舒安慶，張 鵬，丁克勤，喬 松

(1.武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205;2.中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100013)

0 引 言

隨著加入世貿(mào)組織的不斷深入化，我國逐漸成為進(jìn)出口貿(mào)易大國.據(jù)網(wǎng)上資料顯示，2012年前8個(gè)月，我國進(jìn)口貿(mào)易額達(dá)13 091億美元，出口11 885億美元[1].港口機(jī)械在日益壯大的對(duì)外貿(mào)易中所起的作用越來越重要.然而港口機(jī)械中，門座式起重機(jī)所占的比重在一半以上，因此，港口門座式起重機(jī)的安全正常運(yùn)行是我國對(duì)外貿(mào)易順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在.但如今，經(jīng)常聽到有關(guān)門座式起重機(jī)發(fā)生事故的報(bào)道，這些事故的發(fā)生，給國家?guī)砭薮蟮膿p失.港口門座式起重機(jī)這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大的裝載機(jī)械由于工作環(huán)境惡劣，各個(gè)部件都有可能存在潛在隱患.因此，對(duì)港口門座式起重機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的危險(xiǎn)源辨識(shí)，在事故發(fā)生前采取預(yù)防措施，做到防患于未然是十分必要的.

事故樹分析(accident tree analysis ,簡(jiǎn)稱ATA)法起源于故障樹分析法(簡(jiǎn)稱FTA)，是一種演繹的安全系統(tǒng)分析方法，是以人們對(duì)從結(jié)果推斷可能原因的思維方法為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的分析方法，只抓住一個(gè)特殊的事故進(jìn)行原因分析，而不論這一事故是否真正發(fā)生，通過一整套科學(xué)有效的方法找出對(duì)事故發(fā)生起作用的基本原因(基本事件)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)引發(fā)事故的各種基本原因進(jìn)行分析.它能夠直觀的分析出危險(xiǎn)性所在，邏輯性很強(qiáng)，可以做定性分析、定量分析[2].

1 門座式起重機(jī)事故樹的建立

結(jié)合門座式起重機(jī)的工作環(huán)境以及事故案例[3-4]，以“門座式起重機(jī)事故”作為頂上事件，二級(jí)中間事件以“倒塌”和“貨物墜落”為主，按照事故樹建立的方法[5]，經(jīng)過逐層尋找上層事件的原因，層層深入，直到不能再分(底事件).根據(jù)這兩種主要事故模式，共找出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的原因包括120個(gè)中間事件和186個(gè)底事件.最后把這些中間事件和底事件用邏輯符號(hào)連接起來即建立起了門座式起重機(jī)的事故樹，如圖1所示.并列出了部分中間事件及底事件(由于中間事件和底事件比較多，這里只列出了部分中間事件和一階割集的所有底事件)的符號(hào)以及所代表的含義，如表1所示.

圖1 門座式起重機(jī)事故事故樹Fig.1 Accident tree of gantry crane accident

表1 事故樹事件代號(hào)及事件說明Table 1 Explain event of gantry crane accident

2 事故樹的定性分析

定性分析是事故樹的核心內(nèi)容，其目的是分析該類型事故的發(fā)生規(guī)律及特點(diǎn)，經(jīng)過專家討論分析找出控制事故的可行方案.其主要內(nèi)容包括：求解事故樹的最小割集、基本事件的結(jié)構(gòu)重要度以及制定預(yù)防事故的措施[6].

最小割集就是導(dǎo)致頂事件發(fā)生所必須的、最低限度的基本事件的集合.求解出最小割集是為了掌握事故發(fā)生的各種可能性，了解系統(tǒng)危險(xiǎn)性，為事故預(yù)防和調(diào)查分析提供理論依據(jù).由最小割集的定義知，每個(gè)最小割集就是頂事件發(fā)生的一種可能.因此，事故樹中有多少個(gè)最小割集，頂上事件的發(fā)生就有多少種可能，最小割集越多，頂事件發(fā)生的可能性就越多，系統(tǒng)就越危險(xiǎn)[7].

結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹入手分析各底事件的重要程度，它是在不考慮(或者認(rèn)為各底事件發(fā)生概率相同)底事件發(fā)生概率的前提下分析底事件的發(fā)生對(duì)頂事件發(fā)生的影響程度.

2.1 求最小割集

對(duì)事故樹進(jìn)行定性分析首先需要對(duì)事故樹進(jìn)行簡(jiǎn)化，運(yùn)用布爾代數(shù)法化簡(jiǎn)后得到事故樹的代數(shù)表達(dá)式：

T=

M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M11

由于此事故樹的底事件比較多，通過人工計(jì)算得到最小割集和各底事件的結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算量十分大，因此，運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)室自己編寫的進(jìn)行事故樹定性分析的簡(jiǎn)易軟件進(jìn)行分析.運(yùn)用此軟件只需將事故樹的代數(shù)表達(dá)式及底事件以文本文檔的形式導(dǎo)入即可完成大量的計(jì)算工作.軟件界面如圖2所示.

圖2 最小割集計(jì)算軟件Fig.2 Software to calculate minimum set

由圖2可知，門座式起重機(jī)事故樹共有199個(gè)最小割集，其中，一階割集(只包含一個(gè)底事件的割集)72個(gè)，占總數(shù)的36.18%，二階割集(包含兩個(gè)底事件的割集)63個(gè)，占總數(shù)的31.66%，三階割集(包含三個(gè)底事件的割集)55個(gè)，占總數(shù)的27.64%，四階割集(包含四個(gè)底事件的割集)4個(gè)，占總數(shù)的2.01%，五階割集(包含五個(gè)底事件的割集)0個(gè)，占總數(shù)的0.00%，六階割集(包含六個(gè)底事件的割集)2個(gè)，占總數(shù)的1.01%，七階割集(包含七個(gè)底事件的割集)3個(gè)，占總數(shù)的1.51%.因?yàn)槊恳粋€(gè)割集就是頂上事件發(fā)生的一種可能性，所以本事故樹頂上事件發(fā)生的可能性共有174種.而且，最小割集的階數(shù)越低，就越容易導(dǎo)致頂上事件發(fā)生.因此，事故樹中的72個(gè)一階割集為本事故樹的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起管理人員的重視.

2.2 一階割集中底事件的結(jié)構(gòu)重要度

通過求最小割集，找出了事故樹的72個(gè)最容易導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的重大危險(xiǎn)源(即一階割集)，計(jì)算它們的結(jié)構(gòu)重要度，并對(duì)一階割集進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度排序，能夠看出這些重大危險(xiǎn)源里面對(duì)系統(tǒng)可靠性影響的大小，以便維修保養(yǎng)人員更加注意這些環(huán)節(jié).結(jié)構(gòu)重要度的計(jì)算方法是將每個(gè)最小割集賦值1，然后平均分配給該最小割集里的每個(gè)底事件，最后累加起來得到每個(gè)底事件的結(jié)構(gòu)重要度.本事故樹一階割集的結(jié)構(gòu)重要度如表2所示.

表2 一階割集結(jié)構(gòu)重要度Table 2 Structure importance of the first cut set

按上述方法計(jì)算出每個(gè)一階割集的結(jié)構(gòu)重要度的數(shù)值如表2所示，并對(duì)重大危險(xiǎn)源排序如下：

X49>X52>X53>X73=X57=X31=X117>X90=X89=X88=X84=X83=X74=X72=X71=X70=X67=X66=X65=X59=X58=X56=X55=X54=X51=X45=X44=X43=X34=X26=X25=X26=X186=X185=X184=X183=X182=X181=X180=X179=X178=X177=X176=X175=X174=X173=X172=X171=X170=X168=X167=X164=X163=X162=X161=X160=X159=X158=X157=X156=X155=X154=X153=X150=X139=X138=X137=X133=X128=X127=X126=X1

由定義可知，一階割集是最容易導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件，為重大危險(xiǎn)源，而在這些重大危險(xiǎn)源中，結(jié)構(gòu)重要度值越高的，對(duì)頂上事件的影響就越大.所以，在預(yù)防類似事故發(fā)生時(shí)，就應(yīng)該把這些事件作為重點(diǎn)防范對(duì)象.

2.3 事故樹定性分析結(jié)論與對(duì)策

從一階割集可知，門座式起重機(jī)的72個(gè)危險(xiǎn)源涉及到門座式起重機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)保養(yǎng)及操作等環(huán)節(jié).其中，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)保養(yǎng)方面的原因占了很大的比重.而在以上幾個(gè)方面中，X49、X52、X53、X73、X57、X31、X117這7個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度值較大，為本事故樹的主要重大危險(xiǎn)源，應(yīng)該特別引起門機(jī)制造使用方的注意.針對(duì)以上重大危險(xiǎn)源，為使門座式起重機(jī)的長期安全正常運(yùn)行給出以下幾個(gè)方面的措施：

1)在有設(shè)計(jì)制造資質(zhì)的前提下，嚴(yán)格按照門座式起重機(jī)的國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造.保證各種受力部件的結(jié)構(gòu)合理.

2)選材要合格，盡量避免材料的原始缺陷.如避免材料有初始裂紋或者初始撓度等.

3)安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)一定要符合安裝要求，確保在誤差范圍內(nèi)精確安裝.

4)聘請(qǐng)有操作資歷且經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員操作.合理調(diào)運(yùn)，不超載、不超速，正確吊運(yùn).

5)定期檢查起重機(jī)的各種電氣制動(dòng)裝置以及報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于失效的裝置及時(shí)給予更換.

6)嚴(yán)格按照起重機(jī)的檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)，不拖檢、不漏檢，檢驗(yàn)不合格的及時(shí)處理.并做好運(yùn)行期間的維護(hù)保養(yǎng)工作.對(duì)于焊縫處要嚴(yán)格檢查，存在裂紋的地方要及時(shí)維修或更換，以免交變應(yīng)力導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展.

3 結(jié) 語

通過對(duì)門座式起重機(jī)可能發(fā)生的事故建立事故樹，求出該事故樹的199個(gè)最小割集，其中最容易導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的一階割集72個(gè)，計(jì)算出其結(jié)構(gòu)重要度并排序，最終確定了導(dǎo)致門座式起重機(jī)常見事故“倒塌”和“貨物墜落”的重大危險(xiǎn)源并提出相應(yīng)的預(yù)防及改進(jìn)措施，為預(yù)防和避免門座式起重機(jī)此類事故發(fā)生提供了有力依據(jù).從而保證其安全正常運(yùn)行.

致謝

感謝中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院提供的項(xiàng)目支持.

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