客運索道定量風險評價方法研究

錢劍雄 孫 佩

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

客運索道定量風險評價方法研究

錢劍雄 孫 佩

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

本文在吸收“十一五”研究成果的基礎上，借鑒承壓類特種設備風險評價技術成熟理論，提出了客運索道定量風險評估流程；通過引入設備特征系數、管理系數和失效系數對客運索道定量失效概率進行修正，將人員傷亡和經濟損失兩個定量失效后果轉化為經濟指標進行計算；給出了風險等級評定的準則，提出了客運索道定量風險評估具體方法和指標；通過給出應用案例，認為該方法具有可操作性，適合我國索道情況，應用前景良好。

客運索道定量 風險評價 風險等級 失效概率 失效后果

客運索道由于能夠適應復雜地形，適用于在旅游景區運送乘客。在旅游旺季，每天乘坐索道的游客數量達到數十萬人次，每年運送乘客累計更是達到近億人次。但同時，由于轎廂等載人工具沿鋼絲繩在高空運行，客運索道，尤其是客運架空索道，具有一定的危險性。而且，客運索道本身又是一個復雜的機械電氣系統，其任何故障或者關鍵部件的失效，都有可能引發事故，造成人員傷害甚至死亡。這不僅會產生慘重的經濟損失，而且社會影響極大，甚至會對旅游業和社會經濟發展造成惡劣影響和嚴重損失。因此，作為公共安全的一部分，國家將客運索道納入特種設備，對其進行全過程的安全監管。

2013年6月，《特種設備安全法》正式頒布。法中明確提出要對包括客運索道在內的特種設備實施分類監管，也就是要對處于不同風險等級和安全狀況的設備，采取不同的有針對性的監管方式，以提高監管效率。為此，國家設立有關項目和課題，開展了客運索道風險評價方法的研究工作?！笆晃濉逼陂g，依托國家科技支撐計劃課題，筆者所在的任務組研究提出了基于模糊評價和層次分析法的客運索道安全評價方法［1］，但是該方法主要應用模糊評價和層次分析等傳統方法，沒有引入風險的概念，沒有統籌考慮失效可能性和失效后果兩方面的綜合影響。我國特種設備風險評價研究主要集中在壓力容器、壓力管道等承壓類特種設備上［2-4］，目前承壓類特種設備的風險評估技術的應用已經比較成熟。而針對客運索道的風險評價技術研究在國內還剛剛起步。本文在吸收“十一五”研究成果的基礎上，將國際上較為通行的風險評價方法應用于客運索道系統，提出一種適用于索道設備特點和行業現狀的風險分析和定量評估方法，并進行風險等級評定，為準確、直觀地反映出設備風險狀況，實現客運索道科學分類監管探索途徑，提供技術參考。

1 客運索道定量風險評價方法

1.1 方法概述

客運索道定量風險評價方法，是基于一定的數學評價模型，對所評價的客運索道系統和子系統各個因素及其相互關系和作用進行賦值，再根據一定算法和規則，計算得出評估結果定量指標。其目的是確定每一個子系統（零部件）的風險等級，根據社會和使用單位風險接受水平制定檢測策略，將風險降低到可接受的程度。因此，客運索道的系統設計、制造情況、工作條件、運行歷史、設備可靠性，管理因素、潛在的環境和健康影響等信息都是定量分析需要考慮的內容?？瓦\索道風險評價是一個不斷修改和更新的過程，當一次評估完成后，需要間隔一段時間進行再評估，以審查前次評估結果和應對策略是否合理。

定量評價方法對于相關數據和信息的需求比較高，往往需要長時間、大量而廣泛的收集、記錄和試驗積累才能得到，因此存在一定困難。但是在算法合理，數據已知的情況下，定量方法得出的結果精度和可靠性都比較高，且具有很好的同類項目可比性［5-6］。

1.2 評價程序

根據客運索道子系統和關鍵部件的特點和技術要求，考慮影響客運索道運行安全的實際因素，提出客運索道定量風險評價程序，如圖1所示。

圖1 客運索道風險評價流程圖

1.3 失效概率評估

定量失效概率評估以實際數據庫為基礎，首先需要確定各子系統對應故障機理下的通用失效概率數據庫。由于不同客運索道制造工藝、安裝工藝、運行環境、維護保養水平等的差別，引入設備特征系數、管理系數和失效系數對定量失效概率進行修正，從而定義實際失效概率見式（1）：

式中：

F——實際失效概率；

FG——通用失效概率；

FE——設備特征系數；

FM——管理系數；

Ff——失效系數。

通用失效概率代表的是客運索道某個子系統的失效概率的平均水平。引入的3個修正系數從不同角度來反映不同設備同類子系統之間的可識別的差別：1）設備特征系數體現的是客運索道子系統的具體細節、運行環境和維護保養水平的區別；2）管理系數反映的是客運索道相關單位的實際管理水平對客運索道設備的影響，應用于所有的子系統；3）失效系數反映了當前客運索道各子系統的實際失效狀態。

1.3.1 通用失效概率

客運索道的通用失效概率，可以通過搜集各個客運索道的使用、檢驗、故障、維修記錄，或根據相關文獻資料或者實驗室實驗來得到，反應的是客運索道各子系統總體的失效概率水平。

通用失效概率的確定是進行定量風險評估中最重要的一環，其準確性決定整個分析質量的好壞，本文提供了建立通用失效概率數據庫的參考步驟：

1）調查在役客運索道的實際使用情況，發放調查問卷，搜集客運索道各子系統的維修更換數據。

2）對特定子系統可以進行實驗室試驗，獲取對應故障模式及故障原因的失效數據。

3）選用BAYES方法或其它數理統計方法整合失效數據，擬合通用失效概率曲線。

1.3.2 設備特征系數

設備特征系數，其含義是對客運索道子系統失效概率及頻率有重要影響的特定條件，進一步細化，將設備特征系數分為5個二級次因子：失效速率、檢驗有效性、維護保養及時性、工作級別和壽命周期。

為便于建模分析，根據層次分析法，建立客運索道設備修正因子層次模型，如圖2所示：

圖2 設備特征系數因子層次模型

基于層次分析法和灰度評價法的設備特征系數計算實施起來較為復雜，適用于設計專用軟件實施評估。為方便現場實施，本文給出了設備特征系數簡化計算方法。具體步驟如下：

1）確定各次因子的權重

5個二級次因子權重值可由專家直接給出：

2） 對各個二級次因子進行等級評定

取各個專家評價結果的平均值，且在1、2.5、3、4.5、5、6.5、7、8.5、9 中選擇等于或大于且最接近等級，即：

3）設備特征系數簡化計算。

次因子的權重計算等級評定本身帶有一定的主觀性，為方便計算處理，設備特征系數FE可以做近似計算，直接用公式（4）求得：

1.3.3 管理系數

管理系數反映不同安全管理水平對客運索道子系統的影響。管理系數評估因素包括：必備文件情況，安全機構與崗位責任制實施情況，人員資格與安全培訓安排，安全制度制定狀況，工作記錄執行情況五大類。根據客運索道管理系統評估分值，可以將管理系統評估等級劃分為“優”，“中”，“差”三個等級，見表1。

表1 客運索道管理系統評估等級

管理評估系數FM按式（5）確定，其中x為管理系統評估得分。

1.3.4 失效系數

失效系數是對所評估子系統故障模式是否發生或其失效模式具體故障原因的發生機理性質的修正，要求評估人員觀察子系統實際的狀態，必要時進行實際檢驗。評估時需要根據故障機理的不同，賦予Ff不同的值。

失效系數的確定方法如下：

1）首先判斷所評估子系統故障原因的發生機理是否為與時間相關的退化機理（如疲勞、磨損等），然后進行下一步評估。

2）若所評估子系統故障機理與時間無關，則不屬于退化機理。如果故障模式未發生，則Ff=1.0，如果故障模式已發生，則Ff=1.5；

3）若所評估子系統故障機理與時間有關，則故障機理為退化機理，需根據所評估子系統使用時間和剩余使用壽命確定修正系數。以評估開始時間點之后，客運索道子系統持續服役時間與其剩余壽命的比值為參量，見式（6）：

式中：

B——擬服役時間占剩余壽命的百分數；

Tn——擬持續服役時間；

TSL——剩余壽命。

如果故障模式未發生，則Ff=1.0。

如果故障模式已發生，應根據B值確定Ff：

若B≤0.5，則Ff=1.5；

若0.5＜B≤0.8，則Ff=5；

若B＞0.8，則Ff=10。

1.4 客運索道定量失效后果評估

客運索道一旦發生事故常常會產生嚴重的后果，定量失效后果評估是從人員傷亡后果和經濟后果兩個方面考慮的。定量后果評估是將這兩方面的損失均轉化為經濟指標進行計算，最后合計為總的經濟損失費用，并與客運索道整機的費用做比較，根據比例的高低來劃分失效后果等級。

1.4.1 人員傷亡后果（人員傷亡經濟指標）

客運索道故障一旦救援措施不當，會發生人員傷亡事故，根據國家制定的相關政策，企業應進行賠償。計算人員傷亡費用見式（7）：

式中：

CH——事故造成人員損失，萬元；

CHD——因事故造成人員死亡與重傷而造成的經濟損失，萬元。可參考國家標準或者行業標準，并考慮客運索道所在地區經濟發展水平制定，現階段該費用均值為60萬元/人；

n——傷亡人數；

CHECT——其它人員傷亡方面的損失。

1.4.2 經濟后果（利潤損失經濟指標）

經濟損失費用可包含三個方面：停車損失費用、維修更換費用、其它利潤損失（間接經濟損失）。經濟損失費用計算見式（8）：

式中：

CP——經濟損失費用；

CPW——部件更換、維修費用，萬元；

t——停車天數，天；

CPE——停車每天造成的經濟損失，萬元/天；

CPECT——其它利潤損失。

綜上，失效后果的定量值是人員傷亡后果和經濟后果兩個方面經濟損失指標之和，計算公式見式（9）：

1.5 客運索道風險等級評定

風險等級由定量評估風險矩陣確定，其中，失效概率等級由實際失效概率值確定，以失效后果與客運索道設備的整體價格（或使用單位所能容忍的最大經濟損失）M的比值確定失效后果等級，其風險矩陣如圖3所示。

定量風險也可以利用式（10）計算，用經濟的指標表示風險，利用失效概率值和失效后果值直接計算風險的大小。

通過定量風險矩陣或經濟指標表示法，重新評定篩選出來的高風險子系統風險等級。

圖3 定量風險矩陣圖

定量風險分配可以采用風險標繪法，如圖4所示。

圖4 定量風險分配方案

基于ALARP準則，將風險分為三個區域：可忽略區，ALARP區及不可接受區。根據風險值在標繪圖中的位置，確定其所屬區域。其中，不可接受線是按企業對最高可容忍的狀況，可忽略線是按企業對最高可忽略的狀況，分別按照定量評估程序分析得到的。

2 應用舉例

由于客運索道定量風險評價是一個系統工程，具體實施過程十分復雜。筆者以客運索道固定抱索器為例，說明該方法的思路和應用過程。

通過次因子兩兩比較后計算得到抱索器各次因子權重，根據專家對抱索器各次因子等級打分評定，用式（4）求得設備特征系數：

管理系統評估得分80，按式（5）確定管理評估系數FM=1.5；

若所評估子系統故障模式未發生，Ff=1.0；

客運索道固定抱索器通用失效概率需要通過故障記錄、相關文獻或者試驗數據獲得，設定其通用失效概率為0.02，按照式（1）計算得到實際失效概率為：

按照式（7）和式（8）分別計算人員傷亡和經濟損失后果：

根據式（9）確定失效后果定量值為90.3萬元。使用單位所能容忍的最大經濟損失以500萬元計。

根據失效概率和失效后果值，按照圖3確定客運索道固定抱索器子系統風險等級為“低”，風險可以接受，不需要采取進一步降低風險的措施。

本例體現了本文所述方法的應用過程和結果，通過對其在客運索道系統其他方面的應用，可以最終完成對客運索道系統整體的風險評價。

3 結論

1）本文針對客運索道實際情況和特點，提出了定量風險評價程序和風險等級評定準則；重點論述了客運索道失效概率和失效后果的定量評估方法，給出了實際失效概率的計算公式，分別引入反映客運索道子系統的具體細節、運行環境和維護保養水平等的設備特征系數，反映客運索道相關單位的實際管理水平對客運索道設備產生影響的管理系數，以及反映當前客運索道各子系統的實際失效狀態的失效系數，對通用失效概率進行修正；定量失效后果不僅考慮人員傷亡造成的損失，還考慮了客運索道停運和設備維修所帶來的經濟損失。

2）本文提出的定量評價方法理論依據充足，符合客運索道設施安全不僅受設備本身質量影響，還受到其運營管理和日常維護保養水平，以及工作級別、運行工況、承受載荷、使用環境等諸方面影響的實際情況。

3）本文提出的評價方法也還存在一定的不足，主要是客運索道部件或子系統的通用失效概率數值獲取比較困難，需要大量的試驗和統計數據作為支撐；失效后果評價指標體系中還應當考慮人員傷亡或被困等造成的社會影響因素；對客運索道整個系統進行定量風險評價時，由于數據量巨大，人工操作將十分繁瑣和困難，因此還需要開發相應的評價軟件。

隨著今后更為深入的研究，以及廣泛的工程實際應用，將不斷完善本文提出的評價方法，為政府進一步加強科學監管，有效控制客運索道風險水平，提供有益的參考。

［1］ 唐中富，姚澤華，錢劍雄，等.基于模糊評價和層次分析法的客運索道安全評價方法研究［J］.中國安全科學學報，2008，（6）.

［2］ 陳鋼，左尚志，陶雪榮，等.壓力容器壓力管道的風險評估技術［C］.第六屆全國壓力容器學術會議壓力容器先進技術精選集，2005，09

［3］ 左尚志，陳鋼，陶雪榮，等.壓力管道的風險評估原理、技術及發展［C］.2006年全國失效分析與安全生產高級研討會論文集，2006，12.

［4］ 馬令申，左尚志.城市埋地燃氣管道故障樹的建立與分折［J］.中國鍋爐壓力容器安全，2003，19（02）.

［5］ 張春燕.輸氣管道系統RBI定量風險評價研究［D］.蘭州：蘭州理工大學，2008.

［6］ 王魯榮.RBI在石化裝置檢測流程中的應用研究［D］.天津：天津大學，2006.

［“十二五”國家科技支撐計劃項目05課題。課題編號：2011BAK06B05］

Study on Quantitative Risk Evaluation Method for Passenger Ropeway

Qian Jianxiong Sun Pei
（China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）

This paper presents a passenger ropeway quantitative risk assessment process based on the mature special equipment risk assessment theory and research results during the 11th Five-Year； By introducing device characteristics coeffi cient， management coeffi cient and failure coeffi cient， the failure quantitative probability is modifi ed； failure consequences including the casualties and economic loss are calculated into economic indicators；risk rating criteria are given and the specifi c passenger ropeway quantitative risk assessment methods and indexes are put forward. Through an application case， it is believed that this method is operable and suitable for cableway situation and its application prospect good.

Passenger ropeway quantitative Risk evaluation Risk rating Failure probability Failure result

X941

B

1673-257X（2015）04-08-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.04.003

錢劍雄（1979～），男，碩士，主任助理，工程師，從事特種設備安全技術規范組織起草。

2014-07-31）