基于事故树分析法的“东方之星”翻沉事故研究

尚前明，曹玉佩，梁 峥

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063)

维修理论

基于事故树分析法的“东方之星”翻沉事故研究

尚前明，曹玉佩，梁 峥

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063)

水路运输以其成本低、污染小等优势在我国运输行业中占有一席之地，水运行业的可持续发展、航运安全一直受到社会各界的广泛关注，“东方之星”事件更是将航运安全推到了社会舆论关注的顶峰。结合专家学者们的研究，文章引进一种新的海上交通事故分析方法—事故树分析法(Fault Tree Analysis,FTA)。针对“东方之星”沉船事故进行分析，构建船舶倾覆事故模型，通过模型分析，发现导致“东方之星”沉船事故的关键因素，并在以后的海事管理中重点管控，避免类似事件发生。

交通安全；“东方之星”翻沉事故；仿真模型；事故树分析法

水上交通运输是现代交通运输的重要方式之一。据有关部门统计，90%的世界贸易量是通过水路运输实现的[1]。随着我国水路交通运输供给状况和服务水平的增长，水路运输也呈现出平稳上升的趋势。然而，水上交通运输却依然属于高风险行业，2015年全国共发生运输船舶水上交通事故213件，直接经济损失高达3.49亿元。

在海运经济蓬勃发展的大背景下，由于老旧船舶的淘汰速度较新船建造速度慢，船舶数量有增无减，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门的监管压力，因此在极端天气情况下，船舶发生事故的可能性也随之增大。

本文以“东方之星”翻沉事件作为研究对象，结合交通运输部收存的历史事故，通过事故树分析法来分析事故致因，发现导致翻沉事故的关键因素。通过定性分析导致“东方之星”翻沉事故关键因素的结构重要度，并对结构重要度高的底层事件进行重点管控，达到避免类似事故再次发生的目的。

1 水上风险评价方法研究现状

得益于海上船舶碰撞危险研究的发展，水上安全评价也逐渐受到国内外专家的重视。通常采用事故调查分析法来查明造成事故的原因，从而分析出预防类似事故发生的措施。这种海事调查报告在一定的范围领域内依然在使用[2]。安全指标法则是第二代被广泛应用的水上交通安全评价方法，多年来我国均通过事故起数、受伤人数、死亡人数、沉船数、直接经济损失等5项事故指标，对不同区域的水上交通安全状况进行评价。以上2种方法侧重于通过事故发生的情况来研究安全状况，弱化系统危险因素对于安全状态的影响，使得水上安全评价仍处于事后评价的阶段[3-4]。

由于船舶翻沉事故受多种因素的影响，而且大量的翻沉事故是由于人为的失误直接或间接导致的，因此仅分析历史数据很难实现对翻沉风险的精确评价。这种情况下往往需要依赖相关领域专家的主观知识和历史数据相结合，以提升评价的准确性。基于这一考虑，事故树、事件树、贝叶斯网络等评价方法相继被应用到安全风险评价[5]中。

2 FTA分析法

FTA是起源于美国贝尔实验室的的一门技术[6]，它是一种演绎推理分析方法，即从结果分析原因。该方法从一个可能发生的顶上事件开始，自上而下、层层深入地寻找顶上事件的直接原因事件和间接原因事件，直到找到基本原因事件(基本事件)为止，并用逻辑门符号把这些事件之间的逻辑关系表达出来。最终形成一个倒挂的树形图，称为事故树(Fault tree)[7]。根据该事故树结构求解其最小割集或最小径集，同时确定出各基本事件的结构重要度，制定预防事故的安全保障措施；然后依据引发事故的各项基本事件的概率，来确定顶上事件的发生概率以及各项基本事件的结构重要度，从而对于事故可能造成的危害进行风险评估，达到预测与预防事故发生的目的。

FTA的基本分析方法如下。

1)首先确定顶上事件，即明确事故树所分析的对象，例如某种不希望发生的事故。

2)由“果”到“因”，层层追查，查到原因时间不可分为止，从而确定“基本事件”。

3)在每一事件及其直接原因之间确定逻辑关系，如“或”门(用“+”表示)、“与”门(用“·”表示)等。

4)根据所需的操作条件和工艺流程，利用其设备、工艺、控制及所需的安全措施等来绘制相应的事故树。

5)采用布尔代数规则简化事故树，整理出顶上事件与最小割集之间的关系，然后按规则算出各基本事件对顶上事件的影响力度，进而对各基本事件的结构重要度排序[3]。

3 “东方之星”翻沉事件事故树的编制

3.1 事故背景

2015年6月1日晚上9点20分，隶属于重庆东方轮船公司的“东方之星”驶入长江大马洲江段。当时江面有大的降雨，并伴随强风。船长为顶住强风，决定快速行船。9点30分左右，“东方之星”突遇下击暴流，在长江中游湖北监利水域沉没。

通过查阅大量事故相关资料，可以发现，事发之时，航行于长江中游大马洲水道区域的“东方之星”突遇罕见的龙卷风气象，并伴随着暴流以及强对流突发性天气。其瞬时风力达到了12～13级，降雨量也达到94.4 mm[8]，严重影响能见度。这一灾难性气象条件对事故的发生产生了极大的影响。

当突发情况到来时，船长虽使用了稳固船体、对抗风暴的措施，但并未及时向外发出求救信息和向全船发出警报。船舶处于失控状态并持续后退，最终倾斜进水导致倾覆。船长及船员对恶劣天气及其产生的风险认知不足，缺乏应对恶劣天气操作培训，在危急的状态下未及时采取更有效的处置与求援措施。

事后调查，“东方之星”自建成以来，已经历过3次较大的改建及改造，导致船舶面对极端天气时稳性降低，虽然仍符合规范要求，但不足以抵御事发时所处的环境。

船舶所在公司未向检验机构申请复核检验，私自违规对“东方之星”的调载舱、压载舱实施改造，在日常检查中未发现船舶所存在的安全隐患和漏洞。相关机构监督未到位，在驶入事发区域时，海事局对辖区内的“东方之星”所采取的跟踪监控未到位。在船员审核方面，船员恶劣天气下操作培训检查不到位，考核工作不实，船舶监控也未配备专业的监察人员。

3.2 事故树绘制

1)确定分析对象(顶上事件)。确定顶上事件T为“东方之星”沉船事故。

2)根据因果关系分析，绘制事故树。由顶上事件开始，采用演绎分析法，依次往下，逐级找出所有原因事件，直到找到所有最基本的原因事件为止。其中每一层的中间事件都依次按照原因输入和结果输出的逻辑关系，用逻辑门进行连接。依据事故原因间的逻辑关系画出事故树。

以T“东方之星”沉船事故为顶上事件，首先将此顶上事件写在事故树图的最上方的矩形方框内。

对该船翻沉原因进行分析总结，可以发现只有在船舶缺陷、人为因素、管理因素、环境恶劣四者中，第一、第二、第三原因同时发生，且在第四原因存在的条件下，才可能发生船舶翻沉事故，因此第一层逻辑门为“与”门。

以此类推，直至事故树的规模和分析深度已达到基本事件的程度为止，得到“东方之星”翻沉的事故树图，共由20个基本事件、14个中级事件、10个“或”门及5个“与”门构成，如图1所示。事故树各符号含义见表1。

图1 “东方之星”沉船事故树

符号含义符号含义符号含义T“东方之星”沉船M12船舶结构不合理X10浓雾M1管理因素M13通讯设备故障X11航道环境复杂M2环境恶劣M14冒险航行X12未及时通知极端天气M3人为因素X1船员不适任X13超速驾驶M4船舶缺陷X2安全培训缺失X14对风险认知不足M5人员管理不合理X3船舶过度改造X15极端天气应对不力M6船舶管理不合理X4船舶保养不当X16船龄过大M7主管机关管理不当X5客房结构不合理X17稳性不足M8监管不力X6船舶审核不严X18逃生通道设置不合理M9极端天气X7船员审核不严X19设备老化M10船长人为因素X8下击暴流X20机舱进水失电M11船员人为因素X9暴雨

4 事故树的定性分析

4.1 求最小割集

根据以上“东方之星”沉船事故树中各事件之间的逻辑关系，可以得到事故树的布尔代数式：

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)=

在现代信息时代，每天都会有大量信息资源进行传播，当前高职院校对信息观念还没有进行深入了解，图书馆缺乏相应的宣传力度，教育培训工作没有深入开展，院校师生只是片面了解现有馆藏资源， 院校没有定期举办的介绍馆藏资源的活动，在吸引师生宣传方面工作没有做到位，导致图书馆馆藏资源的使用率不高。高职院校图书馆开展宣传工作要根据院校自身情况进行创新，开展多样化的活动吸引师生参与，宣传工作一定要深入开展，并且要持之以恒，真正做到遵循“读者第一，服务至上”的服务理念。

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

(1)

将式(1)化简可以得到最小割集42组，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 求基本事件结构重要度

在事故树的定性分析中，有一项重要的程序，即计算整体事故树的结构重要度。计算时，假定各个基本事件发生的概率都是相等的，分析各事件对于顶上事件发生的影响程度并进行排序，为采取针对性的安全措施奠定基础[9]。

根据结构重要系数近似计算公式：

(2)

式中：Ik(i)为基本事件i的结构重要度；k为最小割集的总数；nr为基本事件Xi出现在最小割集Er中的频数。

结合每个基本事件的具体数据，可计算得到结构重要度系数大小顺序为：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]。

其具体计算数据如表2所示。

表2 各基本事件的重要度系数

4.3 结果分析及安全对策

由FTA分析得出的结构重要度系数可知各基本事件对顶上事件影响重要程度的相对大小，可以找出系统的最薄弱环节，从而确定所应采取相应安全措施的优先顺序，对航运安全进行科学、合理、有效的控制。结合此次事件的结构重要度，在下击暴流条件下“东方之星”沉船的事故分析如下。

1)罕见突发的灾难性天气环境，如重要度影响最高的下击暴流及影响较小的暴雨、浓雾、航道环境复杂。应当加大科研投入，建设基础设施如天气雷达、气象观测站等，强化航运过程中对于极端天气的预警能力。细化恶劣天气的分级并规定有效避险措施，如在遭遇极端恶劣天气时，船员应当及时选择就近靠泊停船；如遭遇当时水域环境不允许靠泊的情况，船员也应当按照相关条例降低船速，谨慎驾驶。海事局在船舶出航时，应当及时告知船员可能遭遇极端天气的情况，确认其收到警告并建议其尽快靠泊。

2)紧急情况下船长船员应对不当，如重要度次高的对风险认知不足、极端天气应对不力以及对事故影响较小的船员不适任、安全培训缺失，影响微弱的超速驾驶。因而培养船长船员对风险的预知能力和应急操作能力，加大对于突发性危急情况下船长船员的操作判断能力显得尤为重要。同时需完善相关教育部门的教育培训和考核标准，并定期检查。社会保障部门可推出政策提升内河船员的职业待遇，提高船长船员等的综合技术能力，强化安全保障。

3)船舶改造、设备缺陷带来的影响，如结构重要度较高的船舶过度改造、船舶保养不当，重要度相对较弱的客房结构不合理、船龄过大、稳性不足以及影响微弱的设备老化、机舱进水失电。对于现有的法律法规中不完善之处，针对现在的行业情况，应及时予以完善修订，使船舶设计、改造有更安全的技术规范要求。细化船公司管理条例，加强监管力度，严格管控船舶生产、过度改造，及时提交审批；大力推行船舶标准化政策，及时淘汰老旧船舶，提高新型船舶现代化程度；定期检查船舶运行状态，及时维修更换问题部件。

4)主管机构管理不当，如重要度影响一般的未及时通知极端天气以及影响较小的船舶审核不严、船员审核不严。相关部门需严格落实安全责任，定期对船舶进行检查考核，尤其是航运过程中的监管监控，安排专职人员加强在恶劣天气下对重点船舶、重点水域下的值守；优化船舶运行结构，加快老旧船舶的升级换代，不定期检查老旧船舶、改造船舶的运行状态，提高船舶安全性。加大投入，增设危险水域救援站点，提前制定科学合理的救援方案，提高应急救援的能力，保障生命安全。

5 结束语

本文将事故树分析法引入“东方之星”沉船事件分析中，利用此方法构建“东方之星”翻沉模型，通过定性分析发现导致沉船事件的关键因素，结果基本与国务院发布的“东方之星”事故调查报告相符。预防船舶倾覆事故是一项安全管理的系统工程，应对“人、船、环境、管理”各要素采取本质化的安全措施。船舶应尽量避免在极端天气下航行，国家也应当建立健全相应的法律法规，提高船员职业素养，加强应急指挥能力，尽全力减少船舶倾覆事故发生。

[1]姚杰,任玉清,李玉伟.基于事故树分析的海上交通事故的研究[J].大连海洋大学学报, 2010,25(8):348-352.

[2]吴兆麟.海事调查与分析[M].大连：大连海运学院出版社,1993.

[3]胡二邦.环境风险评价实用技术和方法[M]. 北京:中国环境科学出版社, 2000.

[4]张圣坤,白勇,唐文勇.船舶与海洋工程风险评估[M].北京:国防工业出版社, 2003.

[5]张金奋.船舶碰撞风险评价与避碰决策方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

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[9]李艳霞,孙建华,魏春荣,等.事故树结构重要度求解方法研究探讨[J].中国安全生产科学技术，2012，8(5):107-110.

请 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，四川广安人，副教授，硕士，研究方向为轮机仿真与自动控制； 曹玉佩(1993-)，女，湖北武汉人，在读硕士研究生，研究方向为轮机仿真与自动控制。

U676.1

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.01.009

2016-09-06