基於故障樹的工程作業船與海上平台碰撞風險評價模型
海事
作者：鍾漢明 薛傑
【摘 要】 針對工程作業船舶與海上平台存在的碰撞風險，評價和總結國內外研究現狀，介紹水上交通領域風險評價基本流程，提出基於故障樹的作業船舶與海洋油氣生產平台碰撞風險評價模型，通過計算最小割集的發生概率，預測碰撞概率。該模型對碰撞風險評價提供一種新的解決思路，具有潛在的應用前景。
【關鍵詞】 海上平台；海洋工程；工程作業船舶；碰撞風險；故障樹
0 引 言
隨著石油、天然氣、漁業、風能等海洋資源開發活動的不斷開展，各種海上離岸建築也在不斷地建設並投入使用，其中最為典型的是海洋油氣生產平台和鑽井平台。
挪威船級社發布的《全球海上事故數據庫》統計資料顯示，1970―2002年，全球共發生船舶與平台碰撞事故465起，其中，工程作業船舶在平台作業、演習、生產和維修過程中發生的事故189起，占事故總數的40.65%。此外，為了進一步尋找碰撞原因，根據英國能源局關於船舶與平台碰撞數據庫中的相關統計數據，1975―2001年10月31日期間共發生了557起事故，其中549起是由平台與工作船舶之間發生碰撞造成的。從上述統計數據可以看出，工程作業船舶是船舶與海上平台發生碰撞的主要肇事船型。
海上油氣開發平台在建設、運營和維護的過程中，離不開各類工程作業船舶，而工程作業船舶在駛近海上平台，以及在海上平台附近作業的過程中，受到自然環境、人員操作、管理等因素的影響，存在與工程結構碰撞的風險。如何對此類風險進行科學的評估，並提出有針對性的風險控製方案，將風險控製在可接受範圍內，成為海洋工程領域麵臨的關鍵問題之一。
針對這一問題，本文引入故障樹的基本原理，構建作業船舶與海上平台碰撞概率預測故障樹模型，將該問題分解為駛近過程中和作業過程中發生碰撞概率預測兩個子問題，並逐步分解為若幹基本事件的組合，將複雜問題逐步簡化成多個簡單問題，從而對碰撞概率進行預測。
1 國內外研究現狀
目前該領域的研究大多集中在從工程作業船舶和海上平台的結構安全方麵，利用船舶動力學原理[1]、海洋結構的有限元建模與仿真等方法[2]，研究結構的安全性，為海上平台的設計提供理論依據，有關工程作業船舶與海上平台碰撞概率估算的研究較少。風險的大小是通過不利事件發生的可能性與事故後果的嚴重程度之乘積來衡量的，因此，估算碰撞的概率同樣十分重要。
關於碰撞概率評估問題，最為常用的是船舶交通流理論[3]：根據離岸建築物周圍交通流的長期統計特征，獲取船舶處於碰撞航向的概率，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計特征，然而對於工程作業船舶來說，無論是船舶數量和工作頻率，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]提出一種服務船舶與海上風機碰撞風險評價基本框架，綜合運用故障樹（Fault Tree）、事件樹（Event Tree）、貝葉斯網絡（Bayesian Networks）等研究船舶與風機的碰撞概率，然而該研究成果是否適用於其他類型的海洋平台需要進一步論證。針對以上問題，本文在分析工程作業船舶航行和作業的基本特征的基礎上，提出一種通用的、並且能夠適用於工程作業船舶與海上平台的碰撞風險評估基本模型。
2 水上交通風險評價基本流程
不同領域的風險評價通常都會遵循某種固定的步驟，而在水上交通領域，最為常用的是國際海事組織（IMO）提出的綜合安全評估（Formal Safety Assessment，FSA）。FSA已被公認為是目前水上安全評估的標準化程序，本文風險評估框架主要解決步驟1和2中的相關問題。
3 工程作業船舶與海上平台碰撞風險評估模型
3.1 故障樹
故障樹分析法（Fault Tree Analysis，FTA）將某個不利事件的發生看作是由一係列簡單事件發生共同作用造成的。將事故看作一個較為複雜的頂層複合事件，利用“與”“或”來描述簡單事件之間的邏輯關係，再進一步根據預測簡單事件發生的概率計算頂層事件發生的概率。“與”門和“或”門的基本原理，其中：ET（TOP EVENT）為頂層複合事件；E1（EVENT 1）和E2（EVENT 2）為基本事件，其發生概率可以根據曆史數據或者相關領域專家的主觀判斷獲得。