基于Bow-tie模型的危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故風(fēng)險管理

趙易佳，李琰

（南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210044）

0 引言

危險化學(xué)品運輸過程中，風(fēng)險因素包括但不限于人員、車輛、罐體、道路，一旦泄漏事故發(fā)生，大概率會導(dǎo)致人員傷亡、燃爆事故等二次事故。因此對危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故進(jìn)行從風(fēng)險因素預(yù)防到事故后果控制的風(fēng)險管理非常必要，有助于提升危險化學(xué)品道路運輸?shù)陌踩芾硭健?/p>

目前我國針對危險化學(xué)品道路運輸事故的研究主要集中在事故統(tǒng)計、風(fēng)險分析和風(fēng)險控制等方面。事故統(tǒng)計方面，眾多學(xué)者針對事故發(fā)生的時間、地點、環(huán)節(jié)、引發(fā)事故的危險化學(xué)品類別等要素展開了統(tǒng)計分析，為風(fēng)險分析和控制提供了數(shù)據(jù)和案例支持。風(fēng)險分析方面（即事故致因），研究方法從經(jīng)典概率統(tǒng)計分析發(fā)展到故障樹等研究方法，再到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，分析越來越細(xì)。但貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單純利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)節(jié)點間因果關(guān)系混亂的情況?；诖?，全愷，等提出了一種故障樹與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)合分析管道事故風(fēng)險的方法，將故障樹分析清晰的因果建模能力和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)更新能力相結(jié)合，可以更好地分析風(fēng)險因素對事故的影響程度。因此，本文利用故障樹-貝葉斯復(fù)合模型（FT-BN模型）進(jìn)行風(fēng)險因素分析。

在風(fēng)險管理方面，現(xiàn)有的研究大多集中在與風(fēng)險評估結(jié)合的對策研究和路徑優(yōu)化方面，存在重評估而輕管理和控制風(fēng)險因素有限的問題。但危險化學(xué)品運輸涉及的風(fēng)險因素較多，且由于危險品自身的助燃、有毒、腐蝕等性質(zhì)，往往引起多種事故。因此，制定針對危險化學(xué)品道路運輸過程從事故預(yù)防到事故后果控制的全過程風(fēng)險管理體系顯得十分必要。而Bow-tie模型可以系統(tǒng)地辨識關(guān)鍵風(fēng)險因素和事故后果，并提出相應(yīng)的預(yù)防及控制措施，能夠很好地滿足這一需求。Bow-tie最早出現(xiàn)在澳大利亞昆士蘭大學(xué)的講義中，20世紀(jì)初被美國聯(lián)邦航空局應(yīng)用于風(fēng)險管理。鄭應(yīng)釗，等結(jié)合國外分析成果，利用Bow-tie模型找出了錄井作業(yè)中的關(guān)鍵風(fēng)險因素和事故后果，并確定了事故預(yù)防和后果控制措施。之后Bow-tie模型不斷發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于電鍍廠搬遷、城市管道系統(tǒng)等領(lǐng)域的安全風(fēng)險分析中。但鑒于Bow-tie模型自身缺少算法，不能進(jìn)行定量分析，因此本文將故障樹-貝葉斯復(fù)合模型（FT-BN模型）引入Bow-tie模型中，針對引起危險品道路運輸泄漏事故的風(fēng)險因素進(jìn)行定量分析，結(jié)合Bow-tie模型可清晰分析事故因果關(guān)系的優(yōu)點，最終形成針對危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故的全過程風(fēng)險管理模型。

1 案例基本情況及分析結(jié)果

1.1 事故主要原因分布

在統(tǒng)計了2016年5月至2021年5月發(fā)生在我國的180起危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故的基礎(chǔ)上，本文將導(dǎo)致事故的原因分為人員因素等5個大類，統(tǒng)計由各個因素所導(dǎo)致的事故，各類因素的細(xì)分及所占比例見表1。

表1 180起危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故原因劃分

依據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，人員因素是引發(fā)危險品道路運輸泄漏事故的首要風(fēng)險因素，其引發(fā)的事故占比為61%。由車輛因素導(dǎo)致的事故占事故總數(shù)的16%，也是導(dǎo)致危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故的重要原因。

1.2 事故主要后果

依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，危險化學(xué)品泄漏后會引起爆炸、火災(zāi)、人員傷亡、環(huán)境污染等二次事故，統(tǒng)計情況如圖1所示。

圖1 事故后果統(tǒng)計

2 Bow-tie模型原理

Bow-tie模型通過將故障樹與事件樹結(jié)合，不僅可以辨識事故的危險源與事故后果，還可以計算各階段的概率，找出關(guān)鍵風(fēng)險因素。此外Bow-tie模型還可以針對事故的原因和后果提出對應(yīng)的預(yù)防和控制措施，稱為安全屏障。典型的Bow-tie模型如圖2所示。

圖2 典型的Bow-tie模型示意圖

根據(jù)案例分析結(jié)果，本文構(gòu)建了危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故Bow-tie模型的流程如圖3所示。

圖3 危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故Bow-tie分析流程圖

3 Bow-tie模型的事故原因分析

3.1 故障樹（FT）構(gòu)造

在分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)和查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，可以總結(jié)出導(dǎo)致危險化學(xué)品道路運輸中發(fā)生泄漏事故的原因大致可分為5類——人員因素、罐體因素、車輛及設(shè)備因素、道路因素、氣候及環(huán)境因素。

基于以上分析可以構(gòu)建故障樹模型，如圖4所示，各符號代表的事件見表2。

表2 各符號代表的事件

圖4 危險化學(xué)道路運輸泄漏事故故障樹

3.2 故障樹模型(FT)向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（BN)轉(zhuǎn)換

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可動態(tài)更新的特點使得貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相較于故障樹能更好地識別出導(dǎo)致頂事件的主要節(jié)點以及各節(jié)點之間的關(guān)系。因此本文將故障樹模型轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可動態(tài)更新的特點分析出危險化學(xué)品運輸中導(dǎo)致泄漏事故的關(guān)鍵風(fēng)險因素。

故障樹模型向貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)化主要是將故障樹模型的基本事件轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中的根節(jié)點，故障樹模型的中間事件轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的中間節(jié)點，故障樹的頂事件轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的葉節(jié)點。轉(zhuǎn)化得到的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖5所示。

圖5 危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

3.3 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的計算

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型事實上體現(xiàn)了各個子節(jié)點變量與父節(jié)點變量間的概率依賴關(guān)系，以節(jié)點B2為例。B2對應(yīng)的三個子節(jié)點分別是X5、X6、X7。根據(jù)這三個子節(jié)點變量發(fā)生（YES）或不發(fā)生（NO）的不同組合情況，可以得出B2發(fā)生和不發(fā)生的概率。具體情況見表3。

表3 車輛因素的條件概率

Netica模型提供了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的計算功能。根據(jù)圖5中各節(jié)點的關(guān)系，在Netica中構(gòu)建BN模型并進(jìn)行計算，以B2為例，輸入各子節(jié)點發(fā)生的先驗概率和各子節(jié)點間的概率依賴關(guān)系（見表3），可以得出B2發(fā)生的概率，計算結(jié)果如圖6所示。

圖6 B2先驗概率計算

后驗概率分布是BN模型中廣泛應(yīng)用的推理方式，用于量化子節(jié)點對父節(jié)點的影響程度。在假設(shè)父節(jié)點事件已經(jīng)發(fā)生的情況下，可計算各子節(jié)點的后驗概率，子節(jié)點后驗概率越高，對父節(jié)點的影響就越大。以B2為例，假設(shè)B2已經(jīng)發(fā)生，則最有可能導(dǎo)致B2發(fā)生的子節(jié)點是X6，計算結(jié)果如圖7所示。

圖7 B2后驗概率分布

通過統(tǒng)計180起危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故，得到各子節(jié)點的先驗概率及節(jié)點間的概率依賴關(guān)系。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Netica中，假設(shè)頂事件（危險化學(xué)品泄漏）一定發(fā)生的條件下，計算各節(jié)點的后驗概率。統(tǒng)計得出的先驗概率和計算得出的后驗概率見表4。

表4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的先驗及后驗概率分布

由BN模型的分析結(jié)果可知：人員因素和車輛因素的后驗概率較高，為0.43和0.41，大于0.4，為關(guān)鍵風(fēng)險因素。

人員因素的后驗概率最高，達(dá)到了0.43。現(xiàn)階段大多數(shù)企業(yè)的關(guān)注焦點在于贏取利潤，對駕駛?cè)藛T的要求不高、把關(guān)不嚴(yán)，很大一部分駕駛員在接受過短期的駕校培訓(xùn)后就可以上崗，專業(yè)水平良莠不齊。部分企業(yè)為了降低運輸成本，甚至要求駕駛員加班加點,運輸，導(dǎo)致駕駛員疲勞駕駛，使得事故發(fā)生的概率增加。

車輛因素的后驗概率為0.41，也是導(dǎo)致危險品道路運輸發(fā)生泄漏事故的重要因素。由于現(xiàn)階段我國公路危險品運輸市場以小型企業(yè)為主，往往難以承擔(dān)較高的專業(yè)運輸車輛維養(yǎng)費用，導(dǎo)致車輛未及時檢修、安全設(shè)備不足等問題嚴(yán)重。部分企業(yè)為了節(jié)約成本甚至擅自改裝車輛，使用經(jīng)過簡易改裝的普通貨車運輸危險品，往往導(dǎo)致嚴(yán)重的運輸事故。

基于此，本文將針對人員因素和車輛因素這兩個關(guān)鍵風(fēng)險因素建立預(yù)防性安全屏障。

3.4 敏感性分析

BN模型中，父節(jié)點的先驗概率會影響子節(jié)點的后驗概率，而敏感性分析將這一關(guān)系的程度進(jìn)行了量化，可以作為風(fēng)險程度的驗證指標(biāo)。在Genie模型中進(jìn)行敏感性分析，可以直觀地看出子節(jié)點后驗概率隨父節(jié)點先驗概率變化敏感度的高低。在Genie模型中，將泄漏設(shè)為目標(biāo)節(jié)點A，進(jìn)行敏感性分析，敏感度較高的節(jié)點會標(biāo)為深色，得出的結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯?，敏感度較高的是X3、X6、B1、B2，與后驗概率分析的結(jié)果一致，進(jìn)一步驗證了后驗概率分析的結(jié)果。

圖8 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)敏感性分析

4 Bow-tie模型的事故后果分析

結(jié)合前文案例統(tǒng)計中針對事故后果的統(tǒng)計可知，危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故發(fā)生后，爆炸和火災(zāi)發(fā)生的概率最高，其次為人員傷亡。由于大部分危險化學(xué)品具有易燃、易爆的特點，這使得泄漏發(fā)生后，再遇到氣壓變化或氣溫變化極易發(fā)生燃爆事故。此外，高速公路車流量大、人員密集的特點導(dǎo)致有毒氣體擴(kuò)散后極易造成人員傷亡，如果救援人員不能及時采取有效的控制措施，傷亡還會進(jìn)一步擴(kuò)大。

基于此，本文將主要針對燃爆事故和人員傷亡兩類關(guān)鍵事故后果提出控制性安全屏障。

5 基于Bow-tie模型的安全屏障構(gòu)建與檢驗

5.1 建立預(yù)防性安全屏障

（1）提升車輛通訊類規(guī)范協(xié)議市場普及度。2011年，中華人民共和國交通部為了解決不同監(jiān)控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)格式不同、系統(tǒng)無法互通、上級監(jiān)管部門無法對企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)籌管理的問題而頒布了《道路運輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端通訊系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)》（JT/T808-2011協(xié)議），統(tǒng)一了車載終端與監(jiān)控平臺間的傳輸格式，解決了系統(tǒng)不能兼容的問題。目前市場上已經(jīng)有了多款基于JT/T808協(xié)議的商業(yè)性監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)基于車載終端系統(tǒng)，融合WebGIS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等技術(shù)，可獲取包括但不限于車輛地理位置、車輛運行狀態(tài)、駕駛員精神狀態(tài)等信息。因此該類系統(tǒng)不僅能滿足企業(yè)信息化管理的需求，也有利于政府層面的統(tǒng)一監(jiān)管。但JT/T808協(xié)議的市場普及度還比較低，需要政府層面的進(jìn)一步推廣普及。

（2）充分應(yīng)用基于信息交互技術(shù)的危貨運輸安全監(jiān)管平臺?；谛畔⒔换ゼ夹g(shù)的危貨運輸安全監(jiān)管平臺以運輸企業(yè)數(shù)據(jù)庫、危險貨物信息庫、區(qū)域交通信息庫、應(yīng)急知識信息庫為基礎(chǔ)信息支持，融合云計算、GPS、GIS等技術(shù)，將從業(yè)資格審批、通行證申報、運輸車輛監(jiān)管作為主線，實現(xiàn)了從運輸前準(zhǔn)備工作（包括信息錄入與發(fā)布、行駛方案制定與報審）、運輸中監(jiān)管到事故發(fā)生后應(yīng)急救援的全過程風(fēng)險管理。從而促進(jìn)了生產(chǎn)、服務(wù)和監(jiān)管各環(huán)節(jié)之間的有效溝通，不僅為安全監(jiān)管提供了技術(shù)支撐，也為應(yīng)急救援提供了技術(shù)基礎(chǔ)。但該類技術(shù)當(dāng)前在行業(yè)中應(yīng)用有限，需要進(jìn)一步推廣。

（3）杜絕“重審批，輕執(zhí)法”的監(jiān)管模式，加強(qiáng)日常執(zhí)法。近幾年危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故的高發(fā)地是高速公路、隧道，事故的主要原因是駕駛員違章駕駛。對此，執(zhí)法人員應(yīng)重點部署事故高發(fā)地帶，加大路面監(jiān)控，嚴(yán)格查處違章駕駛、疲勞駕駛等行為。

（4）政府及時更新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并建立官方標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。我國危險化學(xué)品公路運輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“老齡化”、直接照搬國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不適用等問題使得運輸企業(yè)找不到承運某類危險品的罐車，因此企業(yè)通常自行購買其他罐車進(jìn)行替代，不同種類的介質(zhì)對罐車的要求往往不同，這樣的代替極易造成極大的安全隱患。對此，政府應(yīng)及時更新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并建立官方標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，切實提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的市場普及度，確保企業(yè)在運輸作業(yè)中“有章可循”。

5.2 建立控制性安全屏障

（1）廣泛應(yīng)用云技術(shù)驅(qū)動下的應(yīng)急管理決策系統(tǒng)。相較于職責(zé)單一的日常管理工作，應(yīng)急管理對信息的需求量較大且需要多個部門的信息共享與協(xié)作，而在傳統(tǒng)的信息技術(shù)水平下，上述需求是難以實現(xiàn)的。但云計算、大數(shù)據(jù)等具有強(qiáng)大信息處理能力的信息技術(shù)平臺的出現(xiàn)為解決信息溝通與共享提供了新的方案。云技術(shù)驅(qū)動下的應(yīng)急決策管理平臺包括信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層與應(yīng)用層三層技術(shù)構(gòu)架。融合多類智能傳感設(shè)備、5G技術(shù)等，保障了海量交通數(shù)據(jù)的及時獲取和處理，提高了不同管理部門之間的信息共享與協(xié)作能力，可有效解決應(yīng)急管理中信息資源分散、共享能力不足的問題，提升應(yīng)急救援效率，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（2）構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡(luò)疏散模型。針對高速公路人員密集、疏散難度大的特點，通過構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡(luò)疏散模型，綜合危險品的物理和化學(xué)性質(zhì)、事故發(fā)生時間、區(qū)域環(huán)境、氣候條件（風(fēng)向、風(fēng)速）、人員密度等因素可以迅速確定最佳疏散策略，找出最優(yōu)疏散路徑。

（3）夯實法制基礎(chǔ)。推進(jìn)危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故管理的法制建設(shè)，定期組織相關(guān)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)與考核，切實提高各部門的法制意識，做到應(yīng)急過程有法可依、有章可循。

（4）運輸企業(yè)成立專業(yè)化應(yīng)急管理部門。企業(yè)通過建立專門的應(yīng)急管理部門，負(fù)責(zé)應(yīng)急事故救援培訓(xùn)與考核，并定期組織事故演習(xí)檢驗培訓(xùn)成果，提升應(yīng)急救援效率，防止事故二次擴(kuò)大。

整合各類安全屏障，最終建立的Bow-tie模型如圖9所示。

圖9 危險化學(xué)品道路運輸事故Bow-tie模型

5.3 安全屏障的模型檢驗

采用專家評判法，咨詢包含交通運輸管理部門、危險品運輸企業(yè)、高校學(xué)者的20名專家，以本文統(tǒng)計的180起危險化學(xué)品道路運輸泄漏事故為對照組，將它們放入設(shè)置安全屏障后的Bow-tie模型驗證，最終得到69%的事故可以通過安全屏障得到有效控制的結(jié)論，證明Bow-tie模型有效。

6 結(jié)語

（1）基于我國危險化學(xué)品道路運輸?shù)膶嶋H狀況，在運用故障樹-貝葉斯網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型清晰準(zhǔn)確識別出關(guān)鍵風(fēng)險因素的基礎(chǔ)上，利用Bow-tie理論構(gòu)建了從事故預(yù)防到事故后果控制完善的風(fēng)險管理體系。研究結(jié)果可以為危險品運輸企業(yè)和管理部門提供參考，并可以提升危險化學(xué)品道路運輸管理的科學(xué)性。

（2）Bow-tie圖像清晰、形象、便于理解，具有很強(qiáng)的實用價值，可以廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)險評估分析中。另外通過分析可知，Bow-tie技術(shù)對事故后果的控制也可以進(jìn)行量化分析。為使Bow-tie技術(shù)進(jìn)一步推廣，基于Bow-tie技術(shù)的全過程定量風(fēng)險分析將會是未來研究的重點。