基于Bowtie和RCM的大型海工平台拖航作业风险控制

李 伟， 胡甚平， 郭云龙

(1. 上海海事大学 商船学院， 上海 201306； 2. 南通航运职业技术学院 航海系， 江苏 南通 226010)

近年来，随着我国对海洋石油资源的勘探和开发规模日趋增大，大型海工平台作为一种高效的能源开发工具发挥着不可替代的作用，其安全营运问题也备受关注。[1]拖航是大型海工平台水上移动或迁航的主要方式，拖航作业风险高，且作业期间的事故防控工作极具挑战。因此，开展拖航作业风险控制研究，对保障平台生产作业安全和海洋环境安全具有重要的现实意义。

大型海工平台拖航是一个涉及人员、平台、拖船和环境等多因素的复杂系统，安全事故成因具有动态性、综合性和因果连带性等特点。目前的研究[1-4]主要集中在对特定水域平台拖航实务与操作经验的说明方面，侧重于对拖船操作及安全性进行研究，而很少从系统安全的角度对整个拖航系统中拖船和平台相互影响下的拖航作业风险进行研究，对拖航系统的可靠性和风险性相结合的研究不足。

领结法(Bowtie)和以可靠性为中心的维修(Reliablity Centered Maintenance, RCM)风险控制方法是目前工业界进行系统风险分析和管理的热点方法，两者的分析理念和最终目的具有良好的一致性，分析方法便于定性分析和定量分析相互补充。本文采用Bowtie模型与RCM方法相结合的方法对大型海工平台拖航作业系统风险进行分析，构建基于Bowtie的改进的RCM风险控制模型，通过绘制Bowtie图进行系统风险识别，采用FMEA方法对关键设备的故障模式进行风险评估，运用逻辑决断的方法构建大型平台拖航风险预控逻辑决策流程，提出基于Bowtie模型和RCM方法的大型平台拖航作业风险控制方案。

1 基于Bowtie的RCM改进模型

1.1 Bowtie模型

Bowtie起源于20世纪70年代的因果图，因其分析图的形状酷似男士佩戴的Bowtie而得名，是一种应用于复杂系统风险分析和管理的方法。通过绘制Bowtie 图，可直观地表达事故发生的原因和可能导致的后果，并明确事故预防和控制方法，减轻或降低事故后果影响的缓解措施。一个典型的领结图包含以下4个因素：

1) 顶事件，位于图形的中心。

2) 原因，也被称为风险或威胁，位于左侧，是顶事件发生的潜在原因。

3) 后果，位于右侧，是由顶事件引发的负面事件。

4) 屏障，设置在潜在原因、顶事件及后果相连接上，指用于预防、控制或缓解事故发生的方法。[5-6]

1.2 传统RCM方法

RCM方法是国际通用的、用以确定预防性的维修需求、优化维修策略的一种系统工程方法[7]，目前被广泛地应用在航空、军事、民用生产设备和设施等多个领域中，其基本思路为：通过对系统进行功能与失效分析，确定系统内各设备故障模式发生的概率及后果，运用规范化的逻辑决断方法，确定出故障模式的预防性对策，以保障系统能够安全、可靠、经济地运行。传统的RCM分析方法包括7个环节，分析过程较为繁琐，在实际运用的过程中将消耗大量工时和人力资源，存在投资回报与付出不成正比的问题。[8]

1.3 改进的RCM方法

将Bowtie融入RCM方法，采取风险定性分析与定量评价相结合的方式，针对系统关键设备较高风险的故障模式，提出相应的风险控制措施，具体实施流程见图1。

1) 运用Bowtie模型进行系统风险全面分析，完成风险源识别和初步风险应对措施的制定。

图1 基于Bowtie的RCM分析流程

2) 通过失效和影响分析(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)方法对系统风险进行量化，并针对风险等级较高的故障模式进行危险与可操作性分析(Hazard and Operability Analysis, HAZOP)，对风险成因和初步应对措施进行综合评价，进而得出相关的风险预控措施和事故缓解措施。

2 基于Bowite和RCM的大型平台拖航作业风险分析

2.1 系统的划分及关键设备的识别

以大型平台拖航作业为研究对象，依据系统风险理论，从人员因素、船舶设施因素和环境因素等方面对系统进行划分，通过分析确定拖航系统相互影响的风险链，结合相关数据统计和专家经验，对系统中关键设备的失效模式进行辨识，见表1。

表1 大型平台拖航风险系统及风险类型

2.2 基于Bowtie的拖航作业风险识别

大型海工平台拖航具有作业环境复杂、作业方式特殊、事故原因多样和事故影响重大等特点。全面、系统地识别和评价拖航作业期间的潜在风险，并制定相应的风险控制措施，对保障平台拖航作业的安全具有重要意义。运用Bowtie模型，以大型平台拖航系统典型故障模式断缆为例，绘制断缆事故Bowtie图(见图2)，从图2中可直观地识别出断缆发生的潜在原因为操作失误、缆绳失效、设计缺陷等，断缆发生后可能会进一步导致船舶发生碰撞、搁浅和失控等事故，进而通过设置屏障得出初步风险预控措施和事故缓解措施。

图2 断缆事故Bowtie图

2.3 FMEA分析及构建风险矩阵

运用Bowtie模型完成系统风险识别之后，进一步对中高风险的故障模式进行FMEA方法分析，评定故障模式发生的概率和后果的严重程度，通过构建风险矩阵进行风险等级评价。风险矩阵是在安全管理中识别风险重要性的一种结构性方法，具有操作简便、易于采用定性和定量分析相结合的特点。风险等级值为

R=PC

(1)

式(1)中：R为风险值；P为风险发生的概率；C为后果的严重程度。结合拖航作业相关研究成果，确定大型平台拖航作业风险概率和后果严重程度等级衡准值见表2和表3，进而可得到风险矩阵见表4，其中：风险等级Ⅰ级表示可接受风险；Ⅱ级表示可控制风险；Ⅲ级表示存在较大风险，需要采取相应的措施降低风险；Ⅳ级表示不能被接受的风险。

表2 风险概率等级衡准表

2.4 HAZOP分析

HAZOP[9]是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害和操作性问题的结构化分析方法。由不同领域经验丰富的专家以系统工程为基础，对大型平台拖航系统进行安全性审查，通过对系统潜在的风险进行辨识，评价已形成初步风险控制措施的可操作性，还可能发生哪些事故，分析已有的安全保护措施是否充分，是否需要增加安全措施等，最后综合分析以得出风险预控措施和事故缓解措施。

表3 风险后果严重程度衡准表

表4 风险矩阵表

3 基于Bowtie和RCM的大型平台拖航作业安全风险预控

3.1 基于风险分析的逻辑决策流程

针对大型平台拖航作业风险，采用逻辑决断分析的方法，通过识别拖航系统中风险较高的关键设备，基于对关键设备故障模式的风险评估和故障模式原因的分析结果进行逻辑决策，同时综合考虑安全性、可靠性和经济性等因素，得出采取事后维修、视情维修和替代维修等不同的风险预控方式，具体流程见图3。

3.2 风险评价及控制策略

根据大型平台相关操作规程和拖航经验，拖航作业一般包括准备就位、缆接、起拖和航行等4个重要环节[4，10]，为全面掌握拖航作业期间的风险，对每一个作业环节按照图3所示流程实施基于Bowtie的RCM分析，分析结果见表5，表中列出每个作业环节关键设备的潜在风险，并根据风险等级和失效原因，给出相应的风险预控和事故缓解措施。如：航行环节船舶设备、拖航锁具、气象条件和航道条件等关键设备的故障模式风险等级为III级，须从严格限制作业条件、加强关键设备的监测，制定相关应急预案等方面进行风险预控，一旦发生事故应通过甚高频(Very High Frequency, VHF)发布船舶动态，及时向船舶交通服务中心(Vessel Traffic Service, VTS)报告、请求援助，实施相关应急预案等方面减缓事故的影响。就位环节风险等级为II级，但故障模式的严重程度最高，拖航相关单位须高度重视，提前做好各项准备工作，优化作业方案，确保人员适任，船机设备适拖、适航，并加强作业人员教育培训和应急演练。

图3 大型平台拖航风险预控逻辑决策流程

表5 大型平台拖航作业风险控制策略

4 结束语

大型海工平台拖航是一个涉及多因素的复杂系统，综合运用多种方法，采取定性分析和定量评价相结合的方式，提出基于Bowtie和RCM的大型平台拖航作业风险预控模型，并应用于拖航实践，其结果表明：改进的RCM方法能够识别出大型平台拖船系统高风险的故障模式，通过风险逻辑决策，得出关键性的风险预控措施和事故缓解措施，便于识别每一个作业环节的风险，有利于提升拖航作业的安全。