基于事故樹(shù)分析法的“東方之星”翻沉事故研究

尚前明，曹玉佩，梁 崢

(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430063)

維修理論

基于事故樹(shù)分析法的“東方之星”翻沉事故研究

尚前明，曹玉佩，梁 崢

(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430063)

水路運(yùn)輸以其成本低、污染小等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)運(yùn)輸行業(yè)中占有一席之地，水運(yùn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、航運(yùn)安全一直受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，“東方之星”事件更是將航運(yùn)安全推到了社會(huì)輿論關(guān)注的頂峰。結(jié)合專家學(xué)者們的研究，文章引進(jìn)一種新的海上交通事故分析方法—事故樹(shù)分析法(Fault Tree Analysis,FTA)。針對(duì)“東方之星”沉船事故進(jìn)行分析，構(gòu)建船舶傾覆事故模型，通過(guò)模型分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致“東方之星”沉船事故的關(guān)鍵因素，并在以后的海事管理中重點(diǎn)管控，避免類似事件發(fā)生。

交通安全；“東方之星”翻沉事故；仿真模型；事故樹(shù)分析法

水上交通運(yùn)輸是現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹匾绞街?。?jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，90%的世界貿(mào)易量是通過(guò)水路運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)的[1]。隨著我國(guó)水路交通運(yùn)輸供給狀況和服務(wù)水平的增長(zhǎng)，水路運(yùn)輸也呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升的趨勢(shì)。然而，水上交通運(yùn)輸卻依然屬于高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)，2015年全國(guó)共發(fā)生運(yùn)輸船舶水上交通事故213件，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3.49億元。

在海運(yùn)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的大背景下，由于老舊船舶的淘汰速度較新船建造速度慢，船舶數(shù)量有增無(wú)減，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門的監(jiān)管壓力，因此在極端天氣情況下，船舶發(fā)生事故的可能性也隨之增大。

本文以“東方之星”翻沉事件作為研究對(duì)象，結(jié)合交通運(yùn)輸部收存的歷史事故，通過(guò)事故樹(shù)分析法來(lái)分析事故致因，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致翻沉事故的關(guān)鍵因素。通過(guò)定性分析導(dǎo)致“東方之星”翻沉事故關(guān)鍵因素的結(jié)構(gòu)重要度，并對(duì)結(jié)構(gòu)重要度高的底層事件進(jìn)行重點(diǎn)管控，達(dá)到避免類似事故再次發(fā)生的目的。

1 水上風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀

得益于海上船舶碰撞危險(xiǎn)研究的發(fā)展，水上安全評(píng)價(jià)也逐漸受到國(guó)內(nèi)外專家的重視。通常采用事故調(diào)查分析法來(lái)查明造成事故的原因，從而分析出預(yù)防類似事故發(fā)生的措施。這種海事調(diào)查報(bào)告在一定的范圍領(lǐng)域內(nèi)依然在使用[2]。安全指標(biāo)法則是第二代被廣泛應(yīng)用的水上交通安全評(píng)價(jià)方法，多年來(lái)我國(guó)均通過(guò)事故起數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)、沉船數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失等5項(xiàng)事故指標(biāo)，對(duì)不同區(qū)域的水上交通安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。以上2種方法側(cè)重于通過(guò)事故發(fā)生的情況來(lái)研究安全狀況，弱化系統(tǒng)危險(xiǎn)因素對(duì)于安全狀態(tài)的影響，使得水上安全評(píng)價(jià)仍處于事后評(píng)價(jià)的階段[3-4]。

由于船舶翻沉事故受多種因素的影響，而且大量的翻沉事故是由于人為的失誤直接或間接導(dǎo)致的，因此僅分析歷史數(shù)據(jù)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)翻沉風(fēng)險(xiǎn)的精確評(píng)價(jià)。這種情況下往往需要依賴相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹饔^知識(shí)和歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合，以提升評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。基于這一考慮，事故樹(shù)、事件樹(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等評(píng)價(jià)方法相繼被應(yīng)用到安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5]中。

2 FTA分析法

FTA是起源于美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的的一門技術(shù)[6]，它是一種演繹推理分析方法，即從結(jié)果分析原因。該方法從一個(gè)可能發(fā)生的頂上事件開(kāi)始，自上而下、層層深入地尋找頂上事件的直接原因事件和間接原因事件，直到找到基本原因事件(基本事件)為止，并用邏輯門符號(hào)把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來(lái)。最終形成一個(gè)倒掛的樹(shù)形圖，稱為事故樹(shù)(Fault tree)[7]。根據(jù)該事故樹(shù)結(jié)構(gòu)求解其最小割集或最小徑集，同時(shí)確定出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，制定預(yù)防事故的安全保障措施；然后依據(jù)引發(fā)事故的各項(xiàng)基本事件的概率，來(lái)確定頂上事件的發(fā)生概率以及各項(xiàng)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，從而對(duì)于事故可能造成的危害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，達(dá)到預(yù)測(cè)與預(yù)防事故發(fā)生的目的。

FTA的基本分析方法如下。

1)首先確定頂上事件，即明確事故樹(shù)所分析的對(duì)象，例如某種不希望發(fā)生的事故。

2)由“果”到“因”，層層追查，查到原因時(shí)間不可分為止，從而確定“基本事件”。

3)在每一事件及其直接原因之間確定邏輯關(guān)系，如“或”門(用“+”表示)、“與”門(用“·”表示)等。

4)根據(jù)所需的操作條件和工藝流程，利用其設(shè)備、工藝、控制及所需的安全措施等來(lái)繪制相應(yīng)的事故樹(shù)。

5)采用布爾代數(shù)規(guī)則簡(jiǎn)化事故樹(shù)，整理出頂上事件與最小割集之間的關(guān)系，然后按規(guī)則算出各基本事件對(duì)頂上事件的影響力度，進(jìn)而對(duì)各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序[3]。

3 “東方之星”翻沉事件事故樹(shù)的編制

3.1 事故背景

2015年6月1日晚上9點(diǎn)20分，隸屬于重慶東方輪船公司的“東方之星”駛?cè)腴L(zhǎng)江大馬洲江段。當(dāng)時(shí)江面有大的降雨，并伴隨強(qiáng)風(fēng)。船長(zhǎng)為頂住強(qiáng)風(fēng)，決定快速行船。9點(diǎn)30分左右，“東方之星”突遇下?lián)舯┝?，在長(zhǎng)江中游湖北監(jiān)利水域沉沒(méi)。

通過(guò)查閱大量事故相關(guān)資料，可以發(fā)現(xiàn)，事發(fā)之時(shí)，航行于長(zhǎng)江中游大馬洲水道區(qū)域的“東方之星”突遇罕見(jiàn)的龍卷風(fēng)氣象，并伴隨著暴流以及強(qiáng)對(duì)流突發(fā)性天氣。其瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)到了12～13級(jí)，降雨量也達(dá)到94.4 mm[8]，嚴(yán)重影響能見(jiàn)度。這一災(zāi)難性氣象條件對(duì)事故的發(fā)生產(chǎn)生了極大的影響。

當(dāng)突發(fā)情況到來(lái)時(shí)，船長(zhǎng)雖使用了穩(wěn)固船體、對(duì)抗風(fēng)暴的措施，但并未及時(shí)向外發(fā)出求救信息和向全船發(fā)出警報(bào)。船舶處于失控狀態(tài)并持續(xù)后退，最終傾斜進(jìn)水導(dǎo)致傾覆。船長(zhǎng)及船員對(duì)惡劣天氣及其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足，缺乏應(yīng)對(duì)惡劣天氣操作培訓(xùn)，在危急的狀態(tài)下未及時(shí)采取更有效的處置與求援措施。

事后調(diào)查，“東方之星”自建成以來(lái)，已經(jīng)歷過(guò)3次較大的改建及改造，導(dǎo)致船舶面對(duì)極端天氣時(shí)穩(wěn)性降低，雖然仍符合規(guī)范要求，但不足以抵御事發(fā)時(shí)所處的環(huán)境。

船舶所在公司未向檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)復(fù)核檢驗(yàn)，私自違規(guī)對(duì)“東方之星”的調(diào)載艙、壓載艙實(shí)施改造，在日常檢查中未發(fā)現(xiàn)船舶所存在的安全隱患和漏洞。相關(guān)機(jī)構(gòu)監(jiān)督未到位，在駛?cè)胧掳l(fā)區(qū)域時(shí)，海事局對(duì)轄區(qū)內(nèi)的“東方之星”所采取的跟蹤監(jiān)控未到位。在船員審核方面，船員惡劣天氣下操作培訓(xùn)檢查不到位，考核工作不實(shí)，船舶監(jiān)控也未配備專業(yè)的監(jiān)察人員。

3.2 事故樹(shù)繪制

1)確定分析對(duì)象(頂上事件)。確定頂上事件T為“東方之星”沉船事故。

2)根據(jù)因果關(guān)系分析，繪制事故樹(shù)。由頂上事件開(kāi)始，采用演繹分析法，依次往下，逐級(jí)找出所有原因事件，直到找到所有最基本的原因事件為止。其中每一層的中間事件都依次按照原因輸入和結(jié)果輸出的邏輯關(guān)系，用邏輯門進(jìn)行連接。依據(jù)事故原因間的邏輯關(guān)系畫出事故樹(shù)。

以T“東方之星”沉船事故為頂上事件，首先將此頂上事件寫在事故樹(shù)圖的最上方的矩形方框內(nèi)。

對(duì)該船翻沉原因進(jìn)行分析總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)只有在船舶缺陷、人為因素、管理因素、環(huán)境惡劣四者中，第一、第二、第三原因同時(shí)發(fā)生，且在第四原因存在的條件下，才可能發(fā)生船舶翻沉事故，因此第一層邏輯門為“與”門。

以此類推，直至事故樹(shù)的規(guī)模和分析深度已達(dá)到基本事件的程度為止，得到“東方之星”翻沉的事故樹(shù)圖，共由20個(gè)基本事件、14個(gè)中級(jí)事件、10個(gè)“或”門及5個(gè)“與”門構(gòu)成，如圖1所示。事故樹(shù)各符號(hào)含義見(jiàn)表1。

圖1 “東方之星”沉船事故樹(shù)

符號(hào)含義符號(hào)含義符號(hào)含義T“東方之星”沉船M12船舶結(jié)構(gòu)不合理X10濃霧M1管理因素M13通訊設(shè)備故障X11航道環(huán)境復(fù)雜M2環(huán)境惡劣M14冒險(xiǎn)航行X12未及時(shí)通知極端天氣M3人為因素X1船員不適任X13超速駕駛M4船舶缺陷X2安全培訓(xùn)缺失X14對(duì)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足M5人員管理不合理X3船舶過(guò)度改造X15極端天氣應(yīng)對(duì)不力M6船舶管理不合理X4船舶保養(yǎng)不當(dāng)X16船齡過(guò)大M7主管機(jī)關(guān)管理不當(dāng)X5客房結(jié)構(gòu)不合理X17穩(wěn)性不足M8監(jiān)管不力X6船舶審核不嚴(yán)X18逃生通道設(shè)置不合理M9極端天氣X7船員審核不嚴(yán)X19設(shè)備老化M10船長(zhǎng)人為因素X8下?lián)舯┝鱔20機(jī)艙進(jìn)水失電M11船員人為因素X9暴雨

4 事故樹(shù)的定性分析

4.1 求最小割集

根據(jù)以上“東方之星”沉船事故樹(shù)中各事件之間的邏輯關(guān)系，可以得到事故樹(shù)的布爾代數(shù)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)=

在現(xiàn)代信息時(shí)代，每天都會(huì)有大量信息資源進(jìn)行傳播，當(dāng)前高職院校對(duì)信息觀念還沒(méi)有進(jìn)行深入了解，圖書館缺乏相應(yīng)的宣傳力度，教育培訓(xùn)工作沒(méi)有深入開(kāi)展，院校師生只是片面了解現(xiàn)有館藏資源， 院校沒(méi)有定期舉辦的介紹館藏資源的活動(dòng)，在吸引師生宣傳方面工作沒(méi)有做到位，導(dǎo)致圖書館館藏資源的使用率不高。高職院校圖書館開(kāi)展宣傳工作要根據(jù)院校自身情況進(jìn)行創(chuàng)新，開(kāi)展多樣化的活動(dòng)吸引師生參與，宣傳工作一定要深入開(kāi)展，并且要持之以恒，真正做到遵循“讀者第一，服務(wù)至上”的服務(wù)理念。

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

(1)

將式(1)化簡(jiǎn)可以得到最小割集42組，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 求基本事件結(jié)構(gòu)重要度

在事故樹(shù)的定性分析中，有一項(xiàng)重要的程序，即計(jì)算整體事故樹(shù)的結(jié)構(gòu)重要度。計(jì)算時(shí)，假定各個(gè)基本事件發(fā)生的概率都是相等的，分析各事件對(duì)于頂上事件發(fā)生的影響程度并進(jìn)行排序，為采取針對(duì)性的安全措施奠定基礎(chǔ)[9]。

根據(jù)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)近似計(jì)算公式：

(2)

式中：Ik(i)為基本事件i的結(jié)構(gòu)重要度；k為最小割集的總數(shù)；nr為基本事件Xi出現(xiàn)在最小割集Er中的頻數(shù)。

結(jié)合每個(gè)基本事件的具體數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大小順序?yàn)椋篒[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]。

其具體計(jì)算數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 各基本事件的重要度系數(shù)

4.3 結(jié)果分析及安全對(duì)策

由FTA分析得出的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可知各基本事件對(duì)頂上事件影響重要程度的相對(duì)大小，可以找出系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，從而確定所應(yīng)采取相應(yīng)安全措施的優(yōu)先順序，對(duì)航運(yùn)安全進(jìn)行科學(xué)、合理、有效的控制。結(jié)合此次事件的結(jié)構(gòu)重要度，在下?lián)舯┝鳁l件下“東方之星”沉船的事故分析如下。

1)罕見(jiàn)突發(fā)的災(zāi)難性天氣環(huán)境，如重要度影響最高的下?lián)舯┝骷坝绊戄^小的暴雨、濃霧、航道環(huán)境復(fù)雜。應(yīng)當(dāng)加大科研投入，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施如天氣雷達(dá)、氣象觀測(cè)站等，強(qiáng)化航運(yùn)過(guò)程中對(duì)于極端天氣的預(yù)警能力。細(xì)化惡劣天氣的分級(jí)并規(guī)定有效避險(xiǎn)措施，如在遭遇極端惡劣天氣時(shí)，船員應(yīng)當(dāng)及時(shí)選擇就近靠泊停船；如遭遇當(dāng)時(shí)水域環(huán)境不允許靠泊的情況，船員也應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)條例降低船速，謹(jǐn)慎駕駛。海事局在船舶出航時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)告知船員可能遭遇極端天氣的情況，確認(rèn)其收到警告并建議其盡快靠泊。

2)緊急情況下船長(zhǎng)船員應(yīng)對(duì)不當(dāng)，如重要度次高的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足、極端天氣應(yīng)對(duì)不力以及對(duì)事故影響較小的船員不適任、安全培訓(xùn)缺失，影響微弱的超速駕駛。因而培養(yǎng)船長(zhǎng)船員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知能力和應(yīng)急操作能力，加大對(duì)于突發(fā)性危急情況下船長(zhǎng)船員的操作判斷能力顯得尤為重要。同時(shí)需完善相關(guān)教育部門的教育培訓(xùn)和考核標(biāo)準(zhǔn)，并定期檢查。社會(huì)保障部門可推出政策提升內(nèi)河船員的職業(yè)待遇，提高船長(zhǎng)船員等的綜合技術(shù)能力，強(qiáng)化安全保障。

3)船舶改造、設(shè)備缺陷帶來(lái)的影響，如結(jié)構(gòu)重要度較高的船舶過(guò)度改造、船舶保養(yǎng)不當(dāng)，重要度相對(duì)較弱的客房結(jié)構(gòu)不合理、船齡過(guò)大、穩(wěn)性不足以及影響微弱的設(shè)備老化、機(jī)艙進(jìn)水失電。對(duì)于現(xiàn)有的法律法規(guī)中不完善之處，針對(duì)現(xiàn)在的行業(yè)情況，應(yīng)及時(shí)予以完善修訂，使船舶設(shè)計(jì)、改造有更安全的技術(shù)規(guī)范要求。細(xì)化船公司管理?xiàng)l例，加強(qiáng)監(jiān)管力度，嚴(yán)格管控船舶生產(chǎn)、過(guò)度改造，及時(shí)提交審批；大力推行船舶標(biāo)準(zhǔn)化政策，及時(shí)淘汰老舊船舶，提高新型船舶現(xiàn)代化程度；定期檢查船舶運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)維修更換問(wèn)題部件。

4)主管機(jī)構(gòu)管理不當(dāng)，如重要度影響一般的未及時(shí)通知極端天氣以及影響較小的船舶審核不嚴(yán)、船員審核不嚴(yán)。相關(guān)部門需嚴(yán)格落實(shí)安全責(zé)任，定期對(duì)船舶進(jìn)行檢查考核，尤其是航運(yùn)過(guò)程中的監(jiān)管監(jiān)控，安排專職人員加強(qiáng)在惡劣天氣下對(duì)重點(diǎn)船舶、重點(diǎn)水域下的值守；優(yōu)化船舶運(yùn)行結(jié)構(gòu)，加快老舊船舶的升級(jí)換代，不定期檢查老舊船舶、改造船舶的運(yùn)行狀態(tài)，提高船舶安全性。加大投入，增設(shè)危險(xiǎn)水域救援站點(diǎn)，提前制定科學(xué)合理的救援方案，提高應(yīng)急救援的能力，保障生命安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文將事故樹(shù)分析法引入“東方之星”沉船事件分析中，利用此方法構(gòu)建“東方之星”翻沉模型，通過(guò)定性分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致沉船事件的關(guān)鍵因素，結(jié)果基本與國(guó)務(wù)院發(fā)布的“東方之星”事故調(diào)查報(bào)告相符。預(yù)防船舶傾覆事故是一項(xiàng)安全管理的系統(tǒng)工程，應(yīng)對(duì)“人、船、環(huán)境、管理”各要素采取本質(zhì)化的安全措施。船舶應(yīng)盡量避免在極端天氣下航行，國(guó)家也應(yīng)當(dāng)建立健全相應(yīng)的法律法規(guī)，提高船員職業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)應(yīng)急指揮能力，盡全力減少船舶傾覆事故發(fā)生。

[1]姚杰,任玉清,李玉偉.基于事故樹(shù)分析的海上交通事故的研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2010,25(8):348-352.

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請(qǐng) 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，四川廣安人，副教授，碩士，研究方向?yàn)檩啓C(jī)仿真與自動(dòng)控制； 曹玉佩(1993-)，女，湖北武漢人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)檩啓C(jī)仿真與自動(dòng)控制。

U676.1

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.01.009

2016-09-06