尚前明，曹玉佩，梁 崢

(武漢理工大學 能源與動力工程學院，湖北 武漢 430063)

維修理論

基于事故樹分析法的“東方之星”翻沉事故研究

尚前明，曹玉佩，梁 崢

(武漢理工大學 能源與動力工程學院，湖北 武漢 430063)

水路運輸以其成本低、污染小等優(yōu)勢在我國運輸行業(yè)中占有一席之地，水運行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、航運安全一直受到社會各界的廣泛關(guān)注，“東方之星”事件更是將航運安全推到了社會輿論關(guān)注的頂峰。結(jié)合專家學者們的研究，文章引進一種新的海上交通事故分析方法—事故樹分析法(Fault Tree Analysis,FTA)。針對“東方之星”沉船事故進行分析，構(gòu)建船舶傾覆事故模型，通過模型分析，發(fā)現(xiàn)導致“東方之星”沉船事故的關(guān)鍵因素，并在以后的海事管理中重點管控，避免類似事件發(fā)生。

交通安全；“東方之星”翻沉事故；仿真模型；事故樹分析法

水上交通運輸是現(xiàn)代交通運輸?shù)闹匾绞街?。?jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，90%的世界貿(mào)易量是通過水路運輸實現(xiàn)的[1]。隨著我國水路交通運輸供給狀況和服務水平的增長，水路運輸也呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升的趨勢。然而，水上交通運輸卻依然屬于高風險行業(yè)，2015年全國共發(fā)生運輸船舶水上交通事故213件，直接經(jīng)濟損失高達3.49億元。

在海運經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的大背景下，由于老舊船舶的淘汰速度較新船建造速度慢，船舶數(shù)量有增無減，致使一些航道的船舶交通更加繁忙，也加重了船公司及海事部門的監(jiān)管壓力，因此在極端天氣情況下，船舶發(fā)生事故的可能性也隨之增大。

本文以“東方之星”翻沉事件作為研究對象，結(jié)合交通運輸部收存的歷史事故，通過事故樹分析法來分析事故致因，發(fā)現(xiàn)導致翻沉事故的關(guān)鍵因素。通過定性分析導致“東方之星”翻沉事故關(guān)鍵因素的結(jié)構(gòu)重要度，并對結(jié)構(gòu)重要度高的底層事件進行重點管控，達到避免類似事故再次發(fā)生的目的。

1 水上風險評價方法研究現(xiàn)狀

得益于海上船舶碰撞危險研究的發(fā)展，水上安全評價也逐漸受到國內(nèi)外專家的重視。通常采用事故調(diào)查分析法來查明造成事故的原因，從而分析出預防類似事故發(fā)生的措施。這種海事調(diào)查報告在一定的范圍領(lǐng)域內(nèi)依然在使用[2]。安全指標法則是第二代被廣泛應用的水上交通安全評價方法，多年來我國均通過事故起數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)、沉船數(shù)、直接經(jīng)濟損失等5項事故指標，對不同區(qū)域的水上交通安全狀況進行評價。以上2種方法側(cè)重于通過事故發(fā)生的情況來研究安全狀況，弱化系統(tǒng)危險因素對于安全狀態(tài)的影響，使得水上安全評價仍處于事后評價的階段[3-4]。

由于船舶翻沉事故受多種因素的影響，而且大量的翻沉事故是由于人為的失誤直接或間接導致的，因此僅分析歷史數(shù)據(jù)很難實現(xiàn)對翻沉風險的精確評價。這種情況下往往需要依賴相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹饔^知識和歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合，以提升評價的準確性?；谶@一考慮，事故樹、事件樹、貝葉斯網(wǎng)絡等評價方法相繼被應用到安全風險評價[5]中。

2 FTA分析法

FTA是起源于美國貝爾實驗室的的一門技術(shù)[6]，它是一種演繹推理分析方法，即從結(jié)果分析原因。該方法從一個可能發(fā)生的頂上事件開始，自上而下、層層深入地尋找頂上事件的直接原因事件和間接原因事件，直到找到基本原因事件(基本事件)為止，并用邏輯門符號把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達出來。最終形成一個倒掛的樹形圖，稱為事故樹(Fault tree)[7]。根據(jù)該事故樹結(jié)構(gòu)求解其最小割集或最小徑集，同時確定出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，制定預防事故的安全保障措施；然后依據(jù)引發(fā)事故的各項基本事件的概率，來確定頂上事件的發(fā)生概率以及各項基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，從而對于事故可能造成的危害進行風險評估，達到預測與預防事故發(fā)生的目的。

FTA的基本分析方法如下。

1)首先確定頂上事件，即明確事故樹所分析的對象，例如某種不希望發(fā)生的事故。

2)由“果”到“因”，層層追查，查到原因時間不可分為止，從而確定“基本事件”。

3)在每一事件及其直接原因之間確定邏輯關(guān)系，如“或”門(用“+”表示)、“與”門(用“·”表示)等。

4)根據(jù)所需的操作條件和工藝流程，利用其設備、工藝、控制及所需的安全措施等來繪制相應的事故樹。

5)采用布爾代數(shù)規(guī)則簡化事故樹，整理出頂上事件與最小割集之間的關(guān)系，然后按規(guī)則算出各基本事件對頂上事件的影響力度，進而對各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序[3]。

3 “東方之星”翻沉事件事故樹的編制

3.1 事故背景

2015年6月1日晚上9點20分，隸屬于重慶東方輪船公司的“東方之星”駛?cè)腴L江大馬洲江段。當時江面有大的降雨，并伴隨強風。船長為頂住強風，決定快速行船。9點30分左右，“東方之星”突遇下?lián)舯┝?，在長江中游湖北監(jiān)利水域沉沒。

通過查閱大量事故相關(guān)資料，可以發(fā)現(xiàn)，事發(fā)之時，航行于長江中游大馬洲水道區(qū)域的“東方之星”突遇罕見的龍卷風氣象，并伴隨著暴流以及強對流突發(fā)性天氣。其瞬時風力達到了12～13級，降雨量也達到94.4 mm[8]，嚴重影響能見度。這一災難性氣象條件對事故的發(fā)生產(chǎn)生了極大的影響。

當突發(fā)情況到來時，船長雖使用了穩(wěn)固船體、對抗風暴的措施，但并未及時向外發(fā)出求救信息和向全船發(fā)出警報。船舶處于失控狀態(tài)并持續(xù)后退，最終傾斜進水導致傾覆。船長及船員對惡劣天氣及其產(chǎn)生的風險認知不足，缺乏應對惡劣天氣操作培訓，在危急的狀態(tài)下未及時采取更有效的處置與求援措施。

事后調(diào)查，“東方之星”自建成以來，已經(jīng)歷過3次較大的改建及改造，導致船舶面對極端天氣時穩(wěn)性降低，雖然仍符合規(guī)范要求，但不足以抵御事發(fā)時所處的環(huán)境。

船舶所在公司未向檢驗機構(gòu)申請復核檢驗，私自違規(guī)對“東方之星”的調(diào)載艙、壓載艙實施改造，在日常檢查中未發(fā)現(xiàn)船舶所存在的安全隱患和漏洞。相關(guān)機構(gòu)監(jiān)督未到位，在駛?cè)胧掳l(fā)區(qū)域時，海事局對轄區(qū)內(nèi)的“東方之星”所采取的跟蹤監(jiān)控未到位。在船員審核方面，船員惡劣天氣下操作培訓檢查不到位，考核工作不實，船舶監(jiān)控也未配備專業(yè)的監(jiān)察人員。

3.2 事故樹繪制

1)確定分析對象(頂上事件)。確定頂上事件T為“東方之星”沉船事故。

2)根據(jù)因果關(guān)系分析，繪制事故樹。由頂上事件開始，采用演繹分析法，依次往下，逐級找出所有原因事件，直到找到所有最基本的原因事件為止。其中每一層的中間事件都依次按照原因輸入和結(jié)果輸出的邏輯關(guān)系，用邏輯門進行連接。依據(jù)事故原因間的邏輯關(guān)系畫出事故樹。

以T“東方之星”沉船事故為頂上事件，首先將此頂上事件寫在事故樹圖的最上方的矩形方框內(nèi)。

對該船翻沉原因進行分析總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)只有在船舶缺陷、人為因素、管理因素、環(huán)境惡劣四者中，第一、第二、第三原因同時發(fā)生，且在第四原因存在的條件下，才可能發(fā)生船舶翻沉事故，因此第一層邏輯門為“與”門。

以此類推，直至事故樹的規(guī)模和分析深度已達到基本事件的程度為止，得到“東方之星”翻沉的事故樹圖，共由20個基本事件、14個中級事件、10個“或”門及5個“與”門構(gòu)成，如圖1所示。事故樹各符號含義見表1。

圖1 “東方之星”沉船事故樹

符號含義符號含義符號含義T“東方之星”沉船M12船舶結(jié)構(gòu)不合理X10濃霧M1管理因素M13通訊設備故障X11航道環(huán)境復雜M2環(huán)境惡劣M14冒險航行X12未及時通知極端天氣M3人為因素X1船員不適任X13超速駕駛M4船舶缺陷X2安全培訓缺失X14對風險認知不足M5人員管理不合理X3船舶過度改造X15極端天氣應對不力M6船舶管理不合理X4船舶保養(yǎng)不當X16船齡過大M7主管機關(guān)管理不當X5客房結(jié)構(gòu)不合理X17穩(wěn)性不足M8監(jiān)管不力X6船舶審核不嚴X18逃生通道設置不合理M9極端天氣X7船員審核不嚴X19設備老化M10船長人為因素X8下?lián)舯┝鱔20機艙進水失電M11船員人為因素X9暴雨

4 事故樹的定性分析

4.1 求最小割集

根據(jù)以上“東方之星”沉船事故樹中各事件之間的邏輯關(guān)系，可以得到事故樹的布爾代數(shù)式：

T=X8·M1·M2·M3·M4=

X8·(M5+M6+M7)·(M9+X11)·(M10+M11)·(X16+M12+M13)=

X8·(X1X2+X3+X4+X5+M8X12)·(X8+X9+X10+X11)·(M10+X14+X15)·(X16+X17+X18+X5+X19X20)=

X8·(X1X2+X3+X4+X5+X6X12+X7X12)·(X8+X9+X10+X11)·(M10+X14+X15)·(X16+X17+X18+X5+X19X20)=

在現(xiàn)代信息時代，每天都會有大量信息資源進行傳播，當前高職院校對信息觀念還沒有進行深入了解，圖書館缺乏相應的宣傳力度，教育培訓工作沒有深入開展，院校師生只是片面了解現(xiàn)有館藏資源， 院校沒有定期舉辦的介紹館藏資源的活動，在吸引師生宣傳方面工作沒有做到位，導致圖書館館藏資源的使用率不高。高職院校圖書館開展宣傳工作要根據(jù)院校自身情況進行創(chuàng)新，開展多樣化的活動吸引師生參與，宣傳工作一定要深入開展，并且要持之以恒，真正做到遵循“讀者第一，服務至上”的服務理念。

X8·(X1X2+X3+X4+X5+X6X12+X7X12)·(X8+X9+X10+X11)·(X13X14+X14+X15)·(X16+X17+X18+X5+X19X20)。

(1)

將式(1)化簡可以得到最小割集42組，如下：

{X1,X2,X8,X14,X16};{X3,X8,X14,X16};{X6,X8,X12,X14,X16};{X4,X8,X14,X16}；{X7,X8,X12,X14,X16};{X1,X2,X8,X14,X17};{X1,X2,X8,X14,X19,X20};{X3,X8,X14,X17};{X3,X8,X14,X19,X20};{X6,X8,X12,X14,X17};{X6,X8,X12,X14,X19,X20};{X4,X8,X14,X17};{X4,X8,X14,X19,X20};{X7,X8,X12,X14,X17};{X7,X8,X12,X14,X19,X20};{X3,X8,X14,X18};{X1,X2,X8,X14,X18};{X6,X8,X12,X14,X18};{X4,X8,X14,X18};{X1,X2,X8,X15,X16};{X5,X8,X14};{X7,X8,X12,X14,X18};{X3,X8,X15,X16};{X6,X8,X12,X15,X16};{X4,X8,X15,X16};{X7,X8,X12,X15,X16};{X6,X8,X12,X15,X19,X20};{X4,X8,X15,X17};{X1,X2,X8,X15,X19,X20};{X3,X8,X15,X17};{X3,X8,X15,X19,X20};{X6,X8,X12,X15,X17};{X4,X8,X15,X19,X20};{X7,X8,X12,X15,X17};{X1,X2,X8,X15,X18};{X3,X8,X15,X18};{X6,X8,X12,X15,X18};{X4,X8,X15,X18};{X5,X8,X15};{X7,X8,X12,X15,X18}; {X7,X8,X12,X15,X19,X20};{X1,X2,X8,X15,X17}。

4.2 求基本事件結(jié)構(gòu)重要度

在事故樹的定性分析中，有一項重要的程序，即計算整體事故樹的結(jié)構(gòu)重要度。計算時，假定各個基本事件發(fā)生的概率都是相等的，分析各事件對于頂上事件發(fā)生的影響程度并進行排序，為采取針對性的安全措施奠定基礎[9]。

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)近似計算公式：

(2)

式中：Ik(i)為基本事件i的結(jié)構(gòu)重要度；k為最小割集的總數(shù)；nr為基本事件Xi出現(xiàn)在最小割集Er中的頻數(shù)。

結(jié)合每個基本事件的具體數(shù)據(jù)，可計算得到結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大小順序為：I[X8]>I[X14]=I[X15]>I[X3]=I[X4]>I[X16]=I[X17]=I[X18]>I[X12]>I[X5]>I[X2]=I[X6]=I[X7]=I[X1]>I[X19]=I[X20]>I[X11]=I[X9]=I[X10]=I[X13]。

其具體計算數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 各基本事件的重要度系數(shù)

4.3 結(jié)果分析及安全對策

由FTA分析得出的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可知各基本事件對頂上事件影響重要程度的相對大小，可以找出系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，從而確定所應采取相應安全措施的優(yōu)先順序，對航運安全進行科學、合理、有效的控制。結(jié)合此次事件的結(jié)構(gòu)重要度，在下?lián)舯┝鳁l件下“東方之星”沉船的事故分析如下。

1)罕見突發(fā)的災難性天氣環(huán)境，如重要度影響最高的下?lián)舯┝骷坝绊戄^小的暴雨、濃霧、航道環(huán)境復雜。應當加大科研投入，建設基礎設施如天氣雷達、氣象觀測站等，強化航運過程中對于極端天氣的預警能力。細化惡劣天氣的分級并規(guī)定有效避險措施，如在遭遇極端惡劣天氣時，船員應當及時選擇就近靠泊停船；如遭遇當時水域環(huán)境不允許靠泊的情況，船員也應當按照相關(guān)條例降低船速，謹慎駕駛。海事局在船舶出航時，應當及時告知船員可能遭遇極端天氣的情況，確認其收到警告并建議其盡快靠泊。

2)緊急情況下船長船員應對不當，如重要度次高的對風險認知不足、極端天氣應對不力以及對事故影響較小的船員不適任、安全培訓缺失，影響微弱的超速駕駛。因而培養(yǎng)船長船員對風險的預知能力和應急操作能力，加大對于突發(fā)性危急情況下船長船員的操作判斷能力顯得尤為重要。同時需完善相關(guān)教育部門的教育培訓和考核標準，并定期檢查。社會保障部門可推出政策提升內(nèi)河船員的職業(yè)待遇，提高船長船員等的綜合技術(shù)能力，強化安全保障。

3)船舶改造、設備缺陷帶來的影響，如結(jié)構(gòu)重要度較高的船舶過度改造、船舶保養(yǎng)不當，重要度相對較弱的客房結(jié)構(gòu)不合理、船齡過大、穩(wěn)性不足以及影響微弱的設備老化、機艙進水失電。對于現(xiàn)有的法律法規(guī)中不完善之處，針對現(xiàn)在的行業(yè)情況，應及時予以完善修訂，使船舶設計、改造有更安全的技術(shù)規(guī)范要求。細化船公司管理條例，加強監(jiān)管力度，嚴格管控船舶生產(chǎn)、過度改造，及時提交審批；大力推行船舶標準化政策，及時淘汰老舊船舶，提高新型船舶現(xiàn)代化程度；定期檢查船舶運行狀態(tài)，及時維修更換問題部件。

4)主管機構(gòu)管理不當，如重要度影響一般的未及時通知極端天氣以及影響較小的船舶審核不嚴、船員審核不嚴。相關(guān)部門需嚴格落實安全責任，定期對船舶進行檢查考核，尤其是航運過程中的監(jiān)管監(jiān)控，安排專職人員加強在惡劣天氣下對重點船舶、重點水域下的值守；優(yōu)化船舶運行結(jié)構(gòu)，加快老舊船舶的升級換代，不定期檢查老舊船舶、改造船舶的運行狀態(tài)，提高船舶安全性。加大投入，增設危險水域救援站點，提前制定科學合理的救援方案，提高應急救援的能力，保障生命安全。

5 結(jié)束語

本文將事故樹分析法引入“東方之星”沉船事件分析中，利用此方法構(gòu)建“東方之星”翻沉模型，通過定性分析發(fā)現(xiàn)導致沉船事件的關(guān)鍵因素，結(jié)果基本與國務院發(fā)布的“東方之星”事故調(diào)查報告相符。預防船舶傾覆事故是一項安全管理的系統(tǒng)工程，應對“人、船、環(huán)境、管理”各要素采取本質(zhì)化的安全措施。船舶應盡量避免在極端天氣下航行，國家也應當建立健全相應的法律法規(guī)，提高船員職業(yè)素養(yǎng)，加強應急指揮能力，盡全力減少船舶傾覆事故發(fā)生。

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請 珍 惜 每 一 滴 水

The water way transportation with its low cost, little pollution and other advantages have taken a place in the transport industry in China. The sustainable development of water transportation industry and shipping safety have been widely concerned by society. The accident on Eastern Star attracts special attention to the ship safety. In view of this, a new analysis method for water way transportation accident is introduced in this paper，combined with some other experts' research. Based on the FTA, Eastern Star 's capsized causation analysis has been made and a ship foundering model is proposed,which is able to identify the safety critical factors that led to shipwrecking.This would provide certain insights control for decision making on ship foundering prevention.

traffic safety; Eastern Star Ship accident; simulation model; FTA

尚前明(1974-)，男，四川廣安人，副教授，碩士，研究方向為輪機仿真與自動控制； 曹玉佩(1993-)，女，湖北武漢人，在讀碩士研究生，研究方向為輪機仿真與自動控制。

U676.1

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.01.009

2016-09-06