基于事故樹(shù)的三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故致因分析

曾楊,盛進(jìn)路,范曉飚

(1.重慶交通大學(xué)航運(yùn)與船舶工程學(xué)院,重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,重慶 400074)

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)長(zhǎng)江干線發(fā)生的水上交通安全事故險(xiǎn)情中，碰撞事故占到40%以上[1]，極易對(duì)內(nèi)河船舶通航安全造成影響，甚至可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于船舶碰撞事故的原因，大多數(shù)是采用定性分析方法，此方法較為簡(jiǎn)單且直觀，但不能較好的反映出碰撞事故發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律及潛在因素，因此本文擬用定性與定量結(jié)合分析方法對(duì)船舶碰撞事故進(jìn)行分析，以便得出更加科學(xué)準(zhǔn)確、更全面客觀的結(jié)論[3]。事故樹(shù)是追溯船舶碰撞事故因素的有效方法之一，有關(guān)文獻(xiàn)[4-5]曾對(duì)海上客貨船碰撞原因以及武漢海事局轄區(qū)船舶碰撞原因進(jìn)行了分析，但對(duì)于回水區(qū)和常年變動(dòng)區(qū)且航行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜的三峽庫(kù)區(qū)而言，這些分析是否具有指導(dǎo)性還有待驗(yàn)證。對(duì)此，本文將以三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故為頂上事件構(gòu)建事故樹(shù)，擬用定性與定量結(jié)合分析方法對(duì)船舶碰撞事故危險(xiǎn)進(jìn)行具體分析，旨在為三峽庫(kù)區(qū)水域的船舶航行安全管理提供參考依據(jù)。

2 三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故樹(shù)模型構(gòu)建

2.1 事故樹(shù)方法的分析流程

事故樹(shù)分析法(Fault Tree Analysis，簡(jiǎn)稱FTA)，其基本流程如圖1所示[6]。

圖1 事故樹(shù)分析基本流程

2.2 船舶碰撞事故樹(shù)構(gòu)建

將“船舶碰撞”作為頂上事件，走訪行業(yè)專家，并結(jié)合已有的研究成果，多維度開(kāi)展三峽庫(kù)區(qū)船舶事故發(fā)生的原因分析，并根據(jù)事故樹(shù)原理對(duì)事故的成因分層展開(kāi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)造成三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞主要分為操作過(guò)失引發(fā)的碰撞、違規(guī)行動(dòng)引發(fā)的碰撞或極端天氣引發(fā)的碰撞這三種情況，所以第一層為“或”門。以此類推，直到事故樹(shù)各層原因不能再繼續(xù)分析為止，得到三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故的事故樹(shù)圖，如圖 2 所示。

圖2 船舶碰撞事故樹(shù)圖

3 船舶碰撞事故原因的定性分析

通過(guò)求解圖2的最小割集和結(jié)構(gòu)重要度，找出船舶碰撞事故的薄弱環(huán)節(jié)。

3.1 最小割集的確定

運(yùn)用布爾代數(shù)法求船舶碰撞的最小割集[7-8](這里T為頂上事件，M為中間事件，Xi為基本事件)，由于極端氣候引發(fā)的船舶碰撞具有不可抗力性，這里不做討論，最小割集求解過(guò)程如下所示：

T=M1+M2

T=M4+M5+X9|M6

T=X1|M7|M8|X9+X10|X6|X12+X9|

T=X1X2|X3|X4|X5|X6|X10+X1|X2

通過(guò)運(yùn)算得出造成三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故發(fā)生的最小割集為：

Ф = { ( X1，X2，X3，X4，X5，X6，X10)， (X1，X2，X3，X4，X5，X7，X10)， (X1，X2，X3，X4，X5，X8，X10)，(X1，X2，X3，X4，X5，X9，X10)， (X6，X11，X12)，(X10，X13)，(X10，X14)，(X10，X15)，(X10，X16)， (X10，X17)， (X10，X18)} ，共11個(gè)最小割集。

3.2 最小割集法求解結(jié)構(gòu)重要度Ixi

遵循結(jié)構(gòu)重要度定性分析的原則[9-10]，可以判斷個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)椋?/p>

IX10>IX13=IX14=IX15=IX16=IX17=IX18>IX6>IX11=IX12>IX1=IX2=IX3=IX4=IX5>IX7=IX8=IX9

以上是從定性角度對(duì)事故樹(shù)進(jìn)行分析，可以得出臨危操作不當(dāng)(X10)、冒險(xiǎn)橫越(X13)、冒險(xiǎn)追越(X14)、違反定制線(X15)、違章航行(X16)、冒險(xiǎn)夜航(X17)、冒霧航行(X18)是導(dǎo)致三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞的重要原因。

4 三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故定量分析

4.1 基本事件概率qi

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的80起三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故數(shù)據(jù)及各基本事件發(fā)生的數(shù)量分析，計(jì)算各基本事件發(fā)生的概率qi。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

(1)

其中：qi為基本事件發(fā)生的概率，Ni為第i個(gè)基本事件發(fā)生的次數(shù)，得到各個(gè)基本事件發(fā)生的概率見(jiàn)表1。

表1 各個(gè)基本事件發(fā)生概率

4.2 頂上事件概率

利用最小割集計(jì)算頂上事件發(fā)生概率的公式為[11-13]：

Q=F1+F2+…(-1)N-1FN

(2)

(3)

(4)

…

(5)

(6)

由公式(2)～(5)可得頂上事件發(fā)生概率為：

Q=qk1+qk2+qk3+qk4+qk5+qk6+qk7+qk8+qk9+qk10+qk11=q1q2q3q4q5q6q10+q1q2q3q4q5q7q10+q1q2q3q4q5q8q10+q1q2q3q4q5q9q10+q6q11q12+q9q13+q9q14+q9q15+q9q16+q9q17+q9q18=2.00@ch10-2

(7)

4.3 概率重要度計(jì)算Ig(i)

由文獻(xiàn) [14] 可知概率重要度Ig(i)_

Ig(i)=?Q(T)/?qi

(8)

式中：Q(T) ———頂事件發(fā)生概率；qi———第I個(gè)基本事件的發(fā)生概率。

4.4 臨界重要度

(9)

將3.1 當(dāng)中所計(jì)算得到的基本事件概率值代入進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合3.3和3.4節(jié)得到船舶碰撞事故的概率重要度及臨界重要度計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 各基本事件概率重要度和臨界重要度

由表2和結(jié)構(gòu)重要度排序均可以看出，無(wú)論是對(duì)船舶碰撞事故定性分析還是定量分析，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故后果影響程度排在前列的都是X10(臨危操作不當(dāng))。

5 討論

運(yùn)用事故樹(shù)定性定量分析方法建立臨界重要度，分析船舶事故發(fā)生原因的數(shù)量值和概率值，解決以往研究中只能依靠專家意見(jiàn)給出經(jīng)驗(yàn)值的問(wèn)題，使分析結(jié)果更具客觀性。同時(shí)，計(jì)算臨界重要度進(jìn)行敏感性分析，對(duì)通航條件時(shí)變性特征明顯的內(nèi)河區(qū)域船舶碰撞事故致因進(jìn)行根原因追溯，為風(fēng)險(xiǎn)控制措施制定提供理論依據(jù)。

本文得出“臨危操作不當(dāng)”是導(dǎo)致三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故首要原因。由于三峽庫(kù)區(qū)通航條件復(fù)雜，存在洪水期、枯水期，以及回水變動(dòng)區(qū)和干支交匯區(qū)等特點(diǎn)，航道季節(jié)性變化明顯，復(fù)雜多變的水域通航環(huán)境給庫(kù)區(qū)船舶航行帶來(lái)各種隱患，對(duì)船舶駕駛?cè)藛T的要求高，從而造成水上交通事故時(shí)有發(fā)生。今后可結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故數(shù)據(jù)并通過(guò)視覺(jué)、心電、皮電等生理特征對(duì)船舶駕駛員進(jìn)行駕駛行為的研究。研究船舶駕駛員在航行過(guò)程中生理指標(biāo)的變化特性，并以此為基礎(chǔ)對(duì)船舶駕駛員心理負(fù)荷變化情況進(jìn)行分析，對(duì)預(yù)防人為因素引起水上事故、維護(hù)內(nèi)河航運(yùn)安全、推動(dòng)內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展具有重要意義。

6 結(jié)論

(1)以船舶碰撞事故為頂上事件構(gòu)建事故樹(shù)，從定性和定量?jī)蓚€(gè)維度結(jié)合分析三峽庫(kù)區(qū)的船舶碰撞事故致因，通過(guò)計(jì)算 “三個(gè)度”(即：事故樹(shù)的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和臨界重要度)，得出臨危操作不當(dāng)為導(dǎo)致三峽庫(kù)區(qū)船舶碰撞事故首要原因，也間接說(shuō)明了其航行環(huán)境的復(fù)雜性。

(2)建議加強(qiáng)船員業(yè)務(wù)素質(zhì)和心理素質(zhì)的培養(yǎng)，提升應(yīng)急能力。此外，海事監(jiān)管部門創(chuàng)新監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)技術(shù)，從技術(shù)層面防止船舶碰撞險(xiǎn)情的發(fā)生。