HEAP和FSA導則在機電故障船舶人為因素調查分析中的應用

摘 要：航運界公認80%的海上事故是人為因素造成的，船舶機電故障險情也遵循這一規律。在船舶營運過程中消除或盡可能減少人為因素的影響，是提高船舶安全的積極舉措。通過運用《在IMO立法過程中運用人為因素分析程序（HEAP）導則》（以下簡稱“HEAP導則”）和《經修訂的在IMO立法過程中使用綜合安全評估的導則（FSA）》（以下簡稱“FSA導則”），識別船舶機電故障事件中涉及的人為因素和事件發展過程中的風險及風險控制措施，為船舶機電故障調查分析提供一種切實可行的方法，幫助航運業提高船舶安全管理水平。同時，通過對機電故障船舶人為因素的調查，辨析出現有船員培訓教材中可能存在的薄弱環節，便于后續修訂和完善。

關鍵詞：船舶機電故障；人為因素；人為因素分析程序導則；綜合安全評估導則

0 引 言

大部分船舶機電故障險情是突發的，但是經過深入調查發現，故障的根本原因集中在船員檢查和維護保養不到位，公司岸基對船舶維護保養監督、支持、保障能力及支持不夠[1]。歸根結底，是人的因素。人為因素在事故發展的初發階段起到十分重要的作用。目前，海事機構對機電故障船舶的調查主要依靠船舶安檢手段，安檢員大多局限于發生故障的機電設備，雖然調查結果指向人的因素，但缺少追根溯源的能力和方法，忽略了故障發生過程中各個環節的人為因素分析。本文引入HEAP導則和FSA導則的原理，以一起機電故障船舶調查分析為例，為海事人員提供一種科學的調查思路和方法，對船舶機電故障的發展過程進行重現，分析各環節涉及的人為因素及風險，進而提出對癥的風險控制措施，完善船舶安全管理體系。

1 機電故障船舶人為因素分析方法

1.1 HEAP導則

在機電故障船調查活動中運用HEAP導則有關人為因素的關鍵領域和一覽表[2]，可以有助于判明人為因素對機電故障成因和事件發展的推動/促進因素。

HEAP導則中將人為因素劃為5個領域：技術、配員、培訓、管理、工作環境，并列舉了所有的人為因素。運用HEAP導則可以識別機電故障船舶事件中的人為因素。

1.2 "FSA導則

FSA導則是一種結構化和系統化的方法，目的是加強海上安全，包括保護生命、健康、海洋環境和通過風險分析和成本效益評估。

借用FSA導則第一步至第三步[3]的方法和流程，分析故障發生過程的風險和風險管控措施。

1.2.1 危險源識別

步驟一的目的是確定危險和相關場景的列表，并按照審查問題的風險水平進行排序。

1.2.2 風險分析/評估

第二步中風險分析/評估的目的是詳細調查第一步中認定為更重要事故場景的原因、始發事件和后果。

1.2.3 風險控制選項

第三步目的是首先識別風險控制措施，隨后將各類風險控制措施合并為若干風險控制選項作為實際監管選項。應全面考慮既往已識別風險和從第一步和第二步中新識別的風險，以便能產生更廣泛的風險控制措施。第三步包括下列四步：

（1）聚焦需要控制的風險領域；

（2）識別潛在的風險控制措施；

（3）重新評估第二步，評估風險控制措施在減少風險的有效性；

（4）將風險控制措施合并為實際監管選項。

圖1 綜合安全評估的流程

1.3 "基于HEAP導則和FSA導則的調查方法

機電故障船舶的事件發生其實質是一個或數個風險控制措施失效導致的事件。HEAP導則可以用來辨析機電故障船舶事件發展過程中的所有人為因素。FSA導則中分析風險的方法和制定風險控制措施/選項的思路可以用于機電故障船舶事故調查。

在機電故障船舶事故調查中應用FSA和HEAP原理程序如下：

第一步，運用FSA原理識別引發當事船機電故障相關的風險；

第二步，梳理現有公約、法規以及船級社規范中有關針對第一步識別出風險的而制定的風險控制措施（主要是技術性的），即適用的安全要求；

第三步，運用HEAP原理的五方面，結合公司安全管理體系文件辨識人為因素；

第四步，采用結構化思維盡可能復原機電故障從發生到事件發生的全過程和因果鏈，可以從機電故障發生環節倒推機電故障發生的最初可能多重原因；

第五步，匹配機電故障事件每個過程/環節的人為因素；

第六步，辨識安全管理體系（SMS）中存在有待持續改進的事宜；

第七步，延伸調查，辨識船舶機電故障事件中暴露出的現有公約、法規或規范中或海事管理中可能存在的薄弱環節，提高船舶安全設備配備、設計、操作、管理等冗余度。

2 案例分析

2.1 "事故背景

圖2 船舶機電故障過程

本案例是一起發生在長江上海段的船舶機電故障事件。2022年3月，某輪出口時向VTS報告船舶突發機電故障，需要減速航行。

22：40，船速為6.7 kn。船舶在航行過程中組合鍋爐發出低水位報警，輪機部值班人員立即更換另一臺水泵，發現仍然壓力不足，鍋爐無法補水。由于主機沒有廢氣轉換擋板，為防止鍋爐無水干燒，船員向駕駛臺報告減速航行，通過減少主機負荷降低廢氣排量。

之后，船舶一直降速直至拋錨，其間船方輪機部值班人員拆除給水泵管系，并采取管路放氣的應急操作，經過修復最后鍋爐給水泵恢復正常。

2.2 船方報告的機電故障成因分析

在船方提供的故障原因分析中，船方認為1月份鍋爐清洗后蒸發量增大，導致大氣冷凝器熱負荷高，造成熱水井回水溫度過高，鍋爐給水泵吸水后在泵內產生汽化現象，泵內無法建立有效壓力，導致供水困難而引起鍋爐低水位事件發生。

2.3 調查流程的分析邏輯

2.3.1 識別風險

根據FSA導則，首先要識別風險。廢氣鍋爐在廢氣加熱工況下，面臨的風險有以下四類：風險1：鍋爐蒸汽壓力大于鍋爐設計壓力（與船方通報的故障現象沒有因果關系）；風險2：鍋爐出現干燒現象，即鍋爐水供給不足；風險3：鍋爐給水泵故障或沒有配備；風險4：船員操作不當。

2.3.2 梳理風險控制措施

根據船級社的規范要求，針對風險2，鍋爐出現干燒現場，鍋爐水供給不足。規范要求鍋爐需要具備的報警如表1所述。其中a：a類保護動作，如緊急停車、停爐、切斷電源等 ；c：c類保護動作，如備用泵、備用設備起動并投入運行；R：嚴重故障的組合報警；Ga：a 類保護動作觸發時的組合報警。

2.3.3 辨析人為因素

運用HEAP原理，辨析整個過程中的人為因素。

根據船東初步報告，該輪鍋爐低水位報警功能正常，事發時可以發出報警。同時船方切換了備用泵啟動并投入運行，這暴露出第一個問題，即低水位報警后的C類保護動作已經失效。調查后發現，輪機長承認由于人為失誤，該輪的備用泵被置于手動啟動的狀態，因此C類保護動作功能被人為設置失效。此為第一個人為因素（編號為1）：即備用泵的自動啟動功能是否因為故障所以被設置為人工控制狀態，這就引發2個人為因素（編號分別為2）。

第二個人為因素（編號為2）：即備用泵的自動啟動功能是否是因為人為疏忽而被忘記被恢復成自動功能。根據船方提供的鍋爐系統操作與維護須知規定，鍋爐停用前，應將給水泵自動控制改為手動控制狀態。但是該須知的點火部分沒有要求將鍋爐給水泵控制狀態恢復為自動控制狀態。結合船方描述，在船舶在2022年1月進行了一次除垢保養。根據須知規定，除垢保養應該每2年時間進行。經查船舶維修保養月度報告，得以證實。因此，2號人為因素是岸基人員的疏忽導致的。

因此，須知的不完善引出了第三個人為因素（編號3）：即鍋爐系統操作與維護須知規定中有關給水泵自動控制功能開關自查程序編寫不完善，導致船員產生操作性失誤，也沒有指定人員檢查備用給水泵自動啟動功能是否復位，因此無法在鍋爐發出水位低警報的時候第一時間自動啟動備用給水泵。

給水泵連接至兩級級聯水柜（即船東報告中的熱水井）中的自動注水閥（204），205號閥門以及低液位報警（202）和磁性液位傳感器（901）負責向熱水井中提供足量冷水。根據船方描述，熱水井溫度高。

級聯水柜配備自動注水閥（204）和低液位報警（202）和磁性液位傳感器（901）的目的是提供3個風險控制措施，通過自動補水和實時探測水位防止級聯水柜內水量不足進而引發鍋爐供水不足。但是根據船方描述，給水泵中汽化的現象，可以推斷級聯水柜的自動注水閥和低液位報警可能都失效了，這就引出了第四個人為因素（編號4）：即船員是否對級聯水柜組件進行了維修保養。經查該輪《鍋爐系統與維護須知》以及《船舶電氣維護須知》可知，該輪雖然制定了原則性鍋爐和電氣維護須知，但是沒有制定對于鍋爐及級聯水柜維護周期要求。因此有充分理由相信由于船員未能有效對鍋爐及其附屬部件的電氣設備進行系統維護，導致原預防對鍋爐低水位的風險控制措施和選項失效了。船員的人為失誤引出的第5個人為因素（編號5）。

第五個人為因素（編號5）：即公司編寫的安全管理體系沒有對船載電氣設備，特別是涉及安全保護的電氣設備作出詳盡的系統維護要求，導致船上沒有開展相關的維護和保養。這是岸基人為失誤。

該輪級聯水柜前端聯有205號閥門和壓力淡水柜，鍋爐供水泵和壓力淡水柜之間還有206號閥門。這兩個閥門可依托淡水壓力水柜的內置壓力和淡水勢能差向級聯水柜和鍋爐供水泵強制供水，也是防止鍋爐供水不足的風險控制措施。但是調查發現，當機電故障船發生供水不足事件時，船員沒有緊急打開205和206號閥門。經延伸調查，輪機長承認船上不了解這兩個閥門作用，因此事發時沒有采取緊急措施應對供水不足的風險。這就引出四個人為因素（編號為6，7，8，9）。

第六個人為因素（編號6）：輪機部船員不熟悉船上設備的各類安全保護設施/布置的操作和使用場景，特別是鍋爐故障的應急反應；

第七個人為因素（編號7）：STCW公約的有關船員熟悉培訓的要求沒有得到有效落實；

第八個人為因素（編號8）：公司制定的鍋爐操作程序中沒有包括向級聯水柜和鍋爐給水泵緊急供水的操作程序；

第九個人為因素（編號9）：公司制定的鍋爐操作程序的人員不熟悉如何向級聯水柜和鍋爐給水泵緊急供水的操作程序和工作原理。

2.3.4 整理因果鏈

將以上分析整理成因果鏈，復原廢氣鍋爐事故發生的因果鏈。事件的最初禍根，是體系文件中有關鍋爐維護程序和使用程序有漏洞，事件的間接原因是鍋爐的級聯水柜和鍋爐安全系統的電子電氣設備沒有保養。這就是鍋爐供水不足的初癥狀。之后，由于鍋爐備用水泵沒有啟動導致鍋爐供水不足風險進一步擴大。然后，船員也沒有啟動205和206閥門的緊急性注水的功能，多重因素疊加下，最后導致了船舶機電故障。

2.3.5 匹配船舶機電故障事件每個過程/環節的人為因素

事件最初，涉及的人為因素是2、5、8、9，第2步涉及人為因素4，備用水泵啟動環節涉及人為因素1、3，緊急注水環節涉及人為因素6、7、9。以上就是整個事件發展過程中的風險識別和涉及的人為因素辨析。

圖3 人為因素匹配

2.3.6 改進公司安全管理體系

通過前述人為因素和事件因果鏈匹配分析，可以發現該公司的安全管理體系存在如下問題：

（1）有關鍋爐的使用和維護的體系沒有規定在?；饛陀缅仩t后，船員需要將備用給水泵恢復成自動供水設置，導致鍋爐自動供水功能喪失；

（2）公司編寫的安全管理體系沒有對船載電氣設備，特別是涉及安全保護的電氣設備作出詳盡的系統維護要求，導致船上沒有開展鍋爐和級聯水柜相關安全保護設備的維護和保養；

（3）公司制定的鍋爐操作程序中沒有包括向級聯水柜和鍋爐給水泵緊急供水的操作程序，也就是船員不知道要打開205、206閥門。

2.3.7 延伸調查

在這起事故中暴露出一個人員適任能力的問題，就是船員和岸基管理人員對鍋爐和級聯水柜（熱水井）緊急注水功能均不了解的問題，因此有必要對這一事故經驗進行所涉及的船員培訓教材開展延伸調查。

圖5來源于航海行業內普遍使用的教材《船舶輔機》教材（2019年8月重印）。該教材使用的輔鍋爐給水和排污系統圖中熱水井的淡水來源于淡水柜，而非實際機電故障船舶使用的壓力淡水柜，其次該圖中淡水柜中不能強制注入鍋爐給水泵中。因此在教材給水系統中沒有相關強制注水功能的介紹。

其次該教材的“汽水系統常見故障”中常見故障只介紹了鍋爐“失水”故障，即鍋爐水位低于最低工作水位（即船檢技術規范中的“極限低水位”）時故障處理程序。但是該教材沒有介紹鍋爐處于“低水位報警”至“最低工作水位”之間的故障處理程序。

圖4 船員培訓教材

因此可以認定岸基工作人員和船上工作人員的適任培訓有盲區，本次機電故障是一個很好的案例，可以用于教學補充和教材修訂。

從培訓教材與實際船舶不一致的現象，也突出了船上“熟悉培訓”的必要性和面臨的困難，即有資格開展船上培訓的人員也不一定熟悉船上的安全設備。如何提高“熟悉培訓”的質量，這是一個需要在后續海事管理中持續關注的問題。

3 結 論

從安全系統工程學的角度，船舶安全離不開“人—機—環”三要素。其中，人的因素占主導地位，其重要性也引起了國際社會的極大關注[4]。為減少人為因素的不良影響，航運界也提出了各項管理措施，重點在于公司和船員對船舶的操作和管理。但解決船舶安全和海上污染問題屬于一項系統工程，單純依靠技術或單純依靠船員的培訓不足以解決，需要主管機關、航運公司、船級社等各方的共同努力[5]。通過創建航運企業安全管理文化，通過安全文化的理念滲透人的思想，提高人的內在素質，避免或減少人為因素對人的行為的不良影響，通過人為因素影響人的行為的正向作用機制，從根本上減少海上事故險情。

參考文獻

[1] 許正兵. 在航船舶機電設備故障緣何頻發[J]. 中國船檢，2022（7）：68-73.

[2] IMO. Guidelines for the application of Human Element Analysing Process （HEAP） to the IMO rule-making process[S]， MSC-MEPC.2/Circ.13，2013，7.

[3] IMO. Revised Guidelines for Formal Safety Assessment （FSA） for Use in the IMO Rule-Making Process[S]， MSC-MEPC.2/Circular.12，2018，4.

[4] 張春來，于少青. 船舶安全管理中的人為因素[J]. 大連海事大學學報，2003（2）：53-56.

[5] 張錦朋.海上交通事故中的人為因素分析[J].上海海運學院學報， 1998， 19（1）：6.