典型游乐设施大摆锤人因要素的HAZOP分析

曹子剑 曹树坤 张 勇 赵 林 张 琨

（1.济南大学 机械工程学院 济南 250022）（2.中国特种设备检测研究院 北京 100029）

1 HAZOP分析简介

随着科技的发展进步，技术系统的可靠性得到了显著提高，然而，这种提高并没有避免诸多事故的发生，究其原因，这是由于人的可靠性并没有随着科技的进步而改善，人因差错难免出现在这些事故中。人因差错也不可能100%地避免[1]。为降低事故中人为因素的影响，国内外学者提出了许多人的可靠性分析方法，HAZOP分析（Hazard and Operability Study）是一种风险分析与评价方法[2]。如图1所示为HAZOP分析的基本步骤：首先选择要分析的节点或操作步骤，解释该节点的工艺指标或操作步骤；然后使用引导词建立有意义的偏差，分析偏差带来的后果，列出偏差的原因；之后通过识别已有避免偏差的措施，估计风险级别；最后提出解决措施，重复上述步骤[3]。本文主要阐述HAZOP分析在典型游乐设施的具体应用，对HAZOP分析在游乐设施行业中的推广具有重要意义。该方法可以在游乐设施的设计、运行及维保等不同阶段中，对人为操作偏差导致的危险进行系统地分析、评价。需要时，在风险评价之后应采取风险控制措施降低风险。采取具体的风险控制措施消除危险和充分减小风险后，重复进行风险评价是必要的。

图1 HAZOP分析的基本步骤

2 游乐设施大摆锤的人因要素分析

2.1 大摆锤的介绍

大摆锤是一种高空、高速的大型游乐设施，属于《中华人民共和国特种设备安全法》中规定的涉及生命安全、危险性较大的特种设备，它是人们娱乐休闲和旅游的载体，颇受大众喜爱[4]。本次实验所用的设备及数据来源于广西壮族自治区柳州市的卡乐星球（VISIONLAND）主体乐园。该设备的基本动作是：在乘人座舱绕摆臂做圆周旋转的同时，摆臂带动座舱往复摆动，摆动的最大角度是事先设定的，分别是“高、中、低”三个档位，其中高档最大摆角为110°，依次递减10°。随着摆动次数的增加，动能增大，整个乘人座舱被越摆越高，直至摆荡至设定的高位。图2为大摆锤的基本结构示意图，主要包括平台升降机构；座舱臂；连接臂；旋转筒；旋转减速机；摆臂；机壳；摆臂减速机；气动制动器；直流电机；机座；脚架；座椅操作箱；座椅；升降平台；混凝土站台；围栏；关节球头；控制室等部分。图2中标注的角度110°是该大摆锤摆动的最大角度，即该设备高档位所对应的最大角度。

图2 大摆锤的结构示意图

2.2 操作流程

图3所示为设备的操作面板，主要由配电系统显示面板、控制系统显示面板、配电系统操作面板和控制系统操作面板四个部分组成。设备运行时工作人员要密切关注操作面板上信号灯的变化，做好处理突发事件的准备，如图4所示为现场座椅未锁时，面板上该指示灯点亮。

●2.2.1 上客流程

控制室操作人员在空载2次正常运行后，应将升降平台控制平台上的电源隔离开关打到“开”位置，接通平台的电源，然后按“站台升”按钮使升降平台升到与混凝土站台水平的位置，一切准备就绪后，控制室操作人员向站台工作人员发出“OK”手势（或通过对讲机等方式传递信息），站台工作人员方可让等候区等候的乘客进入，准备运行。 具体操作步骤如下：

1）控制室操作人员首先将座椅气缸的“安全阀”置于“关”位置，并将“座椅横锁开关”置于“打开”位置，然后按下“压力杆升降台”的“升”按钮，座椅安全杆抬起，准备就绪后，向站台工作人员发出“OK”手势，由站台工作人员引导游客均匀就座。

2）在站台工作人员引导乘客平稳坐下后，向控制室内操作人员发出“OK”手势后，此时控制室操作人员方可将“压力杆升降开关”置于“降”的位置，等待所有压力杆下降到设定位置后，将“座椅横锁开关”置于“关 ”位，由站台工作人员检查每一个座椅的座椅横锁的锁芯落入到设置好的位置后，为乘客系好安全带，两名站台工作人员相互检查一遍，避免遗漏。

图3 设备的操作面板

图4 面板指示灯情况

3) 两名站台工作人员相互检查确认无误后，站台工作人员将设置在大摆锤某两座椅中间的“安全阀”手柄打到“接通”位置，此时观察到“座椅锁紧”指示灯点亮后，方可退出站台到达安全位置后向控制室操作人员发出“OK”手势。

●2.2.2 启动与停机步骤

1) 控制室操作人员在接到信息后，若设备启动条件一切就绪，控制面板上的“座椅已锁”指示灯将会点亮，操作人员观察室外站台上无杂物且无其他人员后，按控制面板上的“站台降”按钮，降下活动升降站台，等四个站台都降落到指定位置后，将升降站台控制柜上的电源隔离手柄置于“关”位置，站台电源关闭。

2) 上述操作完成后，操作人员先按下“电铃”按钮，一方面警示站台人员，另一方面使游客知道设备即将运行，然后要再同时按下“启动”和“电铃”按钮，设备启动，此时设备进入自动运行模式，在运行过程中工作人员和操作人员要时刻观察游乐设施和游客的状态。

3) 当设定好的程序运行完后，设备逐渐停止，乘人座舱停在“定位”的位置后，控制柜面板上“定位”指示灯将会点亮。此时，将升降站台控制柜上的电源隔离手柄置于“开”位置，站台电源接通，然后按下面板上的“站台升”按钮，活动升降站台将升到与混凝土站台水平位置。

●2.2.3 下客流程

活动站台升起到预先设定好的位置后，安全区工作人员才可进入站台，帮助乘客解开安全带，然后先将“安全阀”打到“关”位置，之后将“座椅横锁开关”打到“开”位置，再把“压杠升降开关”打到“升”位置，座椅安全压杠升起后，疏导乘客有序离开座椅并离开场地，避免逗留。重复上述流程，进行下次运行。

●2.2.4 设备停机

按照游客部项目关机流程，关闭设备，并取出操作台钥匙，摆放在指定位置。关闭附属设备；关闭排队区照明系统和电视机电源；关闭控制室内配电柜总电源；关闭功放、音控设备电源；关闭空调、照明灯；并锁好门窗。确认无安全隐患后，认真填写当日的各质量记录。

3 节点的划分与HAZOP分析

根据游乐设施大摆锤的操作流程进行分析，并对其进行节点的划分，然后用简单的引导词识别操作过程的危险，对偏差的原因、后果，进行分析，提出节点存在的问题及措施[5]。表1内容是对设备运行过程中节点的划分。

表1 节点类型

节点划分完成后，讨论确定引导词（引导词基本含义见表2）和偏差，对偏差产生原因、后果以及现有保护措施进行分析，对现有保护措施正常运行情况下，风险水平仍超出可接受程度的情形，需进一步给出建议措施，并由专人跟踪整改[6]。将偏差矩阵进行整理，然后结合引导词和偏差矩阵来确定各个流程中可能会产生的偏差。大摆锤的HAZOP分析记录见表3。

表2 引导词的基本含义

表3 大摆锤的HAZOP分析记录

参数与引导词是HAZOP分析方法里重要的分析方式。参数与引导词搭配能得出各种异常的情况。操作系统按照设计意图正常运行时，通常不会发生事故，因此HAZOP分析不关心正常运行的状态，而是重点关注可能出现的异常情况。如果能把工艺参数装置中可能出现的异常情行都找出来、理清造成异常情形的原因、评估其后果与风险，并提出必要的措施降低风险，工艺装置的安全性就自然能有保障。

4 总结

游乐设施安全问题一直是国际社会关注的焦点，其质量和安全性能直接关系着游客的切身安全，通过具体的实例典型游乐设施大摆锤的人因要素的HAZOP分析，可以及时发现设备中的潜在风险，提前做好防范措施。目前，HAZOP分析在化工、石油、核电、航空航天等高风险领域得到了广泛应用，但在游乐设施方面的应用还不成熟，本文通过具体实例的分析，对HAZOP分析在游乐设施中的推广具有重要意义。

[1]张冬燕. 人误影响因素在地铁施工安全中的作用机理研究[D]. 徐州：中国矿业大学，2016：24-25.

[2]熊军，吴林，肖倩. HAZOP分析在油田开发生产中的应用探讨[J]. 石油与天然气化工，2005，34（05）：423-425.

[3]赵劲松，赵利华，崔林，等. 基于案例推理的HAZOP分析自动化框架[J]. 化工学报，2008，59（01）：110-117.

[4]闫石. 游乐设施大摆锤结构分析及测试研究[D].太原：太原理工大学，2015：23-24.

[5]王伟. 冷库制冷项目HAZOP分析[J]. 新疆有色金属，2017，40（06）：79-82.

[6]邢金朵，赵东风，韩丰磊，等. 基于HAZOP与AEMA的输气站场风险评估[J]. 石油与天然气化工，2015，44（04）：114-118.