外軍航母火災事故分析及對策研究*

褚　政　金　焱

(海軍航空工程學院　煙臺　264001)

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外軍航母火災事故分析及對策研究*

褚政金焱

(海軍航空工程學院煙臺264001)

摘要在設備密布和艦員眾多的航母上，安全管理的難度極大。高溫的飛機發動機、彈藥、燃油、靜電都有可能引發火災。而火災一旦管控不力，往往伴隨著爆炸，其烈度將會增大，持續時間也會增長，將對航母的安全構成嚴重威脅。論文利用事故樹工具對外軍航母火災事故風險進行分析，從人員、環境、裝備的角度查找火災危險源，進而得出航母火災事故預防控制的對策措施。

關鍵詞航母火災; 風險分析; 事故樹分析

Class NumberU698.4

1引言

火災無論對于軍用艦艇還是民用船舶都是一種常見的主要災害[1]。尤其在設備密布和艦員眾多的航母上，安全管理的難度極大。高溫的飛機發動機、彈藥、燃油、靜電都有可能引發火災[2～3]。而火災一旦管控不力，往往伴隨著爆炸，其烈度將會增大，持續時間也會增長，將對航母的安全構成嚴重威脅。火災與爆炸是二戰后很常見的一類航母事故，外軍一直將這種事故視為“頭號勁敵”。相關統計資料表明，二戰后航母所發生的各類事故中，火災約占到了35%。火災與爆炸事故造成航母的大中型破壞占到事故總數的50%以上。造成這種局面的原因主要有以下兩點:一是單次火災演變為多起并發火災，后者極難控制；二是火災常常與爆炸和毒氣(煙、霧)結合在一起。根據可燃物的類型和燃燒特性，通常將火災分為A類(固體物質火災)、B類(液體或可熔化的固體物質火災)、C類(氣體火災)、D類(金屬火災)、E類(帶電火災)和F類(烹飪器具內的烹飪物火災)[4]，除此之外，航母火災還包括由于彈藥的爆炸燃燒引起的彈藥火災[5～6]。火災一般分為發生、發展、蔓延等不同發展階段，在航母火災發生的初期，是火災最容易被控制和撲滅的階段，是消滅火災于萌芽之際的關鍵。航母消防，必須貫徹“以防為主、消防兼備”的原則。“防”就是防患于未然，防止火災發生；“消”就是一旦發生火情，能在較短的時間內將火撲滅，最大限度地減少火災損失。因此，對于航母火災，首要的是防范于未然，而一旦火情發生，就需要在最短的時間內將其撲滅，也就是將其消滅在萌芽狀態。本文力求在對外軍航母火災進行分析的基礎上，利用事故樹分析(Accident Tree Analysis， ATA)[7]對其進行建模，研究其發生的條件，并在此基礎上給出防范航母火災的對策措施。

2事故樹分析方法

事故樹分析方法是起源于故障樹分析(Faulty Tree Analysis， FTA)方法，它是由美國貝爾實驗室于20世紀60年代基于圖論提出的一種安全評價方法，這種方法通過對從結果到原因描述事故發生的有向邏輯樹進行演繹分析，尋求防止結果發生的對策，不僅能分析出事故的直接原因，還能深入地揭示出事故的潛在原因，是目前已在我國廣泛使用的一種安全評價方法[7～8]。事故樹作為一種描述事故因果關系的有方向的“樹”，是系統安全工程中的重要的分析方法之一[9]，是分析研究火災的一種有效方法。

2.1事故樹分析原理

事故樹是對生產活動中可能出現的事故條件和可能導致的災害后果，按工藝流程、先后次序和因果關系繪成的邏輯樹圖。邏輯樹圖是由各種事件和與其連接的邏輯門符號組成。事件是樹的節點，邏輯門是表示節點與節點連接關系的符號。邏輯樹圖具有直觀明了、思路清晰、邏輯性強的特點，它既可以定性分析，又可做定量分析[10]。

事故樹定性分析，是根據事故樹求取其最小割集和最小徑集，確定頂上事件發生的事故模式、原因及其對頂上事件的影響程度，為采取預防對策和控制措施，防止同類事故發生提供科學根據。事故樹頂上事件發生與否是由構成事故樹的各種基本事件的狀態決定的。在事故樹中，把引起頂上事件發生的基本事件的集合稱為割集。在事故樹的所有割集中，能導致頂上事件發生的最低限度的基本事件的集合叫做最小割集。因此，最小割集是引起頂上事件發生的充分必要條件。通過布爾代數法對事故樹模型進行計算就可以得到事故樹的最小割集。

一個基本事件對頂上事件發生的影響大小稱為該基本事件的重要度。重要度分析在系統的事故預防、事故評價和安全性設計等方面有著重要的作用。確定了最容易導致頂上事件發生的事件，就能有重點地采取有效措施，盡可能地避免事故的發生，這可以通過對基本事件進行重要度分析來實現。如果不考慮各基本事件發生的概率，或假定各基本事件的發生概率相等，僅從事故樹的結構上研究各基本事件對頂上事件的影響程度，稱為結構重要度分析，并用基本事件的結構重要度系數、基本事件割集重要度系數判定其影響大小。

2.2事故樹分析步驟

事故樹分析一般都遵循以下基本程序:熟悉系統、調查事故、確定頂上事件、確定目標值、調查原因事件、畫出事故樹、定性分析、計算頂上事件發生概率、進行比較、定量分析。使用者還可根據實際需要和要求，來確定分析程序。目前我國ATA一般都考慮到定性分析為止，也能取得較好效果。具體分析步驟如下:

1)熟悉系統。詳細了解系統狀況及各種參數，繪制出工藝流程圖或布置圖。

2)調查事故。收集事故案例，進行事故統計，設想給定系統可能要發生的事故。

3)確定頂上事件。要分析的對象事件即為頂上事件。對所調查的事故進行全面分析，從中找出后果嚴重且較易發生的事故。

4)確定目標值。根據經驗教訓和事故案例，經統計分析后，求解事故發生的概率(頻率)，作為要控制的事故目標值。

5)調查原因事件。調查與事故有關的所有原因事件和各種因素。

6)畫出事故樹。從頂上事件起，逐級找出直接原因事件，直到所要分析的深度，按其邏輯關系，畫出事故樹。

7)定性分析。按事故樹結構進行簡化，確定各基本事件的結構重要度。

3航母火災事故樹分析

3.1外軍航母火災和爆炸原因分析

3.1.1主機和鍋爐起火

主機和鍋爐起火的原因包括來自主機和輔機軸承的潤滑油濺落到渦輪或管路熱表面。除此之外，鍋爐起火的大多數原因是自身爆炸，而鍋爐爆炸的原因主要有爐壁超壓(鍋爐內蒸汽過壓)、水位下降、鍋爐結構缺陷、鍋爐維修與保養不當、鍋爐艙積水的水面以上燃料殘渣被引燃以及煙囪內油煙的燃燒等。

3.1.2航空燃料

航母上搭載有大量航空燃料，在燃料的加注過程中可能出現意外起火。此外，航母接受航空油料補給和航母為屬艦進行油料補給時，也可能因意外導致燃料起火。

3.1.3工作介質

一些設備的流體介質受到壓力也會引起火災。

3.1.4彈藥

彈藥在高溫、高壓等條件下會出現意外爆炸，引起大火。

3.1.5電氣設備和焊接事故

電氣設備故障、焊接不慎出現的火花、電弧以及焊接造成的金屬熱表面和焊接質量等問題，都會造成火災事故。

3.1.6艦載機起降

艦載機起降事故，往往導致次生火災事故，而火災產生的高溫又可能導致彈藥爆炸。

3.1.7人為因素

艦員的操作失誤、違規操作和蓄意破壞都可能帶來火災事故。

3.1.8易燃物資

除航空燃油外，航母上儲存的大量潤滑油、油漆等易燃易爆物資違規存放和保管，也可能帶來火災事故。

3.2事故樹構建

通過對大量外軍航母火災事故的分析研究，以及對航母火災危險源辨識的基礎上，考慮到火災事故的發生必須滿足有可燃物和火源這兩個基本條件的實際情況，建立航母火災事故樹，如圖1所示。

圖1中各個事件編號的意義見表1。

表1　航母火災事故樹的編號及含義

3.3事故樹定性分析

由圖1所示的航母火災事故樹，可得其表達式為

圖1　航母火災事故樹

利用布爾代數法迭代，可得

T=M1·M2

=M1·(M21+M22)

=(X1+X2+…+X4)·[(X5+X6+…+X9)+

(X10+X11+X12)]

=(X1+X2+…+X4)·(X5+X6+…+X12)

=(X1·X5)+(X1·X6)+…+(X1·X12)+

(X2·X5)+(X2·X6)+…+(X2·X12)

+…+(X4·X5)+(X4·X6)+…+(X4·X12)

由此可得最小割集為{X1,X5}、{X1,X6}、…、{X1,X12}、{X2,X5}、{X2,X6}、…、{X2,X12}、…、{X4,X5}、{X4,X6}、…、{X4,X12}，共32組，當這些最小事件任何一組發生時，航母火災就會發生，最小割集羅列出了導致火災發生的32種隱患。根據最小割集的性質可知，最小割集是所有可能引發火災的隱患事件集合，是造成航母火災發生的充分必要條件。

為了能夠避免火災的發生，尋求最為可行的預防措施，可以對事故樹進行最小徑集分析。只需將事故樹的與門變成或門，或門變成與門，即可將事故樹轉化為對偶的故障樹(Dual Faulty Tree, DFT)，其表達式為

T=M1+M2

=M1+(M21·M22)

=(X1·X2·…·X4)+[(X5·X6·…·X9)·

(X10·X11·X12)]

=(X1·X2·…·X4)+(X5·X6·…·X12)

由此可得最小徑集為{X1,X2,…,X4}、{X5,X6,…,X12}，共2組，最小徑集給出了避免航母火災發生的可能方案。只要能夠分析出這些隱患在導致航母起火事件中的影響程度大小，并據此有針對性地加強監管，就能夠以航母的消防力量獲得避免火災發生的最佳效果。由求解結構重要度的法則[11]可知:當最小徑集的基本事件數不相等時，基本事件少的徑集中的基本事件比基本事件多的徑集中的基本事件的結構重要度大。因此，由最小徑集可以確定事件結構重要度關系為

Iφ(1)=Iφ(2)=…=Iφ(4)>Iφ(5)

=Iφ(6)=…=Iφ

(12)

由基本事件結構重要度的關系可知，為了預防航母火災的發生，首先應當重點加強對航母上可燃物的管理，其次應當加強對由于艦員或設備所引起的火源的管控。

4航母火災預防對策措施

根據以上對航母火災事故樹分析結果可知，預防航母火災的發生應該從對可燃物品和火源的管理兩個方面入手，尤其是加強對可燃物的管理更為重要，實施起來也更容易，效果更好。落實到航母裝備管理中的具體做法是:

1)盡量減少并嚴格管控航母上的可燃物品。比如:用阻燃材料作為航母的舾裝材料；限制鋁合金材料的使用；嚴格按照相關規定做好彈藥的儲存保管，并做好航行固定工作，消除顛簸碰撞隱患；嚴格落實管理制度，及時清理污油、擦除漏油，保持機械設備表面和機艙底部清潔無油污；棉紗抹布、可燃工具等要妥善放置，避免與溫度過高物體長期接觸；儲藏室的可燃物品要分類放置，避免堆積引發自燃；辦公物品盡量不使用可燃材料等。

2)對艦員的行為要加強管理。比如:嚴禁在艙室吸煙；鍋爐在啟動前預掃風以清除爐膛內油氣混合氣防止發生點火爆炸；及時傾倒機艙垃圾，保持機艙、蓄電池室和航煤艙通風；進行電氣焊操作時，單獨指派一名持滅火器的消防員，以備隨時對可能出現的明火引燃進行消防；強化人員火災安全意識，建立人員消防責任制和事故問責機制，提高人員損管技能等。

3)加強對武器裝備、設備狀態的監管。經常對設備的絕緣狀況進行檢查；定期為機械運動部件添加潤滑油；大功率的燈體上要加裝保護罩，蓄電池室、彈藥庫等場所要使用防爆燈；規范裝備運行值班制度，加強裝備日常管理，實時掌控裝備運行狀態等。

5結語

本文利用事故樹方法對外軍航母火災進行了分析研究，確定出了引發航母火災的32種隱患，并尋找到了避免航母火災最有效的方法途徑，最后給出了預防航母火災的具體對策措施，具有一定的參考應用價值。

參 考 文 獻

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Accident Analysis and Countermeasures of Foreign Aircraft Carrier Fire

CHU ZhengJIN Yan

(Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001)

AbstractSecurity management is very difficult in the aircraft carrier where there are lots of equipment and people. The plane’s engine whose temperature is high, ammunition, fuel and static electricity may lead to fires. Fires are often accompanied by explosions if they are not controlled well, which can make fires’ intensity and lasting time increase, and threaten the aircraft carriers badly. Accident tree is used to analyze the fires’ risk of the foreign aircraft carriers. Danger sources of fires are found from the point of view of staff, environment and equipment. Countermeasures of preventing and controlling aircraft carrier fires are achieved.

Key Wordsaircraft carrier fire, risk analysis, accident tree analysis

* 收稿日期：2015年11月3日,修回日期：2015年12月25日

作者簡介：褚政，男，碩士，講師，研究方向：艦船裝備安全管理。金焱，男，博士，講師，研究方向：艦船裝備安全管理。

中圖分類號U698.4

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.003