基于FRAM 的海上危险化学品泄露应急过程评估

魏 凯， 杨 庆

（大连海事大学公共管理与人文艺术学院，辽宁 大连 116026）

危险化学品种类多、需求量大、危险性质强，海上危险化学品运输系统表现出明显的开放性、动态性和突变性特点， 一旦发生危化品运输船舶海上泄露事故， 若应急处置不当， 其危害涉及面广、应急处置难度大。 对海上运输应急过程的研究多集中于应急过程中的某一环节， 如应急演练[1]、应急监测[2]、应急物资调动[3]等，从研究对象来看，对海上危化品应急过程研究较少； 从研究角度上讲， 海上危化品泄露应急过程是一个多因素耦合的复杂系统，对其系统化的研究较少。 在海上危险化学品泄露应急过程中， 危化品运输风险因素未得到有效预防与控制， 因此做好海上危险化学品泄露应急过程评估有着重要的理论和实践意义。

FRAM 在煤矿安全[4]、航空安全[5]等领域有一定的研究进展，在海上泄露应急领域已有应急主体[6]等角度的研究， 但从总体来说， 研究角度较为片面， 缺少对海上危险化学品泄露应急这一复杂系统的全面研究。 采用FRAM 来分析海上危险化学品泄露应急过程， 可以通过分析系统功能及功能之间的依赖关系， 剖析应急过程中功能潜在变化的耦合，找出导致系统功能共振的薄弱环节，并以此建立防控屏障， 从而增强应急过程的系统化研究，实现预防与应急相结合的目标。

本文通过建立应急耦合的层次网络模型[7-8]，从识别海上危化品运输影响因素入手，以“天才”轮外籍气船丙烯输送泵泄露事故为案例， 运用共同性能条件来探究海上危险化学品泄露应急系统运行过程以及失效的原因， 以此增强对海上危险化学品泄露应急过程的认识， 最大限度地降低事故危害度，增强综合应急能力。

1 FRAM 理论

功能共振分析法是基于共振理论对系统活动进行功能描述与功能分析的社会技术系统。 通过识别功能性能变化及其影响因素， 探寻系统如何正常运行以及功能模块潜在的变化如何导致系统运行失效。 FRAM 分析步骤主要包括以下四点：

步骤1：功能模块识别与描述。 在系统操作流程确定若干节点， 确定系统功能模块及六个方面基本特征，具体如图1 所示。

步骤2：功能潜在性能变化评估。 这一步经由11 个常见的共同性能条件， 以描述组成FRAM 的功能的潜在变化特性。 功能模块特征的变化与影响系统运行的因素有关。

步骤3：确定功能共振的可能性。 通过对功能模块之间的耦合的分析， 确定功能共振的影响因素及失效链接。

步骤4:建立性能变化的防控屏障。FRAM 根据功能共振模块的性能变化特点， 介绍了四种屏障措施，用来维护系统正常运行，预防和控制系统运行的不利因素。

2 应急耦合的层次网络模型

针对海上危化品应急系统影响因素多、 耦合程度高以及跨层次效应等特征， 运用自底向上的层次化网络方法， 采用FRAM 理论解释各层次的不同属性， 构建如图2 所示的应急耦合的层次网络模型。 该网络模型分别从耦合层次维和应急状态时序维进行构建。 纵向上，低层次为高层次提供应急耦合分析微观线索。 横向上，整体逐阶段更新应急状态，为危化品海运应急提供了耦合线索。

图2 应急耦合的层次网络模型

因素层分析识别的海上危化品运输影响因素的人员因素、船舶因素、环境因素、管理因素、货物因素，这些因素可能会影响到FRAM 中I、O、P、R、C、T 六种属性，具体如表1 所示。 因素层的变动进而引发功能模块的性能变化， 导致功能模块间产生不正常震荡， 从而使得应急系统层中功能模块随着时序变化发生阶跃式突变， 造成海上危化品应急系统失效。

表1 海上危化品运输影响因素

3 实例分析

3.1 事故背景及经过

2020 年2 月10 日下午16 时左右， 利比里亚籍液化气船“GAS PRODIGY”号（简称“天才”轮），受某石化公司委托， 于菲律宾巴丹与中国福州市江阴港间执航运载丙烯。 在卸货前的船岸安全检查工作中，船员按要求清理遮掩物后，江阴港城经济区福州中江化工码头有限公司（简称中江码头)发现货舱潜液泵出口接管角焊缝处丙烯泄露，判定存在重大事故隐患， 中江码头随即启动一级应急响应。 在进行了离泊码头移至应急锚地、海上应急抢险过驳、 三轮锚地排险封堵、 两次方案评审后， 排除了重大事故隐患， 江阴港的安全得到保护。

3.2 FRAM 分析

3.2.1 功能模块识别与描述

这起应急过程发生在卸货前的船岸安全检查工作过程中， 根据事故报告及现有应急过程的研究成果，从预案管理开始到后期处置结束，确定海上危化品泄露应急过程主要包括以下8 个过程：F1 预案管理，F2 预警与信息报告，F3 先期处置，F4制定现场应急处置方案，F5 排险堵漏，F6 过驳转输，F7 应急终止，F8 后期处置。 将这8 个过程确定为8 个功能模块，并加以描述。 以功能模块F4 制定现场应急处置方案为例，详细描述见表2。

表2 F4 “制定现场应急处置方案” 的FRAM 表示

3.2.2 功能的潜在性能变化评估

根据甘旭升[10]等对共同性能条件的评价语言及标准、功能模块波动判别等级等的研究，通过共同性能条件，结合影响评价结果的因素，以此来识别功能模块潜在变异特征， 理清系统变化是怎样影响功能变化的。评价结果可以分为:充分、不充分和无法确定三种情况，以F4 为例具体见表3。

表3 功能模块F4 的性能变化状况

根据功能模块性能变化评估结果， 得出功能的性能变化状态。 战略、战术、机会或随机四种状态为性能变化状态，并表示从小到大的变化。 功能模块F4 的性能变化评估结果包含5 个“不充分”，3 个“充分”，2 个“无法确定”，由此判定F4 制定现场应急处置方案的性能变化是“随机”状态，即由于F4 而引发应急障碍的概率极大，同样可以得出其他功能模块的性能变化状态。 各个功能的性能变化评估结果见表4。

表4 各功能的性能变化评估结果

从表中可得出F4 制定现场应急处置方案、F5排险堵漏的性能变化状态为“随机”，表明这两个功能模块的性能变化发生了功能共振， 成为失效功能单位。

3.2.3 确定功能共振的可能性

在识别出8 个系统功能的基础上， 利用功能模块间的关系，建立系统功能网络。

由于功能模块F4 和F5 的性能变化评估为随机状态，从这两个功能模块出发，识别出功能共振模块、影响因素和失效连接，进而得到系统功能共振失效网络图，如图3 所示。图中，“ ”代表功能之间的失效连接。 系统功能共振表见表5。

表5 系统功能共振表

图3 应急过程功能共振失效网络图

在海上危化品应急耦合的层次网络模型中，因素层的海上危化品运输影响因素的变动引发功能层功能模块性能变化， 导致功能模块的不正常振荡通过功能连接传递，进而产生功能模块的耦合共振，使得功能层局部失效。 随着应急过程的发展，更多的功能模块振荡参与到功能共振中，最终导致应急系统层级结构发生阶跃式突变， 使得应急障碍产生， 上述解释描述了海上危险化学品泄露的应急过程。

表6 失效模块的性能变化防控

3.3 性能变化的防控屏障

根据导致海上危化品应急系统运行失效的功能模块及其影响因素， 制定防控应急障碍的屏障措施。F4 制定现场应急处置方案与F5 排险堵漏的具体防控措施如表6 所示。

4 结论

利用FRAM 对海上危险化学品泄露进行应急过程评估， 识别出预案管理等8 个应急系统中的功能模块， 并运用共同性能条件进行功能的潜在性能变化评估，从而确定功能共振的可能性，最终提出性能变化的防控屏障。FRAM 的系统视角可以有效避免以往研究中将海上危化品泄露应急单方面地理解为单个影响因素的分析， 提高了对应急系统潜在风险因素的认识与探索， 增强了应急过程研究的全面性、直观性与细节的高度清晰，从而有针对性地提出应急防控的优化措施。 □