基于综合安全评估(FSA)的大型舰船修理风险评估研究

李永清，朱 锡，陈林根

(海军工程大学，湖北 武汉 430033)

基于综合安全评估(FSA)的大型舰船修理风险评估研究

李永清，朱 锡，陈林根

(海军工程大学，湖北 武汉 430033)

大型舰船修理是一项复杂的系统工程，与民用船舶相比，大型舰船的修理除了恢复动力系统和船体修复以外，更为复杂的是对各类设备和武器系统的修复，涉及众多修理厂家配合、修理资料搜集、备品备件筹措、不同部门协调等诸多因素，这些因素对舰船的修理质量都会带来潜在的风险，国外甚至出现潜艇修后比修前噪声更大的情况。综合安全评估(FSA)是一种用于制定合理的规则和提供可能的风险控制方案的综合性评价工具，当以修理质量影响因素作为风险控制的主要因素时，可以运用FSA方法对修理总体方案进行风险分析，从源头上实现对舰船修理风险的有效控制。

综合安全评估；舰船修理；评估方法

大型舰船修理是一项复杂的系统工程，修理过程涉及装备种类多、参与部门多、修理工期紧等诸多困难，这些因素对舰船的修理质量都会带来潜在的风险。在装备高速发展的今天，很多新装备列装服役，逐渐进入计划修理序列，如何评估各种因素对舰船修理的影响一直是装备保障领域急需解决的课题，这对于有效控制舰船修理质量和提高海上安全有着积极的意义。本文基于综合安全评估(FSA)的方法，对大型舰船修理风险评估和控制进行探讨。

1 综合安全评估方法概述

综合安全评估[1]是一种结构化的系统方法，目的是全面考虑影响安全的诸多因素，透过风险评估和效益评估，提出有效控制风险的规则要求，从而不断改进和提高系统的安全。中国船级社于1999年发布了指导性文件《综合安全评估应用指南》。目前, FSA方法的研究在国内处于初期推广与尝试应用阶段，该项研究旨在通过对舰船综合安全评估(FSA)中的理论与方法研究，来推动FSA方法在国内各领域的推广与应用。

针对大型舰船修理这类复杂系统的安全风险评估问题，FSA是一种帮助制定合理的规则和提供风险控制方案的综合性、结构化和系统性的评价工具。其目的有2个:一是降低事故发生的频率；二是减轻事故后果的影响程度。其具体实施基本构成如图1所示。

图1 FSA方法流程图

相对民用船舶而言，军用舰船系统构成更复杂。美国海军在舰船修理评估中也采用FSA法，不仅考虑技术因素，而且考虑维修计划、维修人员等人为因素，并在舰船修理中进行了初步应用，其费用受益分析报告表明：采用FSA方法有助于提高舰船风险控制的效益。我国这方面的研究起步较晚，海军工程大学运用FSA方法对舰船安全风险决策进行了研究，将舰船装备维修使用过程中的安全风险作为不期望发生事件的概率及其可能后果的函数[2]。总体来说，目前这些研究还处于探索的阶段。

2 大型舰船修理风险识别与处理方法

进行大型舰船修理风险的有效评估，必须首先识别修理风险并确定相应的处理方法。主要包括2个方面的研究：一是风险识别与主要事故类型确定；二是风险的量化与分析。

2.1风险识别

舰船装备及时而准确的维修可以降低系统总的使用安全风险。风险控制目的是在危险识别和风险评估的基础上，有针对性地提出可行的降低风险的措施，形成相应的规范和要求。危险识别应按环境范围、组织管理结构、技术工程系统、人员子系统等各个环节进行，具体如下。

1)参照现有标准规范和修理条例，检验识别常规舰船修理环节的风险。

2)查阅相关型号舰船历史修理资料，对相关数据进行分析，识别部分可能发生的风险。

3)组织各方专家召开风险识别会，利用专家经验对修理过程面临风险进行分析，达成共识。这对首轮首次修理舰船的评估尤为重要。

4)根据可能事故类型，建立相应模型识别风险；一般可采用危险性预测分析(PHA)；故障树分析(FTA)；事件树分析(ETA)等方法进行。

5)根据上述分析的各种风险和可能产生的事故后果，整理出风险识别表，确定出主要事故类型及其对应的风险因素。

2.2风险量化与分析

风险量化的目的在于数值化风险影响因素，以便运用数学工具进行建模和预测，使评估更加科学。目前，对于风险量化的研究主要有2类方法[3]:一是用概率量化的方法，主要是对事件发生的概率大小进行划分；二是分级量化的方法，主要是对事件发生的重要性进行等级量化。

通常综合上述2种方法对同一对象进行风险量化和分析，则风险的表达可用下式(1)表示：

(1)

式中：pi为单个事件的发生频率：ci为该事件产生的后果严重程度；I为造成风险总的事件数目。

由于舰船修理涉及影响因素过多，完全采用定量评估进行风险识别在现阶段理论储备还不足，效率也偏低。因此，一般采用半定量分析法进行风险识别，通常包括以下几个步骤。

1)主要影响因素的定义：风险度=风险概率×后果的严重程度。

2)根据具体情况采用风险贡献树，FTA、ETA或其它形式、方法和准则建立分析模型。

3)通过一定方法求得风险值，建立风险矩阵。

4)确定风险的可容忍度标准，包括“可以忽略(negligible)”“不可容忍(intolerable)”“合理可行的低风险区ALARP(as low as reasonably practicable)”。

舰船修理风险具体包括威胁舰船维修人员安全、危及舰船装备安全、影响舰船装备修理质量、延长修理工期、以及可能影响舰船修理正常进行的各种因素。这些因素对舰船维修风险的贡献差异较大，必须对相应的风险影响因素进行分析。对历史数据完整的可以采用统计方法进行分析，列出风险矩阵；对首轮首次修理或历史修理资料不全的可以采用专家评判法，科学地对各种可能影响实践的因素进行取舍，从而使决策具有最大的合理性。

3 大型舰船修理风险评估实例

风险评估的目的包括确定风险的分布，识别高风险区域，找出影响风险的主要因素，评价风险水平，以及如何使其控制在可接受范围内等。下面以某舰船为例分析某一系统的风险对整个舰船质量的影响进行评估。

3.1风险识别

风险分析就是针对特定类型事故，确定其发生的频率与后果，它是FSA的核心。这里采用风险贡献树方法对某大型舰船修理风险进行风险识别，对舰船而言，船体结构、动力系统、武备系统和特种装备等，任一系统修理质量未达到要求都是不可接受的，因此，这里重点对动力系统修理风险的影响因素，即子风险进行识别分析。

在风险分析中通常将故障树与事件树通过节点连接构建风险贡献树，借助于分析一个完整的事故情景。在FSA研究中，风险贡献树是由2个部分组成的逻辑树结构图，如图2所示，左半部分是事件树图；右半部分为故障树图，左半部分的顶事件作为右半部分事件数的初始事故。实践中常采用故障树分析引起事故的初始原因，而采用事件树分析由某一类型事故(初始事故)所导致的可能后果及频率。事件树的分析结果根据具体情况，产生该事件引起的人员风险或是装备风险，可用风险矩阵或FN曲线来量化表达[4]。

图2 舰船修理风险贡献树示意图

3.2风险分析与量化

这里记风险度为Si，风险概率为Fi，损失程度为Ri，要定义出风险不同的度量，就必须把Si、Fi、Ri按各自独立的标准进行划分，并按风险矩阵法将相应的数据统计后填入表中，如表1所示。

表1中：F1至F4可以设定为某时间段不同影响因素导致相应后果的发生概率；S1至S4可以设定为修理工期延长、修理质量降低、人员伤亡或装备损毁、无法执行任务等风险所对应的后果严重程度，具体依据舰船修理要求和修后任务重要程度进行分类。

表1 某型舰船修理风险矩阵表

3.3风险准则的确定

风险评价准则一般采用国际通行的最低合理可行原则[5]，将风险分为如图3所示的3个层次。

图3 ALARP原则示意图

ALARP原则是指任何工程系统都存在风险，不可能通过预防措施来彻底消灭风险，而且当系统的风险水平越低时，要进一步降低风险就越困难，其成本显著增加。因此必须在成本与风险水平之间作一个折衷。其实质就是风险可容忍度的划分，尤其是“合理可行的低风险区(ALARP)”的划分是FSA的难点，通常有效的划分必需考虑以下几个方面。

1)以公认的标准、规范为依据，使得划分能从理论上保证可接受或可忽略的风险达到公认的安全标准。

2)以舰船装备修后执行的任务为依据，使得满足舰船执行任务所需要的相应系统装备风险处于可接受或可忽略的安全标准。

3)如果所评估出的风险指标在可忽略线和不可容忍线之间，则落入“可容忍区”，此时的风险水平符合ALARP原则。此时，需要进行安全措施代价与受益评估。如果评估结果证明，进一步增加安全措施的代价过大，而对舰船修理风险水平的降低贡献不大时，则风险是“可容忍的”，即允许该风险的存在。

4)结合舰船装备服役后的使用人员培训程度，适当调整划分范围。

可见，ALARP原则的划分是很困难的，涉及多目标综合因素的影响，而且这与民用船舶有着重大的区别，必须结合舰船修后服役的任务及其对舰船各系统战技性能的要求，综合分析修理带来的装备质量风险，以及可能引起的人员伤亡等风险。通常采用的方法是由行业内一定数量的专家共同确定，也即采用专家评判法，但不同专家对同一问题的风险划分会出现不同的意见，从而出现不同划分标准，因此，还需要对专家意见一致度进行分析。

3.4风险评估

在上述ALARP原则研究的基础上，结合舰船对装备修理质量的特殊要求和修后各舰船的任务特点，建立大型舰船修理风险评估流程图；并结合风险矩阵量化分析的方法，确定不同舰船修理风险的不可容忍线和可忽略线，并对3.1中所识别的风险进行评估。

本文采用上述方法，以某艇动力系统修复为例，该舰修后执行正常巡逻任务，选用6位专家对几种主要风险种类进行排序，如表2所示。

其中主要风险种类分别为：①修理工程非预期扩大;②施工环境不良;③监理人员未监理过同型设备;④修理资料缺乏;⑤修理设施落后;⑥修理人员培训不足;⑦备品备件筹措困难(需要论证选用替代件);⑧工厂未修理过同型设备(首次修理)。

表2 某型舰船修理风险专家排序表

对上述专家意见的一致度进行分析，这里基于Kendall和谐系数，采用IMO推荐国际船级社协会(IACS)提出的一种一致度的分析方法[6]，其表达式如式(2)所示。

(2)

式中:J为专家总数；I为识别的危险总数；xij表示第j位专家给第i件危险事件的排序。

W为专家的一致度指数，W=0表示专家意见没有一致度，W=1表示专家意见完全一致。

参照IMO规定，0lt;Wlt;0.5时，一致度不可接受，存在较大分歧；0.5lt;Wlt;0.7时，一致度达到最低可接受水平；0.7lt;Wlt;1时，一致度良好，可接受。

将表2数据带入公式(2)，计算结果为W=0.923，一致度符合要求，表明专家对风险程度的判断意见基本是一致的。当然，在上述基础上还可以通过对专家意见进行深入分析，如采用极值交换法、专家意见聚类分析法等，结合各专家专业、经历等背景因素，分析得出专家意见与各影响因素之间的关联，并根据实际需要，对专家意见赋予相应的权重，从而使得风险识别结果更加科学可靠。

4 结束语

基于综合安全评估(FSA)的大型舰船修理风险评估方法目前仍不成熟，本文的研究也仅是一种应用尝试，但采用综合安全评估的理论来指导舰船修理问题可以预见性地控制风险，而不仅仅是事后总结事故的经验教训，同时可以全面的而不是局部的考虑舰船修理的安全问题。在整个FSA过程中，安全风险准则的确立是关键，需要考虑人为因素的影响、人与系统的相互作用；不仅提出减少风险的措施，而且可以对这些措施进行评估，为舰船修理过程质量控制和修理决策的制定提供科学的依据，有助于规范舰船修理过程，提高舰船装备修理质量的控制水平。

[1] 秦庭荣,陈伟炯,郝育国,等，综合安全评价(FSA)方法[J]. 中国安全科学学报，2005，15(4)：88-94.

[2] 翁辉，周浩，陈晓山.基于FSA的舰艇安全风险决策研究[J].中国修船，2007，20(6)：38-43.

[3] Risto Jalonen, Kim Sa1mi. Safety Performance Indicators for Maritime Safety Management: Literature review[R].Helsinki University of Technology，Finland，2009.

[4]鲍君忠.面向综合安全评估的多属性专辑决策模型研究[D].大连海事大学，2011.

[5] 樊红.船舶综合安全评估的方法研究[J].中国水运(学术版)，2006,6(7):6-7.

[6] 蔡垚，刘正江，吴兆麟. 安全评估危险识别中专家意见一致度分析[J].大连海事大学学报，2007,33(6):24-27.

It is very difficult to control the maintenance process of large scale warship,because the structure of warship is more complicated than general ship,not only the hull structure and power system，but also weapon system,detection system,etc.The maintenance quality of warship is enslaved to many factors,such as repair factory,workers,standby redundancy and so on.In order to raise the level of decision-making in maintenance management,the critical problem is how to control the quality risk level.Formal Safety Assessment(FSA)is an integrative assessment tool which could help establish logical rules and provide possible methods for controlling the maintenance quality risk.By analyzing the influencing factors of maintenance quality and risk controlling,the method of FSA could be optimized and actualized in a paralled way,the problems on decision-making of maintenance with limited resource can be solved.By evaluating the maintenance project through FSA method,the maintenance risk will be controlled at a tolerable level originally.

Formal Safety Assessment(FSA)；warship maintenance;assessment method

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.014

国家自然科学基金资助(50979110)

李永清(1976-)，男，土家族，湖北恩施人，海军工程大学动力工程与工程热物理博士后科研流动站，博士后，研究方向为舰船新型材料与结构、舰船结构维修保障等。

2014-09-19