Bow-Tie模型在彈藥公路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用

王 巍， 安振濤， 姚 愷

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊 050003)

彈藥公路運(yùn)輸安全問題一直是彈藥安全研究的重要內(nèi)容之一。特別是近年來，隨著彈藥需求量的不斷增大以及各類新型彈藥的列裝，使得彈藥公路運(yùn)輸安全評估和風(fēng)險(xiǎn)分析逐漸成為彈藥安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因此，對彈藥公路運(yùn)輸進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，研究公路運(yùn)輸條件下影響彈藥運(yùn)輸安全的主要因素、影響機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)管控措施，對提高彈藥保障效率、提升彈藥保障安全具有重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。目前，關(guān)于彈藥安全的研究已有很多，但大多數(shù)研究仍將事故原因或者事故后果單獨(dú)作為研究對象進(jìn)行安全評估和風(fēng)險(xiǎn)分析，而針對事故發(fā)生全過程的研究涉及較少。本文引入Bow-Tie模型，采用事故樹與事件樹相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，建立彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故Bow-Tie模型，進(jìn)而找出彈藥公路運(yùn)輸過程中的危險(xiǎn)源，提出事故前的預(yù)防措施和事故后的控制措施。

1 Bow-Tie分析技術(shù)概述

1979年，澳大利亞昆士蘭大學(xué)在關(guān)于帝國化學(xué)工業(yè)公司危害分析的課程講義中首次提出了Bow-Tie模型[1]。經(jīng)過多年的研究后由殼牌石油公司最先開始將其引入商業(yè)實(shí)踐中。因?yàn)樵撃Ｐ途哂泻喢鞫笠⒁子诶斫獾奶攸c(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于航空安全、石油輸送、能源開采等領(lǐng)域[2-6]的風(fēng)險(xiǎn)分析與安全管理中。其基本原理如圖1所示。

圖1 Bow-Tie模型結(jié)構(gòu)

Bow-Tie模型整體結(jié)構(gòu)與蝴蝶結(jié)相似，故也被稱為蝴蝶結(jié)模型。該模型是將事故樹和事件樹兩種分析方法同時應(yīng)用于某一事故分析，從而探尋事故前的預(yù)防措施和事故后的控制措施[7]。Bow-Tie模型組成主要有五部分，即：事故危險(xiǎn)源、事故前的預(yù)防措施、頂上事件、事故后的控制措施和事故結(jié)果。具體過程一般分為兩步：一是進(jìn)行事故樹分析，通過分析影響彈藥運(yùn)輸安全的主要因素，建立以某一事故發(fā)生為頂上事件的事故樹，進(jìn)而得到該事故蝴蝶結(jié)模型的左側(cè)結(jié)構(gòu)；二是進(jìn)行事件樹分析，根據(jù)同一事故發(fā)生后可能的結(jié)果來構(gòu)建相應(yīng)的事件樹，進(jìn)而得到該事故蝴蝶結(jié)模型的右側(cè)結(jié)構(gòu)。通過圖1的Bow-Tie模型示意圖可知，該方法能夠比較清晰地把事件發(fā)生的原因、結(jié)果以及事前事后可采取的預(yù)防和控制措施呈現(xiàn)出來，幫助研究人員在風(fēng)險(xiǎn)分析時找到薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行有效控制。

2 彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故分析

2.1 繪制事故樹

彈藥公路運(yùn)輸安全影響因素可分為兩類：運(yùn)輸交通和運(yùn)輸環(huán)境[8]。公路交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),一般包括駕駛員、車輛、道路、環(huán)境和管理等因素，其中駕駛員是影響交通安全的核心因素。影響運(yùn)輸環(huán)境安全的主要因素是彈藥受到的沖擊和振動，而沖擊和振動的強(qiáng)度量值與運(yùn)輸車輛的行駛速度有密切關(guān)系，其中運(yùn)輸中的彈藥所受的沖擊主要是由路面的不平整、緊急剎車、碰撞和翻車等因素造成的[9]。結(jié)合現(xiàn)有彈藥公路運(yùn)輸操作規(guī)定及研究經(jīng)驗(yàn)，以彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故為例建立如圖2所示事故樹，各符號含義如表1所示。

表1 事故樹各符號的含義

圖2 彈藥公路運(yùn)輸事故樹

2.2 最小徑集分析

最小割集是導(dǎo)致彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故發(fā)生的基本事件最低限度的集合。通過布爾代數(shù)法估算后發(fā)現(xiàn)，彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故樹最小割集超過300個，不利于直接計(jì)算。為簡化計(jì)算過程，可利用事故樹與成功樹的對偶性，通過求解成功樹的最小割集來求解事故樹的最小徑集。利用布爾代數(shù)法簡化后得到結(jié)構(gòu)函數(shù)：

T=A1+A2+A3=X1X2X3X4+B1B2B3X10+B4+B5=X1X2X3X4+(X5+X6)X7X8X9X10X11X12+X13X14X15X16X17+X18X19X20X21=X1X2X3X4+X5X7X8X9X10X11X12+X6X7X8X9X10X11X12+X13X14X15X16X17+X18X19X20X21

求得最小徑集有5個：P1={X1,X2,X3,X4}，P2={X5,X7,X8,X9,X10,X11,X12}，P3={X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12}，P4={X13,X14,X15,X16,X17}，P5={X18,X19,X20,X21}。

2.3 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析就是在不考慮各基本事件發(fā)生概率的前提下，從事故樹的層次結(jié)構(gòu)入手分析各基本事件對引起頂層事件的影響程度。結(jié)構(gòu)重要度公式為

式中：I(i)為基本事件Xi的結(jié)構(gòu)重要度近似判別值；Xi∈Pi為本事件Xi屬于最小徑集Pi；ni為本事件Xi所在最小徑集Pi階數(shù)。

結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)排序?yàn)椋篒(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)>I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)>I(7)=I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)>I(5)=I(6)。

通過對結(jié)構(gòu)重要度分析可以得出，彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故影響程度由大到小依次為：駕駛員因素和彈藥的沖擊與振動、彈藥存儲及自身性質(zhì)、道路和交通管理因素、車輛因素。

2.4 爆炸事故后果分析

彈藥在公路運(yùn)輸過程中，由于上述原因，當(dāng)振動、沖擊的加速度量值達(dá)到引信解脫保險(xiǎn)域值時，造成引信發(fā)火，從而導(dǎo)致引信傳爆管爆炸。其產(chǎn)生的沖擊波和大量破片能夠?qū)δ繕?biāo)造成位移、形變、震顫和高速撞擊等劇烈作用，進(jìn)而使周圍介質(zhì)受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致人員傷亡、擊穿目標(biāo)、引爆其他彈藥[10]。本文選擇幾類常見彈藥公路運(yùn)輸事故中后果最嚴(yán)重的一類事故，即彈藥爆炸事故作為頂層事件，將引發(fā)爆炸的沖擊和振動兩種情況作為事件樹分析的初因事件。圖3為彈藥爆炸事故事件樹。

圖3 彈藥公路運(yùn)輸爆炸事件樹

2.5 爆炸事故蝴蝶結(jié)模型的構(gòu)建

根據(jù)上述分析結(jié)果，以彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故為頂事件,建立了彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故的蝴蝶結(jié)模型，如圖4。從圖中可以看出，爆炸事故發(fā)生前后，可在駕駛員選擇、車速控制、車輛檢查、交通環(huán)境、安全管理、包裝技術(shù)等方面采用多種安全屏障來預(yù)防事故發(fā)生，也可采用停車檢查、根據(jù)應(yīng)急預(yù)案自救互救、軍地雙方救援等多種控制手段來降低事故后果的影響。

圖4 彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故Bow-Tie分析結(jié)果

3 彈藥爆炸事故預(yù)防及控制措施

3.1 事故前的預(yù)防措施

(1)嚴(yán)格駕駛員的篩選、教育和培養(yǎng)。優(yōu)秀的駕駛員能夠有效降低彈藥運(yùn)輸事故發(fā)生的概率，因此針對X1—X4事件，應(yīng)對從事彈藥運(yùn)輸?shù)缺ㄆ愤\(yùn)輸?shù)鸟{駛員進(jìn)行全面綜合的培養(yǎng)，使駕駛員熟練掌握相關(guān)道路管理規(guī)定、各類指示標(biāo)識以及所用車輛的防護(hù)性能等知識。另外，在平時還應(yīng)定期組織駕駛員的安全技術(shù)培訓(xùn)、駕駛技能訓(xùn)練以及模擬應(yīng)急演練，并選擇工作經(jīng)驗(yàn)豐富、心理素過硬的駕駛員執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)，以提高運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

(2)合理選擇運(yùn)輸車速。大量的交通事故案例證明，車速越快，緊急剎車時的沖擊作用會越強(qiáng)，彈藥公路運(yùn)輸?shù)陌踩跃驮降汀Ｎ墨I(xiàn)[11]中也明確提出，行車速度與交通事故的發(fā)生有著緊密的聯(lián)系，行駛速度離散性大，導(dǎo)致車輛間超車與被超車頻繁出現(xiàn)，極易引發(fā)交通事故。為有效降低A1、B5等因素對彈藥公路運(yùn)輸安全的影響，選擇合理的速度并保持穩(wěn)定的運(yùn)行對彈藥運(yùn)輸安全至關(guān)重要。

(3)改進(jìn)彈藥包裝技術(shù)，嚴(yán)格落實(shí)裝載規(guī)范。科學(xué)的包裝和規(guī)范的裝載不僅能對彈藥起到有效的防護(hù)作用,延緩其質(zhì)量變化,而且能夠?qū)崿F(xiàn)彈藥的快速裝卸和運(yùn)輸作業(yè),提高彈藥的保障效率[12]。當(dāng)彈藥運(yùn)輸車輛在遇到X18—X21等極端事件的情況下，有效的彈藥包裝和合理的裝載固定方式能夠減少沖擊對彈藥帶來的不利影響，提高彈藥的安全性。

(4)加強(qiáng)道路環(huán)境維護(hù)，完善安全管理規(guī)定。在影響駕駛員決策和車速選擇的多種因素中,道路條件和安全管理規(guī)定起到重要作用。這就要求道路維護(hù)部門應(yīng)及時對設(shè)計(jì)不合理、路況不佳的路段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以降低X7—X9等事件對彈藥運(yùn)輸?shù)挠绊憽Ａ硗猓晟葡嚓P(guān)管理規(guī)定,促進(jìn)軍地雙方在制度層面上的“兼容”，能夠降低駕駛員因車速規(guī)定不同導(dǎo)致頻繁錯車帶來的危險(xiǎn)。

(5)嚴(yán)格車輛運(yùn)輸前后檢查。無數(shù)的交通事故案例顯示[13]，運(yùn)輸車輛關(guān)鍵部件出現(xiàn)故障將極大影響車輛運(yùn)輸安全。因此，對于參與任務(wù)執(zhí)行的運(yùn)輸車輛，在運(yùn)輸開始前后都應(yīng)由車輛維護(hù)人員進(jìn)行嚴(yán)格的車況檢查，將隱患消除在準(zhǔn)備階段。

3.2 事故后的控制措施

(1)停車檢查。當(dāng)出現(xiàn)類似事件A2、A6、A12等因駕駛員操作失誤或者意外導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時，應(yīng)及時停止運(yùn)輸作業(yè)，由專業(yè)人員對彈藥進(jìn)行外觀及技術(shù)檢查，排除風(fēng)險(xiǎn)后繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)。

(2)根據(jù)應(yīng)急預(yù)案展開救援行動。緊急情況下，應(yīng)根據(jù)應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容，迅速采取隔離現(xiàn)場、禁止附近車輛人員靠近、保護(hù)車輛離開、救治傷員、殘留彈藥處理等行動。有效的應(yīng)急預(yù)案能夠有效控制事故發(fā)生后的影響范圍，降低二次傷害的發(fā)生，為后續(xù)救援提供便利。

(3)采取自救互救措施。當(dāng)事件A3—A5、A9—A11等爆炸事故發(fā)生后，應(yīng)由車輛駕駛員、押運(yùn)員或者保障人員根據(jù)現(xiàn)場情況臨時負(fù)責(zé)救援工作,及時采取擺放警示標(biāo)志、中斷車輛通行、緊急救治傷員、及時上報(bào)情況等措施[14]。

(4)救援力量參與救援。由于彈藥爆炸事故的特殊性，事故發(fā)生后可協(xié)調(diào)軍地雙方共同參與事故救援，并根據(jù)實(shí)際情況依次采取上報(bào)情況、風(fēng)險(xiǎn)評估、疏散人員、設(shè)置隔離區(qū)、傷員救治、未爆彈處理、分析事故原因等措施，將損失降到最低。

4 結(jié)束語

Bow-Tie模型作為一項(xiàng)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的安全管理工具，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全、降低事故風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑。本文以彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故為例，建立了Bow-Tie模型，并以事故樹和事件樹為基礎(chǔ)，提出了相應(yīng)的事故預(yù)防及控制措施，具有一定的實(shí)際意義。在該方法的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)所運(yùn)彈藥的種類、數(shù)量、質(zhì)量等具體情況有針對性的進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，提出事故預(yù)防及控制措施，從而降低彈藥公路運(yùn)輸爆炸事故發(fā)生的概率，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。