VR游樂設(shè)施運用SHA和FMEA風(fēng)險評估的探討

洪 飛

（上海國際主題樂園有限公司，上海 200120）

0 引言

隨著國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛躍發(fā)展和人民群眾對娛樂的不斷追求，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的游樂設(shè)施層出不窮。我國對占地運行最大線速度＞2 m/s，運行高度＞2 m，且在《特種設(shè)備目錄》中的游樂設(shè)施被定義為大型游樂設(shè)施，其需要參照相關(guān)法律法規(guī)執(zhí)行登記注冊、定期檢驗和作業(yè)人員取證等一系列嚴(yán)格的管理措施。為了規(guī)避相關(guān)政府部門的監(jiān)管，一些有動力類小型游樂設(shè)施游走在大型游樂設(shè)施之外，其同樣使用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，這些有動力類小型游樂設(shè)施越來越受追捧，一些能360°旋轉(zhuǎn)的VR旋轉(zhuǎn)座椅驚險刺激，非常受年輕人的歡迎?！禛B/T 34272—2017小型游樂設(shè)施安全規(guī)范》發(fā)布實施，指出有動力類小型游樂設(shè)施參考GB 8408執(zhí)行，一定程度上為行業(yè)積極向上發(fā)展指明了方向。小型游樂設(shè)施結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在聲、光和電的作用下，形成了復(fù)雜的運動工況，越來越驚險刺激。目前國內(nèi)小型游樂設(shè)施設(shè)計上依靠經(jīng)驗設(shè)計的比例較大，但是在《GB8408—2018大型游樂設(shè)施安全規(guī)范》中第一次正式提出游樂設(shè)施設(shè)計階段應(yīng)該進(jìn)行風(fēng)險評估，并鼓勵設(shè)施在使用運營階段持續(xù)通過風(fēng)險評估的方法進(jìn)行安全評估。雖然在國內(nèi)大型主題樂園客戶的推動下，某些虛擬現(xiàn)實技術(shù)專題風(fēng)險評估研究得到了較快發(fā)展，但從總體上來說，還是缺少系統(tǒng)性和完整性?！禛B/T 24353—2009風(fēng)險管理 原則與實施指南》中將風(fēng)險評估（risk assessment）分為3個步驟，即風(fēng)險識別、風(fēng)險分析和風(fēng)險評價。從這3個方面分別回答了風(fēng)險評估的4個核心問題，即“什么會失效？失效的嚴(yán)重程度是什么？失效的可能性是什么？風(fēng)險是否可以被接受？”。

而該文將討論結(jié)合系統(tǒng)的危害分析（SHA）、失效模式與后果分析（FMEA）的風(fēng)險評估方法[1-2]，從上述4個問題著手，分析如何通過風(fēng)險評估來提高VR小型游樂設(shè)施的本質(zhì)安全化。

1 SHA和FMEA運用于游樂設(shè)施風(fēng)險評估的實踐

1.1 系統(tǒng)危害分析

系統(tǒng)危害分析（System Hazard Analysis），縮寫為SHA，是有組織地、系統(tǒng)地對游樂設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行危害辨識，即包括定量分析，又包括定性分析[3-5]。首先辨識危害，其次進(jìn)行后果分析和頻率分析，接著確定風(fēng)險，最后與可接受的風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，最后制定減輕消除風(fēng)險的措施。危害分析的質(zhì)量與2個關(guān)鍵點有關(guān)系：1）系統(tǒng)潛在危害識別的充分性。2）糾正措施的合理性。

1.2 失效模式和后果分析

失效模式和后果分析（Failure Mode and Effect Analysis），縮寫為FMEA，是一種從下到上的故障分析方法，分析各部分失效模式對整個系統(tǒng)的影響，并能識別系統(tǒng)的可靠性或確定失效原因、故障的后果和損壞程度，找出對系統(tǒng)有重大影響的部位和故障模式，將故障影響降到最低或消除其風(fēng)險[5]。FMEA一般在游樂設(shè)施制造前進(jìn)行，通過風(fēng)險分析，進(jìn)行風(fēng)險量化，找出失效機理，提出改進(jìn)措施。

1.3 SHA與FMEA的結(jié)合

游樂設(shè)施與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備的重大區(qū)別是游樂設(shè)施包括3種重要工況，分別是正常運行工況（空載、滿載和偏載等）、非正常運行工況（急停、應(yīng)急救援和維護(hù)保養(yǎng)等）和極限狀態(tài)工況（惡劣天氣和地震等），而且在運營期間大量的人員在該設(shè)備上體驗，人員的安全更是重中之重?？紤]到游樂設(shè)施的運動特點，應(yīng)該選擇適合該類設(shè)備的風(fēng)險評估方法對其進(jìn)行分析，建立一套完整、具體的風(fēng)險評估體系[6-9]。傳統(tǒng)的FMEA方法通過失效的嚴(yán)重度、發(fā)生頻率和難檢度的乘積來評估風(fēng)險等級，忽略了三者之間相對重要性的不同，也無法考慮各個故障模式對游客或系統(tǒng)風(fēng)險的貢獻(xiàn)程度差異，再加上傳統(tǒng)的FMEA方法很難對運營專業(yè)人士的經(jīng)驗和知識做出準(zhǔn)確的描述，導(dǎo)致該方法在實際應(yīng)用時存在一定的局限性。而SHA可以從系統(tǒng)的角度出發(fā)，以游客、員工、設(shè)備和運營4個方面進(jìn)行風(fēng)險評估。綜合SHA和FMEA 2種風(fēng)險評估方法的優(yōu)點，可以幫助評估體系最大限度地對各種風(fēng)險進(jìn)行評估，并采取相應(yīng)的措施將風(fēng)險控制在可接受范圍內(nèi)或者消除。

莊春吉、王志榮和張新東的研究中選取了人、機、環(huán)和管4個一級評估指標(biāo)[9]。該文在結(jié)合了Zhang和莊春吉等人的研究后[2，9]，利用SHA和FMEA的風(fēng)險分析方法，從游客、員工、設(shè)備和運營4個方面分析了評估風(fēng)險優(yōu)先數(shù)值（RPN）時的3個關(guān)鍵指標(biāo)，嚴(yán)重度（S）、發(fā)生頻率（O）和難檢度（D），即風(fēng)險優(yōu)先數(shù)值（RPN）=嚴(yán)重度（S）×發(fā)生率（O）×探測度（D）。

在使用SHA和FMEA進(jìn)行風(fēng)險評估時，首先應(yīng)該建立風(fēng)險評估小組，要求至少包括運營、設(shè)計、維護(hù)和安全等4個方向的專業(yè)人員。邀請來自不同職能部門的經(jīng)驗豐富的成員參與，在分析判斷時，提高嚴(yán)重度、發(fā)生率和探測度的全面性和準(zhǔn)確性。其次，召開風(fēng)險評估小組會議，制定劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1，并達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)知。再次，明確實施步驟和工作流程，如圖1所示。最后，分析數(shù)據(jù)，總結(jié)改進(jìn)措施，提高設(shè)施的安全性。

圖1 SHA+FMEA風(fēng)險評估工作流程

表1 劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.2 SHA和FMEA運用于游樂設(shè)施風(fēng)險評估的應(yīng)用實踐

結(jié)合游樂設(shè)施產(chǎn)品特性，以某室內(nèi)樂園VR游樂設(shè)施設(shè)計為例，參照2.1中的理論，運用結(jié)合SHA和FMEA的風(fēng)險評估方法來提高設(shè)計的安全性。

首先，建立了5人的風(fēng)險評估小組，包括項目經(jīng)理1名，運營、設(shè)計、維護(hù)和安全部門各1名，召開溝通會議并確定了該工作的任務(wù)、流程和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其次，將所有設(shè)計的部件列出，從游客、員工、設(shè)備和運營這4個方面來分析其所有的失效原因，如圖2所示，細(xì)化危害事項，列出嚴(yán)重度，分析糾正措施前存在風(fēng)險的可能性和發(fā)生頻率，得出RPN值。接著，制定針風(fēng)險控制措施，并分析在糾正措施后存在風(fēng)險的可能性和發(fā)生頻率，得出RPN值。最后，比較RPN值確定風(fēng)險控制措施的有效性，并進(jìn)一步評估危害程度。

圖2 失效原因分析

從表2中可以看出，通過計算得出的風(fēng)險優(yōu)先數(shù)值（RPN）來進(jìn)行分析，在采取相應(yīng)的預(yù)防措施后，RPN值明顯降低，但是有些危害條目依然存在，需要項目組或者管理層進(jìn)一步對發(fā)生的情況進(jìn)行評估。此時，風(fēng)險評估小組可以考慮增加預(yù)防控制措施，如條目2中鋒利邊緣全部采用圓弧形設(shè)計，條目4中增加檢查頻率，條目6中減少游樂設(shè)施的刺激運動時間和降低加速度值等，再次按照圖1的流程圖重新進(jìn)行風(fēng)險評估。對于仍然存在風(fēng)險的條目，提交相關(guān)人員評估做最終判定。

表2 SHA+FMEA風(fēng)險評估矩陣表

3 結(jié)語

該文根據(jù)SHA和FMEA的優(yōu)點對VR小型游樂設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險評估，結(jié)合游客、員工、設(shè)備和運營4個方面的經(jīng)驗，明顯地提高了風(fēng)險評估的質(zhì)量，驗證了風(fēng)險控制措施的有效性，將風(fēng)險值降低到可接受的水平，值得在今后的VR小型游樂設(shè)施本質(zhì)安全化設(shè)計中借鑒。

目前，國內(nèi)比較傳統(tǒng)的小型游樂設(shè)施分工分為決策—設(shè)計—制造—安裝—運營共5個階段，各階段的要求和所需要的技能人員都有差異，導(dǎo)致企業(yè)在設(shè)計設(shè)施時邀請運營方參與設(shè)計的情況比較少。該研究中引入運營方的經(jīng)驗后，能顯著提高設(shè)施的風(fēng)險評估質(zhì)量。但是在該研究中沒有探討可建造性和可維護(hù)性在設(shè)計階段風(fēng)險評估中的影響，在日后的研究中可進(jìn)一步探索。