海洋平台作业人因可靠性研究范文

《中国安全科学学报》2015年第十一期

【摘要】

为提高定量预测的准确性，基于认知可靠性与失误分析法(CREAM)，建立海洋平台作业人因可靠性定量分析方法。针对海洋平台作业的情景环境，系统地划分CREAM中的诸共同绩效条件(CPC)的类别。用模糊推理的方法，实现对CPC的模糊化评价。用多元线性回归拟合方法，建立控制模式与CPC的对应关系模型，以增强CREAM的通用性，基于模糊量化规则，获得控制模式的隶属度。通过去模糊化实现人因失误概率(HEP)的定量计算。用所建方法，分析墨西哥湾深水地平线井喷事故案例。结果表明，该事故HEP为3．54×10－2，对应的控制模式为战术型/机会型，验证了该方法的可行性。

【关键词】

人因可靠性;认知可靠性与失误分析方法(CREAM);海洋工程;模糊理论;

海洋平台作业环境恶劣、危险性高［1］，且逃生与救援困难，一旦发生火灾爆炸事故，将造成不可估量的人员伤亡和财产损失。近年来，在海洋油气事故中，人因失误在事故原因中所占的比例呈现上升趋势［2－3］。人因失误成为影响人机系统可靠性的主要因素。因此，亟需建立一种海洋平台人因可靠性定量分析方法，为制定降低人误概率的针对性措施提供支持，有效预防事故发生。由Hollnagel［4］于1998年首次提出的认知可靠性与失误分析方法(cognitivereliabilityanderroranalysismethod，CREAM)具有系统科学的分析流程，是第二代人因可靠性(humanreliabilityanalysis，HRA)方法的代表之一。为了提高定量预测人因失误概率(humanerrorprobability，HEP)的准确性，国内外学者提出了一系列的改进方法［5－8］。例如，HEXu-hong等［5］提出结合基本法和扩展法的简单易行的定量预测方法，实现差错概率的连续化定量计算;Konstandinidou等［6］引入模糊逻辑，利用模糊推理实现共同绩效条件(commonperformanceconditions，CPC)评价的模糊化;Man等［7］利用贝叶斯网络确定认知控制模式。上述改进中，控制模式与CPC的关系均沿用Hollnagel［4］提出的方法;而CREAM本身源于核工业领域，应用到海洋平台时，由于情景环境的差异，不能灵活适用。此外，CREAM在确定控制模式与CPC对应关系的规则时，通过人为指定不同控制模式之间的界限来划分，没有给出界限划分的依据［4］。为此，笔者将基于模糊理论改进的CREAM，通过系统分析海洋平台作业影响因素，归纳总结适用于该领域的CPC;同时为增强CREAM的通用性，运用多元线性回归拟合建立控制模式与CPC的对应关系模型，实现对海洋平台领域人因可靠性的定量分析。

1海洋平台人因可靠性分析模型

1．1CPC及其模糊化根据海洋平台作业的实际情况以及国内外海洋平台事故案例分析［9］，将CPC系统地归纳为8类，它们基本涵盖了整个海上作业情景环境，具体描述见表1。为提高HEP定量预测的准确性，利用模糊推理实现CPC评价的模糊化。假定实际的情景环境符合正态分布，采用高斯隶属度函数进行模糊化。以Marseguerra等［10］提出的模糊集来确定CPC评价水平隶属度函数的分段区间。

1．2控制模式与CPC对应关系确定CPC评价水平的隶属度函数后，需要明确控制模式与CPC的对应关系。Hollnagel［4］提出的控制模式包含战略型、战术型、机会型及混乱型，且建立了控制模式与CPC关系图，并得到普遍认可，可信度较高。以此为依据，研究控制模式与CPC对应关系规则，构建适用于海洋平台的控制模式与CPC关系图。首先，将Hollnagel提出的关系图［4］转化为数据样本形式，为战略型、战术型、机会型、混乱型4种控制模式分别赋值1，2，3，4，将Σ改进(sumofposi-tive，SOP)和Σ降低(sumofnegative，SON)作归一化处理，结果见表3。以SOP和SON为自变量，控制模式为因变量，建立对应关系规则。通过多元线性回归分析［11］，得到结果见表4。根据表4可知，建立的回归方程拟合度较高，因此可以得到SOP，SON与控制模式的线性关系式。将样本数据中的SOP和SON代入式(3)，并对计算得数CM四舍五入取整处理。结果显示仅有3组数据与表3不符，对应点的(SOP，SON)分别是(0，2/9)、(0，6/9)、(1/7，8/9)。Hollnagel提出的控制模式的划分规则中要求，战术型的出现频率需大于机会型，但未给出明确划分界限，因此(0，2/9)是符合要求的。Hollnagel提出的关系图中混乱型仅出现在SOP为0的情况下。为满足上述要求并保持混乱型出现频率不变，修正点(0，6/9)、(1/7，8/9):若在SOP＞0的区域内出现混乱型，则将其与SOP=0区域内与混乱型交界的机会型进行交换。依据式(3)和上述修正方法，构建适用于海洋平台的控制模式与CPC关系图，如图1所示。

1．3人误概率定量计算根据海洋平台的具体情景环境，对照表2进行专家打分，并将各CPC的得分代入式(1)或式(2)中计算对应的隶属度。根据得分确定各类CPC所处的绩效期望的种类，计算CPC绩效期望的组合形式。对于第j种组合形式，依据图1确定控制模式类型，将属于同一控制模式的N种组合形式的隶属度求并集，得到4种控制模式的总隶属度值:

2实例分析

2010年4月20日晚上10点左右，BP公司墨西哥湾钻井平台发生井喷爆炸事故，造成11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染。根据事故调查报告、相关资料以及CPC评价标准，进行人因可靠性的定量分析。墨西哥湾深水地平线事故的情景环境描述:为降低成本，平台减少了防喷器控制系统的配备;由于缺少技术完整性管理，对设备也没有进行预防性维护，导致设备缺陷，事故发生后设备不能正常发挥作用;对井控风险缺乏足够认识，现场操作人员采取错误操作程序，导致溢流发生;溢流检测系统没有报警，或报警后现场人员没有及时发现，且在发现溢流后采取不当措施;当日BP公司举办派对庆祝7年无事故，存在管理人员缺岗的可能性;HSE文化建设不完善，钻井平台没有完备周全的应急预案，没有进行演练;美国联邦矿产管理局监管不力。根据情景环境的描述，邀请5位海洋工程领域专家对各类CPC评分，结果见表5。

基于上述运算规则，经归一化处理，得到4种控制模式隶属度，分别为［0，0．1421，0．8199，0．0380］。结果表明，控制模式倾向于机会型。去模糊化得y=－1．4514，根据式(8)计算HEP=3．54×10－2。通过查询控制模式与HEP表［4］得，对应的人误概率区间为(1．0×10－3，5．0×10－1)，控制模式为战术型/机会型。事故场景对于人员绩效行为影响较大。在8大类CPC中，任务特性和环境不受人为控制，其余6类皆可通过安全管理的方式进行改善。现从3个方面提出改进:1)HSE管理:加强HSE文化建设，包括停工制度、事故隐患汇报制度等，加强员工的HSE能力培训，培养员工责任心，完善应急预案管理制度。2)工作程序:不断完善和严格遵守各项工作制度和程序;识别钻完井工作中的风险;制定风险削减措施。3)技术完整性管理:加强对设备的预防性维护，使其满足工作需要。

3结论

基于CREAM，通过对海洋平台作业环境全面系统地表征，拟合得出控制模式与CPC的对应关系，建立该领域人因可靠性定量预测模型。通过实例分析，得到以下结论:1)系统分类后的CPC，能够用来全面表征海洋平台作业的情景环境，为该领域开展人因可靠性分析打下基础，提高了分析的准确性。2)运用多元线性回归拟合，建立适用于海洋平台作业的控制模式与CPC对应关系模型，增强了CREAM的通用性，并实现了具体情景模式下的HEP的定量计算。3)通过实例分析，验证了方法的可行性，根据分析结果可有效提出针对性强的改进措施。

作者：王彦富 闫培娜 李玉莲 张彪 单位：中国石油大学( 华东) 机电工程学院