建(構(gòu))筑物抗爆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

劉春霖， 范俊余， 陳昭暉

(1. 清華大學(xué) 土木水利學(xué)院, 北京 100084; 2. 新加坡凱斯防護(hù)科技有限公司, 新加坡 311125; 3. 陸軍工程大學(xué) 國(guó)防工程學(xué)院, 南京 210007; 4. 福州大學(xué) 土木工程學(xué)院, 福建 福州 350116)

FEMA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法考慮了資產(chǎn)價(jià)值、威脅和易損性三個(gè)因素，每個(gè)因素按數(shù)值1～10進(jìn)行評(píng)級(jí)，如表1所示。一旦確定三個(gè)因素的定量等級(jí)結(jié)果，可以對(duì)每個(gè)資產(chǎn)及其威脅的組合按式(1)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

Risk=ATV

(1)

式中：A為資產(chǎn)價(jià)值等級(jí)；T為威脅等級(jí)；V為易損性等級(jí)；Risk為計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

表1 FEMA采用的評(píng)估分級(jí)

表2為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)范圍，并以色碼標(biāo)識(shí)，由此可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理決策，以達(dá)到期望的防護(hù)水平。

表2 FEMA的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

然而，F(xiàn)EMA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法不能直接顯式地反應(yīng)威脅對(duì)于資產(chǎn)造成的后果或影響。同時(shí)，F(xiàn)EMA參考手冊(cè)是基于二戰(zhàn)時(shí)期反核彈襲擊的要求而編制的，恐怖襲擊風(fēng)險(xiǎn)僅分為三級(jí)(表2)，適用于巨大量級(jí)的核爆炸毀傷效應(yīng)，并不適用于量級(jí)中等、形式多樣的恐怖爆炸襲擊。

本文結(jié)合多年抗爆設(shè)計(jì)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和工程應(yīng)用實(shí)例，建立了系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架理論，并成為東南亞、亞太地區(qū)以及全球業(yè)主接受的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理準(zhǔn)則，也成為行業(yè)的參考標(biāo)準(zhǔn)。此評(píng)估方法不但專(zhuān)門(mén)針對(duì)近年來(lái)越來(lái)越多的恐怖爆炸襲擊，而且將影響(后果)評(píng)級(jí)顯式地在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估函數(shù)中，并將風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)從FEMA[15]中的三級(jí)增加為五級(jí)，以更細(xì)致全面的分級(jí)方式對(duì)恐怖爆炸襲擊事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，更利于風(fēng)險(xiǎn)管理決策的執(zhí)行。

1 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

本文采用的抗爆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括威脅評(píng)估、易損性評(píng)估以及影響(后果)評(píng)估三個(gè)部分，這三部分是交互的分析過(guò)程，由此確定高威脅、高

易損性和高影響下的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示的重疊區(qū)域。

圖1 交互式風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程如圖2所示。通過(guò)定性和定量分析，以數(shù)值描述資產(chǎn)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，方便安全工程師進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理決策。具體流程概括：(1)識(shí)別受防護(hù)的資產(chǎn)和人員；(2)進(jìn)行威脅評(píng)估，識(shí)別和定義可能會(huì)對(duì)設(shè)施和使用人員造成危害的威脅；(3)進(jìn)行易損性評(píng)估，識(shí)別可能會(huì)遭受恐怖襲擊和蓄意破壞的弱點(diǎn)；(4)運(yùn)用威脅評(píng)估、易損性評(píng)估和影響評(píng)估的結(jié)果，通過(guò)式(2)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)。

R=TVI

(2)

式中：R為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；I為影響(后果)等級(jí)。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

1.1 關(guān)鍵資產(chǎn)的表征

確定設(shè)施內(nèi)需要保護(hù)的所有重要資產(chǎn)是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的前提。資產(chǎn)是對(duì)建筑設(shè)施具有價(jià)值的資源，包括有形資產(chǎn)(如居住者、裝置、設(shè)施、設(shè)備、活動(dòng)、運(yùn)作和信息等)以及無(wú)形資產(chǎn)(如工藝流程或是企業(yè)信譽(yù)等)。為了以最低的成本最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)設(shè)施內(nèi)的關(guān)鍵資產(chǎn)進(jìn)行識(shí)別并按重要性進(jìn)行排列。這個(gè)過(guò)程首先要定義和了解設(shè)施的核心功能和流程，再識(shí)別利于完成和維持這些核心功能和流程的基礎(chǔ)設(shè)施。識(shí)別的資產(chǎn)及其相應(yīng)的冗余和恢復(fù)方案可用表格的形式列舉出來(lái)，以便在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中作為參考，如表3所示。

表3 設(shè)施內(nèi)需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵資產(chǎn)示例

1.2 潛在威脅識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程的第一步驟是將待評(píng)估的設(shè)施處于一系列威脅中，從與設(shè)施相關(guān)的地緣情況、當(dāng)前形勢(shì)和所處區(qū)域的歷史數(shù)據(jù)方面評(píng)估這些威脅發(fā)生的可能性大小。文獻(xiàn)[16,17]給出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中常見(jiàn)的威脅種類(lèi)，其中，某些威脅僅出現(xiàn)在特定的環(huán)境下，而有些可以發(fā)生在任何時(shí)間和任何環(huán)境。一種比較普遍的方法是將不同環(huán)境下發(fā)生的威脅按其可能發(fā)生的時(shí)期劃分為正常時(shí)期和高度警戒期。

1.3 威脅評(píng)估

威脅評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)定來(lái)評(píng)估某設(shè)施上造成特定威脅發(fā)生的可能性。對(duì)于威脅因素從1～5(最大威脅為5)進(jìn)行評(píng)分，列出威脅評(píng)估因素矩陣(表4)。由這些威脅因素可定義威脅評(píng)估等級(jí)，并根據(jù)威脅評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)賦值的綜合平均分確定相應(yīng)的威脅評(píng)估等級(jí)的量化賦值，如表5所示。表6列出了威脅評(píng)估工作表以用于進(jìn)行易損性和整體分析。

表4 威脅評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

表5 威脅評(píng)估等級(jí)

表6 威脅評(píng)估工作表

1.4 易損性評(píng)估

易損性是指被攻擊者發(fā)現(xiàn)并對(duì)資產(chǎn)造成破壞的難易程度。易損性評(píng)估通過(guò)對(duì)建筑物功能、系統(tǒng)以及地理位置特點(diǎn)進(jìn)行深度分析從而識(shí)別建筑物的弱點(diǎn)、分析現(xiàn)有安全措施的保護(hù)程度、設(shè)施的冗余度以及襲擊后設(shè)施的恢復(fù)運(yùn)作時(shí)間。易損性評(píng)估應(yīng)考慮如下重要因素。

(1)敏感性，它關(guān)系到資產(chǎn)有多大的可能面臨威脅。

(2)安全性，檢查受到特定的威脅的資產(chǎn)現(xiàn)有保護(hù)措施的充分性。

(3)冗余程度，取決于組織的容錯(cuò)和操作模式。評(píng)估考慮因素有地理分布情況、主要服務(wù)因素的關(guān)聯(lián)性、后備資源、替代性的工作地點(diǎn)以及主要服務(wù)或流程的恢復(fù)場(chǎng)地。

(4)恢復(fù)周期，指的是威脅或攻擊發(fā)生后到恢復(fù)正常運(yùn)行或者轉(zhuǎn)換到替代的場(chǎng)地或是商業(yè)運(yùn)作模式所需的時(shí)間。

表7展示了易損性評(píng)估的施行以及分析過(guò)程，進(jìn)一步定義易損性等級(jí)及確定相應(yīng)的量化賦值。表8提供了相應(yīng)的易損性分析工作表。

表7 易損性等級(jí)

注：表格中列舉了在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中常見(jiàn)的易損性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于特殊設(shè)施的易損性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際量化還需進(jìn)行個(gè)例分析

表8 易損性評(píng)估工作表

1.5 影響(后果)評(píng)估

影響(后果)評(píng)估是對(duì)識(shí)別的威脅發(fā)生之后對(duì)設(shè)施產(chǎn)生的影響或者后果。評(píng)估基于生命損失、人員傷害、建筑物或資產(chǎn)的損害/損失、主要功能服務(wù)的損失、以及對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)政治健全的影響，如表9所示。表10為影響(后果)等級(jí)及其量化，表11則給出了對(duì)應(yīng)的影響(后果)評(píng)估工作表。

表9 影響(后果)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

注：表格中列舉了在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中常見(jiàn)的后果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于特殊設(shè)施的后果評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際量化還需進(jìn)行個(gè)例分析

表10 影響(后果)等級(jí)

表11 后果評(píng)估工作表

依據(jù)生命損失的數(shù)量和潛在受傷人數(shù)的后果評(píng)估，應(yīng)該考慮在設(shè)施滿容納率的最壞情況。評(píng)估建筑/資產(chǎn)損失的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該考慮建筑/資產(chǎn)的建造費(fèi)用。主要服務(wù)的損失評(píng)估應(yīng)當(dāng)基于重建建筑/資產(chǎn)的恢復(fù)周期或替換支持設(shè)施運(yùn)行設(shè)備的時(shí)間。最后，對(duì)于國(guó)家社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)生活的影響評(píng)估應(yīng)該基于思想上的影響、準(zhǔn)備的情況、政府的看法以及潛在威脅發(fā)生后對(duì)市民的影響。

需要指出的是，這里所用的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)僅供參考。具體的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)必須由評(píng)審員以及設(shè)施運(yùn)營(yíng)者共同探討得出，因?yàn)槟軌虺袚?dān)的影響程度對(duì)于每一個(gè)組織甚至每一個(gè)設(shè)施都不盡相同。

1.6 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

式(2)給出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法是結(jié)合了威脅評(píng)估、易損性評(píng)估和后果評(píng)估的結(jié)論來(lái)為每個(gè)資產(chǎn)和威脅確定一個(gè)定量的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其中T，V，I的數(shù)值利用前面給出的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表格計(jì)算得到，再根據(jù)式(2)將T，V，I的值相乘可得風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)R。將計(jì)算出的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值與風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值范圍對(duì)比可以得出設(shè)施在應(yīng)對(duì)特定威脅時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。表12給出了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。由于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的三個(gè)單項(xiàng)(威脅等級(jí)、易損性和影響等級(jí))均分為1～5五個(gè)等級(jí)，故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)R的數(shù)值范圍是1～125。其中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)值范圍的確定基于以下原則：每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)值范圍的起點(diǎn)為兩個(gè)前一級(jí)別和一個(gè)高一級(jí)別的乘積，數(shù)值范圍的終點(diǎn)取比高一級(jí)別起點(diǎn)小1的數(shù)值。

表12 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)反恐防爆工程項(xiàng)目，取得了良好的效果。

基于實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為更好地適應(yīng)當(dāng)今世界愈演愈烈的恐怖主義活動(dòng)，本文進(jìn)一步提出了新的分級(jí)原則，見(jiàn)表13，每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值范圍的起點(diǎn)為低一級(jí)別的終點(diǎn)+1，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值范圍的終點(diǎn)為該級(jí)別等級(jí)數(shù)的立方，進(jìn)一步縮小細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值范圍，使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)更嚴(yán)格，從而通過(guò)加強(qiáng)防御措施降低結(jié)構(gòu)遭受襲擊的可能性、易損性和后果。

表13 改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表14的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作表給出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程，包括之前3個(gè)評(píng)估階段的結(jié)果，利用這些值可計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，建立設(shè)施在某威脅下的風(fēng)險(xiǎn)總體狀況。

表14 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作表

2 案 例

地下電纜隧道的安全和健康的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，對(duì)保障整個(gè)社會(huì)的連續(xù)運(yùn)作和服務(wù)至關(guān)重，本文以地下電纜隧道為例，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理分析。

根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程，一個(gè)必要的步驟是識(shí)別和分析影響電纜隧道的可靠性、安全性、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的潛在威脅：火災(zāi)、滲漏水、通風(fēng)不良和人為蓄意破壞。

2.1 采用FEMA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法分析

按照表3分別確定正常時(shí)期和高度警戒期的資產(chǎn)價(jià)值、威脅和易損性等級(jí)，由式(1)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表15所示。由于FEMA的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法是針對(duì)恐怖分子及犯罪分子的襲擊行為，并未考慮滲漏水、通風(fēng)不良和非人為縱火導(dǎo)致的火災(zāi)，因此，和平時(shí)期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)均為“低”，盡管人為蓄意破壞下的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較其它情況高，但是按照FEMA的三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)也為“低”。因此，在和平時(shí)期不需對(duì)該地下電纜隧道采取防護(hù)措施。相應(yīng)地，在高度警戒期的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為“中”。由于這種風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法過(guò)于粗放，沒(méi)有區(qū)分同為“低”或“中”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的威脅之間的區(qū)別，因此無(wú)法客觀確定采取防護(hù)措施的準(zhǔn)確決策及優(yōu)先次序。

表15 采用FEMA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的地下電纜隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

2.2 采用本文提出的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法分析

按照本文提出的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，地下電纜隧道的威脅等級(jí)、易損性等級(jí)以及影響等級(jí)分別由表5，7，10確定，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值可由公式(2)計(jì)算得出，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表12進(jìn)一步對(duì)不同威脅在和平期和高度警戒期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果如表16所示。通過(guò)與表15相比較可見(jiàn)，在和平時(shí)期，火災(zāi)、滲漏水和人為蓄意破壞的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“中”，通風(fēng)不良為“低”；在高度警戒期，火災(zāi)和人為蓄意破壞的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“高”，滲漏水和通風(fēng)不良的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“中”。按照此評(píng)估結(jié)果，該地下電纜隧道需對(duì)火災(zāi)、滲漏水和人為蓄意破壞做出防護(hù)措施，以保障正常生產(chǎn)和人們的正常生活。因此，相比FEMA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，采用風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)表12將得到更精細(xì)、更可靠的評(píng)估結(jié)果，符合實(shí)際，為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)管理提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

采用本文提出的進(jìn)一步修正的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法(表13)，對(duì)該地下電纜隧道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表17。可見(jiàn)，四種威脅的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)普遍比表16有了提升，尤其是對(duì)于高度警戒期。

表16 采用本文方法(表12)的地下電纜隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

表17 采用本文方法(表13)地下電纜隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在FEMA安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化威脅等級(jí)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，提出新的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，為業(yè)主是否需要對(duì)建筑進(jìn)行抗爆分析和加固提供更加可靠的科學(xué)依據(jù)。通過(guò)案例驗(yàn)證了本文提出的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的合理性。根據(jù)本文的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)主和決策者可快速?zèng)Q策某建筑物是否需要防護(hù)、以及從建筑物面臨的眾多威脅中快速甄別出需要防護(hù)的高風(fēng)險(xiǎn)高損失的威脅。

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