)過(guò)不同路段、地區(qū)，沿途敏感目標(biāo)復(fù)雜，比較分析了現(xiàn)行有關(guān)法規(guī)要求和固定危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，提出了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)。

2)將非交通事故引發(fā)危險(xiǎn)品泄漏等修正因子引入，建立了改進(jìn)型危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

3)基于風(fēng)險(xiǎn)提出了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸安全容量確定方法，危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量與運(yùn)輸物料類別密切相關(guān)，總安全容量是不同類別危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全容量的組合數(shù)。

4)將危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸安全容量方法運(yùn)用到某城市化工集聚區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)品運(yùn)輸管控，集聚區(qū)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸潛在生命損失大幅度降低，效果較為明顯。