基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的海洋平臺(tái)安全脆弱性分析*

姜盛玉，陳國(guó)明，李新宏，何 睿，董 澈

(中國(guó)石油大學(xué)(華東) 海洋油氣裝備與安全技術(shù)研究中心，山東 青島 266580)

0 引言

海洋平臺(tái)工作環(huán)境特殊，具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)密集等特點(diǎn)。隨著平臺(tái)裝備及作業(yè)系統(tǒng)集成化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化程度的增加，子系統(tǒng)之間的聯(lián)系性增強(qiáng)。某先兆事件中，子系統(tǒng)單元的脆弱性及風(fēng)險(xiǎn)可隨關(guān)聯(lián)路徑傳遞至其他子系統(tǒng)，破壞鉆井系統(tǒng)中其他設(shè)備的功能，影響平臺(tái)鉆采作業(yè)的持續(xù)性。2010年，美國(guó)墨西哥灣作業(yè)的“深水地平線”[1]鉆井平臺(tái)發(fā)生嚴(yán)重井噴，并引起劇烈爆炸，造成 11人死亡，17人失蹤，大量原油泄漏。該事故即以防噴器剪切能力不足為原點(diǎn)，進(jìn)而將風(fēng)險(xiǎn)傳遞至平臺(tái)其他系統(tǒng)，造成毀滅性打擊。鑒于此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)海洋平臺(tái)安全進(jìn)行了深入探討。郭恒等[2]從人因失誤、工藝設(shè)備、物料危險(xiǎn)、管理缺陷和危險(xiǎn)環(huán)境5個(gè)方面系統(tǒng)分析事故致因因素，提出海洋鉆井平臺(tái)事故致因評(píng)價(jià)框架；楊冬冬[3]運(yùn)采用CFD方法建立海洋平臺(tái)井噴含硫天然氣后果預(yù)測(cè)及評(píng)估模型。國(guó)內(nèi)外對(duì)于海洋平臺(tái)的事故研究，大多采用傳統(tǒng)的方法如事故樹(shù)、事件樹(shù)和蝴蝶結(jié)模型法等分析鉆采安全，鮮有以海洋平臺(tái)安全的脆弱性為切入點(diǎn)進(jìn)行探討。

脆弱性起源于對(duì)自然災(zāi)害的研究，其概念由Timmerman[4]首次提出，目前其概念已應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。美國(guó)石油協(xié)會(huì)提出脆弱性是指可以被破壞者利用的弱點(diǎn)以損害或竊取資產(chǎn)、破壞系統(tǒng)關(guān)鍵功能，脆弱性是一個(gè)變量表征攻擊目標(biāo)成功的可能性[5]。Bohle等[6]認(rèn)為脆弱性包含內(nèi)部、外部2方面，內(nèi)部方面表現(xiàn)為系統(tǒng)對(duì)外界干擾或沖擊的應(yīng)對(duì)能力，外部方面表現(xiàn)為系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)或沖擊的暴露，即發(fā)生事故的可能性。脆弱性概念逐漸引入風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，魏彤彤[7]針對(duì)洪水災(zāi)害下化工裝置的脆弱性評(píng)估，提出了綜合考慮洪水類(lèi)型、裝置結(jié)構(gòu)特征和危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏模式的脆弱性定量評(píng)估方法；王曉瑞[8]建立了瓦斯異常涌出下煤礦脆弱性的突變?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)體系；Huai Su[9]開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)框架來(lái)評(píng)估天然氣管網(wǎng)的脆弱性。李乃文等[10]針對(duì)煤礦井下安全環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性， 建立了煤礦井下安全系統(tǒng)脆弱性的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型。

考慮海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)的復(fù)雜關(guān)系及其存在的反饋機(jī)制，筆者從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合脆弱性理論，對(duì)海洋平臺(tái)的脆弱性進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，明確不同系統(tǒng)對(duì)脆弱性指標(biāo)的敏感程度以及存在的相互關(guān)系。在建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型過(guò)程中，運(yùn)用模糊層次分析法對(duì)不同系統(tǒng)中的因素進(jìn)行判定，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)的脆弱性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，最終確定系統(tǒng)脆弱性的關(guān)鍵影響因素，從而提出降低海洋平臺(tái)脆弱性的資金投入借鑒思路。

1 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

1.1 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱因素分析

鑒于海洋平臺(tái)所處環(huán)境特殊，面對(duì)工況更加復(fù)雜，且發(fā)生事故后極易引發(fā)嚴(yán)重后果，事故處理難度大，本文將海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱性作為一個(gè)概念集合探究，即保證海洋平臺(tái)安全運(yùn)行的系統(tǒng)的集合。其中的脆弱性內(nèi)容(見(jiàn)圖1)包括暴露度、敏感度和適應(yīng)度。其中，暴露度是個(gè)體或系統(tǒng)暴露于災(zāi)害及其不利影響的可能性；敏感度是系統(tǒng)組分由于暴露于災(zāi)害(擾動(dòng)或壓力)而可能受到的損害程度；適應(yīng)度是個(gè)體或系統(tǒng)處理、抵抗不利影響的能力，以及從中恢復(fù)的能力[11]。

圖1 海洋平臺(tái)安全脆弱性結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram for safety vulnerability of offshore platform

海洋平臺(tái)的暴露度與環(huán)境復(fù)雜程度、開(kāi)采設(shè)備與過(guò)程裝備的可靠性、工作人員操作可靠性直接相關(guān)。海洋平臺(tái)相較于陸地油氣開(kāi)采，具有更高的孤立性、資源有限性等特點(diǎn)。海洋平臺(tái)承受著風(fēng)、浪、流等復(fù)雜環(huán)境載荷，極端臺(tái)風(fēng)風(fēng)載及其帶來(lái)的波浪載荷的聯(lián)動(dòng)嚴(yán)重威脅平臺(tái)[12]，在相應(yīng)環(huán)境下暴露度可與平臺(tái)到臺(tái)風(fēng)中心距離成正比關(guān)系。此外，海洋平臺(tái)上過(guò)程裝備及工藝需要重點(diǎn)關(guān)注，如三相分離過(guò)程和氣體壓縮過(guò)程[13]，海洋環(huán)境具有濕度高，海風(fēng)頻繁的特征，加速密封元件老化，加快腐蝕速率及裂紋擴(kuò)展，具有較高的暴露度。工作人員相較于設(shè)備，控制難度大，心理不可知，行為不可預(yù)測(cè)，海洋平臺(tái)發(fā)生的多數(shù)事故與人因密切相關(guān)，人員系統(tǒng)暴露度同樣不可忽視。

海洋平臺(tái)及其配套設(shè)備造價(jià)昂貴，所處環(huán)境多為自然資源豐富的海洋，環(huán)境流動(dòng)性強(qiáng)。此外，海洋平臺(tái)具有較高的人員密度，當(dāng)發(fā)生不可逆災(zāi)害時(shí)，逃生路徑與方式相對(duì)有限。因此，海洋平臺(tái)從事鉆采過(guò)程中，一旦發(fā)生能量的不可控外泄，將會(huì)對(duì)平臺(tái)及設(shè)備造成損傷；同時(shí)，外泄油氣會(huì)隨洋流、風(fēng)浪進(jìn)行大面積的擴(kuò)散；事故演化過(guò)程中，如不能有效控制，將會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的燃爆事件。在事故演化鏈不同階段，輕則造成海洋平臺(tái)減產(chǎn)、停產(chǎn)，重則造成平臺(tái)損毀、人員傷亡的重大事故，同時(shí)也造成海洋環(huán)境、大氣環(huán)境的嚴(yán)重污染，損害開(kāi)采方聲譽(yù)，甚至國(guó)家影響力。

平臺(tái)的適應(yīng)度體現(xiàn)在安全屏障的完整性和可靠性，安全監(jiān)督監(jiān)管的有效性，安全規(guī)章制度的完備性和可行性方面。受災(zāi)條件下平臺(tái)必然呈現(xiàn)熵增趨勢(shì)，平臺(tái)系統(tǒng)需要在受災(zāi)條件下短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)度和救援，這時(shí)設(shè)備可靠的緊急關(guān)斷系統(tǒng)、人員豐富的經(jīng)驗(yàn)、完備的培訓(xùn)及演習(xí)可以有效遏制熵增，保證設(shè)備及人員處于正確的決策路徑，有效切斷連鎖事故的演化路徑，以降低事故的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，表現(xiàn)為高適應(yīng)度。然而，由于海洋平臺(tái)所處的環(huán)境相對(duì)特殊，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)所能及時(shí)獲取的人力資源和物質(zhì)資源極為有限，控制事故發(fā)展和走向的能力較弱，事故處理效率與陸上相比存在差距。同時(shí)海洋平臺(tái)發(fā)生的事故對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和生物多樣性造成的影響是毀滅性的，即便做出巨大投入也難以恢復(fù)至事故發(fā)生前狀態(tài)。

1.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamics)是由美國(guó)麻省理工學(xué)院的J. W. Forrester教授于20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的系統(tǒng)仿真方法，是根據(jù)系統(tǒng)論、控制論、信息論等有關(guān)理論和方法建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)仿真模型，是研究高度非線性、多變量、多重反饋復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與行為的一門(mén)科學(xué)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以同時(shí)表示和分析多個(gè)系統(tǒng)控制變量，描述多個(gè)不安全行為的耦合作用，用動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)來(lái)描述事故的發(fā)生機(jī)理，在事故突變機(jī)理中有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)的模式與特性取決于邊界條件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；反饋即X影響Y，Y又通過(guò)一系列因果鏈影響X，這樣將研究對(duì)象作為一個(gè)反饋系統(tǒng)才能得出科學(xué)結(jié)論。

1.2.1 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱性流圖

海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)由眾多子系統(tǒng)和影響因子組成，其中每個(gè)因子對(duì)平臺(tái)安全系統(tǒng)的脆弱性產(chǎn)生不同程度的影響。因此，為反應(yīng)不同因子對(duì)安全系統(tǒng)的脆弱性及敏感性，以及系統(tǒng)中存在正負(fù)反饋關(guān)系鏈，結(jié)合上述平臺(tái)脆弱因素分析，建立基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱性流圖，如圖2所示。

圖2 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱性流圖Fig.2 Flow diagram for safety system vulnerability of offshore platform

以設(shè)備系統(tǒng)為例，由脆弱性流圖可知，在設(shè)備系統(tǒng)中，隨著生產(chǎn)平臺(tái)服役時(shí)間的增長(zhǎng)，通訊設(shè)備、過(guò)程設(shè)備、采油采氣設(shè)備和交通設(shè)備出現(xiàn)不同程度的損耗及故障隱患，進(jìn)而造成暴露度升高、敏感度升高及適應(yīng)度降低，再通過(guò)平臺(tái)事故發(fā)生概率影響安全監(jiān)督監(jiān)管；預(yù)警系統(tǒng)的完備性、應(yīng)急有效性及事故處理成本影響安全規(guī)章制度形成反饋系統(tǒng)。筆者將設(shè)備系統(tǒng)投入、管理系統(tǒng)投入和人員系統(tǒng)投入作為輸入變量，研究安全投入對(duì)安全脆弱性的影響。

1.2.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真參數(shù)確定

為構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方程，需要確定子系統(tǒng)中狀態(tài)變量的權(quán)重值。針對(duì)不同的海洋平臺(tái)，參數(shù)的設(shè)定結(jié)果必然存在差異，這取決于不同平臺(tái)的設(shè)備系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、人員系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的不同狀態(tài)，以及對(duì)不同系統(tǒng)的安全投入比例；此外，影響海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)的眾多因素指標(biāo)存在模糊性和主觀性，在普遍情況下難以直接用精確數(shù)值對(duì)某些因素進(jìn)行描述。鑒于上述因素考慮，采用模糊層次分析法(FAHP)確定狀態(tài)變量的參數(shù)[14]。

將基本因子重要度對(duì)比的語(yǔ)言描述分為7個(gè)等級(jí)[15]，形成重要度對(duì)比的語(yǔ)言描述及相應(yīng)的三角模糊集[16]。充分考慮專(zhuān)家的工作經(jīng)驗(yàn)，工作年限和教育水平，選取不同崗位的專(zhuān)家進(jìn)行指標(biāo)重要度比較的語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)評(píng)定。通過(guò)式(1)將獲取意見(jiàn)進(jìn)行擬合：

(1)

式中：Zi表示ei的聚合模糊數(shù)；wj表示專(zhuān)家j的權(quán)重；fij表示專(zhuān)家j給出的e的相應(yīng)模糊數(shù)；n和m分別是專(zhuān)家和打分項(xiàng)e的數(shù)量。

筆者采用Max-Min聚合方法進(jìn)行去模糊化的過(guò)程[17]。模糊集合(Z)的左右意見(jiàn)分別見(jiàn)式(2)，式(3)：

(2)

(3)

式中：aleft(Z)為三角模糊數(shù)左邊線與y=10-x的焦點(diǎn)縱坐標(biāo)；aRight(Z)為三角模糊數(shù)右邊線與y=x的交點(diǎn)縱坐標(biāo)；a，b，c分別為三角模糊數(shù)左端點(diǎn)橫坐標(biāo)，三角模糊數(shù)中點(diǎn)橫坐標(biāo)，三角模糊數(shù)右端點(diǎn)橫坐標(biāo)。

因此，模糊數(shù)Zi的模糊可能性分?jǐn)?shù)通過(guò)式(4)得到：

a(Zi)=[aRight(Zi)+1-aLeft(Zi)]/2

(4)

式中：a(Zi)為去模糊化后相應(yīng)分值。

特別地，以設(shè)備系統(tǒng)為例計(jì)算該系統(tǒng)內(nèi)各基本因素的權(quán)重取值。本文選取了3位專(zhuān)家進(jìn)行語(yǔ)言化判定，他們分別為在海洋平臺(tái)工作領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的工程人員，管理人員以及安全研究人員。通過(guò)上述方法得到設(shè)備系統(tǒng)的去主觀化判斷矩陣如式(5)：

(5)

經(jīng)過(guò)對(duì)判斷矩陣的計(jì)算得到最大特征根λmax=5.279 8，判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI=0.069 9，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=1.12，一致性比率為CR=0.062 4<0.10，即認(rèn)為判斷矩陣R1具有滿意的一致性，且由油氣井設(shè)備、過(guò)程裝備、通訊設(shè)備、動(dòng)力定位設(shè)備和設(shè)備維修維護(hù)的排序權(quán)重為w=(0.245 0,0.232 6,0.187 0,0.170 9,0.164 5)T，權(quán)重分配合理程度較高。安全系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)、人員系統(tǒng)、暴露度、敏感度和適應(yīng)度CR值分別為0.094 6，0.071 1，0.063 2，0.093 7，0.084 1，皆小于0.10，因此具有滿意的一致性；環(huán)境系統(tǒng)矩陣初次CR值為0.159 2>0.10，矩陣一致性較差，調(diào)整矩陣判定后經(jīng)計(jì)算CR值為0.085 8<0.10，滿足一致性要求。根據(jù)上述方法，可以計(jì)算出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖中各不同層次系統(tǒng)中因素對(duì)系統(tǒng)的權(quán)重值，并建立相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，見(jiàn)表1。

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果分析

以某新服役半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，將分析時(shí)間步設(shè)置為1個(gè)月，進(jìn)行為期36個(gè)月的仿真分析，對(duì)該段時(shí)期內(nèi)海洋平臺(tái)的脆弱性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。筆者以海洋平臺(tái)的暴露度、敏感度和適應(yīng)度3個(gè)脆弱性指標(biāo)為研究對(duì)象進(jìn)行仿真分析，并引入安全系統(tǒng)投入值，對(duì)于設(shè)備系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和人員系統(tǒng)設(shè)置正交試驗(yàn)方案，得出海洋平臺(tái)脆弱性的變化規(guī)律并進(jìn)行分析。其中，各系統(tǒng)內(nèi)初始值由平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)獲得，暴露度、敏感度、適應(yīng)度數(shù)值為無(wú)量綱參量，僅表示特征變化趨勢(shì)。假定平臺(tái)的環(huán)境系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，安全投入不涉及環(huán)境系統(tǒng)。擬定的投入方案見(jiàn)表2。

表1 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)脆弱性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程Table 1 System dynamic equations for safety system vulnerability of offshore platform

2.1 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)暴露度分析

海洋平臺(tái)的安全系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的反饋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中的關(guān)鍵因素經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的反饋環(huán)流動(dòng)，最終會(huì)影響到自身。在這種動(dòng)態(tài)反饋網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)暴露度、敏感度和適應(yīng)度反映更為直觀且符合實(shí)際。暴露度強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)暴露于災(zāi)害或者不利影響的可能性，為增強(qiáng)海洋平臺(tái)的平穩(wěn)運(yùn)行能力，應(yīng)使暴露度有效降低。其中，海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)暴露度仿真結(jié)果如圖3所示，當(dāng)對(duì)海洋平臺(tái)不進(jìn)行安全系統(tǒng)投入時(shí)，暴露度呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后逐漸穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。當(dāng)采用實(shí)驗(yàn)1方案時(shí)，海洋平臺(tái)暴露度已經(jīng)得到有效下降，但下降速率較緩，且在25個(gè)月后達(dá)到穩(wěn)定值。實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4由于投入量的增加，使得暴露度的下降速率相較于實(shí)驗(yàn)1更為明顯，且都呈現(xiàn)隨時(shí)間的延長(zhǎng)下降速率放緩態(tài)勢(shì)。其中實(shí)驗(yàn)4方案使得暴露度下降最快，方案3次之，方案2最慢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)備系統(tǒng)對(duì)于降低暴露度最為重要。為保證海洋平臺(tái)暴露度有效下降，應(yīng)提高設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)可靠性，應(yīng)定期進(jìn)行關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，保證設(shè)備子系統(tǒng)的健康運(yùn)行狀態(tài)。

表2 安全系統(tǒng)投入正交試驗(yàn)方案Table 2 Orthogonal test plan of safety system input

圖3 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)暴露度曲線Fig.3 Exposure curves for safety system of offshore platform

2.2 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)敏感度分析

敏感度強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)暴露于事故或?yàn)?zāi)害可能受到損害的程度，多用于財(cái)產(chǎn)損失，人員傷亡及環(huán)境污染進(jìn)行表征。降低安全系統(tǒng)的敏感度能夠有效減少當(dāng)平臺(tái)遭遇災(zāi)害或事故的損失程度。根據(jù)不同的模擬方案得出的敏感度結(jié)果如圖4所示。根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，在不進(jìn)行安全系統(tǒng)的投入時(shí)，模擬期內(nèi)平臺(tái)的安全系統(tǒng)敏感度隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)1方案能夠使得平臺(tái)敏感度下降，但下降幅度有限，于15個(gè)月左右進(jìn)入平緩期，并在模擬后期有小幅度抬升。實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4都使海洋平臺(tái)敏感度有效下降，且實(shí)驗(yàn)4方案效果最優(yōu)，實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3效果相似。這說(shuō)明為降低平臺(tái)敏感度應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，兩者對(duì)于降低海洋平臺(tái)的敏感度的重要程度近似，增強(qiáng)設(shè)備系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的耦合作用能有效降低事故及災(zāi)害發(fā)生后的影響程度。

圖4 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)敏感度曲線Fig.4 Sensitivity curves for safety system of offshore platform

2.3 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)適應(yīng)度分析

適應(yīng)度強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)處理、抵抗不利影響(自然環(huán)境突變)的能力，以及從中恢復(fù)的能力，在海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)中提高適應(yīng)度能夠有效提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)事故以及氣候變化的能力，盡可能減小損失。根據(jù)模擬結(jié)果，安全系統(tǒng)適應(yīng)度可由圖5得出，當(dāng)不進(jìn)行安全系統(tǒng)投入時(shí)，平臺(tái)的安全系統(tǒng)在已有的安全資源的調(diào)控下，適應(yīng)度仍然能夠以一定的速率增長(zhǎng)。這是因?yàn)椋S著人的學(xué)習(xí)能力和吸收信息的能力增強(qiáng)，在遇到緊急情況時(shí)更容易捕捉關(guān)鍵信息并找到突破點(diǎn)。當(dāng)采用實(shí)驗(yàn)1方案時(shí)，適應(yīng)度增長(zhǎng)率略微高于不對(duì)系統(tǒng)投入的增長(zhǎng)率。實(shí)驗(yàn)3增長(zhǎng)率在模擬前期較大，在20個(gè)月附近減小至0，后期轉(zhuǎn)為負(fù)值。實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)4方案能夠使適應(yīng)度得到有效的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率隨時(shí)間的延續(xù)逐漸減小，且實(shí)驗(yàn)4方案效果優(yōu)于實(shí)驗(yàn)2。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，管理系統(tǒng)對(duì)于提升適應(yīng)度起關(guān)鍵作用，設(shè)備系統(tǒng)次之，人員系統(tǒng)最弱。因此，加強(qiáng)海洋平臺(tái)管理系統(tǒng)的建設(shè)，能夠有效提高其應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和危險(xiǎn)事件的能力，增強(qiáng)事故處理能力。

圖5 海洋平臺(tái)安全系統(tǒng)適應(yīng)度曲線Fig.5 Fitness curves for safety system of offshore platform

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果與分析，實(shí)驗(yàn)4的安全投入方案降低脆弱性的效果最優(yōu)。以實(shí)驗(yàn)4中的安全投入比例為參考，對(duì)所研究的平臺(tái)安全投入方案進(jìn)行重新規(guī)劃，在方案實(shí)施期內(nèi)，有效降低了危險(xiǎn)事件的發(fā)生概率，提升了安全運(yùn)行時(shí)間，提高了安全投入的利用效率。

3 結(jié)論

1)針對(duì)海洋平臺(tái)的暴露度、敏感度和適應(yīng)度3個(gè)脆弱性指標(biāo)，采用AHP和模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合方法，建立了海洋平臺(tái)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)分析海洋平臺(tái)的脆弱性，并從安全投入的角度探討了海洋平臺(tái)不同系統(tǒng)對(duì)脆弱性指標(biāo)的敏感性。

2)通過(guò)建立安全投入的正交試驗(yàn)，無(wú)投入時(shí)，隨服役時(shí)間延長(zhǎng)平臺(tái)暴露度、敏感度升高，適應(yīng)度升高幅度較小，整體脆弱性呈上升趨勢(shì)；實(shí)驗(yàn)4對(duì)于降低平臺(tái)整體脆弱性效果最優(yōu)，設(shè)備系統(tǒng)對(duì)于降低平臺(tái)暴露度起關(guān)鍵作用，管理系統(tǒng)對(duì)于提升平臺(tái)適應(yīng)度起關(guān)鍵作用，設(shè)備系統(tǒng)和管理系統(tǒng)同時(shí)對(duì)降低敏感度起關(guān)鍵作用。

3)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)正交試驗(yàn)結(jié)果表明，海洋平臺(tái)安全投入重點(diǎn)放在設(shè)備系統(tǒng)和管理系統(tǒng)可以有效降低整體脆弱性。同時(shí)，應(yīng)合理分配設(shè)備系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和人員系統(tǒng)的安全投入比例，以高效維持平臺(tái)脆弱性處于可接受范圍。