基于故障樹的工程作業(yè)船與海上平臺碰撞風(fēng)險評價模型

1、基于故障樹的工程作業(yè)船與海上平臺碰撞風(fēng)險評價模型【摘 要】 針對工程作業(yè)船舶與海上平臺存在的碰撞風(fēng)險，評價和總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹水上交通領(lǐng)域風(fēng)險評價根本流程，提出基于故障樹的作業(yè)船舶與海洋油氣消費平臺碰撞風(fēng)險評價模型，通過計算最小割集的發(fā)生概率，預(yù)測碰撞概率。該模型對碰撞風(fēng)險評價提供一種新的解決思路，具有潛在的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】 海上平臺；海洋工程；工程作業(yè)船舶；碰撞風(fēng)險；故障樹0 引 言隨著石油、天然氣、漁業(yè)、風(fēng)能等海洋資源開發(fā)活動的不斷開展，各種海上離岸建筑也在不斷地建立并投入使用，其中最為典型的是海洋油氣消費平臺和鉆井平臺。海上油氣開發(fā)平臺在建立、運營和維護的過程中，離不開各類工程

2、作業(yè)船舶，而工程作業(yè)船舶在駛近海上平臺，以及在海上平臺附近作業(yè)的過程中，受到自然環(huán)境、人員操作、管理等因素的影響，存在與工程構(gòu)造碰撞的風(fēng)險。如何對此類風(fēng)險進展科學(xué)的評估，并提出有針對性的風(fēng)險控制方案，將風(fēng)險控制在可承受范圍內(nèi)，成為海洋工程領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵問題之一。針對這一問題，本文引入故障樹的根本原理，構(gòu)建作業(yè)船舶與海上平臺碰撞概率預(yù)測故障樹模型，將該問題分解為駛近過程中和作業(yè)過程中發(fā)生碰撞概率預(yù)測兩個子問題，并逐步分解為假設(shè)干根本領(lǐng)件的組合，將復(fù)雜問題逐步簡化成多個簡單問題，從而對碰撞概率進展預(yù)測。1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)于碰撞概率評估問題，最為常用的是船舶交通流理論3：根據(jù)離岸建筑物周圍交通流的

3、長期統(tǒng)計特征，獲取船舶處于碰撞航向的概率，進而研究在不同海況下避碰失效的概率，將二者綜合即可求得碰撞概率。該理論的一個重要前提是船舶交通流具有明顯的統(tǒng)計特征，然而對于工程作業(yè)船舶來說，無論是船舶數(shù)量和工作頻率，都不具備該特征，因此，需要一種全新的解決思路。例如，DAI等4提出一種效勞船舶與海上風(fēng)機碰撞風(fēng)險評價根本框架，綜合運用故障樹Fault Tree、事件樹Event Tree、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)Bayesian Networks等研究船舶與風(fēng)機的碰撞概率，然而該研究成果是否適用于其他類型的海洋平臺需要進一步論證。針對以上問題，本文在分析工程作業(yè)船舶航行和作業(yè)的根本特征的根底上，提出一種通用的、并且

4、可以適用于工程作業(yè)船舶與海上平臺的碰撞風(fēng)險評估根本模型。2 水上交通風(fēng)險評價根本流程3 工程作業(yè)船舶與海上平臺碰撞風(fēng)險評估模型3.1 故障樹=1式中：表示頂層事件ET發(fā)生的概率；表示根本領(lǐng)件Ei發(fā)生的概率。對于“或門來說，兩個底層事件只要有一個發(fā)生，ET就一定發(fā)生；因此，其發(fā)生概率為當(dāng)頂層事件較為復(fù)雜時，可以將其分解為多個層級，且一個“與和“或門中可以存在多個子事件。假設(shè)故障樹中有n個底事件 ，C為某些底事件的集合，當(dāng)其中全部底事件都發(fā)生時，頂事件必然發(fā)生，那么C為故障樹的1個割集。假設(shè)C是1個割集，且任意去掉其中1個底事件后就不再是割集，那么C為最小割集。只要計算出所有最小割集中事件的發(fā)生概

5、率，就可以求取頂層事件的發(fā)生概率。3.2 工程作業(yè)船舶與海上平臺碰撞故障樹模型利用故障樹的根本模型，對工程作業(yè)船舶與海上平臺碰撞風(fēng)險進展建模研究。在建模前，應(yīng)先對碰撞風(fēng)險進展危險源識別，即找出導(dǎo)致碰撞的各個環(huán)節(jié)中的主要因素。工程作業(yè)船舶與海上平臺的碰撞事故可能發(fā)生在船舶駛近平臺過程中，也可能發(fā)生于船舶在平臺附近作業(yè)的過程中，這兩種碰撞類型的發(fā)活力理存在較大差異，其影響因素也有所區(qū)別。按照以上思路，構(gòu)建工程作業(yè)船舶與海上平臺碰撞發(fā)生概率的故障樹模型見圖4，各個節(jié)點表示的意義和類型見表1，其中所有節(jié)點都存在是Y和否N兩種狀態(tài)。 由圖4可知碰撞事故可能發(fā)生的途徑，頂層事件是否發(fā)生由航行中是否發(fā)生碰撞

6、和作業(yè)中是否發(fā)生碰撞決定。航行過程中的碰撞事故進一步取決于船舶是否處于碰撞航向以及監(jiān)控設(shè)備是否檢測到這一危險態(tài)勢，后者為根本領(lǐng)件，而前者那么進一步由t望失誤和避碰失誤兩個根本領(lǐng)件共同決定。作業(yè)過程中的碰撞事故由船舶是否失控和是否遭遇大風(fēng)浪兩個因素決定，而船舶失控那么由推進器故障和舵機故障兩個根本領(lǐng)件決定。根據(jù)故障樹中的最小割集的概念，以及工程作業(yè)船舶與海上平臺碰撞故障樹模型中的根本邏輯關(guān)系，可以得到最小割集x6，x5，x7，x5，x10，x11，x9。通過求取在每個最小割集中根本領(lǐng)件同時發(fā)生的概率，那么所有割集發(fā)生的概率之和記為頂層復(fù)合事件的發(fā)生概率，即Px1=Px6 ？Px5 + Px7 ？

7、Px5 + Px10 + Px11 + Px93從以上的模型可以看出，故障樹模型的最大優(yōu)勢是可以將一個復(fù)雜事件發(fā)生概率的預(yù)測問題進展逐步分解，轉(zhuǎn)化成假設(shè)干個根本領(lǐng)件的組合，通過計算根本領(lǐng)件組合發(fā)生的概率獲取復(fù)雜事件的發(fā)生概率。需要說明的是，式3中根本領(lǐng)件的發(fā)生概率因受到詳細的海洋工程特征、作業(yè)船舶性能、操作人員技能和素質(zhì)等因素的影響，需要詳細問題詳細分析。4 結(jié) 語本文在水上交通FSA的根本框架內(nèi)，利用故障樹的根本原理，研究了作業(yè)船舶與離岸建筑物的碰撞概率計算模型，利用故障樹的“與和“或兩個根本邏輯關(guān)系，將碰撞事件逐步分解為假設(shè)干個可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)或者相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹饔^知識獲取發(fā)生概率的根本領(lǐng)件，最后根據(jù)故障樹構(gòu)造獲取的最小割