基于事故樹的三峽庫區(qū)船舶碰撞事故致因分析

曾楊,盛進路,范曉飚

(1.重慶交通大學航運與船舶工程學院,重慶 400074；2.重慶交通大學交通運輸學院,重慶 400074)

1 引言

據統(tǒng)計，我國長江干線發(fā)生的水上交通安全事故險情中，碰撞事故占到40%以上[1]，極易對內河船舶通航安全造成影響，甚至可能導致嚴重的人員傷亡和財產損失[2]。近年來，國內外關于船舶碰撞事故的原因，大多數(shù)是采用定性分析方法，此方法較為簡單且直觀，但不能較好的反映出碰撞事故發(fā)生的內在規(guī)律及潛在因素，因此本文擬用定性與定量結合分析方法對船舶碰撞事故進行分析，以便得出更加科學準確、更全面客觀的結論[3]。事故樹是追溯船舶碰撞事故因素的有效方法之一，有關文獻[4-5]曾對海上客貨船碰撞原因以及武漢海事局轄區(qū)船舶碰撞原因進行了分析，但對于回水區(qū)和常年變動區(qū)且航行環(huán)境相對復雜的三峽庫區(qū)而言，這些分析是否具有指導性還有待驗證。對此，本文將以三峽庫區(qū)船舶碰撞事故為頂上事件構建事故樹，擬用定性與定量結合分析方法對船舶碰撞事故危險進行具體分析，旨在為三峽庫區(qū)水域的船舶航行安全管理提供參考依據。

2 三峽庫區(qū)船舶碰撞事故樹模型構建

2.1 事故樹方法的分析流程

事故樹分析法(Fault Tree Analysis，簡稱FTA)，其基本流程如圖1所示[6]。

圖1 事故樹分析基本流程

2.2 船舶碰撞事故樹構建

將“船舶碰撞”作為頂上事件，走訪行業(yè)專家，并結合已有的研究成果，多維度開展三峽庫區(qū)船舶事故發(fā)生的原因分析，并根據事故樹原理對事故的成因分層展開，結果發(fā)現(xiàn)造成三峽庫區(qū)船舶碰撞主要分為操作過失引發(fā)的碰撞、違規(guī)行動引發(fā)的碰撞或極端天氣引發(fā)的碰撞這三種情況，所以第一層為“或”門。以此類推，直到事故樹各層原因不能再繼續(xù)分析為止，得到三峽庫區(qū)船舶碰撞事故的事故樹圖，如圖 2 所示。

圖2 船舶碰撞事故樹圖

3 船舶碰撞事故原因的定性分析

通過求解圖2的最小割集和結構重要度，找出船舶碰撞事故的薄弱環(huán)節(jié)。

3.1 最小割集的確定

運用布爾代數(shù)法求船舶碰撞的最小割集[7-8](這里T為頂上事件，M為中間事件，Xi為基本事件)，由于極端氣候引發(fā)的船舶碰撞具有不可抗力性，這里不做討論，最小割集求解過程如下所示：

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

通過運算得出造成三峽庫區(qū)船舶碰撞事故發(fā)生的最小割集為：

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個最小割集。

3.2 最小割集法求解結構重要度Ixi

遵循結構重要度定性分析的原則[9-10]，可以判斷個基本事件的結構重要度順序為：

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

以上是從定性角度對事故樹進行分析，可以得出臨危操作不當(X10)、冒險橫越(X13)、冒險追越(X14)、違反定制線(X15)、違章航行(X16)、冒險夜航(X17)、冒霧航行(X18)是導致三峽庫區(qū)船舶碰撞的重要原因。

4 三峽庫區(qū)船舶碰撞事故定量分析

4.1 基本事件概率qi

根據統(tǒng)計的80起三峽庫區(qū)船舶碰撞事故數(shù)據及各基本事件發(fā)生的數(shù)量分析，計算各基本事件發(fā)生的概率qi。計算結果見表1。

(1)

其中：qi為基本事件發(fā)生的概率，Ni為第i個基本事件發(fā)生的次數(shù)，得到各個基本事件發(fā)生的概率見表1。

表1 各個基本事件發(fā)生概率

4.2 頂上事件概率

利用最小割集計算頂上事件發(fā)生概率的公式為[11-13]：

Q=F1+F2+…(-1)N-1FN

(2)

(3)

(4)

…

(5)

(6)

由公式(2)～(5)可得頂上事件發(fā)生概率為：

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 概率重要度計算Ig(i)

由文獻 [14] 可知概率重要度Ig(i)_

Ig(i)=?Q(T)/?qi

(8)

式中：Q(T) ———頂事件發(fā)生概率；qi———第I個基本事件的發(fā)生概率。

4.4 臨界重要度

(9)

將3.1 當中所計算得到的基本事件概率值代入進行計算，結合3.3和3.4節(jié)得到船舶碰撞事故的概率重要度及臨界重要度計算見表2。

表2 各基本事件概率重要度和臨界重要度

由表2和結構重要度排序均可以看出，無論是對船舶碰撞事故定性分析還是定量分析，對三峽庫區(qū)船舶碰撞事故后果影響程度排在前列的都是X10(臨危操作不當)。

5 討論

運用事故樹定性定量分析方法建立臨界重要度，分析船舶事故發(fā)生原因的數(shù)量值和概率值，解決以往研究中只能依靠專家意見給出經驗值的問題，使分析結果更具客觀性。同時，計算臨界重要度進行敏感性分析，對通航條件時變性特征明顯的內河區(qū)域船舶碰撞事故致因進行根原因追溯，為風險控制措施制定提供理論依據。

本文得出“臨危操作不當”是導致三峽庫區(qū)船舶碰撞事故首要原因。由于三峽庫區(qū)通航條件復雜，存在洪水期、枯水期，以及回水變動區(qū)和干支交匯區(qū)等特點，航道季節(jié)性變化明顯，復雜多變的水域通航環(huán)境給庫區(qū)船舶航行帶來各種隱患，對船舶駕駛人員的要求高，從而造成水上交通事故時有發(fā)生。今后可結合三峽庫區(qū)船舶碰撞事故數(shù)據并通過視覺、心電、皮電等生理特征對船舶駕駛員進行駕駛行為的研究。研究船舶駕駛員在航行過程中生理指標的變化特性，并以此為基礎對船舶駕駛員心理負荷變化情況進行分析，對預防人為因素引起水上事故、維護內河航運安全、推動內河航運發(fā)展具有重要意義。

6 結論

(1)以船舶碰撞事故為頂上事件構建事故樹，從定性和定量兩個維度結合分析三峽庫區(qū)的船舶碰撞事故致因，通過計算 “三個度”(即：事故樹的結構重要度、概率重要度和臨界重要度)，得出臨危操作不當為導致三峽庫區(qū)船舶碰撞事故首要原因，也間接說明了其航行環(huán)境的復雜性。

(2)建議加強船員業(yè)務素質和心理素質的培養(yǎng)，提升應急能力。此外，海事監(jiān)管部門創(chuàng)新監(jiān)管服務平臺技術，從技術層面防止船舶碰撞險情的發(fā)生。