基于FTA-24Model的化工事故原因分析

付 凈，聶方超，劉 虹，佟林全

(1.吉林化工學院資源與環境工程學院，吉林 吉林 132022；2.中國礦業大學(北京) 應急管理與安全工程學院，北京 100083；3.國家衛生健康委 職業安全衛生研究中心，北京 102308)

對事故原因進行深層次的探究是事故預防的重要手段[1]。為了有效遏制化工行業事故，全面、系統地對事故原因進行挖掘和梳理尤為重要。事故致因模型可科學地解釋事故發生機理，提供分析框架，是有效的事故原因分析工具[2]。

目前，應用于化工行業事故原因分析的事故致因模型及理論主要包括博德事故因果連鎖模型[3]、危險源理論[4]以及HFACS[5-6]、24Model[7-8]和STAMP模型[9]等，此外還涉及JHA[10]、FTA[11-12]、AHP[13]、HAZOP[14]、LOPA[15]、VTA-WW(Variation Tree Analysis and Why-Why analysis)[16]、5-Why Method(WTA)[17-18]、CCA[19]等事故原因系統分析方法。為了更加全面、透徹地查明事故原因，有效地消除主觀因素干擾，最大限度地避免分析結果出現偏差或遺漏，眾多學者結合化工行業的特點將事故致因模型、事故原因分析方法和安全管理原則相結合構建出全新的事故原因分析框架。如李晨陽等[20]將FTA(故障樹分析)方法與ISM模型相結合對氯化反應失控事故的原因進行分析，明確了各層級事件之間的運行規律；Jiang等[21]采用FTA方法與HFACS模型相結合的方法分析了硝酸胍爆炸事故，獲取了事故原因的完整邏輯圖，并指出FTA方法可以有效地查找事故的直接原因，具有邏輯演繹的效用，但在探究組織層面等深層次原因時，仍具有一定的局限性；傅貴等[22]提出的通用事故致因24Model(事故致因2-4模型)，既具有線性關聯特性又具有動態系統特性，可將人為失誤與組織(系統)因素緊密地聯系起來，使事故原因分析更加深入、全面。

因此，本文將FTA方法與24Model有機結合，通過構建FTA-24Model新的事故原因分析框架，以明確化工行業事故原因分析方法及程序。該分析框架先通過提取事故案例的詳細信息，利用FTA演繹分析過程獲取案例的原因事件，從中識別出不安全動作及不安全物態因素；再應用24Model事故原因分析模塊間的邏輯關系，深入挖掘事故組織層面深層次原因；最后據此可有效識別出化工事故中的人因及組織管理因素缺欠，并科學地描述事故演化過程，最大程度地減少由分析人員主觀判斷引起的誤差，為事故原因調查及安全管理對策的制定提供參考。

1 事故原因分析框架的構建及說明

1.1 事故原因分析框架的構建

應用FTA方法與24Model構建事故原因分析框架共涉及三大模塊：①事故報告模塊，即提取事故案例詳細信息；②FTA邏輯化模塊，即展現各原因要素之間的邏輯關系；③24Model主體結構模塊，即挖掘事故組織層面安全管理體系及安全文化等深層次原因。基于FTA-24Model的事故原因分析結構框架模型，見圖1。

圖1 基于FTA-24Model的事故原因分析結構框架模型Fig.1 Model of the framework of accident cause analysis based on FTA-24Model

1.2 事故原因分析步驟說明

(1) 事故報告模塊：事故報告是事故分析的基礎，可為后續模型應用提供基本信息。事故報告的詳細程度直接決定了事故原因分析的充分性與完整性。事故報告模塊包括以下兩個步驟：

第一步：獲取事故案例基本信息，明確事故組織。

第二步：繪制事故時間序列圖，即按照時間順序，描述影響事故進程的典型事件。

(2) FTA邏輯化模塊：FTA邏輯化模塊包括以下步驟：

第三步：事故原因的邏輯分析，并繪制事故樹。具體過程如下：①確定頂上事件。頂上事件必須是可明確描述的事件[10]。事件可以看作是時空中的點，而事故是組織根據適用要求規定的，造成確定量損失的一個或者一系列意外事件[23-24]。時間點的選取不同，頂上事件亦然不同。因此，需要根據事故發生的時間序列確定事故節點，以保證頂上事件描述的準確性。②構建事故樹。事故樹的構建本身遵循著一定的邏輯關系[25]。通過構建事故樹可將事故報告中提取出的零散信息通過邏輯演繹的手段，科學、合理地將人因、設備設施、環境、管理等因素整合為系統的邏輯圖加以展現[20]。事故樹的構建原則為：在構建事故樹時需要注意各事件的基本概念應與24Model理論相契合，以便后續深層次原因的探究；應理解中間事件是造成頂上事件的原因又是基本事件產生的結果，可歸屬于原因事件，同樣中間事件也可以依據事故時間序列節點劃定的不同作為另一個頂上事件；基本事件是導致頂上事故發生的最初原因事件即直接原因，可從人因、設備設施、環境因素入手，歸結為人的不安全動作和物的不安全狀態[11]，上述直接原因均是指引起當次事故或對當次事故有重要影響的動作或物態，范圍劃定為組織內所有人員及物態[27]。

(3) 24Model主體結構模塊：24Model模塊包括以下步驟：

第四步：事故人因因素識別及組織層面原因分析，即從FTA原因事件中識別引起事故的不安全動作及不安全物態原因，并基于24Model事故原因分析模塊間的邏輯關系，利用Why-Because方法明確邏輯分析程序(見圖2)，分析項的確定主要參考文獻[27]、[28]。當事故原因邏輯分析中出現否定判斷時，順次進行下級判斷或返回重新判定，直到找到某個或一系列原因項為止。根據事故原因模塊間的邏輯關系挖掘導致事故的深層次原因，從而構成完整的事故原因分析鏈條。

圖2 基于24Model的事故原因邏輯分析程序Fig.2 Logical analysis process of accident causes based on 24Model

(4) 事故原因關聯性綜合展示：事故原因關聯性綜合展示即繪制事故原因要素關聯路徑圖。

第五步：繪制事故原因要素關聯路徑圖。綜合上述分析結果，為了更加清晰地表明各模塊間事故致因因素的因果關系，掌握事故演變的多條路徑，結合24Model的靜態和動態結構特征繪制事故原因要素關聯路徑圖[29]。

2 實證研究

本文以江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司“12·9”重大爆炸事故為案例進行了實證研究。

2.1 事故案例原因分析

(1) 獲取事故案例基本信息：根據事故調查報告，獲取了江蘇連云港聚鑫生物科技有限公司“12·9”重大爆炸事故的基本信息，詳見表1[30]。

表1 案例事故基本信息表Table 1 Basic information of accidents

(2) 繪制事故時間序列圖。案例事故演變時間序列及事故裝置工藝流程，見圖3和圖4[29-31]。

(3) 事故原因的邏輯分析，并繪制事故的事故樹：劃定保溫釜第一次爆炸為事件時間節點，以事故報告為信息源，通過合理的演繹推論，繪制間二氯苯裝置爆炸事故的事故樹，見圖5。

圖5 間二氯苯裝置爆炸事故的事故樹Fig.5 Fault tree diagram of m-dichlorobenzene device explosion accident

通過分析，確定了14項中間事件、21項基本事件，其中不安全動作(Unsafe Acts,UA)事件22項，涉及M5、M7、M10、M14、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19、X20、X21;不安全物態(Unsafe Coditions,UC)13項，涉及M1、M2、M3、M4、M6、M8、M9、M11、M12、M13、X1、X2、X9。上述分析獲得的不安全動作及不安全物態是在規定事故時間節點范圍內，隨著事件發展進程而產生的組織內所有人員、設備、設施及環境可能出現的全部不安全動作及不安全物態。兩者之間的邏輯關系可歸結為：不安全動作引發不安全動作(UA-UA)11項，不安全動作引發不安全物態(UA-UC)17項，不安全物態引發不安全物態(UC-UC)8項，不安全物態引發不安全動作(UC-UA)2項。

(4) 事故人因因素識別及組織層面原因分析：依據FTA分析獲取的事故原因項，并基于24Model各原因模塊間邏輯關系以及事故原因邏輯分析程序(見圖2)，確定各模塊事故致因要素并編碼，具體分析結果見圖6[32-33]。

(5) 事故原因關聯性展示：根據24Model事故原因分析各模塊間的邏輯關系，應用Gephi 0.9.2軟件，以“UAM5錯誤關閉放空閥”不安全動作為例進一步闡明事故原因要素間的因果關聯，繪制出具有28個節點、36條邊的有向圖，見圖7。

圖6 基于FTA-24Model的間二氯苯裝置爆炸事故原因分析流程及結果Fig.6 Cause analysis process and results of explosion accident of m-dichlorobenzene device based on FTA-24Model

根據上述分析結果，綜合繪制了間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關聯路徑圖。首先，輸入或導入節點(原因項)及有向邊(因果關系)，初步確定邊權重為1，節點大小取決于輸入度和輸出度的大小，設定最大尺寸為2，最小尺寸為1.5，共確定節點75個，有向邊173條；然后，進行Fruchterman Reingold動態模塊化布局，確定5個模塊化單元，解析度為1.0，得到間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關聯路徑的聚類分布，見圖8。

與節點連接的邊越多其涉及的度越大，節點越大，顯示越突出。由圖8可見，個人層面的直接原因要素如變更管理不當(UAX11)、使用壓縮空氣進行壓料(UAM7)和間接原因要素如缺乏遵法守規意識(HB1)、習慣性不佳的管理方式(HB4)，組織層面的安全管理體系原因如各類規程、制度、要求不健全(SMS6)，安全培訓制度缺欠(SMS5)，組織層面的安全文化原因如忽視安全法規的作用(SC1)、忽視安全的重要程度(SC2)等致因要素與其他要素的關聯性較強，對于事故演變路徑具有較大的影響，因此重點突出顯示。

圖7 UAM5 事故原因要素關聯性分析結果Fig.7 Results of correlation analysis of UAM5 accident cause factor

2.2 事故原因結果的比較

本文將應用FTA-24Model框架分析方法分析得出的事故致因因素與案例事故報告信息的描述進行了對比，其結果見表2。

圖8 間二氯苯裝置爆炸事故原因要素關聯路徑圖Fig.8 Association paths of accident cause of m-diphenyl device explosion accident

由表2可知：案例事故報告信息中忽視了對個人習慣性行為的分析，如產生不安全動作的前兆事件如心理和生理狀態、安全知識、思想意識狀況等，同時缺少對深層次根源原因即組織安全文化缺欠的分析，不利于對事故致因因素的源頭遏制，且其他模塊致因要素的識別亦不全面或具體；FTA-24Model框架分析方法分析出了沒有確切文字表述、隱含的導致不安全物態或由組織其他成員發出的共性不安全動作，并且很好地展示了人因和組織因素之間的復雜關系，彌補了事故報告信息的缺失。因此，建議將FTA-24Model框架分析方法應用于事故報告的編制，以使獲得的事故信息更加合乎邏輯、詳盡和具體。

表2 不同分析方法得出的事故原因結果比較Table 2 Comparison of accident cause results obtained by different analysis methods

3 結 論

(1) 本文基于FTA方法和24Model各自的結構特點及應用程序，構建了化工事故原因分析框架即FTA-24Model框架，為探究事故因果關系，解決行業相關安全問題提供了有效途徑。FTA-24Model框架共涉及三個模塊，即事故報告模塊、FTA邏輯化模塊和24Model主體結構模塊，可將零散的事故信息合理地整合，系統化地展示事故各原因間的邏輯關系及對組織層面深層次原因的探究過程，揭示了事故發生的機制。

(2) 通過設定事故原因分析的5步分析法，結合Why-Because方法制定出完整的基于24Model的事故原因邏輯分析程序，并通過實證研究，從35項原因事件中識別出22項不安全動作和13項不安全物態致因因素，利用24Model模塊分析出17項個人習慣性行為間接致因因素和22項組織層面深層次致因因素，且各致因要素間共涉及173條關聯路徑，突出顯示了變更管理不當(UAX11)、缺乏遵法守規意識(HB1)、習慣性不佳的管理方式(HB4)，以及組織層面因素SMS5、SMS6、SC1、SC2對于事故演變路徑的影響。化工企業可根據關聯路徑分析結果有針對性地制定多層級事故預防策略。

(3) 與案例事故報告信息相比，FTA-24Model框架分析方法對事故致因要素的識別更加全面、具體，可完整地表述事故的演變歷程。但在應用該框架分析方法的過程中，需要注意事故時間節點的劃定，以及FTA方法中各事件的定義應與24Model理念相契合，以使FTA和24Model兩種方法更好地結合使用。