基于人因组织因素分析的海洋平台火灾爆炸动态风险评估研究

王彦富， 李玉莲， 闫培娜， 张　彪， 张　丽

(1. 中国石油大学(华东)， 山东 青岛 266580；2.江苏省安全生产科学研究院，南京 21000)



基于人因组织因素分析的海洋平台火灾爆炸动态风险评估研究

王彦富1， 李玉莲1， 闫培娜1， 张彪1， 张丽2

(1. 中国石油大学(华东)， 山东 青岛 266580；2.江苏省安全生产科学研究院，南京 21000)

摘要：针对传统风险评估方法没有考虑人因组织因素的不足，提出基于人因组织因素分析的动态风险评估新方法。首先详细分析了国内外海洋平台火灾爆炸风险评估的研究现状，从后果和概率两个方面探讨海洋平台火灾爆炸风险评估理论框架的构建，在风险评估理论中引入系统动力学和贝叶斯网络模型，定量分析人因、组织和技术因素对于系统风险的动态影响，为我国海洋平台风险评估工作提供方法上的参考。

关键词：海洋平台火灾爆炸 ；动态风险评估 ；人因组织因素 ；定量风险分析

0引言

随着经济的发展，世界各国对石油、天然气的需求越来越大，世界范围内的油气勘探与开发相应地从陆上转向海洋，并逐渐形成投资高、风险大的能源工业新领域。海洋平台所处环境条件恶劣, 机械设备高度集中, 存在大量易燃易爆物质和油气输送管道、法兰等泄漏源, 再加上某些人为因素作用,容易导致油气泄漏，进而引起无法控制的大火或爆炸, 不仅造成人员伤亡和重大经济损失, 还会对近海周边环境和海洋生态造成严重的污染和破坏。据HSE统计数据表明，过去40年发生60多起重大的海洋平台事故，导致600多人伤亡，其中，火灾/爆炸对海洋平台的破坏程度在所有灾害中是最明显和突出的[1,2]。海洋平台的高昂造价、火灾/爆炸后果的严重性和复杂多变的海洋环境决定了火灾/爆炸风险评估的必要性和艰巨性。统计资料显示，海洋平台火灾/爆炸事故大多与人因组织错误(HOE)有关[3,4]，但是，目前海洋平台火灾/爆炸风险评估工作过于集中在设备和结构的潜在失效概率上，而忽视了HOE的影响[5]。因此，定量分析HOE对系统风险的影响，建立基于人因组织因素分析的海洋平台火灾/爆炸动态风险评估系统，从HOE发生的根源出发确定最优风险控制方案，是工程建设迫在眉睫的需要，具有重要的科研价值和广泛的应用前景。

1海洋平台火灾/爆炸风险评估研究进展

1.1国外海洋平台火灾爆炸风险评估研究现状

海洋平台的高风险性引起各国政府对其风险评估的重视，成立专门的机构，提出了很多风险分析方法和工具，在科研和实际应用方面也取得了很多成果，最近部分成果见表1。

表1　国外海洋平台火灾爆炸风险评估研究

1.2我国海洋平台火灾爆炸风险评估研究现状

目前国内海洋平台油气泄漏、火灾和爆炸风险评估方面的研究主要有：海洋石油工程风险评估理论和结构可靠性的研究；泄漏、火灾和爆炸频率的研究；火灾、爆炸后果和影响的研究。国内主要的海洋平台火灾爆炸风险评估研究见表2，火灾、爆炸后果和影响分析见表3。

表2　国内海洋平台火灾爆炸风险评估研究

表3　海洋平台火灾、爆炸后果与影响的研究

海洋平台火灾/爆炸风险评估主要有以下几类：一是运用商业软件实施风险评估；二是基于历史数据，运用统计学方法预测海洋平台火灾/爆炸风险；三是在传统风险评估方法基础上引入新的理论进行海洋平台失效概率分析,如多维联合概率随机模拟技术、整体的不确定性分析和主要不确定性因素的整体敏感性分析；四是运用概率影响图、事故树、事件树和贝叶斯(BN)方法，预测海洋平台火灾/爆炸频率。然而，大部分研究都没能考虑HOE的影响[8]，如何分析和量化HOE的影响成为当前风险评估研究亟待解决的问题[9]。

1.3定量风险评估中人因组织因素的研究现状

HOE分析作为定量风险评估(QRA)的一个重要组成部分，由于分析方法的局限性和HOE数据的缺乏阻碍了QRA的发展和应用[10]。很多风险分析方法因为没能包括人因组织因素的影响而被批评，因而研究和开发改进的人因组织因素分析方法，使人因组织因素的影响能更好地在QRA中加以模拟和量化，已成为风险管理领域普遍关心和亟待解决的问题。在海洋平台领域，国内外学者尝试研究人因组织错误对系统风险的影响，主要的研究成果见表4。

表4　海洋平台风险评估中人因组织因素影响的研究

2基于人因组织因素分析的海洋平台火灾爆炸定量风险评估新模型

目前HOE分析方法主要存在以下不足：缺乏充分的数据，多依赖专家判断；不能真实模拟认知过程动态性和人机交互动态性；方法的可信性难以验证。系统动力学模型(SD)把专家判断中的描述性变量以数值型变量表示，从而对真实情境下人的认知和行为过程进行动态仿真；可以根据各要素的因果关系及有限的数据和一定的结构进行推算分析，减少了对数据和专家判断的依赖性。贝叶斯网络(BN)是目前不确定性知识表达和推理领域最有效的理论模型之一，能融合风险影响因子的多源信息源(历史数据、模拟数据和专家经验数据等)，通过敏感性分析可以验证专家判断数据和模型本身的可信性。为了更准确地模拟HOE对系统风险的影响，该文结合SD和BN两种模型的优势，探讨如何构建一种基于仿真模拟的HOE动态分析方法，与传统风险评估方法相结合评估海洋平台火灾/爆炸动态风险，基于人因组织因素分析的海洋平台火灾/爆炸动态风险评估系统如图1所示。

图1　基于人因组织因素分析的海洋平台火灾/爆炸动态风险评估系统

(1) 对海洋平台进行单元划分，利用危险源辨识方法(FMEA)开展火灾/爆炸危险源的识别与定位，分析潜在的泄漏源位置、泄漏物种类和性质、可能的点火源位置等。

(2) 运用Latin Hypercube Sampling 技术从所有可能的情景中抽样设定最可信火灾/爆炸情景集。

(3) 针对最可信情景集中不同类型的火灾/爆炸情景，分别选择合适的CFD数值模拟软件，模拟海洋平台火灾热力学特征值(温度场和热辐射等)和爆炸荷载特征值(爆炸荷载瞬时变化、压力和压力冲击波等)。

(4) 依据有限元技术，模拟海洋平台结构的非线性应力应变关系，得到平台结构在火灾/爆炸荷载作用下的动态响应，研究海洋平台火灾/爆炸的影响后果。

(5) 分析海洋平台火灾/爆炸事故中设备、技术等安全屏障的失效，运用ET和FT等传统QRA方法构建技术系统风险评估模型。

(6) 分析引起海洋平台火灾/爆炸事故的HOE及其故障模式，开展人因失误机理研究，运用SD模型与BN模型相耦合的方法，构建基于动态仿真的人因组织因素定量分析模型，揭示HOE对系统风险的动态影响规律。

(7) 依据具体平台的未遂事件、事故报告、PSA报告、设备运行和维修记录等相关技术资料，采集和统计分析基本事件的初始概率。

(8) 通过输入/导出数据到SD环境，实现SD与ET、FT和BN的相互连接，把四种技术耦合在统一的模型里，建立能够定量分析人因、组织和技术因素影响的动态风险评估模型，以期描述各个风险影响因子的动态因果机理。

(9) 在上述基础上全面实施海洋平台火灾/爆炸定量风险评估，从HOE的根源出发提出能有效降低火灾/爆炸风险的控制措施，建立海洋平台火灾/爆炸定量风险评估系统。

3结论

HOE是引起海洋平台火灾/爆炸事故的主要原因，但是传统风险评估方法并没有考虑HOE的影响，这是由于HOE历史数据有限，HOE分析方法大多限于定性或半定量阶段，使得传统风险评估方法难以量化HOE的影响。该文结合SD和BN模型的优势，提出基于动态仿真的人因组织因素定量分析方法，与传统的风险评估方法相耦合，构建能定量分析人因、组织和技术因素影响的动态风险评估模型。从HOE发生的根源出发确定风险控制方案，能有效预防海洋平台火灾/爆炸事故的发生，对提高海洋平台作业安全性、指导企业实施风险管理和帮助政府部门实施安全监督，具有重大意义。

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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

基金项目：国家自然科学 国家工信部海洋工程装备科研课题"水下生产系统设计及关键设备研发(一期)"专项经费资助。 (51109022)；辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划(LJQ2012066)；大连理工大学海岸和近海工程重点实验室开放基金项目(LP1205)。

收稿日期：2015-03-20 2014-12-11

中图分类号:P75

文献标识码：A

文章编号：1001-4500(2015)06-0055-06

作者简介：王彦富(1981-)，男，副教授。