VR游樂設施運用SHA和FMEA風險評估的探討

洪 飛

（上海國際主題樂園有限公司，上海 200120）

0 引言

隨著國內虛擬現實技術的飛躍發展和人民群眾對娛樂的不斷追求，使用虛擬現實技術的游樂設施層出不窮。我國對占地運行最大線速度＞2 m/s，運行高度＞2 m，且在《特種設備目錄》中的游樂設施被定義為大型游樂設施，其需要參照相關法律法規執行登記注冊、定期檢驗和作業人員取證等一系列嚴格的管理措施。為了規避相關政府部門的監管，一些有動力類小型游樂設施游走在大型游樂設施之外，其同樣使用了虛擬現實技術，這些有動力類小型游樂設施越來越受追捧，一些能360°旋轉的VR旋轉座椅驚險刺激，非常受年輕人的歡迎。《GB/T 34272—2017小型游樂設施安全規范》發布實施，指出有動力類小型游樂設施參考GB 8408執行，一定程度上為行業積極向上發展指明了方向。小型游樂設施結合虛擬現實技術，在聲、光和電的作用下，形成了復雜的運動工況，越來越驚險刺激。目前國內小型游樂設施設計上依靠經驗設計的比例較大，但是在《GB8408—2018大型游樂設施安全規范》中第一次正式提出游樂設施設計階段應該進行風險評估，并鼓勵設施在使用運營階段持續通過風險評估的方法進行安全評估。雖然在國內大型主題樂園客戶的推動下，某些虛擬現實技術專題風險評估研究得到了較快發展，但從總體上來說，還是缺少系統性和完整性。《GB/T 24353—2009風險管理 原則與實施指南》中將風險評估（risk assessment）分為3個步驟，即風險識別、風險分析和風險評價。從這3個方面分別回答了風險評估的4個核心問題，即“什么會失效？失效的嚴重程度是什么？失效的可能性是什么？風險是否可以被接受？”。

而該文將討論結合系統的危害分析（SHA）、失效模式與后果分析（FMEA）的風險評估方法[1-2]，從上述4個問題著手，分析如何通過風險評估來提高VR小型游樂設施的本質安全化。

1 SHA和FMEA運用于游樂設施風險評估的實踐

1.1 系統危害分析

系統危害分析（System Hazard Analysis），縮寫為SHA，是有組織地、系統地對游樂設施系統進行危害辨識，即包括定量分析，又包括定性分析[3-5]。首先辨識危害，其次進行后果分析和頻率分析，接著確定風險，最后與可接受的風險標準進行比較，最后制定減輕消除風險的措施。危害分析的質量與2個關鍵點有關系：1）系統潛在危害識別的充分性。2）糾正措施的合理性。

1.2 失效模式和后果分析

失效模式和后果分析（Failure Mode and Effect Analysis），縮寫為FMEA，是一種從下到上的故障分析方法，分析各部分失效模式對整個系統的影響，并能識別系統的可靠性或確定失效原因、故障的后果和損壞程度，找出對系統有重大影響的部位和故障模式，將故障影響降到最低或消除其風險[5]。FMEA一般在游樂設施制造前進行，通過風險分析，進行風險量化，找出失效機理，提出改進措施。

1.3 SHA與FMEA的結合

游樂設施與傳統的工業設備的重大區別是游樂設施包括3種重要工況，分別是正常運行工況（空載、滿載和偏載等）、非正常運行工況（急停、應急救援和維護保養等）和極限狀態工況（惡劣天氣和地震等），而且在運營期間大量的人員在該設備上體驗，人員的安全更是重中之重。考慮到游樂設施的運動特點，應該選擇適合該類設備的風險評估方法對其進行分析，建立一套完整、具體的風險評估體系[6-9]。傳統的FMEA方法通過失效的嚴重度、發生頻率和難檢度的乘積來評估風險等級，忽略了三者之間相對重要性的不同，也無法考慮各個故障模式對游客或系統風險的貢獻程度差異，再加上傳統的FMEA方法很難對運營專業人士的經驗和知識做出準確的描述，導致該方法在實際應用時存在一定的局限性。而SHA可以從系統的角度出發，以游客、員工、設備和運營4個方面進行風險評估。綜合SHA和FMEA 2種風險評估方法的優點，可以幫助評估體系最大限度地對各種風險進行評估，并采取相應的措施將風險控制在可接受范圍內或者消除。

莊春吉、王志榮和張新東的研究中選取了人、機、環和管4個一級評估指標[9]。該文在結合了Zhang和莊春吉等人的研究后[2，9]，利用SHA和FMEA的風險分析方法，從游客、員工、設備和運營4個方面分析了評估風險優先數值（RPN）時的3個關鍵指標，嚴重度（S）、發生頻率（O）和難檢度（D），即風險優先數值（RPN）=嚴重度（S）×發生率（O）×探測度（D）。

在使用SHA和FMEA進行風險評估時，首先應該建立風險評估小組，要求至少包括運營、設計、維護和安全等4個方向的專業人員。邀請來自不同職能部門的經驗豐富的成員參與，在分析判斷時，提高嚴重度、發生率和探測度的全面性和準確性。其次，召開風險評估小組會議，制定劃分標準見表1，并達成統一認知。再次，明確實施步驟和工作流程，如圖1所示。最后，分析數據，總結改進措施，提高設施的安全性。

圖1 SHA+FMEA風險評估工作流程

表1 劃分標準

2.2 SHA和FMEA運用于游樂設施風險評估的應用實踐

結合游樂設施產品特性，以某室內樂園VR游樂設施設計為例，參照2.1中的理論，運用結合SHA和FMEA的風險評估方法來提高設計的安全性。

首先，建立了5人的風險評估小組，包括項目經理1名，運營、設計、維護和安全部門各1名，召開溝通會議并確定了該工作的任務、流程和相關標準。其次，將所有設計的部件列出，從游客、員工、設備和運營這4個方面來分析其所有的失效原因，如圖2所示，細化危害事項，列出嚴重度，分析糾正措施前存在風險的可能性和發生頻率，得出RPN值。接著，制定針風險控制措施，并分析在糾正措施后存在風險的可能性和發生頻率，得出RPN值。最后，比較RPN值確定風險控制措施的有效性，并進一步評估危害程度。

圖2 失效原因分析

從表2中可以看出，通過計算得出的風險優先數值（RPN）來進行分析，在采取相應的預防措施后，RPN值明顯降低，但是有些危害條目依然存在，需要項目組或者管理層進一步對發生的情況進行評估。此時，風險評估小組可以考慮增加預防控制措施，如條目2中鋒利邊緣全部采用圓弧形設計，條目4中增加檢查頻率，條目6中減少游樂設施的刺激運動時間和降低加速度值等，再次按照圖1的流程圖重新進行風險評估。對于仍然存在風險的條目，提交相關人員評估做最終判定。

表2 SHA+FMEA風險評估矩陣表

3 結語

該文根據SHA和FMEA的優點對VR小型游樂設施進行風險評估，結合游客、員工、設備和運營4個方面的經驗，明顯地提高了風險評估的質量，驗證了風險控制措施的有效性，將風險值降低到可接受的水平，值得在今后的VR小型游樂設施本質安全化設計中借鑒。

目前，國內比較傳統的小型游樂設施分工分為決策—設計—制造—安裝—運營共5個階段，各階段的要求和所需要的技能人員都有差異，導致企業在設計設施時邀請運營方參與設計的情況比較少。該研究中引入運營方的經驗后，能顯著提高設施的風險評估質量。但是在該研究中沒有探討可建造性和可維護性在設計階段風險評估中的影響，在日后的研究中可進一步探索。