HAZOP-LOPA法在水利工程空间冲突风险评估中的应用

曾凡飞

（辽阳县水库移民局，辽宁 辽阳 111200）

HAZOP-LOPA法在水利工程空间冲突风险评估中的应用

曾凡飞

（辽阳县水库移民局，辽宁 辽阳 111200）

为客观辨识水利工程施工中空间冲突风险，本文在综合危险与可操作性研究方法（HAZOP）以及保护层分析方法（LOPA）基础上，实现对水利工程施工进程中空间冲突的评估分析，并提出相应风险防范举措。应用实例表明，模型在水利工程空间冲突分析评估中具有较强适用性，研究可为工程施工空间冲突风险防范提供决策依据。

危险与可操作性分析；保护层分析；水利工程；空间冲突

大多数水利工程施工选址相对偏僻、空间资源有限且极易引起空间冲突，进而诱发安全事故。王仁超等把空间看作资源，提出了人—机—环系统，以冲突体积大小为参数推算出了空间冲突的危险度。唐凯等学者将空间冲突风险与自然灾害风险进行类比，提出了空间冲突风险的四要素：恢复性、脆弱性、持续性和危险性，并根据经济学原理测度空间冲突风险［1］。王廷魁等借助BIM模型找出施工过程中各分阶段设计方案的空间冲突，并运用关联度模型对不同方案进行评估。国外学者Theunissen用冲突检测仪进行空间体积分析，把各个影响要素转化为几何图形，通过分析冲突的几何图形形状得到风险程度。目前，已经有许多学者将空间信息技术运用在水利工程各种问题的解决中［2］。然而，进行空间冲突的预防需要一定的资金投入，这与工程各参与方所希望的相同收益下使成本最小化目的相冲突。鉴于此，本文将保护层分析方法（LOPA）、危险与可操作性研究方法（HAZOP）结合用于分析评估水利工程空间冲突，以期为工程施工空间风险评估与防范提供有益借鉴。

1 水利工程空间分析

1.1 水利工程的特点

（1）地域限制。多数水利工程修建在偏僻的高山或峡谷之中，可以利用的空间比较少，这对水利工程的施工造成了很大的影响。

（2）施工机具的影响。在水利工程中往往会使用到大型的施工机具，占地多，移动速度慢，操作不灵活。这就对施工组织设计要求很高，否则极易导致窝工， 机械损坏， 甚至人员伤亡［3］。

（3）施工技术要求高。水利工程一般都是大型工程，涉及多种工种，技术难度高，往往会引入多个专业的施工队伍同时进行施工。这就要求对各施工队的进场时间必须安排合理，否则就容易发生空间冲突，导致施工不能正常进行。

（4）工期长。由于水利工程的工程量很大，所以施工的工期会很长，有的多达数年之久。工期越长，自然环境条件、地质条件就越容易发生变化［4］。而且先完成的部分也会对后序的施工产生影响，这些因素都可能会产生空间冲突。

（5）经济。水利工程建设过程中，为了缩短施工工期，往往会在上一个工序还没有完成时就开始下一个工序的施工，这就会在同一个时间和空间内交叉作业，可能会导致空间冲突的产生。

1.2 空间冲突的产生及安全评估的重要性

在水利工程施工中，有两个及以上的施工活动同时进行时，对施工空间的占用上就会出现重叠，这就有可能对施工进度产生不利影响，形成空间冲突，产生安全隐患， 甚至会造成人员伤亡［5］。 总之，在水利施工过程中必须做好对施工机具、施工作业人员以及施工环境这三种影响要素的合理分配，如果分配不合理就会导致空间冲突的产生。

水利施工过程中如果发现某两个施工要素之间有发生空间冲突的可能性，而消除这种冲突所消耗的资金比这种空间冲突发生后受到的损失还要大，这时为了保证工程利益就要保留这个空间冲突。比如在某项工作中，两个工作小组之间发生了空间冲突，导致了工作计划的延误，造成了窝工，但经过分析发现由于窝工所耽误的时间在非关键线路上，这对整个工程的施工工期并不会产生影响，保留这个空间冲突所耗费的费用就会较少［6］。所以，在水利工程中，采用科学的方法对空间冲突进行评估分析，进而判断所采取的措施是否经济合理是很重要的。

2 空间冲突的安全评估过程

2.1 识别潜在的空间冲突

在大型水利工程施工过程中，能够科学、全面的对潜在的空间冲突进行分析是很有必要的。危险与可操作性研究方法是一个系统全面的综合评估方法，它可以对整个系统进行危险识别并进行全面的分析，进而准确的识别出工程中的潜在危险。这种方法可以在施工组织设计、图纸设计、施工地形地貌以及合同条款等诸多有关的因素中进行分析，找到存在的偏差，并对偏差产生的原因、带来的后果以及所采取的措施进行分析［7］。HAZOP分析方法的工作流程如下：①确定要分析的对象（即整个水利工程项目）；②采集相关的工程资料，如工程所在地的地形图、工程设计相关图纸（工程主体构造图、工程布置平面图、河岸边坡、水电站以及各种临时性水工建筑物的相关图纸等）、施工方案、施工组织设计方案等；③对所采集的相关资料进行分析；④确定评估小组的成员（以成本预算控制方面的专家和安全管理方面的专家为主，还包括有关工程施工方、材料供应方以及设计方有一定专业能力的代表）；⑤在对基本资料熟悉分析的基础上，开展讨论会议，进入HAZOP分析阶段。

整个HAZOP分析的工作流程中，其核心的环节是工作讨论会议。在这个环节中需要有关空间冲突安全评估方面的专家发挥自己的专业技术优势，对可能存在或发生的空间冲突进行逐一分析排查，然后在分析讨论的基础上制定出消除或者减轻空间冲突的措施。通过对空间冲突进行HAZOP分析，把得到的分析结果填写在HAZOP空间冲突分析表中（表中可以包括产生的偏差、偏差产生的原因、可能带来的后果以及需要采取的安全措施等），为后面的保护性分析做准备。

2.2 保护层分析

保护层分析（LOPA）是依据HAZOP分析的结果，在HAZOP分析的基础上进行的。它能够实现对所采取的安全措施的可靠性评估进行量化处理，确定这些安全措施降低或消除危险的能力。在进行保护层分析时，将HAZOP分析中所提出的所有安全措施都看作是是保护层（每一个措施看作是一个保护层）。在此假设所制定的安全措施是有序的，即必须在上一个措施实施完成以后才能够进行下一个措施。把所采取的安全措施对空间冲突作用的大小用概率来表示（若措施不起作用，此时的概率称为失效概率），进行保护层分析就是要把事故发生的概率尽可能的降低，使空间冲突发生时的期望损失值比安全措施实施中所投入的资金要少。在保护层分析中，把采取安全措施后事故发生称为减轻事件，没有采取安全措施（即保护层）情况下事故发生称为未减轻事故［8］。保护层分析的具体分析过程见图1。在对空间冲突的损失进行量化时，需要重点考虑的是对于可能造成伤亡的空间冲突，它的损失量是无法估量的，此时图1中所示损失应该是无穷大的，所以对于此类损失，无论需要多少资金都需要采取措施来防止该类冲突的发生。

图1 保护层分析过程思路

3 应用实例

辽阳灌区承担辽阳城郊、柳壕河西岸以及太子河以南等区域农业灌溉重任，控制灌溉面积近190km2。然而，随着灌区的持续运行，渠道淤积问题逐步凸显，大多数水利工程建筑物出现损坏以及带病运行等问题。近年来，辽阳灌区相继实施了一系列配套改造工程，针对灌区骨干闸门、渠首挡水坝、渠系建筑物、分干渠道、防渗衬砌以及进水涵洞等19项工程实施了改造建设。辽阳灌区改造工程共有五个施工单位参与该系列工程的施工，为了方便说明简称为一到五单位。由于该工程不止一个施工单位施工，且工程复杂，所以编制的施工设计方案中必须考虑到同一施工段或同一施工面有两家或多家单位同时施工以及运输道路不能满足运输要求的情况。为此，在业主单位的组织下成立了空间冲突评估小组，研究各种资料并开会讨论后，总结出了可能会发生的空间冲突，如表1所示。

表1 水利工程施工中空间冲突统计表（部分）

在对该工程中可能出现的空间冲突分析讨论的基础上，编制出了分析结果表，对其中的一个空间冲突进行详细分析，如表2所示。

表2 HAZOP分析结果表（部分）

按照措施实施所需要的费用多少对所有的安全措施进行排序，优先选择效果好且所需费用最少的安全防范措施。从表中的三种安全措施可以看出，改变设计重新修建道路最不经济，然后是绕远路进行运输，也需要大量的费用，最经济合理的是第三个措施，即对施工组织方案进行重新设计，从附近原有的运输能力接近的道路上进入场地，这样产生的运输费用最低。所以三个措施的实施顺序依次为3—2—1。但是如果不分析这三条安全措施，全部运用或是运用其中的任何一条都是不经济的。所以，需要在HAZOP分析的基础上进行LOPA分析，如表3和表4所示。

表3 空间冲突LOPA分析结果（1）

表4 空间冲突LOPA分析结果（2）

通过HAZOP分析评估和LOPA分析评估可以看出，对施工组织方案进行重新设计，从附近原有的运输能力接近的道路上进入场地这条措施是最经济的方案，实施该措施的失效概率为86%，可能会导致施工机械之间的时间冲突，造成窝工。可是如果再采取一条措施，所需要的成本比损失期望值要大，所以理性考虑在这种情况下不适合再采取安全措施。

4 结语

本文通过结合HAZOP与LOPA法识别出水利工程施工过程中潜在空间冲突风险，在对施工过程中空间冲突进行分析评估基础上，提出削弱或消除风险的安全措施。同时，遵循经济效益最优化原则，实现了对水利工程施工空间冲突防范举措经济效果的评估。应用实例表明该方法可为辨识评估施工空间冲突提供理论支撑，有助于降低空间冲突消耗成本。然而，该方法仅依据防范举措是否经济对安全措施实施评估排序，如何将实施的有效性与经济因素相结合，实现对空间冲突防范举措的综合评估排序将是今后研究的重点。

［1］宋岩.水利工程施工进度计划的风险研究［J］.水利规划与设计，2016（04）：62-63.

［2］姚锡文，许开立，汤规成，王文菁.基于贝叶斯网络的HAZOPLOPA集成分析与应用［J］.东北大学学报（自然科学版），2014（09）：1356-1359.

［3］周荣义，李石林，刘何清.HAZOP分析中LOPA的应用研究［J］.中国安全科学学报，2010（07）：76-81.

［4］陈俊.大伙房水库输水隧洞TBM法施工风险识别及对策探析［J］.水利技术监督，2016（03）：105-107.

［5］盛雪芹，武占华，王晓阳，陶文杰，刘玉东.HAZOP分析在广西石化厂区废水处理厂项目中的应用［J］.给水排水，2011（05）：50-52.

［6］孙文勇，许芝瑞，王秀青.基于模糊数学的石油化工装置HAZOP风险分析技术研究［J］.安全与环境学报，2012（02）：237-241.

［7］肖大鹏.全断面掘进施工隧洞围岩失稳风险识别与对策研究［J］.水利规划与设计，2016（02）：89-90+100+104.

［8］边可，李学伟.基于HAZOP的铁路危险货物运输风险因子分析［J］.物流技术，2015（13）：13-15.

TV512

A

1672-2469（2017）02-0065-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.021

2016-05-23

曾凡飞（1973年—），男，工程师。