基于Bowtie和RCM的大型海工平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制

李 偉， 胡甚平， 郭云龍

(1. 上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306； 2. 南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海系， 江蘇 南通 226010)

近年來，隨著我國對(duì)海洋石油資源的勘探和開發(fā)規(guī)模日趨增大，大型海工平臺(tái)作為一種高效的能源開發(fā)工具發(fā)揮著不可替代的作用，其安全營運(yùn)問題也備受關(guān)注。[1]拖航是大型海工平臺(tái)水上移動(dòng)或遷航的主要方式，拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，且作業(yè)期間的事故防控工作極具挑戰(zhàn)。因此，開展拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制研究，對(duì)保障平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)安全和海洋環(huán)境安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

大型海工平臺(tái)拖航是一個(gè)涉及人員、平臺(tái)、拖船和環(huán)境等多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，安全事故成因具有動(dòng)態(tài)性、綜合性和因果連帶性等特點(diǎn)。目前的研究[1-4]主要集中在對(duì)特定水域平臺(tái)拖航實(shí)務(wù)與操作經(jīng)驗(yàn)的說明方面，側(cè)重于對(duì)拖船操作及安全性進(jìn)行研究，而很少從系統(tǒng)安全的角度對(duì)整個(gè)拖航系統(tǒng)中拖船和平臺(tái)相互影響下的拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，對(duì)拖航系統(tǒng)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)性相結(jié)合的研究不足。

領(lǐng)結(jié)法(Bowtie)和以可靠性為中心的維修(Reliablity Centered Maintenance, RCM)風(fēng)險(xiǎn)控制方法是目前工業(yè)界進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析和管理的熱點(diǎn)方法，兩者的分析理念和最終目的具有良好的一致性，分析方法便于定性分析和定量分析相互補(bǔ)充。本文采用Bowtie模型與RCM方法相結(jié)合的方法對(duì)大型海工平臺(tái)拖航作業(yè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，構(gòu)建基于Bowtie的改進(jìn)的RCM風(fēng)險(xiǎn)控制模型，通過繪制Bowtie圖進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，采用FMEA方法對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的故障模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，運(yùn)用邏輯決斷的方法構(gòu)建大型平臺(tái)拖航風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控邏輯決策流程，提出基于Bowtie模型和RCM方法的大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制方案。

1 基于Bowtie的RCM改進(jìn)模型

1.1 Bowtie模型

Bowtie起源于20世紀(jì)70年代的因果圖，因其分析圖的形狀酷似男士佩戴的Bowtie而得名，是一種應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析和管理的方法。通過繪制Bowtie 圖，可直觀地表達(dá)事故發(fā)生的原因和可能導(dǎo)致的后果，并明確事故預(yù)防和控制方法，減輕或降低事故后果影響的緩解措施。一個(gè)典型的領(lǐng)結(jié)圖包含以下4個(gè)因素：

1) 頂事件，位于圖形的中心。

2) 原因，也被稱為風(fēng)險(xiǎn)或威脅，位于左側(cè)，是頂事件發(fā)生的潛在原因。

3) 后果，位于右側(cè)，是由頂事件引發(fā)的負(fù)面事件。

4) 屏障，設(shè)置在潛在原因、頂事件及后果相連接上，指用于預(yù)防、控制或緩解事故發(fā)生的方法。[5-6]

1.2 傳統(tǒng)RCM方法

RCM方法是國際通用的、用以確定預(yù)防性的維修需求、優(yōu)化維修策略的一種系統(tǒng)工程方法[7]，目前被廣泛地應(yīng)用在航空、軍事、民用生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施等多個(gè)領(lǐng)域中，其基本思路為：通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能與失效分析，確定系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備故障模式發(fā)生的概率及后果，運(yùn)用規(guī)范化的邏輯決斷方法，確定出故障模式的預(yù)防性對(duì)策，以保障系統(tǒng)能夠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。傳統(tǒng)的RCM分析方法包括7個(gè)環(huán)節(jié)，分析過程較為繁瑣，在實(shí)際運(yùn)用的過程中將消耗大量工時(shí)和人力資源，存在投資回報(bào)與付出不成正比的問題。[8]

1.3 改進(jìn)的RCM方法

將Bowtie融入RCM方法，采取風(fēng)險(xiǎn)定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，針對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備較高風(fēng)險(xiǎn)的故障模式，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，具體實(shí)施流程見圖1。

1) 運(yùn)用Bowtie模型進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)全面分析，完成風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別和初步風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施的制定。

圖1 基于Bowtie的RCM分析流程

2) 通過失效和影響分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)方法對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的故障模式進(jìn)行危險(xiǎn)與可操作性分析(Hazard and Operability Analysis, HAZOP)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)成因和初步應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而得出相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施和事故緩解措施。

2 基于Bowite和RCM的大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 系統(tǒng)的劃分及關(guān)鍵設(shè)備的識(shí)別

以大型平臺(tái)拖航作業(yè)為研究對(duì)象，依據(jù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)理論，從人員因素、船舶設(shè)施因素和環(huán)境因素等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，通過分析確定拖航系統(tǒng)相互影響的風(fēng)險(xiǎn)鏈，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備的失效模式進(jìn)行辨識(shí)，見表1。

表1 大型平臺(tái)拖航風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)及風(fēng)險(xiǎn)類型

2.2 基于Bowtie的拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

大型海工平臺(tái)拖航具有作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、作業(yè)方式特殊、事故原因多樣和事故影響重大等特點(diǎn)。全面、系統(tǒng)地識(shí)別和評(píng)價(jià)拖航作業(yè)期間的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，對(duì)保障平臺(tái)拖航作業(yè)的安全具有重要意義。運(yùn)用Bowtie模型，以大型平臺(tái)拖航系統(tǒng)典型故障模式斷纜為例，繪制斷纜事故Bowtie圖(見圖2)，從圖2中可直觀地識(shí)別出斷纜發(fā)生的潛在原因?yàn)椴僮魇д`、纜繩失效、設(shè)計(jì)缺陷等，斷纜發(fā)生后可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致船舶發(fā)生碰撞、擱淺和失控等事故，進(jìn)而通過設(shè)置屏障得出初步風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施和事故緩解措施。

圖2 斷纜事故Bowtie圖

2.3 FMEA分析及構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣

運(yùn)用Bowtie模型完成系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別之后，進(jìn)一步對(duì)中高風(fēng)險(xiǎn)的故障模式進(jìn)行FMEA方法分析，評(píng)定故障模式發(fā)生的概率和后果的嚴(yán)重程度，通過構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)矩陣是在安全管理中識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)重要性的一種結(jié)構(gòu)性方法，具有操作簡便、易于采用定性和定量分析相結(jié)合的特點(diǎn)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值為

R=PC

(1)

式(1)中：R為風(fēng)險(xiǎn)值；P為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率；C為后果的嚴(yán)重程度。結(jié)合拖航作業(yè)相關(guān)研究成果，確定大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)概率和后果嚴(yán)重程度等級(jí)衡準(zhǔn)值見表2和表3，進(jìn)而可得到風(fēng)險(xiǎn)矩陣見表4，其中：風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅰ級(jí)表示可接受風(fēng)險(xiǎn)；Ⅱ級(jí)表示可控制風(fēng)險(xiǎn)；Ⅲ級(jí)表示存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)的措施降低風(fēng)險(xiǎn)；Ⅳ級(jí)表示不能被接受的風(fēng)險(xiǎn)。

表2 風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)衡準(zhǔn)表

2.4 HAZOP分析

HAZOP[9]是一種用于辨識(shí)設(shè)計(jì)缺陷、工藝過程危害和操作性問題的結(jié)構(gòu)化分析方法。由不同領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的專家以系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，對(duì)大型平臺(tái)拖航系統(tǒng)進(jìn)行安全性審查，通過對(duì)系統(tǒng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，評(píng)價(jià)已形成初步風(fēng)險(xiǎn)控制措施的可操作性，還可能發(fā)生哪些事故，分析已有的安全保護(hù)措施是否充分，是否需要增加安全措施等，最后綜合分析以得出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施和事故緩解措施。

表3 風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重程度衡準(zhǔn)表

表4 風(fēng)險(xiǎn)矩陣表

3 基于Bowtie和RCM的大型平臺(tái)拖航作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控

3.1 基于風(fēng)險(xiǎn)分析的邏輯決策流程

針對(duì)大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，采用邏輯決斷分析的方法，通過識(shí)別拖航系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)較高的關(guān)鍵設(shè)備，基于對(duì)關(guān)鍵設(shè)備故障模式的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和故障模式原因的分析結(jié)果進(jìn)行邏輯決策，同時(shí)綜合考慮安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等因素，得出采取事后維修、視情維修和替代維修等不同的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控方式，具體流程見圖3。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及控制策略

根據(jù)大型平臺(tái)相關(guān)操作規(guī)程和拖航經(jīng)驗(yàn)，拖航作業(yè)一般包括準(zhǔn)備就位、纜接、起拖和航行等4個(gè)重要環(huán)節(jié)[4，10]，為全面掌握拖航作業(yè)期間的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)每一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)按照?qǐng)D3所示流程實(shí)施基于Bowtie的RCM分析，分析結(jié)果見表5，表中列出每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)關(guān)鍵設(shè)備的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和失效原因，給出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控和事故緩解措施。如：航行環(huán)節(jié)船舶設(shè)備、拖航鎖具、氣象條件和航道條件等關(guān)鍵設(shè)備的故障模式風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)，須從嚴(yán)格限制作業(yè)條件、加強(qiáng)關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測(cè)，制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案等方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，一旦發(fā)生事故應(yīng)通過甚高頻(Very High Frequency, VHF)發(fā)布船舶動(dòng)態(tài)，及時(shí)向船舶交通服務(wù)中心(Vessel Traffic Service, VTS)報(bào)告、請(qǐng)求援助，實(shí)施相關(guān)應(yīng)急預(yù)案等方面減緩事故的影響。就位環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)，但故障模式的嚴(yán)重程度最高，拖航相關(guān)單位須高度重視，提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，優(yōu)化作業(yè)方案，確保人員適任，船機(jī)設(shè)備適拖、適航，并加強(qiáng)作業(yè)人員教育培訓(xùn)和應(yīng)急演練。

圖3 大型平臺(tái)拖航風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控邏輯決策流程

表5 大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)控制策略

4 結(jié)束語

大型海工平臺(tái)拖航是一個(gè)涉及多因素的復(fù)雜系統(tǒng)，綜合運(yùn)用多種方法，采取定性分析和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，提出基于Bowtie和RCM的大型平臺(tái)拖航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控模型，并應(yīng)用于拖航實(shí)踐，其結(jié)果表明：改進(jìn)的RCM方法能夠識(shí)別出大型平臺(tái)拖船系統(tǒng)高風(fēng)險(xiǎn)的故障模式，通過風(fēng)險(xiǎn)邏輯決策，得出關(guān)鍵性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施和事故緩解措施，便于識(shí)別每一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，有利于提升拖航作業(yè)的安全。