城市燃氣事故生命損失風險可接受標準研究*

張 鵬，秦國晉，王藝環

(1.西南石油大學 土木工程與建筑學院，四川 成都 610500；2.西南石油大學 機電工程學院，四川 成都 610500)

0 引言

隨著我國對清潔能源的需求越來越大，城市燃氣得到了大力的發展，在社會建設與居民生活中已經成為不可缺少的角色。2016年數據顯示[1]，全國城市燃氣普及率達到95.75%，用氣人數達到45 685萬人，2011—2016年我國城市燃氣普及率和用氣人口逐年上升。城市燃氣雖然具有“價格低廉、熱值高、低污染”等特點，但是其易燃、易爆、有毒等特點容易引發安全事故，常見的事故有爆炸事故、火災事故、中毒窒息事故和泄漏事故等。由于城市燃氣管道與設備滲透至城區的各個角落，一旦發生事故，容易引發嚴重后果。如2016年9月19日，在無錫市一處居民住房中燃氣泄漏引起爆炸，該事故直接導致5人死亡、5人受傷，其中遇難者中包括2名兒童。由此可見，城市燃氣不僅存在個體風險與局部風險，更重要的是會產生區域影響甚至是社會性的風險影響。為此，不少專家學者開始研究城市燃氣事故風險評價，并取得不少成果，但就“多安全才夠安全？”，仍然是一個“瓶頸”問題。風險可接受標準作為一個用來量化風險的評價準則，其能夠綜合反映風險水平，是風險評價與風險管理之間不可缺少的“橋梁”。

從上世紀60年代，已有學者進行風險可接受性的研究。Starr[2]于1968年提出了“How safe is safe enough?”這個問題，并將初步成果于1969年在Science上發表，開始了對風險可接受性的初期研究。此后，風險可接受性研究在國外不斷深入，總結風險可接受性的研究大致經過了3個發展階段：最開始，認為風險可接受標準應該通過技術方法制定；后來，認為風險可接受性標準受多個因素影響，應由專家與民眾合作確定；再后來，學者將風險可接受性問題看成是個社會-政治事件[3-6]。我國研究風險可接受性的起步比較晚，目前成果較少，其中災害學[7-8]、工程學[9-10]、環境學[11-12]等領域已經取得一些進展，但是城市燃氣等領域仍有待研究。為此，本文探討并確定了城市燃氣事故的生命損失風險可接受標準，一方面為城市燃氣風險可接受水平的企業標準和國家標準的形成提供參考；另一方面也可幫助風險管理者更好地分配維護資源，作出科學的維護決策。

1 生命損失風險可接受標準研究

危險可能帶來的損失指標可以量化可接受風險。由于城市燃氣事故所造成的政治因素和文化因素不易量化，可量化的指標主要有生命損失風險、經濟損失風險和環境損失風險。本文主要研究生命損失風險，其作為各行業通用的量化風險的指標，在一定程度上可以幫助風險管理者客觀地判斷行業風險，生命損失風險再作細分為個人風險與社會風險。

1.1 個人風險可接受標準

1.1.1 個人風險指標分析

個人風險(Individual Risk，IR)一般由個人死亡率表示，表征某一段時間內某一個研究對象將會承受某事故風險的死亡率[13]。Jonkman團隊統計并分析了荷蘭各種事故的傷亡人數，發現同一類活動在某段時間內，個人風險具有一致性和穩定性的特點，因此可以用來表征可接受風險[14]。由于城市燃氣管道與設備滲透到城區的每個角落，事故可能出現在城區的每個角落，則該風險涉及到城區出現的每個人，所以論文的研究對象為每年城區和城區暫住的合計人口。表征個人風險的重要指標有年死亡風險AFR (Annual Fatality Risk)、平均個人風險AIR(Average Individual Risk)和聚合指數AI(Aggregated Indicator)，三者之間的對比見表1。

表1 個人風險指標對比Table 1 Comparison of individual risk indicators

根據指標的對比分析，論文采用AIR指標計算個人風險可接受標準值。其計算模型可由AFR指標推出：

(1)

式中：R為所研究對象的年死亡率，即AFR指標；φ為研究對象每年暴露在危險中的時間占每年總時間的比例。

城市燃氣管道及設施布置范圍廣，任何有燃氣管道或設施的地方都可能發生事故，而且不可預見其事故的發生。所以，在這里認為研究對象一直暴露在危險中，故取φ=1，即AIR=R。AFR的計算模型為：

(2)

式中：ND為城市燃氣事故年死亡人數，人；NT為年城區人口和城區暫住人口總數，人。計算結果見表2。

表2 2011—2016年全國城市燃氣事故死亡率[15]Table 2 National urban gas accident mortality in 2011—2016

1.1.2 個人風險可接受標準計算

風險可接受性其實是一個決策問題，其通過綜合考慮所承受的風險與所得到的效益，然后判斷該風險是否可接受[16]。結合國內外風險可接受標準的制定原則、方法與風險的實際情況，論文采用以下3個原則來確定我國城市燃氣事故個人風險可接受標準[17]：

1)平等原則。生命是最寶貴的，所有人在面對風險時都是平等的，風險提供方不應該讓任何一個人在較大風險之中活動，必需設定個人最大可接受風險標準值，若超越這一標準值，應不惜代價地降低風險。

2)實際風險原則。平均數能反映我國公眾安全的整體情況，是眾多影響因素的綜合體現。平均數有很多種，其中，中位數可以保證數據的平穩性達到最大限度。因此，將一定時間段內事故死亡率的中位數作為個人風險可接受標準的基準值[18]，由表2的計算結果，2011年至2016年城市燃氣事故死亡率的中位數為3.596 05×10-7作為個人風險可接受標準的基準值。

3)平等協商原則。風險可接受標準牽涉風險承受者與風險提供者的直接利益，故應由雙方平等協商決定，即風險可接受標準是需要雙方在1個都能接受的風險范圍內協商達成一致意見。在很多重要會議中(例如憲法修正案)，將2/3作為絕對多數，即通過決議需要贊成人數達到與會總人數的2/3以上。可見，2/3在日常可以作為保證質和量的分界線，相應地，超過1/3就達到影響質變的邊緣。據此，以1/3作為浮動范圍，將基準值上下浮動1/3，進而得到一個風險區域，該區域就是平等協商范圍。

協商上限：

(3)

協商下限：

(4)

式中：R上和R下分別為協商范圍的上下限；R基為風險的基準值。由前面分析可得R基=3.596 05×10-7,由式(3)、式(4)，計算得R上=4.794 7×10-7，R下=2.397 3×10-7，進而得到協商范圍(2.397 3×10-7～4.794 7×10-7)。風險值若超越協商范圍上限，不可接受，需要強制降低風險；協商范圍內的風險是風險提供方與風險承受方都能接受的，但雙方還需要在該范圍內就實際情況協商出一個統一值作為個人風險可接受標準值。依2011年至2016年城市燃氣事故數據可知，2011年與2012年城市燃氣事故個人風險超出了協商上限，故風險不可接受；2013年至2016年死亡率都在個人風險可接受標準協商范圍內。

1.1.3 個人可接受風險標準比較分析

李劍鋒等[19]基于公共場所火災、爆炸和中毒因素提出的一般公共場所個人風險值為4.5×10-7，處于前文確定的個人風險標準范圍內，這一定程度上也從側面表明了確定風險可接受標準方法的可行性。

為了進一步驗證風險可接受標準值的合理性，將該標準與國內外部分行業的個人風險可接受標準進行對比。如表3所示，國內外現有危險性工廠、煤礦、大壩、化工等行業的個人風險可接受水平比前文確定的城市燃氣個人風險可接受水平大1～4個數量級不等，這是由于表3中的個人風險可接受標準針對的對象是該行業的從業人員，其人員基數相對于本文研究對象小，且均進行過安全培訓。如我國煤礦行業2016年底統計的從業者人數為490.9萬人[20]，又如我國化工行業2015年從業者人數為接近492.03萬人[21]，風險涉及到的人數相對城市燃氣事故風險所涉及到的人數小了2個數量級，故這2個行業的可接受個人風險值大于城市燃氣事故可接受個人風險值。綜上，本文所制定的個人風險可接受標準符合實際情況，具有一定合理性。

表3 部分國家和機構制定的個人風險可接受水平[18,22-23]Table 3 Individual acceptable risk levels established by certain countries and institutions

1.2 社會可接受風險標準

1.2.1 社會風險與制定原則

社會風險SR(Societal Risk)定義為：某種事故的發生對研究人群造成損害的頻率和研究人群的人數之間的關系[24]。社會風險衡量的是某種風險在研究區域內的整體狀況，將事故所涉及到的人群和地點作為一個整體考慮，相對于個人風險能更客觀地評價城市燃氣事故的風險。用圖1來說明個人風險與社會風險的區別：A，B為同一風險源，在同一時間段和地點，個人風險相同(IRA=IRB)，而社會風險有很大差異(SRA

圖1 個人風險與社會風險的對比Fig.1 Comparison of individual risk and societal risk

雖然風險可接受標準可以分為個人風險和社會風險等方面，但它們之間有一個共同的原則，就是尋求安全與效益之間的平衡。絕對安全，即沒有風險，是不可能的，因為那會是無限的資金投入，其實安全就是使風險降低至可承受范圍的同時能獲得足夠的效益，這種想法的集中體現就是ALARP原則，這是研究風險可接受標準中的一個重要工具[25]。如圖2所示，ALARP原則把風險劃分成3個區域：風險不可接受區域、風險可接受區域和ALARP區域。ALARP原則有2個重要的分界線：最大可接受風險線將風險分為不可接受風險與可接受風險，風險不可接受區域內的風險無論從個人、社會、環境和財產4個方面來講都是不可接受的，應該不惜代價地降低該區域的風險；可忽略風險標準線將可接受風險分為ALARP區域和風險可接受區域，風險可接受區域內的風險是可以忽略的風險，不需要降低該區域風險；ALARP區域內的風險雖然可接受，但是還應通過成本—效益分析來決定是否降低該區域風險[26]。

圖2 風險水平和ALARP區域Fig.2 Level of risk and ALARP region

1.2.2 社會風險可接受標準值計算

社會風險可接受標準常用的確定方法有F-N曲線法、ICAF值方法、VIIH值方法、風險矩陣法等[27]，論文采用F-N曲線法。F-N曲線最早于1967年由Famer提出并使用[28]，這也是最常用的社會風險可接受標準的定量表達，該曲線是根據事故頻率和后果的嚴重程度的相互依賴關系確定的。本文采用F-N曲線法結合ALARP原則以最大可接受風險曲線與可忽略風險線為分界線來確定風險可接受水平，即確定不可接受風險、可接受風險和可以忽略的風險[26]。F-N曲線方程為：

(5)

式中：Pf(x)為死亡人數大于x的年概率；FN(x)是年死亡人數的概率分布函數；x為年死亡人數，人。

根據F-N曲線定義風險可接受標準的分界線如下：

(6)

式中：n為風險極限曲線的斜率，C為F-N曲線的截距，用于確定風險極限曲線的位置。其中，n通常取值為1或2。當n=1，其含義為該風險接受標準為風險中立；當n=2時，其含義為該風險接受標準為風險厭惡。由于城市燃氣一旦出現事故會對人的生命和財產安全帶來嚴重的威脅，國家與燃氣企業每年都投入巨大的成本用于減少其事故的發生，因此取n=2。

基于城市燃氣事故歷史數據的缺乏，本文采用事故累計死亡頻率來確定城市燃氣事故社會可接受風險標準分界線的截距。F-N曲線上每個點的含義可用下式表示：

Sn=a1(1-qn)/(1-q)

(7)

式中：Sn為事故累計死亡頻率；a1為等比數列首項；q為等比數列公比；n為總人數。

社會風險可接受標準的最小單元是個人風險可接受標準[27]，具體到本文所求的城市燃氣事故社會可接受風險標準時，a1=q，且q的數量級為10-7甚至更小，故得Sn=a1/(1-q)=q。因此，可確定社會最大可接受風險線的起點應為個人可接受風險上限，即最大可接受風險截距取C=4.794 7×10-7，代入式(6)，確定最大可接受風險標準線為：Pf(x)≤4.794 7×10-7/x2，該線上方為風險不可接受區域。基于ALARP原則，應該設置一條可忽略風險線，通常，該曲線上風險值低于最大可接受風險線值1～2個數量級[29]，在這里取值1個數量級，故可忽略風險截距取C=4.7947×10-8，同理可得可忽略風險線為：Pf(x)≤4.7947×10-8/x2，該線下方為風險可接受區域。確定了最大可接受風險線與可忽略風險線之后，即可確定位于2分界線之間的ALARP區域，見圖3。

圖3 城市燃氣事故社會可接受風險標準F-N曲線Fig.3 Societal acceptable risk standards for urban gas F-N curve

2 最優安全投入成本分析

城市燃氣事故的風險管理是為了降低威脅到生命安全事故發生的概率，以達到幫助人延壽的目的。這里引入由經濟合作與發展組織(OEDC)提出的生活質量指數(LQI)，該指標表征一個能夠創造財富的人其余生的期望效用值，該指數用來評價用于降低風險的資源分配是否合理，指數模型為[30]：

LQI=GωA1-ω

(8)

式中：G為人均國民生產總值(GDP)，元；A為人的預期壽命，a；ω為1個人的工作總時間占其生命總時間的比重。

根據文獻[31]，按以下數學模型來計算避免1個人因事故而死亡的年安全成本E：

(9)

結合我國當前國情[20]，年人均GDP為53 980元，平均壽命為76.34 a，平均工作時間為35 a。故G=53 980元，A=76.34 a，ω=0.174 6，代入式(8)，計算得E=4 870 182.88元。按照生活質量指數的定義，即要使1個人達到預期的壽命，每年至少需要投入4 870 182.88元的安全成本。

基于上述分析，若要挽救2011年至2016年因城市燃氣事故死亡的1 033人，需要的費用約為50億元，此費用相當昂貴并與可接受性思想相違背，風險提供者無法接受。而基于ALARP原則，風險低至可忽略的風險，風險管理者就不必采取措施降低風險。若將2011年至2016年平均死亡率降低至我國社會風險可忽略標準值，則需要支付安全投入成本(元)的計算模型為：

安全投入成本=死亡率差值×人口×E

(10)

我國2011年至2016年城市燃氣事故平均死亡率為3.596 05×10-7,論文確定的可忽略風險為4.794 7×10-8，結合2016年城區人口和城區暫住人口總數為477 127 937.3人，計算出要使我國城市燃氣事故平均死亡率降低至可忽略標準水平，每年最優安全投入為7億元，則2011年至2016年共應投入約42億元降低風險。這樣的安全投入是在將風險降低到風險承受者可接受程度的情況下，同時保證了風險提供者的利益。

3 風險可接受標準更新辦法

隨著時代的發展，人們對于事故風險的可接受程度也在改變，故風險可接受標準不應該是一成不變的。基于此，論文研究了風險可接受標準的更新辦法，其中最重要的元素就是確定風險可接受標準的制定周期。風險可接受性的制定周期應與國家政策、行業發展和社會穩定的周期相協調[17]。我國的“五年規劃”是闡明國家戰略意圖、明確政府工作重點和引導市場主體行為的綱領，故在“五年規劃”期間內，國家政策與行業發展是相對穩定的。從目前我國的生產現狀看來，由于人口眾多造成風險承受方在一個相對不利的地位，并且在短時間內無法改變，所以，有效控制風險需要風險提供方的合作。但風險提供方以盈利為目的，不能接受大幅度甚至以數量級的形式降低風險，而將下個“五年規劃”的風險水平控制在上個“五年規劃”中行業的平均水平是風險承受者與風險提供者都可以接受的，且在一定時期內，風險相對保持穩定，所以可以將上個“五年規劃”中城市燃氣事故風險的平均水平作為下個“五年規劃”的風險可接受標準的基準值。考慮到事故的發生具有偶然性，個別年份的異常數據會影響到所制定的標準，而用中位數表示上個“五年規劃”的平均風險水平可以剔除某年因為大事故產生的異常風險值，所以該基準值應采用上個“五年規劃”風險值的中位數。

據此，論文提出的更新辦法是：城市燃氣事故風險可接受標準的制定周期建議以五年為一周期，以上個“五年規劃”風險值的中位數作為基準值，通過論文第一節的方法，制定下個“五年規劃”的風險可接受標準。此方法可以持續提高對行業的要求和穩步改善城市燃氣行業安全的整體狀況，并且綜合考慮風險承受方與風險提供方之間的利益關系，具有科學性與合理性。

4 結論

1)采用AIR指標法，基于2011年至2016年全國城市燃氣事故統計數據，結合平等原則、實際風險原則和平等協商原則，計算得到我國城市燃氣個人風險可接受標準范圍(2.397 3×10-7～4.794 7×10-7)。

2)采用F-N曲線法，結合ALARP原則，計算得到了城市燃氣事故的社會風險可接受標準值：最大可接受風險曲線截距為4.794 7×10-7，可忽略風險曲線截距為4.794 7×10-8。風險管理者可以利用該標準判斷估算燃氣事故風險值處于什么風險區域，并根據ALARP原則做出風險決策，以加強城市燃氣事故風險管理的科學性。

3)運用生活質量指數推導模型計算將2011年至2016年事故平均死亡率降低至可忽略風險標準，每年至少需要投入安全資金7億元。雖然我國城市燃氣事故死亡率逐年降低，但要達到可忽略風險標準水平，每年仍需要大量安全資金投入。

4)基于風險的動態原則，提出了風險可接受標準的更新辦法：建議風險可接受標準制定周期為5年，以上個“五年規劃”風險值的中位數為基準值制定下個“五年規劃”的風險可接受標準。