自升式海洋平台倾斜事故综合安全分析

王 刚，徐长航，陈国明

（中国石油大学（华东）海洋油气装备与安全技术研究中心，山东 青岛266580）

0 引言

随着海洋石油工业的迅速发展，自升式海洋平台以其用钢量少、造价低廉、便于建造、投资风险小、便于重复使用等优势，在海洋资源开发和勘探领域得到广泛的应用［1］。然而近年来由于各种原因导致的平台倾斜事故时有发生，甚至造成平台坍塌、人员伤亡等严重后果。因此，自升式平台的安全问题也越来越多的引起人们的重视。

事故树及事件树分析法作为传统的安全分析工具，已被广泛地应用于风险评价的各个领域。蝴蝶结模型分析法融合事故树与事件树两种安全风险分析的优点，可以将事故的若干要素以及预防控制措施有机地结合在一起，以简洁图形的方式表达，让员工、管理者清楚地知道重大的危害、事故如何发生、用什么保护措施阻止灾害的发生，可被用作风险管理的有效工具［2］。

运用事故树法分析导致自升式海洋平台正常作业下倾斜事故的主要因素，再利用事件树法分析事故的后果及预防措施，在此基础上，利用蝴蝶结模型分析法将两者有机结合，图形化展现自升式平台倾斜事故的诱发原因及其带来的负面效应和威胁，提出针对性的安全措施和建议，对于平台的安全管理工作具有一定的指导和参考价值。

1 自升式海洋平台倾斜事故树原因分析

1.1 原因概述

事故树分析以系统发生的事故作为分析目标，通过调查与该事故有关的所有原因事件和各种因素，经过逐层分析，逐级找出最后不能再分解的直接原因事件用逻辑门符号连接起来，得到可以形象、简洁表达其逻辑关系的逻辑图形［3］。

在自升式海洋平台正常作业的情况下，导致其倾斜事故的原因主要有以下三个方面：

（1）环境载荷作用超过了平台的设计标准

在地震、台风、洋流等极端自然气候形成的环境载荷冲击下，自升式平台必须具备一定标准的抗倾稳性、抗滑稳性及结构强度。当环境载荷作用超过平台设计标准时，会导致结构强度的破坏，引起结构失效，继而可能引发严重事故。

（2）平台自身结构问题

多数自升式平台在经历了较长的服役期后，平台的结构会存在不同程度的损伤，主要包括事故造成的凹陷和裂纹、自然老化造成的腐蚀、疲劳作用或超载造成的应力破损等。倘若自升式平台存在此类结构缺陷且没有得到及时的处理和修复，长期积累必然会引起局部结构的失效，形成安全隐患。

（3）人为管理因素

人为管理因素主要包括相关人员的误操作、安全监督管理不力以及安全检测制度不健全等方面。操作失误是人为原因中一个的主要方面，可以通过加强培训及应急演练降低发生的概率。同时，要加强对平台结构健康的安全检测工作，及时发现平台结构安全隐患，尽早处理和修复，防患于未然。

1.2 倾斜事故树简要分析

在简要分析的基础上，给出自升式海洋平台倾斜事故事故树（如图1所示）：

图1 自升式平台倾斜事故树

由结构函数式T＝G·C＝ （A＋B）·C＝ ｛（X1＋X2＋X3）＋（X4＋X5＋X6）｝·（X7＋X8＋X9）＝（X1＋X2＋X3＋X4＋X5＋X6）·（X7＋X8＋X9）分析可知，该事故树共有18个最小割集，分别为K1＝｛X1，X7｝，K2＝ ｛X1，X8｝，K3＝ ｛X1，X9｝，K4＝ ｛X2，X7｝，K5＝ ｛X2，X8｝，K6＝ ｛X2，X9｝，K7＝ ｛X3，X7｝，K8＝ ｛X3，X8｝，K9＝ ｛X3，X9｝，K10＝ ｛X4，X7｝，K11＝ ｛X4，X8｝，K12＝ ｛X4，X9｝，K13＝ ｛X5，X7｝，K14＝｛X5，X8｝，K15＝ ｛X5，X9｝，K16＝ ｛X6，X7｝，K17＝ ｛X6，X8｝，K18＝ ｛X6，X9｝。

根据以上结果，运用结构重要度近似方法求解得到基本事件割集重要度系数为：

由此得出结构重要度系数Ik（7）＝Ik（8）＝Ik（9）＞Ik（1）＝Ik（2）＝Ik（3）＝Ik（4）＝Ik（5）＝Ik（6）。由事故树分析可知，环境载荷作用及平台结构因素是导致平台倾斜事故的重要因素，这就要求要做好灾难预预报警工作，开展结构优化和强度强化的研究性工作，从根本上降低风险的水平。另外，加强平台的安全管理和监督，做好安全检测和巡检，及时发现安全隐患。

2 自升式海洋平台倾斜事件树后果分析

2.1 事件树分析法概述

事件树分析是从一个初始事件开始，按顺序分析事件向前发展的各个环节成功或失败的过程与结果，任何一个事故都是由多环节事件发展变化形成的［4］。在事故发展过程中出现的环节事件有可能有两种情况，或者成功或者失败，如果这些环节是全部或部分失败，就会导致事故发生。通过事件树分析，可以把事故发生发展的过程直观地展现出来，如果在事件发展的不同阶段采取恰当的措施阻断其向前发展，就可以达到预防事故的目的。

事故的风险评估由后果事件发生的可能性概率和后果事件影响的严重程度确定。对于独立事件序列，可能发生事件的风险指数Ω由以下公式确定［5］：

式中：L为发生事故或后果事件的危害指数，表1给出其等级量化表；P（T）为事故或后果事件发生的概率，可由事件树计算得到。

表1 事故或后果严重程度的定义

为便于区分风险的程度，合理地采取安全措施，根据风险指数的大小，将作业风险分为可接受的，可控制的，不合要求的，不可接受的四种类型，并相应的发布绿色、黄色、橙色和红色警报，从而引起相关部门的重视，加强安全管理，有针对性地采取应急和响应措施。表2给出风险类型，风险警报及风险指数之间的关系。

表2 风险等级评价指数表

2.2 倾斜事件树简要分析

自升式平台在发生倾斜事故后，有可能会导致整体倾覆，因此，应根据实际的风险程度及危险等级，确定是否需要必要的人员紧急撤离与逃生，启动应急预案。首先，通过救生艇、直升机等安全急救设施确保人员的安全撤离。对于未能及时撤离落水人员，要进行紧急援助和搜救，尽量减少人员的伤亡。以自升式平台倾斜事故作为初始事件，进行事件树分析，确定保证人员安全的最佳方案，具体的事件树分析如图2所示：

图2 自升式平台倾斜事件树

其中：A为启动应急响应；B为救生艇、直升机保证人员安全撤离；C为落水人员援救；D为事故后期搜救；

由事件树可知，自升式平台倾斜发生后，人员撤离或救援成功的概率为：

结合事件发生概率的经验值，得出P＝0.932，综合考虑天气等对救援搜救工作的影响，对概率进行修正，修正系数λ＝0.95，得出Pλ＝P·λ＝0.932×0.95＝0.8854。因此搜救失败的概率¯P＝0.1146。若救援失败，出现人员伤亡，由公式1可知Ω的值将为不合要求的风险类型，必须采取措施予以控制，如做好灾难的预警及应急响应工作，加强应急培训和演练，提高员工的个人综合素质及应对风险的能力等。

3 蝴蝶结模型综合分析

3.1 蝴蝶结模型分析方法简介

蝴蝶结模型分析法（Bow-tie Analysis）以图形技术表示由危害和事故分析过程中得到的危险源，有害因素，预防性措施，顶事件，减缓性措施和事故后果之间的关系［6］。该方法融合事故树与事件树两种安全风险分析的优点，清晰的展现出危险事件的诱发原因及其带来的负面效应和威胁。左边以事故树分析原理来构造，列举可能导致顶事件发生的危险源及有害因素，同时，分析针对每一危险源、相应的有害因素应该采取的安全措施。而模型的右边是根据事件树的原理构造，列举应急削减措施如何消除或减小顶事件发生引发的后果，具体如图3所示：

图3 蝴蝶结模型分析法原理图

3.2 蝴蝶结模型分析法实施步骤

蝴蝶结模型分析图中主要的因素主要包括危害、顶事件及后果、预防控制措施、升级因素、应急消减措施等，因此，风险分析的主要过程是辨识上述关键因素［7］。

（1）辨识危害因素：识别在生产活动过程中易燃易爆物质、有毒物质、危险化学品、放射性物质及起重、高处作业、平台倾斜、建筑物坍塌等各种类型的危害。

（2）辨识顶事件及后果。识别由于危害因素导致的顶事件及由顶事件引起的后果。事故后果往往不止一个，如：火灾、地震、爆炸、人员伤亡、停工损时、司法起诉等等。有时一个后果会产生连锁反应导致其他后果，这时可将它们并排排在一起，也可以简化这个过程只列入最后的后果。

（3）辨识预防控制措施：为防止和减少危险因素导致事故的发生，应在威胁发展至顶事件的途径中设置有效地屏障，如：防护装置或防护罩、隔离区、减少存储量、加强管理等预防措施。

（4）辨识升级因素及其对应的关键活动：升级因素是指导致控制措施失效的因素。关键活动是为防止升级因素使预防措施或应急措施失效而采取的措施。

（5）辨识应急消减措施：顶事件发生后，能够减轻或阻止顶事件后果的措施，如：检测检测与减缓事故系统、安全装置保护系统、应急救援系统、医疗措施、事故救援系统和其他补偿措施。

（6）综合上述分析要素，分别绘制成事故树与事件树，以此为基础绘制分析结果的蝴蝶结模型分析图，为制定预防控制措施或应急措施确定相应的任务、活动，完善管理信息。

3.3 蝴蝶结模型分析在自升式平台倾斜事故分析中的应用

在事故树分析和事件树分析的基础上，针对自升式平台正常工作下的倾斜事故，应用蝴蝶结模型分析如下：

（1）顶事件及后果

将自升式平台倾斜事故作为顶事件。平台一旦发生倾斜，将面临坍塌的危险，同时平台上的工作人员面临巨大的生命危险，最终可能导致平台损坏，人员伤亡。

（2）危害因素

导致平台倾斜的原因有：①极端环境载荷作用，如地震，洋流，风暴潮等；②平台自身结构缺陷，如应力损伤，结构缺陷；③人为失误，如操作管理失误，安全管理监督不力，安全检测制度不健全等。

（3）控制措施

针对极端环境载荷的控制措施：①做好灾难预警工作；②提高平台承受极端载荷的能力。

针对平台自身结构问题的控制措施：①做好平台检修维护工作；②做好平台常规检测工作，及时发现安全隐患。

针对人为因素的控制措施：①加强安全思想教育；②实行岗位专人负责制，管理责任，优化管理制度。

（4）升级因素及关键活动

以有害因素的控制措施—平台的检修及维护工作为例，其升级因素为未进行及时的检修或检修不规范。对应的关键活动为：①系统设施严格按照相关规定要求进行检测；②对平台进行定期检测；③根据运行情况进行必要的抽查。

（5）应急消减措施

针对人员伤亡的消减措施：①制定应急预案和应急响应措施；②应急演习和应急教育；③完善事故救援体制，合理布置救援设施及路线，提高救援能力。

（6）综合上述分析，结合事故树与事件树分析结果，绘制自升式海洋平台蝴蝶结模型分析图（如图4所示）。

图4 自升式平台倾斜事故蝴蝶结模型分析图

4 安全措施

根据自升式海洋平台综合分析结果，结合平台倾斜蝴蝶结模型分析图，针对性地提出下列安全建议措施：

（1）对于地震、洋流、风暴潮等极端的自然气候灾难，应做好预警和防范工作。提高对极端自然灾害的监测及分析能力，准确评估灾难等级，并根据灾难等级制定相应的防护措施。通过技术创新增强平台的抵御能力是技术革新的关键所在。

（2）加强对平台的检修和维护工作，及时发现并排除事故隐患。对于事故造成的损伤以及由于老化和腐蚀导致的缺陷，要及时进行修理，同时，要做好安全检查和检测工作，及时发现潜在的安全隐患，对于事故和应力损伤容易发生的薄弱环节要格外关注，实行专人负责制，防患于未然。

（3）加强对工作人员的管理和安全教育工作。对负责技术操作的人员，要对其严格实行监督管理区段负责制，各管理人员对操作人员的监督要纳入岗位责任制，严厉杜绝疏忽大意、不负责任的行为导致事故的发生。同时，加强对平台工作人员安全教育的培训工作，要让安全理念和安全责任的信念渗透到每个人的安全意识里，提高思想觉悟，营造良好的安全氛围。

（4）完善应急预案和事故救援网络，并进行实际的应急演练。安全管理部门要与其他各部门做好沟通和交流，相互配合，合理布局救援设施及物品，对不同的岗位要制定相应的应急预案，确保事故发生时人员的安全撤离。

（5）完善事故救援机制。事故发生后人员若未能全部安全撤离，要根据实际的情况展开救援，此时救援的成功率与落水人员入水时间、水人员自身的身体素质、天气状况以及后勤保障等诸多因素有关，所以要除了确保充足的物质保障，也要加强工作人员的身体、心理素质的锻炼，以减少作业人员的伤亡和财产损失。

5 结论

采用事故树、事件树及蝴蝶结模型等多种安全分析方法对自升式平台倾斜事故进行风险辨识与分析，得到以下成果：

（1）由事故树分析得到环境载荷、平台结构因素及人为管理是影响自升式平台倾斜的主要因素，通过基本事件的结构重要度分析可知载荷作用及平台结构因素是导致平台倾斜事故的重要因素，需采取针对性措施进行预防和控制，并开展结构优化和强度强化的研究性工作，从根本上降低风险的水平。

（2）由事件树分析得到倾斜事故发生后，造成人员伤亡的概率及后果的严重程度属于不合要求的风险类型，需发布黄色预警警报，并针对性的采取等安全措施对事故进行控制，将事故影响降到最低。

（3）由蝴蝶结模型分析，综合事故树与事件树分析的结果，辨识导致平台倾斜的风险因素，提出风险控制的安全措施，利用蝴蝶结模型图清晰展示事故机理，对于日常的管理和操作工作都具有很强的适应性、灵活性和可操作性，为保证平台人员的安全和预防重大事故的发生具有指导性意义。

［1］汪张棠，赵建亭.我国自升式钻井平台的发展与前景［J］.中国海洋平台，2008，23（4）：8-13.

［2］Nima K，Faisal K，Paul A.Dynamic risk analysis using bow-tie approach［J］，Reliability Engineering ＆System Safety，Volume 104，August 2012，Pages 36-44.

［3］晋卫.事故树分析法在液化石油气罐风险评价中的应用［J］.铁道货运，2010（11）：31-35.

［4］Hong E S，Lee I M，Shin H S，Nam S W，Kong J S.Quantitative risk evaluation based on event tree analysis technique：Application to the design of shield TBM［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2009，Pages 269-277.

［5］仲伟瑞.基于ETA的油库作业安全风险评估研究［J］.物流科技，2009，12：128-30.

［6］Kambiz M，Ren J，Charles R，Wang J.Application of a generic bow-tie based risk analysis framework on risk management of sea ports and offshore terminals［J］，Journal of Hazardous Materials，Volume 192，Issue 2，30August 2011，Pages 465-475.

［7］刘昌华，万古军，李奇，张广文，白永忠.Bow＿tie分析在水煤浆气化工艺中的应用［J］.安全健康和环境，2010，10（8）：34-35.