基于風險的危險品道路運輸安全容量研究*

劉 剛，吳宗之，王如君，多英全 ，楊春生

(1.北京科技大學 土木與資源工程學院，北京 100083；2.國家衛生健康委員會職業健康司，北京 100044；3.中國安全生產科學研究院 危險化學品安全技術研究所，北京 100012；4.國家應急管理部 重大危險源監控和事故應急技術重點實驗室，北京 100012)

0 引言

近年來，我國危險品道路運輸規模逐年增加，危險品道路運輸事故也日益增多，統計分析結果表明，危險品道路運輸事故在所有危險品事故總量中占比較大，學者們[1～4]分析了2010—2015年我國發生的2 636起危險化學品泄漏事故，發現運輸和儲存階段占危險品事故總數的93%。國內外學者對危險品運輸安全做了大量研究，Fabiano等[5-6]基于運輸事故基礎數據研究了道路類型、天氣狀況、交通狀況對運輸風險的影響，建立了事故發生概率和死亡人數評估模型；Erkut等[7-8]以運輸距離、影響人數、社會風險、風險指標值、事故概率、事件概率最小化為標準，研究多種危險品的運輸選線問題；吳宗之等[9-11]針對危險品道路運輸優化選線問題做了系統的研究。近年來，國內一些學者圍繞化工園區安全容量確定問題開展了研究，但僅限于化工園區內的固定危險設施，陳曉董等[12]從風險角度來確定安全容量，認為化工園區的安全容量應是一個與風險相關的臨界量；王蕊等[13]從事故多米諾效應方面研究了化工園區安全容量；李傳貴等[14]將化工園區安全容量定義為在園區正常的生產活動、園區人們的正常生活水平不遭受任何損害的條件下，園區能承受的最大危險量；Chen等[15]研究了基于區域可接受風險的化工園區安全容量。上述研究分析了危險品道路運輸事故相關規律，建立了危險品道路運輸風險評估及優化選線模型，提出了化工園區安全容量計算方法，但在危險品道路運輸風險評估涉及的影響因素和風險管控方面仍存在缺陷。本文建立了改進型危險品道路運輸風險評估模型，基于風險提出了危險品道路運輸安全容量確定方法，并在管控運用中進行了檢驗。

1 危險品道路運輸風險基準和評估模型建立

危險品運輸風險通常使用個人風險和社會風險進行表征。個人風險是危險源周邊固定位置處單個人的死亡概率，社會風險表示事件發生可能性與死亡人數之間的關系，與周邊人員分布密切相關[16]。

1.1 危險品道路運輸風險基準確定

個人風險的常見表現形式是風險輪廓圖，由地圖上的具有相同個人風險的位置連接而成，可以直觀地展示運輸線路周邊的風險分布情況，如圖1所示。從圖1可以看出，個人風險是某一位置處受危險品道路運輸所有潛在可能事故風險的疊加。距離道路中心線越近的等值線對應的個人風險等級越高，等值線的幅寬與危險品運輸車輛的風險高低成正相關。

圖1 危險品道路運輸個人風險示意Fig.1 Personal risk map for road transportation of hazardous goods

危險品道路運輸要經過不同路段和地區，沿途敏感目標更加復雜，很難一一確定，我國《公路安全保護條例》等法規也對一些保護目標提出了明確的距離要求，有些保護目標與《危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準(試行)》(國家安全生產監督管理總局公告2014年第13號)的防護目標不一致，因此不能簡單依據現行風險基準作為危險品道路運輸的風險基準。《公路安全保護條例》第十一條規定：公路建筑控制區的范圍，從公路用地外緣(公路用地可解釋為公路規劃紅線，包括車道寬度和綠化帶寬度)起向外的距離標準為：國道不小于20 m；省道不小于15 m；縣道不小于10 m；鄉道不小于5 m。《公路安全保護條例》第十四條規定：新建村鎮、開發區、學校和貨物集散地、大型商業網點、農貿市場等公共場所與公路建筑控制區邊界外緣的距離應當符合下列標準，并盡可能在公路一側建設：國道、省道不小于50 m；縣道、鄉道不小于20 m。

通過以上條文可以看出，第十一條規定的內容類似于一般防護目標中的3類防護目標，第十四條的內容類似于防護場所人數、規模更大的目標。為此，根據《公路安全保護條例》相關規定，結合《危險化學品生產、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準(試行)》，本論文提出危險品道路運輸個人風險基準如表1所示。

表1 危險品道路運輸個人風險基準(公路用地外緣定義為最外側車道)Table 1 Personal risk benchmark for road transport of dangerous goods(The outer edge of road is defined as the outermost lane)

1.2 危險品道路運輸風險評估模型

定義危險品道路運輸風險為危險品運輸過程所有可能事故與潛在損失后果(火災、爆炸、中毒等)的風險總和，表示為[16]：

R=PC

(1)

式中：R為危險品道路運輸風險；P為事故發生的概率；C為事故后果嚴重程度。

對于運輸路線沿線的區域，不能簡單以平面上的點進行處理，需要采用笛卡爾兩維坐標進行分析，其計算原理如圖2所示。以運輸路線線段s通過人口聚集區I為例，從a點至d點，路段(a,d)的影響范圍由運輸危險品類型m的影響距離確定；當危險品運輸車輛通過路段(b,c)時，風險影響范圍內的e點可能受到危險品運輸風險的影響，其長度由e點確定，與運輸路段的垂直距離有關。

圖2 運輸風險計算原理示意Fig.2 Diagram of transportation risk calculation principle

以a點為原點，ad為x軸正向建立笛卡爾坐標系，e點的笛卡兒坐標為(xe,ye)，則根據本論文提出的風險評估模型，e點的個人風險和運輸路線s線段的社會風險可表達如下：

(2)

(3)

P(I)=(1+a)P0，s×Pl，s×Pi，s×As

(4)

式中：IRe為危險品運輸經過路線線段ad時影響區內點e的個人風險；SRI為危險品運輸路線s線段的社會風險；P(I)為危險品運輸經過人口聚集區I的聯合事件概率；φ(b,c)為由e點確定的可能影響運輸路段bc的e長度；POPe為e點的影響人員密度；POPArea為影響區內的影響人員總數；a為非交通事故引發危險品泄漏的修正因子；P0,s為危險品運輸交通事故基礎概率；Pl,s為交通事故引發泄漏概率；Pi,s為點火概率；As為綜合修正影響因子。

2 通過風險基準確定危險品道路運輸安全容量

危險品的種類繁多，性質復雜，不同類別的化學品有不同的危險特性，產生的事故后果形態不同。本文對給定的運輸路線確定單一類別和多種類別危險品運輸安全容量。

2.1 確定一路線運輸單一類別危險品的安全容量

我國按照危險品具有的危險特性分為8大類、19小類，但從物理形態上，基本可以分為固體、液體和氣體，因此，可以把風險的計算簡化為3大類：固體，主要考慮爆炸和火災危險性；液體，主要考慮爆炸和火災危險性；氣體(包括液化氣體)，主要考慮火災、爆炸和中毒危險性。大類中還可分為若干小類，如氣體還可分為毒性氣體、易燃氣體、液化氣體等。

對于給定的運輸路線，每類危險品最大運輸規模(運輸安全容量)計算公式可表達為如下：

(5)

式中：Mi為第i類別危險品運輸安全容量，t/a；IRC為危險品道路運輸的個人風險基準要求；p(I)為i類危險品單車次運輸經過人口聚集區I的聯合事件概率；i為危險品類別，通常分為毒性氣體、易燃氣體、易燃液體、易燃固體等；λm為運輸事故后果的最大影響距離，m；ye為計算點到運輸路線中心線的垂直距離，m；TTi為第i類別危險品運輸車輛平均荷載質量，kg。

2.2 確定一路線運輸多類別危險品的安全容量

當一條運輸路線運輸多種危險品時，多種危險品產生的個人風險疊加后，應滿足風險基準要求，可表示如下：

(6)

進一步推算可得：

(7)

由式(5)推算可得：

(8)

將上式帶入式(7)可得：

(9)

上式處理后可得出：

(10)

式中：mi為第i類別危險品的實際年運輸量，t/a；Mi為第i類別危險品運輸安全容量，t/a。

從式(6)～(10)可以看出，對于給定的危險品運輸路線，其危險品運輸安全容量與運輸物料類別密切相關，是不同類別危險品運輸安全容量mi的組合數。這是因為毒性氣體、易燃氣體、易燃液體等不同類別的危險品，其危險特性、事故后果，產生的風險大小各不相同，不能用一種物質代替。給定路線的危險品運輸安全容量可以有多種組合，如毒性氣體運輸車次增加后，就需要減少易燃氣體或易燃液體的運輸量；同理，當毒性氣體運輸量減少后，可以增加易燃氣體或易燃液體的運輸量。另外，mi的組合不是隨意的，一組mi的組合數要滿足式(10)的要求。

3 實例分析

某城市化工集聚區是華南地區重要的油品和天然氣供應基地。2012—2017年間，該化工集聚區危險品年均運輸量約為498萬t，年均增長24%。2017年危險品運輸規模達到798萬t，危險品運輸車輛日均800余次，主要運輸危險品為液化石油氣、甲類易燃液體和乙類易燃液體。經過優化選線，即使選擇最優路線，個人風險也超出可允許標準。本文采用表1確定的危險品道路運輸風險基準，運輸道路為雙向四車道，道路規劃紅線寬45 m，甲乙類液體運輸車輛平均運輸能力為30 t/車，液化石油氣運輸車輛平均運輸能力為25 t/車，采用式(5)進行計算，分別得出上述3種類危險品的道路運輸安全容量為：Ml=57 千車次/a；Mj=440 千車次/a；My=910 千車次/a。

同時，根據式(10)，給出化工集聚區危險品道路運輸整體安全容量組合公式為：

(11)

式中：ml為液化石油氣的年控制運輸次數，千車次/a；mj為甲類易燃液體的年控制運輸次數，千車次/a；my為乙類易燃液體的年控制運輸次數，千車次/a。從式(11)可以看出，對于所選定的運輸路線，如果單獨運輸液化石油氣，最大的年運輸規模為57千車次；單獨運輸甲類易燃液體，最大的年運輸規模為440千車次；單獨運輸乙類易燃液體，最大的年運輸規模為910千車次。同時，按照上述安全容量進行控制，個人風險滿足本文提出的風險基準要求。根據式(11)，結合化工集聚區現有運輸種類和規模，確定化工集聚區的3種類別危險品的最大合理運輸規模為：ml=30.7 千車次/a；mj=153.0 千車次/a；my=95 千車次/a；m=278.7 千車次/a。

按照上述安全容量，對該城市化工集聚區進行危險品運輸實施管理，經過近一年的管控， 集聚區危險品道路運輸潛在生命損失(PLL)從3.72×10-5降低到6.31×10-6，下降了83.0%，效果明顯。

4 結論

1)危險品道路運輸經過不同路段、地區，沿途敏感目標復雜，比較分析了現行有關法規要求和固定危險源風險基準，提出了危險品道路運輸個人風險基準。

2)將非交通事故引發危險品泄漏等修正因子引入，建立了改進型危險品道路運輸定量風險評估模型。

3)基于風險提出了危險品道路運輸安全容量確定方法，危險品運輸安全容量與運輸物料類別密切相關，總安全容量是不同類別危險品運輸安全容量的組合數。

4)將危險品道路運輸安全容量方法運用到某城市化工集聚區進行危險品運輸管控，集聚區危險品道路運輸潛在生命損失大幅度降低，效果較為明顯。