基于事故树的三峡库区船舶碰撞事故致因分析

曾杨,盛进路,范晓飚

(1.重庆交通大学航运与船舶工程学院,重庆 400074；2.重庆交通大学交通运输学院,重庆 400074)

1 引言

据统计，我国长江干线发生的水上交通安全事故险情中，碰撞事故占到40%以上[1]，极易对内河船舶通航安全造成影响，甚至可能导致严重的人员伤亡和财产损失[2]。近年来，国内外关于船舶碰撞事故的原因，大多数是采用定性分析方法，此方法较为简单且直观，但不能较好的反映出碰撞事故发生的内在规律及潜在因素，因此本文拟用定性与定量结合分析方法对船舶碰撞事故进行分析，以便得出更加科学准确、更全面客观的结论[3]。事故树是追溯船舶碰撞事故因素的有效方法之一，有关文献[4-5]曾对海上客货船碰撞原因以及武汉海事局辖区船舶碰撞原因进行了分析，但对于回水区和常年变动区且航行环境相对复杂的三峡库区而言，这些分析是否具有指导性还有待验证。对此，本文将以三峡库区船舶碰撞事故为顶上事件构建事故树，拟用定性与定量结合分析方法对船舶碰撞事故危险进行具体分析，旨在为三峡库区水域的船舶航行安全管理提供参考依据。

2 三峡库区船舶碰撞事故树模型构建

2.1 事故树方法的分析流程

事故树分析法(Fault Tree Analysis，简称FTA)，其基本流程如图1所示[6]。

图1 事故树分析基本流程

2.2 船舶碰撞事故树构建

将“船舶碰撞”作为顶上事件，走访行业专家，并结合已有的研究成果，多维度开展三峡库区船舶事故发生的原因分析，并根据事故树原理对事故的成因分层展开，结果发现造成三峡库区船舶碰撞主要分为操作过失引发的碰撞、违规行动引发的碰撞或极端天气引发的碰撞这三种情况，所以第一层为“或”门。以此类推，直到事故树各层原因不能再继续分析为止，得到三峡库区船舶碰撞事故的事故树图，如图 2 所示。

图2 船舶碰撞事故树图

3 船舶碰撞事故原因的定性分析

通过求解图2的最小割集和结构重要度，找出船舶碰撞事故的薄弱环节。

3.1 最小割集的确定

运用布尔代数法求船舶碰撞的最小割集[7-8](这里T为顶上事件，M为中间事件，Xi为基本事件)，由于极端气候引发的船舶碰撞具有不可抗力性，这里不做讨论，最小割集求解过程如下所示：

T=M1+M2

T=M4+M5+X9|M6

T=X1|M7|M8|X9+X10|X6|X12+X9|

T=X1X2|X3|X4|X5|X6|X10+X1|X2

通过运算得出造成三峡库区船舶碰撞事故发生的最小割集为：

Ф = { ( X1，X2，X3，X4，X5，X6，X10)， (X1，X2，X3，X4，X5，X7，X10)， (X1，X2，X3，X4，X5，X8，X10)，(X1，X2，X3，X4，X5，X9，X10)， (X6，X11，X12)，(X10，X13)，(X10，X14)，(X10，X15)，(X10，X16)， (X10，X17)， (X10，X18)} ，共11个最小割集。

3.2 最小割集法求解结构重要度Ixi

遵循结构重要度定性分析的原则[9-10]，可以判断个基本事件的结构重要度顺序为：

IX10>IX13=IX14=IX15=IX16=IX17=IX18>IX6>IX11=IX12>IX1=IX2=IX3=IX4=IX5>IX7=IX8=IX9

以上是从定性角度对事故树进行分析，可以得出临危操作不当(X10)、冒险横越(X13)、冒险追越(X14)、违反定制线(X15)、违章航行(X16)、冒险夜航(X17)、冒雾航行(X18)是导致三峡库区船舶碰撞的重要原因。

4 三峡库区船舶碰撞事故定量分析

4.1 基本事件概率qi

根据统计的80起三峡库区船舶碰撞事故数据及各基本事件发生的数量分析，计算各基本事件发生的概率qi。计算结果见表1。

(1)

其中：qi为基本事件发生的概率，Ni为第i个基本事件发生的次数，得到各个基本事件发生的概率见表1。

表1 各个基本事件发生概率

4.2 顶上事件概率

利用最小割集计算顶上事件发生概率的公式为[11-13]：

Q=F1+F2+…(-1)N-1FN

(2)

(3)

(4)

…

(5)

(6)

由公式(2)～(5)可得顶上事件发生概率为：

Q=qk1+qk2+qk3+qk4+qk5+qk6+qk7+qk8+qk9+qk10+qk11=q1q2q3q4q5q6q10+q1q2q3q4q5q7q10+q1q2q3q4q5q8q10+q1q2q3q4q5q9q10+q6q11q12+q9q13+q9q14+q9q15+q9q16+q9q17+q9q18=2.00@ch10-2

(7)

4.3 概率重要度计算Ig(i)

由文献 [14] 可知概率重要度Ig(i)_

Ig(i)=∂Q(T)/∂qi

(8)

式中：Q(T) ———顶事件发生概率；qi———第I个基本事件的发生概率。

4.4 临界重要度

(9)

将3.1 当中所计算得到的基本事件概率值代入进行计算，结合3.3和3.4节得到船舶碰撞事故的概率重要度及临界重要度计算见表2。

表2 各基本事件概率重要度和临界重要度

由表2和结构重要度排序均可以看出，无论是对船舶碰撞事故定性分析还是定量分析，对三峡库区船舶碰撞事故后果影响程度排在前列的都是X10(临危操作不当)。

5 讨论

运用事故树定性定量分析方法建立临界重要度，分析船舶事故发生原因的数量值和概率值，解决以往研究中只能依靠专家意见给出经验值的问题，使分析结果更具客观性。同时，计算临界重要度进行敏感性分析，对通航条件时变性特征明显的内河区域船舶碰撞事故致因进行根原因追溯，为风险控制措施制定提供理论依据。

本文得出“临危操作不当”是导致三峡库区船舶碰撞事故首要原因。由于三峡库区通航条件复杂，存在洪水期、枯水期，以及回水变动区和干支交汇区等特点，航道季节性变化明显，复杂多变的水域通航环境给库区船舶航行带来各种隐患，对船舶驾驶人员的要求高，从而造成水上交通事故时有发生。今后可结合三峡库区船舶碰撞事故数据并通过视觉、心电、皮电等生理特征对船舶驾驶员进行驾驶行为的研究。研究船舶驾驶员在航行过程中生理指标的变化特性，并以此为基础对船舶驾驶员心理负荷变化情况进行分析，对预防人为因素引起水上事故、维护内河航运安全、推动内河航运发展具有重要意义。

6 结论

(1)以船舶碰撞事故为顶上事件构建事故树，从定性和定量两个维度结合分析三峡库区的船舶碰撞事故致因，通过计算 “三个度”(即：事故树的结构重要度、概率重要度和临界重要度)，得出临危操作不当为导致三峡库区船舶碰撞事故首要原因，也间接说明了其航行环境的复杂性。

(2)建议加强船员业务素质和心理素质的培养，提升应急能力。此外，海事监管部门创新监管服务平台技术，从技术层面防止船舶碰撞险情的发生。