基于FTA-24Model的化工事故原因分析

付 凈，聶方超，劉 虹，佟林全

(1.吉林化工學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083；3.國家衛(wèi)生健康委 職業(yè)安全衛(wèi)生研究中心，北京 102308)

對事故原因進(jìn)行深層次的探究是事故預(yù)防的重要手段[1]。為了有效遏制化工行業(yè)事故，全面、系統(tǒng)地對事故原因進(jìn)行挖掘和梳理尤為重要。事故致因模型可科學(xué)地解釋事故發(fā)生機(jī)理，提供分析框架，是有效的事故原因分析工具[2]。

目前，應(yīng)用于化工行業(yè)事故原因分析的事故致因模型及理論主要包括博德事故因果連鎖模型[3]、危險源理論[4]以及HFACS[5-6]、24Model[7-8]和STAMP模型[9]等，此外還涉及JHA[10]、FTA[11-12]、AHP[13]、HAZOP[14]、LOPA[15]、VTA-WW(Variation Tree Analysis and Why-Why analysis)[16]、5-Why Method(WTA)[17-18]、CCA[19]等事故原因系統(tǒng)分析方法。為了更加全面、透徹地查明事故原因，有效地消除主觀因素干擾，最大限度地避免分析結(jié)果出現(xiàn)偏差或遺漏，眾多學(xué)者結(jié)合化工行業(yè)的特點(diǎn)將事故致因模型、事故原因分析方法和安全管理原則相結(jié)合構(gòu)建出全新的事故原因分析框架。如李晨陽等[20]將FTA(故障樹分析)方法與ISM模型相結(jié)合對氯化反應(yīng)失控事故的原因進(jìn)行分析，明確了各層級事件之間的運(yùn)行規(guī)律；Jiang等[21]采用FTA方法與HFACS模型相結(jié)合的方法分析了硝酸胍爆炸事故，獲取了事故原因的完整邏輯圖，并指出FTA方法可以有效地查找事故的直接原因，具有邏輯演繹的效用，但在探究組織層面等深層次原因時，仍具有一定的局限性；傅貴等[22]提出的通用事故致因24Model(事故致因2-4模型)，既具有線性關(guān)聯(lián)特性又具有動態(tài)系統(tǒng)特性，可將人為失誤與組織(系統(tǒng))因素緊密地聯(lián)系起來，使事故原因分析更加深入、全面。

因此，本文將FTA方法與24Model有機(jī)結(jié)合，通過構(gòu)建FTA-24Model新的事故原因分析框架，以明確化工行業(yè)事故原因分析方法及程序。該分析框架先通過提取事故案例的詳細(xì)信息，利用FTA演繹分析過程獲取案例的原因事件，從中識別出不安全動作及不安全物態(tài)因素；再應(yīng)用24Model事故原因分析模塊間的邏輯關(guān)系，深入挖掘事故組織層面深層次原因；最后據(jù)此可有效識別出化工事故中的人因及組織管理因素缺欠，并科學(xué)地描述事故演化過程，最大程度地減少由分析人員主觀判斷引起的誤差，為事故原因調(diào)查及安全管理對策的制定提供參考。

1 事故原因分析框架的構(gòu)建及說明

1.1 事故原因分析框架的構(gòu)建

應(yīng)用FTA方法與24Model構(gòu)建事故原因分析框架共涉及三大模塊：①事故報告模塊，即提取事故案例詳細(xì)信息；②FTA邏輯化模塊，即展現(xiàn)各原因要素之間的邏輯關(guān)系；③24Model主體結(jié)構(gòu)模塊，即挖掘事故組織層面安全管理體系及安全文化等深層次原因?；贔TA-24Model的事故原因分析結(jié)構(gòu)框架模型，見圖1。

圖1 基于FTA-24Model的事故原因分析結(jié)構(gòu)框架模型Fig.1 Model of the framework of accident cause analysis based on FTA-24Model

1.2 事故原因分析步驟說明

(1) 事故報告模塊：事故報告是事故分析的基礎(chǔ)，可為后續(xù)模型應(yīng)用提供基本信息。事故報告的詳細(xì)程度直接決定了事故原因分析的充分性與完整性。事故報告模塊包括以下兩個步驟：

第一步：獲取事故案例基本信息，明確事故組織。

第二步：繪制事故時間序列圖，即按照時間順序，描述影響事故進(jìn)程的典型事件。

(2) FTA邏輯化模塊：FTA邏輯化模塊包括以下步驟：

第三步：事故原因的邏輯分析，并繪制事故樹。具體過程如下：①確定頂上事件。頂上事件必須是可明確描述的事件[10]。事件可以看作是時空中的點(diǎn)，而事故是組織根據(jù)適用要求規(guī)定的，造成確定量損失的一個或者一系列意外事件[23-24]。時間點(diǎn)的選取不同，頂上事件亦然不同。因此，需要根據(jù)事故發(fā)生的時間序列確定事故節(jié)點(diǎn)，以保證頂上事件描述的準(zhǔn)確性。②構(gòu)建事故樹。事故樹的構(gòu)建本身遵循著一定的邏輯關(guān)系[25]。通過構(gòu)建事故樹可將事故報告中提取出的零散信息通過邏輯演繹的手段，科學(xué)、合理地將人因、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境、管理等因素整合為系統(tǒng)的邏輯圖加以展現(xiàn)[20]。事故樹的構(gòu)建原則為：在構(gòu)建事故樹時需要注意各事件的基本概念應(yīng)與24Model理論相契合，以便后續(xù)深層次原因的探究；應(yīng)理解中間事件是造成頂上事件的原因又是基本事件產(chǎn)生的結(jié)果，可歸屬于原因事件，同樣中間事件也可以依據(jù)事故時間序列節(jié)點(diǎn)劃定的不同作為另一個頂上事件；基本事件是導(dǎo)致頂上事故發(fā)生的最初原因事件即直接原因，可從人因、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境因素入手，歸結(jié)為人的不安全動作和物的不安全狀態(tài)[11]，上述直接原因均是指引起當(dāng)次事故或?qū)Ξ?dāng)次事故有重要影響的動作或物態(tài)，范圍劃定為組織內(nèi)所有人員及物態(tài)[27]。

(3) 24Model主體結(jié)構(gòu)模塊：24Model模塊包括以下步驟：

第四步：事故人因因素識別及組織層面原因分析，即從FTA原因事件中識別引起事故的不安全動作及不安全物態(tài)原因，并基于24Model事故原因分析模塊間的邏輯關(guān)系，利用Why-Because方法明確邏輯分析程序(見圖2)，分析項的確定主要參考文獻(xiàn)[27]、[28]。當(dāng)事故原因邏輯分析中出現(xiàn)否定判斷時，順次進(jìn)行下級判斷或返回重新判定，直到找到某個或一系列原因項為止。根據(jù)事故原因模塊間的邏輯關(guān)系挖掘?qū)е率鹿实纳顚哟卧?，從而?gòu)成完整的事故原因分析鏈條。

圖2 基于24Model的事故原因邏輯分析程序Fig.2 Logical analysis process of accident causes based on 24Model

(4) 事故原因關(guān)聯(lián)性綜合展示：事故原因關(guān)聯(lián)性綜合展示即繪制事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑圖。

第五步：繪制事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑圖。綜合上述分析結(jié)果，為了更加清晰地表明各模塊間事故致因因素的因果關(guān)系，掌握事故演變的多條路徑，結(jié)合24Model的靜態(tài)和動態(tài)結(jié)構(gòu)特征繪制事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑圖[29]。

2 實(shí)證研究

本文以江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司“12·9”重大爆炸事故為案例進(jìn)行了實(shí)證研究。

2.1 事故案例原因分析

(1) 獲取事故案例基本信息：根據(jù)事故調(diào)查報告，獲取了江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司“12·9”重大爆炸事故的基本信息，詳見表1[30]。

表1 案例事故基本信息表Table 1 Basic information of accidents

(2) 繪制事故時間序列圖。案例事故演變時間序列及事故裝置工藝流程，見圖3和圖4[29-31]。

(3) 事故原因的邏輯分析，并繪制事故的事故樹：劃定保溫釜第一次爆炸為事件時間節(jié)點(diǎn)，以事故報告為信息源，通過合理的演繹推論，繪制間二氯苯裝置爆炸事故的事故樹，見圖5。

圖5 間二氯苯裝置爆炸事故的事故樹Fig.5 Fault tree diagram of m-dichlorobenzene device explosion accident

通過分析，確定了14項中間事件、21項基本事件，其中不安全動作(Unsafe Acts,UA)事件22項，涉及M5、M7、M10、M14、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21;不安全物態(tài)(Unsafe Coditions,UC)13項，涉及M1、M2、M3、M4、M6、M8、M9、M11、M12、M13、X1、X2、X9。上述分析獲得的不安全動作及不安全物態(tài)是在規(guī)定事故時間節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，隨著事件發(fā)展進(jìn)程而產(chǎn)生的組織內(nèi)所有人員、設(shè)備、設(shè)施及環(huán)境可能出現(xiàn)的全部不安全動作及不安全物態(tài)。兩者之間的邏輯關(guān)系可歸結(jié)為：不安全動作引發(fā)不安全動作(UA-UA)11項，不安全動作引發(fā)不安全物態(tài)(UA-UC)17項，不安全物態(tài)引發(fā)不安全物態(tài)(UC-UC)8項，不安全物態(tài)引發(fā)不安全動作(UC-UA)2項。

(4) 事故人因因素識別及組織層面原因分析：依據(jù)FTA分析獲取的事故原因項，并基于24Model各原因模塊間邏輯關(guān)系以及事故原因邏輯分析程序(見圖2)，確定各模塊事故致因要素并編碼，具體分析結(jié)果見圖6[32-33]。

(5) 事故原因關(guān)聯(lián)性展示：根據(jù)24Model事故原因分析各模塊間的邏輯關(guān)系，應(yīng)用Gephi 0.9.2軟件，以“UAM5錯誤關(guān)閉放空閥”不安全動作為例進(jìn)一步闡明事故原因要素間的因果關(guān)聯(lián)，繪制出具有28個節(jié)點(diǎn)、36條邊的有向圖，見圖7。

圖6 基于FTA-24Model的間二氯苯裝置爆炸事故原因分析流程及結(jié)果Fig.6 Cause analysis process and results of explosion accident of m-dichlorobenzene device based on FTA-24Model

根據(jù)上述分析結(jié)果，綜合繪制了間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑圖。首先，輸入或?qū)牍?jié)點(diǎn)(原因項)及有向邊(因果關(guān)系)，初步確定邊權(quán)重為1，節(jié)點(diǎn)大小取決于輸入度和輸出度的大小，設(shè)定最大尺寸為2，最小尺寸為1.5，共確定節(jié)點(diǎn)75個，有向邊173條；然后，進(jìn)行Fruchterman Reingold動態(tài)模塊化布局，確定5個模塊化單元，解析度為1.0，得到間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑的聚類分布，見圖8。

與節(jié)點(diǎn)連接的邊越多其涉及的度越大，節(jié)點(diǎn)越大，顯示越突出。由圖8可見，個人層面的直接原因要素如變更管理不當(dāng)(UAX11)、使用壓縮空氣進(jìn)行壓料(UAM7)和間接原因要素如缺乏遵法守規(guī)意識(HB1)、習(xí)慣性不佳的管理方式(HB4)，組織層面的安全管理體系原因如各類規(guī)程、制度、要求不健全(SMS6)，安全培訓(xùn)制度缺欠(SMS5)，組織層面的安全文化原因如忽視安全法規(guī)的作用(SC1)、忽視安全的重要程度(SC2)等致因要素與其他要素的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，對于事故演變路徑具有較大的影響，因此重點(diǎn)突出顯示。

圖7 UAM5 事故原因要素關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果Fig.7 Results of correlation analysis of UAM5 accident cause factor

2.2 事故原因結(jié)果的比較

本文將應(yīng)用FTA-24Model框架分析方法分析得出的事故致因因素與案例事故報告信息的描述進(jìn)行了對比，其結(jié)果見表2。

圖8 間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關(guān)聯(lián)路徑圖Fig.8 Association paths of accident cause of m-diphenyl device explosion accident

由表2可知：案例事故報告信息中忽視了對個人習(xí)慣性行為的分析，如產(chǎn)生不安全動作的前兆事件如心理和生理狀態(tài)、安全知識、思想意識狀況等，同時缺少對深層次根源原因即組織安全文化缺欠的分析，不利于對事故致因因素的源頭遏制，且其他模塊致因要素的識別亦不全面或具體；FTA-24Model框架分析方法分析出了沒有確切文字表述、隱含的導(dǎo)致不安全物態(tài)或由組織其他成員發(fā)出的共性不安全動作，并且很好地展示了人因和組織因素之間的復(fù)雜關(guān)系，彌補(bǔ)了事故報告信息的缺失。因此，建議將FTA-24Model框架分析方法應(yīng)用于事故報告的編制，以使獲得的事故信息更加合乎邏輯、詳盡和具體。

表2 不同分析方法得出的事故原因結(jié)果比較Table 2 Comparison of accident cause results obtained by different analysis methods

3 結(jié) 論

(1) 本文基于FTA方法和24Model各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用程序，構(gòu)建了化工事故原因分析框架即FTA-24Model框架，為探究事故因果關(guān)系，解決行業(yè)相關(guān)安全問題提供了有效途徑。FTA-24Model框架共涉及三個模塊，即事故報告模塊、FTA邏輯化模塊和24Model主體結(jié)構(gòu)模塊，可將零散的事故信息合理地整合，系統(tǒng)化地展示事故各原因間的邏輯關(guān)系及對組織層面深層次原因的探究過程，揭示了事故發(fā)生的機(jī)制。

(2) 通過設(shè)定事故原因分析的5步分析法，結(jié)合Why-Because方法制定出完整的基于24Model的事故原因邏輯分析程序，并通過實(shí)證研究，從35項原因事件中識別出22項不安全動作和13項不安全物態(tài)致因因素，利用24Model模塊分析出17項個人習(xí)慣性行為間接致因因素和22項組織層面深層次致因因素，且各致因要素間共涉及173條關(guān)聯(lián)路徑，突出顯示了變更管理不當(dāng)(UAX11)、缺乏遵法守規(guī)意識(HB1)、習(xí)慣性不佳的管理方式(HB4)，以及組織層面因素SMS5、SMS6、SC1、SC2對于事故演變路徑的影響。化工企業(yè)可根據(jù)關(guān)聯(lián)路徑分析結(jié)果有針對性地制定多層級事故預(yù)防策略。

(3) 與案例事故報告信息相比，F(xiàn)TA-24Model框架分析方法對事故致因要素的識別更加全面、具體，可完整地表述事故的演變歷程。但在應(yīng)用該框架分析方法的過程中，需要注意事故時間節(jié)點(diǎn)的劃定，以及FTA方法中各事件的定義應(yīng)與24Model理念相契合，以使FTA和24Model兩種方法更好地結(jié)合使用。