城市燃气事故生命损失风险可接受标准研究*

张 鹏，秦国晋，王艺环

(1.西南石油大学 土木工程与建筑学院，四川 成都 610500；2.西南石油大学 机电工程学院，四川 成都 610500)

0 引言

随着我国对清洁能源的需求越来越大，城市燃气得到了大力的发展，在社会建设与居民生活中已经成为不可缺少的角色。2016年数据显示[1]，全国城市燃气普及率达到95.75%，用气人数达到45 685万人，2011—2016年我国城市燃气普及率和用气人口逐年上升。城市燃气虽然具有“价格低廉、热值高、低污染”等特点，但是其易燃、易爆、有毒等特点容易引发安全事故，常见的事故有爆炸事故、火灾事故、中毒窒息事故和泄漏事故等。由于城市燃气管道与设备渗透至城区的各个角落，一旦发生事故，容易引发严重后果。如2016年9月19日，在无锡市一处居民住房中燃气泄漏引起爆炸，该事故直接导致5人死亡、5人受伤，其中遇难者中包括2名儿童。由此可见，城市燃气不仅存在个体风险与局部风险，更重要的是会产生区域影响甚至是社会性的风险影响。为此，不少专家学者开始研究城市燃气事故风险评价，并取得不少成果，但就“多安全才够安全？”，仍然是一个“瓶颈”问题。风险可接受标准作为一个用来量化风险的评价准则，其能够综合反映风险水平，是风险评价与风险管理之间不可缺少的“桥梁”。

从上世纪60年代，已有学者进行风险可接受性的研究。Starr[2]于1968年提出了“How safe is safe enough?”这个问题，并将初步成果于1969年在Science上发表，开始了对风险可接受性的初期研究。此后，风险可接受性研究在国外不断深入，总结风险可接受性的研究大致经过了3个发展阶段：最开始，认为风险可接受标准应该通过技术方法制定；后来，认为风险可接受性标准受多个因素影响，应由专家与民众合作确定；再后来，学者将风险可接受性问题看成是个社会-政治事件[3-6]。我国研究风险可接受性的起步比较晚，目前成果较少，其中灾害学[7-8]、工程学[9-10]、环境学[11-12]等领域已经取得一些进展，但是城市燃气等领域仍有待研究。为此，本文探讨并确定了城市燃气事故的生命损失风险可接受标准，一方面为城市燃气风险可接受水平的企业标准和国家标准的形成提供参考；另一方面也可帮助风险管理者更好地分配维护资源，作出科学的维护决策。

1 生命损失风险可接受标准研究

危险可能带来的损失指标可以量化可接受风险。由于城市燃气事故所造成的政治因素和文化因素不易量化，可量化的指标主要有生命损失风险、经济损失风险和环境损失风险。本文主要研究生命损失风险，其作为各行业通用的量化风险的指标，在一定程度上可以帮助风险管理者客观地判断行业风险，生命损失风险再作细分为个人风险与社会风险。

1.1 个人风险可接受标准

1.1.1 个人风险指标分析

个人风险(Individual Risk，IR)一般由个人死亡率表示，表征某一段时间内某一个研究对象将会承受某事故风险的死亡率[13]。Jonkman团队统计并分析了荷兰各种事故的伤亡人数，发现同一类活动在某段时间内，个人风险具有一致性和稳定性的特点，因此可以用来表征可接受风险[14]。由于城市燃气管道与设备渗透到城区的每个角落，事故可能出现在城区的每个角落，则该风险涉及到城区出现的每个人，所以论文的研究对象为每年城区和城区暂住的合计人口。表征个人风险的重要指标有年死亡风险AFR (Annual Fatality Risk)、平均个人风险AIR(Average Individual Risk)和聚合指数AI(Aggregated Indicator)，三者之间的对比见表1。

表1 个人风险指标对比Table 1 Comparison of individual risk indicators

根据指标的对比分析，论文采用AIR指标计算个人风险可接受标准值。其计算模型可由AFR指标推出：

(1)

式中：R为所研究对象的年死亡率，即AFR指标；φ为研究对象每年暴露在危险中的时间占每年总时间的比例。

城市燃气管道及设施布置范围广，任何有燃气管道或设施的地方都可能发生事故，而且不可预见其事故的发生。所以，在这里认为研究对象一直暴露在危险中，故取φ=1，即AIR=R。AFR的计算模型为：

(2)

式中：ND为城市燃气事故年死亡人数，人；NT为年城区人口和城区暂住人口总数，人。计算结果见表2。

表2 2011—2016年全国城市燃气事故死亡率[15]Table 2 National urban gas accident mortality in 2011—2016

1.1.2 个人风险可接受标准计算

风险可接受性其实是一个决策问题，其通过综合考虑所承受的风险与所得到的效益，然后判断该风险是否可接受[16]。结合国内外风险可接受标准的制定原则、方法与风险的实际情况，论文采用以下3个原则来确定我国城市燃气事故个人风险可接受标准[17]：

1)平等原则。生命是最宝贵的，所有人在面对风险时都是平等的，风险提供方不应该让任何一个人在较大风险之中活动，必需设定个人最大可接受风险标准值，若超越这一标准值，应不惜代价地降低风险。

2)实际风险原则。平均数能反映我国公众安全的整体情况，是众多影响因素的综合体现。平均数有很多种，其中，中位数可以保证数据的平稳性达到最大限度。因此，将一定时间段内事故死亡率的中位数作为个人风险可接受标准的基准值[18]，由表2的计算结果，2011年至2016年城市燃气事故死亡率的中位数为3.596 05×10-7作为个人风险可接受标准的基准值。

3)平等协商原则。风险可接受标准牵涉风险承受者与风险提供者的直接利益，故应由双方平等协商决定，即风险可接受标准是需要双方在1个都能接受的风险范围内协商达成一致意见。在很多重要会议中(例如宪法修正案)，将2/3作为绝对多数，即通过决议需要赞成人数达到与会总人数的2/3以上。可见，2/3在日常可以作为保证质和量的分界线，相应地，超过1/3就达到影响质变的边缘。据此，以1/3作为浮动范围，将基准值上下浮动1/3，进而得到一个风险区域，该区域就是平等协商范围。

协商上限：

(3)

协商下限：

(4)

式中：R上和R下分别为协商范围的上下限；R基为风险的基准值。由前面分析可得R基=3.596 05×10-7,由式(3)、式(4)，计算得R上=4.794 7×10-7，R下=2.397 3×10-7，进而得到协商范围(2.397 3×10-7～4.794 7×10-7)。风险值若超越协商范围上限，不可接受，需要强制降低风险；协商范围内的风险是风险提供方与风险承受方都能接受的，但双方还需要在该范围内就实际情况协商出一个统一值作为个人风险可接受标准值。依2011年至2016年城市燃气事故数据可知，2011年与2012年城市燃气事故个人风险超出了协商上限，故风险不可接受；2013年至2016年死亡率都在个人风险可接受标准协商范围内。

1.1.3 个人可接受风险标准比较分析

李剑锋等[19]基于公共场所火灾、爆炸和中毒因素提出的一般公共场所个人风险值为4.5×10-7，处于前文确定的个人风险标准范围内，这一定程度上也从侧面表明了确定风险可接受标准方法的可行性。

为了进一步验证风险可接受标准值的合理性，将该标准与国内外部分行业的个人风险可接受标准进行对比。如表3所示，国内外现有危险性工厂、煤矿、大坝、化工等行业的个人风险可接受水平比前文确定的城市燃气个人风险可接受水平大1～4个数量级不等，这是由于表3中的个人风险可接受标准针对的对象是该行业的从业人员，其人员基数相对于本文研究对象小，且均进行过安全培训。如我国煤矿行业2016年底统计的从业者人数为490.9万人[20]，又如我国化工行业2015年从业者人数为接近492.03万人[21]，风险涉及到的人数相对城市燃气事故风险所涉及到的人数小了2个数量级，故这2个行业的可接受个人风险值大于城市燃气事故可接受个人风险值。综上，本文所制定的个人风险可接受标准符合实际情况，具有一定合理性。

表3 部分国家和机构制定的个人风险可接受水平[18,22-23]Table 3 Individual acceptable risk levels established by certain countries and institutions

1.2 社会可接受风险标准

1.2.1 社会风险与制定原则

社会风险SR(Societal Risk)定义为：某种事故的发生对研究人群造成损害的频率和研究人群的人数之间的关系[24]。社会风险衡量的是某种风险在研究区域内的整体状况，将事故所涉及到的人群和地点作为一个整体考虑，相对于个人风险能更客观地评价城市燃气事故的风险。用图1来说明个人风险与社会风险的区别：A，B为同一风险源，在同一时间段和地点，个人风险相同(IRA=IRB)，而社会风险有很大差异(SRA

图1 个人风险与社会风险的对比Fig.1 Comparison of individual risk and societal risk

虽然风险可接受标准可以分为个人风险和社会风险等方面，但它们之间有一个共同的原则，就是寻求安全与效益之间的平衡。绝对安全，即没有风险，是不可能的，因为那会是无限的资金投入，其实安全就是使风险降低至可承受范围的同时能获得足够的效益，这种想法的集中体现就是ALARP原则，这是研究风险可接受标准中的一个重要工具[25]。如图2所示，ALARP原则把风险划分成3个区域：风险不可接受区域、风险可接受区域和ALARP区域。ALARP原则有2个重要的分界线：最大可接受风险线将风险分为不可接受风险与可接受风险，风险不可接受区域内的风险无论从个人、社会、环境和财产4个方面来讲都是不可接受的，应该不惜代价地降低该区域的风险；可忽略风险标准线将可接受风险分为ALARP区域和风险可接受区域，风险可接受区域内的风险是可以忽略的风险，不需要降低该区域风险；ALARP区域内的风险虽然可接受，但是还应通过成本—效益分析来决定是否降低该区域风险[26]。

图2 风险水平和ALARP区域Fig.2 Level of risk and ALARP region

1.2.2 社会风险可接受标准值计算

社会风险可接受标准常用的确定方法有F-N曲线法、ICAF值方法、VIIH值方法、风险矩阵法等[27]，论文采用F-N曲线法。F-N曲线最早于1967年由Famer提出并使用[28]，这也是最常用的社会风险可接受标准的定量表达，该曲线是根据事故频率和后果的严重程度的相互依赖关系确定的。本文采用F-N曲线法结合ALARP原则以最大可接受风险曲线与可忽略风险线为分界线来确定风险可接受水平，即确定不可接受风险、可接受风险和可以忽略的风险[26]。F-N曲线方程为：

(5)

式中：Pf(x)为死亡人数大于x的年概率；FN(x)是年死亡人数的概率分布函数；x为年死亡人数，人。

根据F-N曲线定义风险可接受标准的分界线如下：

(6)

式中：n为风险极限曲线的斜率，C为F-N曲线的截距，用于确定风险极限曲线的位置。其中，n通常取值为1或2。当n=1，其含义为该风险接受标准为风险中立；当n=2时，其含义为该风险接受标准为风险厌恶。由于城市燃气一旦出现事故会对人的生命和财产安全带来严重的威胁，国家与燃气企业每年都投入巨大的成本用于减少其事故的发生，因此取n=2。

基于城市燃气事故历史数据的缺乏，本文采用事故累计死亡频率来确定城市燃气事故社会可接受风险标准分界线的截距。F-N曲线上每个点的含义可用下式表示：

Sn=a1(1-qn)/(1-q)

(7)

式中：Sn为事故累计死亡频率；a1为等比数列首项；q为等比数列公比；n为总人数。

社会风险可接受标准的最小单元是个人风险可接受标准[27]，具体到本文所求的城市燃气事故社会可接受风险标准时，a1=q，且q的数量级为10-7甚至更小，故得Sn=a1/(1-q)=q。因此，可确定社会最大可接受风险线的起点应为个人可接受风险上限，即最大可接受风险截距取C=4.794 7×10-7，代入式(6)，确定最大可接受风险标准线为：Pf(x)≤4.794 7×10-7/x2，该线上方为风险不可接受区域。基于ALARP原则，应该设置一条可忽略风险线，通常，该曲线上风险值低于最大可接受风险线值1～2个数量级[29]，在这里取值1个数量级，故可忽略风险截距取C=4.7947×10-8，同理可得可忽略风险线为：Pf(x)≤4.7947×10-8/x2，该线下方为风险可接受区域。确定了最大可接受风险线与可忽略风险线之后，即可确定位于2分界线之间的ALARP区域，见图3。

图3 城市燃气事故社会可接受风险标准F-N曲线Fig.3 Societal acceptable risk standards for urban gas F-N curve

2 最优安全投入成本分析

城市燃气事故的风险管理是为了降低威胁到生命安全事故发生的概率，以达到帮助人延寿的目的。这里引入由经济合作与发展组织(OEDC)提出的生活质量指数(LQI)，该指标表征一个能够创造财富的人其余生的期望效用值，该指数用来评价用于降低风险的资源分配是否合理，指数模型为[30]：

LQI=GωA1-ω

(8)

式中：G为人均国民生产总值(GDP)，元；A为人的预期寿命，a；ω为1个人的工作总时间占其生命总时间的比重。

根据文献[31]，按以下数学模型来计算避免1个人因事故而死亡的年安全成本E：

(9)

结合我国当前国情[20]，年人均GDP为53 980元，平均寿命为76.34 a，平均工作时间为35 a。故G=53 980元，A=76.34 a，ω=0.174 6，代入式(8)，计算得E=4 870 182.88元。按照生活质量指数的定义，即要使1个人达到预期的寿命，每年至少需要投入4 870 182.88元的安全成本。

基于上述分析，若要挽救2011年至2016年因城市燃气事故死亡的1 033人，需要的费用约为50亿元，此费用相当昂贵并与可接受性思想相违背，风险提供者无法接受。而基于ALARP原则，风险低至可忽略的风险，风险管理者就不必采取措施降低风险。若将2011年至2016年平均死亡率降低至我国社会风险可忽略标准值，则需要支付安全投入成本(元)的计算模型为：

安全投入成本=死亡率差值×人口×E

(10)

我国2011年至2016年城市燃气事故平均死亡率为3.596 05×10-7,论文确定的可忽略风险为4.794 7×10-8，结合2016年城区人口和城区暂住人口总数为477 127 937.3人，计算出要使我国城市燃气事故平均死亡率降低至可忽略标准水平，每年最优安全投入为7亿元，则2011年至2016年共应投入约42亿元降低风险。这样的安全投入是在将风险降低到风险承受者可接受程度的情况下，同时保证了风险提供者的利益。

3 风险可接受标准更新办法

随着时代的发展，人们对于事故风险的可接受程度也在改变，故风险可接受标准不应该是一成不变的。基于此，论文研究了风险可接受标准的更新办法，其中最重要的元素就是确定风险可接受标准的制定周期。风险可接受性的制定周期应与国家政策、行业发展和社会稳定的周期相协调[17]。我国的“五年规划”是阐明国家战略意图、明确政府工作重点和引导市场主体行为的纲领，故在“五年规划”期间内，国家政策与行业发展是相对稳定的。从目前我国的生产现状看来，由于人口众多造成风险承受方在一个相对不利的地位，并且在短时间内无法改变，所以，有效控制风险需要风险提供方的合作。但风险提供方以盈利为目的，不能接受大幅度甚至以数量级的形式降低风险，而将下个“五年规划”的风险水平控制在上个“五年规划”中行业的平均水平是风险承受者与风险提供者都可以接受的，且在一定时期内，风险相对保持稳定，所以可以将上个“五年规划”中城市燃气事故风险的平均水平作为下个“五年规划”的风险可接受标准的基准值。考虑到事故的发生具有偶然性，个别年份的异常数据会影响到所制定的标准，而用中位数表示上个“五年规划”的平均风险水平可以剔除某年因为大事故产生的异常风险值，所以该基准值应采用上个“五年规划”风险值的中位数。

据此，论文提出的更新办法是：城市燃气事故风险可接受标准的制定周期建议以五年为一周期，以上个“五年规划”风险值的中位数作为基准值，通过论文第一节的方法，制定下个“五年规划”的风险可接受标准。此方法可以持续提高对行业的要求和稳步改善城市燃气行业安全的整体状况，并且综合考虑风险承受方与风险提供方之间的利益关系，具有科学性与合理性。

4 结论

1)采用AIR指标法，基于2011年至2016年全国城市燃气事故统计数据，结合平等原则、实际风险原则和平等协商原则，计算得到我国城市燃气个人风险可接受标准范围(2.397 3×10-7～4.794 7×10-7)。

2)采用F-N曲线法，结合ALARP原则，计算得到了城市燃气事故的社会风险可接受标准值：最大可接受风险曲线截距为4.794 7×10-7，可忽略风险曲线截距为4.794 7×10-8。风险管理者可以利用该标准判断估算燃气事故风险值处于什么风险区域，并根据ALARP原则做出风险决策，以加强城市燃气事故风险管理的科学性。

3)运用生活质量指数推导模型计算将2011年至2016年事故平均死亡率降低至可忽略风险标准，每年至少需要投入安全资金7亿元。虽然我国城市燃气事故死亡率逐年降低，但要达到可忽略风险标准水平，每年仍需要大量安全资金投入。

4)基于风险的动态原则，提出了风险可接受标准的更新办法：建议风险可接受标准制定周期为5年，以上个“五年规划”风险值的中位数为基准值制定下个“五年规划”的风险可接受标准。