王彥富， 李玉蓮， 閆培娜， 張　彪， 張　麗

(1. 中國石油大學(華東)， 山東 青島 266580；2.江蘇省安全生產(chǎn)科學研究院，南京 21000)

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基于人因組織因素分析的海洋平臺火災爆炸動態(tài)風險評估研究

王彥富1， 李玉蓮1， 閆培娜1， 張彪1， 張麗2

(1. 中國石油大學(華東)， 山東 青島 266580；2.江蘇省安全生產(chǎn)科學研究院，南京 21000)

摘要：針對傳統(tǒng)風險評估方法沒有考慮人因組織因素的不足，提出基于人因組織因素分析的動態(tài)風險評估新方法。首先詳細分析了國內(nèi)外海洋平臺火災爆炸風險評估的研究現(xiàn)狀，從后果和概率兩個方面探討海洋平臺火災爆炸風險評估理論框架的構建，在風險評估理論中引入系統(tǒng)動力學和貝葉斯網(wǎng)絡模型，定量分析人因、組織和技術因素對于系統(tǒng)風險的動態(tài)影響，為我國海洋平臺風險評估工作提供方法上的參考。

關鍵詞：海洋平臺火災爆炸 ；動態(tài)風險評估 ；人因組織因素 ；定量風險分析

0引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，世界各國對石油、天然氣的需求越來越大，世界范圍內(nèi)的油氣勘探與開發(fā)相應地從陸上轉(zhuǎn)向海洋，并逐漸形成投資高、風險大的能源工業(yè)新領域。海洋平臺所處環(huán)境條件惡劣, 機械設備高度集中, 存在大量易燃易爆物質(zhì)和油氣輸送管道、法蘭等泄漏源, 再加上某些人為因素作用,容易導致油氣泄漏，進而引起無法控制的大火或爆炸, 不僅造成人員傷亡和重大經(jīng)濟損失, 還會對近海周邊環(huán)境和海洋生態(tài)造成嚴重的污染和破壞。據(jù)HSE統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，過去40年發(fā)生60多起重大的海洋平臺事故，導致600多人傷亡，其中，火災/爆炸對海洋平臺的破壞程度在所有災害中是最明顯和突出的[1,2]。海洋平臺的高昂造價、火災/爆炸后果的嚴重性和復雜多變的海洋環(huán)境決定了火災/爆炸風險評估的必要性和艱巨性。統(tǒng)計資料顯示，海洋平臺火災/爆炸事故大多與人因組織錯誤(HOE)有關[3,4]，但是，目前海洋平臺火災/爆炸風險評估工作過于集中在設備和結構的潛在失效概率上，而忽視了HOE的影響[5]。因此，定量分析HOE對系統(tǒng)風險的影響，建立基于人因組織因素分析的海洋平臺火災/爆炸動態(tài)風險評估系統(tǒng)，從HOE發(fā)生的根源出發(fā)確定最優(yōu)風險控制方案，是工程建設迫在眉睫的需要，具有重要的科研價值和廣泛的應用前景。

1海洋平臺火災/爆炸風險評估研究進展

1.1國外海洋平臺火災爆炸風險評估研究現(xiàn)狀

海洋平臺的高風險性引起各國政府對其風險評估的重視，成立專門的機構，提出了很多風險分析方法和工具，在科研和實際應用方面也取得了很多成果，最近部分成果見表1。

表1　國外海洋平臺火災爆炸風險評估研究

1.2我國海洋平臺火災爆炸風險評估研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)海洋平臺油氣泄漏、火災和爆炸風險評估方面的研究主要有：海洋石油工程風險評估理論和結構可靠性的研究；泄漏、火災和爆炸頻率的研究；火災、爆炸后果和影響的研究。國內(nèi)主要的海洋平臺火災爆炸風險評估研究見表2，火災、爆炸后果和影響分析見表3。

表2　國內(nèi)海洋平臺火災爆炸風險評估研究

表3　海洋平臺火災、爆炸后果與影響的研究

海洋平臺火災/爆炸風險評估主要有以下幾類：一是運用商業(yè)軟件實施風險評估；二是基于歷史數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計學方法預測海洋平臺火災/爆炸風險；三是在傳統(tǒng)風險評估方法基礎上引入新的理論進行海洋平臺失效概率分析,如多維聯(lián)合概率隨機模擬技術、整體的不確定性分析和主要不確定性因素的整體敏感性分析；四是運用概率影響圖、事故樹、事件樹和貝葉斯(BN)方法，預測海洋平臺火災/爆炸頻率。然而，大部分研究都沒能考慮HOE的影響[8]，如何分析和量化HOE的影響成為當前風險評估研究亟待解決的問題[9]。

1.3定量風險評估中人因組織因素的研究現(xiàn)狀

HOE分析作為定量風險評估(QRA)的一個重要組成部分，由于分析方法的局限性和HOE數(shù)據(jù)的缺乏阻礙了QRA的發(fā)展和應用[10]。很多風險分析方法因為沒能包括人因組織因素的影響而被批評，因而研究和開發(fā)改進的人因組織因素分析方法，使人因組織因素的影響能更好地在QRA中加以模擬和量化，已成為風險管理領域普遍關心和亟待解決的問題。在海洋平臺領域，國內(nèi)外學者嘗試研究人因組織錯誤對系統(tǒng)風險的影響，主要的研究成果見表4。

表4　海洋平臺風險評估中人因組織因素影響的研究

2基于人因組織因素分析的海洋平臺火災爆炸定量風險評估新模型

目前HOE分析方法主要存在以下不足：缺乏充分的數(shù)據(jù)，多依賴專家判斷；不能真實模擬認知過程動態(tài)性和人機交互動態(tài)性；方法的可信性難以驗證。系統(tǒng)動力學模型(SD)把專家判斷中的描述性變量以數(shù)值型變量表示，從而對真實情境下人的認知和行為過程進行動態(tài)仿真；可以根據(jù)各要素的因果關系及有限的數(shù)據(jù)和一定的結構進行推算分析，減少了對數(shù)據(jù)和專家判斷的依賴性。貝葉斯網(wǎng)絡(BN)是目前不確定性知識表達和推理領域最有效的理論模型之一，能融合風險影響因子的多源信息源(歷史數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)等)，通過敏感性分析可以驗證專家判斷數(shù)據(jù)和模型本身的可信性。為了更準確地模擬HOE對系統(tǒng)風險的影響，該文結合SD和BN兩種模型的優(yōu)勢，探討如何構建一種基于仿真模擬的HOE動態(tài)分析方法，與傳統(tǒng)風險評估方法相結合評估海洋平臺火災/爆炸動態(tài)風險，基于人因組織因素分析的海洋平臺火災/爆炸動態(tài)風險評估系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　基于人因組織因素分析的海洋平臺火災/爆炸動態(tài)風險評估系統(tǒng)

(1) 對海洋平臺進行單元劃分，利用危險源辨識方法(FMEA)開展火災/爆炸危險源的識別與定位，分析潛在的泄漏源位置、泄漏物種類和性質(zhì)、可能的點火源位置等。

(2) 運用Latin Hypercube Sampling 技術從所有可能的情景中抽樣設定最可信火災/爆炸情景集。

(3) 針對最可信情景集中不同類型的火災/爆炸情景，分別選擇合適的CFD數(shù)值模擬軟件，模擬海洋平臺火災熱力學特征值(溫度場和熱輻射等)和爆炸荷載特征值(爆炸荷載瞬時變化、壓力和壓力沖擊波等)。

(4) 依據(jù)有限元技術，模擬海洋平臺結構的非線性應力應變關系，得到平臺結構在火災/爆炸荷載作用下的動態(tài)響應，研究海洋平臺火災/爆炸的影響后果。

(5) 分析海洋平臺火災/爆炸事故中設備、技術等安全屏障的失效，運用ET和FT等傳統(tǒng)QRA方法構建技術系統(tǒng)風險評估模型。

(6) 分析引起海洋平臺火災/爆炸事故的HOE及其故障模式，開展人因失誤機理研究，運用SD模型與BN模型相耦合的方法，構建基于動態(tài)仿真的人因組織因素定量分析模型，揭示HOE對系統(tǒng)風險的動態(tài)影響規(guī)律。

(7) 依據(jù)具體平臺的未遂事件、事故報告、PSA報告、設備運行和維修記錄等相關技術資料，采集和統(tǒng)計分析基本事件的初始概率。

(8) 通過輸入/導出數(shù)據(jù)到SD環(huán)境，實現(xiàn)SD與ET、FT和BN的相互連接，把四種技術耦合在統(tǒng)一的模型里，建立能夠定量分析人因、組織和技術因素影響的動態(tài)風險評估模型，以期描述各個風險影響因子的動態(tài)因果機理。

(9) 在上述基礎上全面實施海洋平臺火災/爆炸定量風險評估，從HOE的根源出發(fā)提出能有效降低火災/爆炸風險的控制措施，建立海洋平臺火災/爆炸定量風險評估系統(tǒng)。

3結論

HOE是引起海洋平臺火災/爆炸事故的主要原因，但是傳統(tǒng)風險評估方法并沒有考慮HOE的影響，這是由于HOE歷史數(shù)據(jù)有限，HOE分析方法大多限于定性或半定量階段，使得傳統(tǒng)風險評估方法難以量化HOE的影響。該文結合SD和BN模型的優(yōu)勢，提出基于動態(tài)仿真的人因組織因素定量分析方法，與傳統(tǒng)的風險評估方法相耦合，構建能定量分析人因、組織和技術因素影響的動態(tài)風險評估模型。從HOE發(fā)生的根源出發(fā)確定風險控制方案，能有效預防海洋平臺火災/爆炸事故的發(fā)生，對提高海洋平臺作業(yè)安全性、指導企業(yè)實施風險管理和幫助政府部門實施安全監(jiān)督，具有重大意義。

參考文獻

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Research on Dynamic Risk Assessment for Offshore Fire and Explosion Based

on the Analysis of Human and Organizational Factors

WANG Yan-fu1, LI Yu-lian1， YAN Pei-na1, ZHANG Biao1, ZHANG Li2

(1. China University of Petroleum Shandong，Qingdao 256580 China;

2.Jiang Su Province Academy of Safety Science，Nanjing 21000 China)

Abstract：In order to improve traditional risk assessment methods, a new dynamic risk assessment method is proposed in this paper based on analyzing human and organizational factors. Firstly, the recent research progressions on fire and explosion risk assessment of offshore platform are analyzed in details. Secondly, the construction of a Dynamic Risk Assessment Model for fire and explosion of offshore platform is discussed from both consequence and probability perspective. The dynamic effects of human, organizational and technical factors to system risk are quantitatively simualted by integrating System Dynamics Model, Bayesian Network with the traditional risk assessment methods. It aims to provide guideline for risk evaluation of offshore platform in China.

Keywords：fire and explosion of offshore platform； dynamic risk analysis；human and organizational factors ；quantitative risk analysis

基金項目：國家自然科學 國家工信部海洋工程裝備科研課題"水下生產(chǎn)系統(tǒng)設計及關鍵設備研發(fā)(一期)"專項經(jīng)費資助。 (51109022)；遼寧省高等學校杰出青年學者成長計劃(LJQ2012066)；大連理工大學海岸和近海工程重點實驗室開放基金項目(LP1205)。

收稿日期：2015-03-20 2014-12-11

中圖分類號:P75

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4500(2015)06-0055-06

作者簡介：王彥富(1981-)，男，副教授。