航天器真空热试验人员窒息预想事故的事故树分析

周学伟，吴大军，杨一博，关志刚，赵燕明（. 北京卫星环境工程研究所，北京 00094；. 首都航天机械公司，北京 00076；. 中国空间技术研究院，北京 00094）



航天器真空热试验人员窒息预想事故的事故树分析

周学伟1，吴大军1，杨一博2，关志刚3，赵燕明1
（1. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094；2. 首都航天机械公司，北京 100076；3. 中国空间技术研究院，北京 100094）

摘要：事故树分析法具有逻辑性强、形象化的特点，将安全事故与原因用逻辑树图的方式表现出来，能够系统分析安全事故产生的原因，明确安全管理工作的重点。文章对航天器真空热试验人员窒息预想事故进行了事故树分析，分析了导致事故发生的基本事件，求取了最小割集、最小径集，并对基本事件进行了结构重要度分析，根据分析结果提出了安全预防措施的建议。

关键词：航天器真空热试验；人员窒息事故；事故树分析；最小割集；最小径集；安全管理

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0　引言

目前，航天器真空热试验对于导致生产安全事故发生的事件主要采用头脑风暴法辨识得出，将辨识结果编制成安全检查表，在试验开机前对照安全检查表的内容进行检查，遇到特殊情况则采用专家评议法讨论解决措施。此种管理模式有其自身的优缺点，其优点包括[1]：1）有充分的时间组织有经验的专家参与检查表的编制，并且可以不断完善；2）可以根据现有的规章制度、法律法规和标准等执行；3）可采用提问方式或现场观察方式，有问有答，互动性强；4）运用过程简明易懂，容易掌握。缺点包括：1）只能识别出导致安全事故发生的事件，不能对事件进行分析，无法得出影响事故发生的重要事件；2）针对不同的需求，需要制定不同的检查表，且其质量受编制人员的知识和经验制约。

航天器真空热试验系统包括真空、低温、测控等分系统，使用几千台仪器设备，其中包括起重机械、压力容器、压力管道等特种设备，具有窒息、触电、烫伤、噪声等危险和有害因素，采用头脑风暴法及专家评议法不能系统分析所有危险和有害因素。因此，本文将引用事故树的分析方法，以航天器真空热试验人员窒息预想事故为例，编制事故树，将可能导致事故发生的基本事件进行结构重要度分析，识别安全控制的重要事件，并针对重要事件提出安全控制措施建议，为航天器真空热试验人员窒息事故的安全预防及管理提供参考。

1　事故树分析方法简介

事故树分析[1]目前已应用于水利水电工程[2]、高处施工作业[3]、高层建筑火灾[4]以及窃电损失[5]等安全管理工作中。它是一种演绎分析方法，即从结果分析原因，具有应用广泛、逻辑性强、简明和形象化的特点，从一个可能的事故开始，一层一层地逐步寻找引起事故的触发事件、直接原因和间接原因，并分析这些事故原因之间的逻辑关系，用逻辑树图把这些原因以及它们的逻辑关系表示出来[6]。事故树分析还可求出最小割集、最小径集和结构重要度[3]，其含义如下：

1）最小割集是指在事故树中凡能导致顶层事件发生的基本事件的集合；割集中全部基本事件均发生时，顶层事件一定发生。

2）最小径集指在事故树中凡是不能导致顶层事件发生的最低限度的基本事件的集合。

3）结构重要度分析是从事故树上分析各基本事件的重要程度，即不考虑各基本事件的发生概率，或者说假定各基本事件的发生概率都相等的情况下，分析各基本事件的发生对顶层事件发生所产生的影响程度[7]。基本事件结构重要度越大，对顶层事件的影响程度就越大[1]。

2　航天器真空热试验人员窒息预想事故的事故树分析

2.1事故树模型的建立

按照GB6441—1986《企业职工伤亡事故分类》，中毒和窒息为安全事故中的一类事故[8]。在航天器真空热试验过程中，涉及大量的压力容器、压力管道，且部分压力容器、压力管道布置在相对密闭的设备间内，试验过程中人员须进入设备间作业，如果安全管理失控，则可能发生人员窒息事故。因此，将人员窒息作为顶层事件，建立事故树模型，如图1所示。

图1　航天器真空热试验人员窒息事故树模型Fig.1　Fault tree model of personnel choking accident in spacecraft thermal vacuum test

2.2求取最小割集

最常用的求取最小割集的方法包括布尔代数化简法和行列法[1]。本文利用布尔代数化简法求取最小割集。布尔代数化简法也叫逻辑化简法，是根据布尔代数运算及化简法则进行的。对图1模型而言：

共求得270个最小割集。

2.3求取最小径集

将事故树的“与”门和“或”门互换，则事故树变为“成功树”，然后再利用布尔代数化简法，求出成功树的最小割集，就是原事故树的最小径集[1]，

由式(2)可得事故树的最小径集5个，即P1= {X1, X2, X3, X4, X5}，P2={X6, X7}，P3={X8, X9, X10}，P4={X11, X12, X13}，P5={X14, X15, X16}。

2.4结构重要度分析

结构重要度分析可采用2种方法，一种是求结构重要系数，以系数大小排列各基本事件和重要顺序；另一种是利用最小径集判断系数的大小，排出顺序。本文已求出最小径集，故由最小径集可知结构重要度：

I(6)=I(7)＞I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)=I(13)= I(14)=I(15)=I(16)＞I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(5)。

3　事故树结果分析及安全管理控制措施建议

航天器真空热试验过程中人员窒息的事故树结果分析：

1）可导致航天器真空热试验过程人员窒息事故发生的基本事件共有16个，这些基本事件是安全管理的内容，建议针对每一基本事件制定相应的安全控制措施。

2）最小割集越多，系统越危险；最小径集越多，系统越安全[9]。航天器真空热试验人员窒息事故共有270个最小割集，5个最小径集，说明人员窒息事故容易发生。

3）图1中X6～X16这11个基本事件对顶层事件影响较大，是航天器真空热试验安全管理的重点管控对象。

针对人员窒息预想事故，提出安全管理控制措施建议如下：

1）如果可能，将压力容器和压力管道设计并安装在非密闭空间内。

2）在有可能造成人员窒息的空间内加装通风设施，定期对通风设施进行检查和维护保养，确保运行有效。

3）对密闭空间采取技防措施，加装氧气浓度监控报警装置，并使其具备与通风设施联动功能；加强对氧气浓度监控报警装置的定期计量及日常维护保养，保证其在异常情况下的提醒功能。

4）按照标准配备个人安全防护用品，制定安全防护用品的使用及管理要求，定期开展自查，确保正确使用。

5）定期开展培训，确保参试人员了解试验过程中存在的人员窒息危险，了解安全控制要求，特别是对新上岗人员进行岗前培训。

6）定期开展演练，组织参试人员模拟紧急情况所应采取的应急措施及安全防护用品的使用，确保参试人员熟悉应急措施及安全防护用品的正确使用方法。

7）制定试验期间人员进入密闭空间的安全管理规定，要求在进入前进行氧浓度检查，确认氧浓度满足要求后再进入。

8）每年对压力容器、压力管道进行在线检查，定期对压力容器、压力管道进行检定，确保焊缝、密封件及安全附件满足使用要求。

4　结束语

运用事故树分析法可加深评价人员和操作人员对系统的熟悉和理解，又可为安全工作的开展提供依据。本文应用事故树分析方法，对航天器真空热试验的人员窒息事故进行了分析，得出了16个基本事件，这些基本事件是事故发生的基本因素。同时，通过对最小割集、最小径集及结构重要度的分析，得出安全管理的重点管控对象，提出了相应的管控措施，可为类似试验事故的安全管理提供借鉴。

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（编辑：冯 妍）

Fault tree analysis for anticipated personnel choking accident in spacecraft thermal vacuum test

Zhou Xuewei1, Wu Dajun1, Yang Yibo2, Guan Zhigang3, Zhao Yanming1
(1. Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering, Beijing 100094, China;
2. Capital Spaceflight Machinery Company, Beijing 100076, China; 3. China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

Abstract:The Fault Tree Analysis, which enjoys good logic and visualization features, is capable of showing the causes of production safety accidents by a logic tree to analyze the causes of accidents produced systematically, thus helps identify the key links in the production safety management. In this paper, the imagined personnel choking accident in spacecraft thermal vacuum test is analyzed by the FTA, including the basic events of accidents, the minimal cut sets, the minimal path sets and the coefficients of structural importance degrees. Based on the results, some recommendations of safety precautions are suggested.

Key words:spacecraft vacuum thermal test; personnel chocking accident; fault tree analysis; minimal cut set; minimal path set; safety management

作者简介：周学伟（1981—），男，硕士学位，高级工程师，主要从事安全生产管理工作。E-mail: 49781652@qq.com。

收稿日期：2015-04-27；修回日期：2016-03-15

DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2016.02.020

中图分类号：X949

文献标志码：C

文章编号：1673-1379(2016)02-0220-04