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基于事故樹分析法的“東方之星”翻沉事故研究

文檔作者：尚前明曹玉佩梁崢文檔來源：武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月19日
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第30卷第1期
2017年2月
中國修船
CHINA SHIPREPAIR
V01．30 No．1
Feb．2017
，’’’’’’’’、
2維修理論：
～I(xiàn)lIlI。II，
基于事故樹分析法的“東方之星”翻沉事故研究
尚前明，曹玉佩，梁崢
(武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖北武漢430063)
摘要：水路運(yùn)輸以其成本低、污染小等優(yōu)勢在我國運(yùn)輸行業(yè)中占有一席之地，水運(yùn)行業(yè)的可
持續(xù)發(fā)展、航運(yùn)安全一直受到社會各界的廣泛關(guān)注，“東方之星”事件更是將航運(yùn)安全推到了社
會輿論關(guān)注的頂峰。結(jié)合專家學(xué)者們的研究，文章引進(jìn)一種新的海上交通事故分析方法一事故樹
分析法(Fault rI'ree Analysis，F(xiàn)TA)。針對“東方之星”沉船事故進(jìn)行分析，構(gòu)建船舶傾覆事故
模型，通過模型分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致“東方之星”沉船事故的關(guān)鍵因素，并在以后的海事管理中重
點(diǎn)管控，避免類似事件發(fā)生。
關(guān)鍵詞：交通安全；“東方之星”翻沉事故；
中圖分類號：U676．1
仿真模型；事故樹分析法
doi：10．13352／j．issn．1001—8328．2017．01．009
Abstract：The water way transportation with its low cost，little poⅡution and other adVantages haVe taken a
place in the n-ansport industry in China．The sustainable development of water tIansportation industry and shipping
safety haVe been widely concemed by society． The accident on Eastem Star attracts special attention to the ship
s小ty． In View of this，a new analysis method for water way tmnsportation accident is introduced in this paper，
combined謝th some other experts7research． Based on the FI’A，Eastem Star§capsized causation analysis has been
made and a ship foundering model is proposed，which is able to identify the safety critical factors that led to shipw·
recking．This would provide cenain insights control for decision making on ship foundering prevention．
Key wOrds：traffic safety；Eastem Star Ship accident；simulation model；兀’A
水上交通運(yùn)輸是現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹匾绞街?
一。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，90％的世界貿(mào)易量是通過水
路運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)的?。隨著我國水路交通運(yùn)輸供給狀
況和服務(wù)水平的增長，水路運(yùn)輸也呈現(xiàn)出平穩(wěn)上升
的趨勢。然而，水上交通運(yùn)輸卻依然屬于高風(fēng)險(xiǎn)行
業(yè)，2015年全國共發(fā)生運(yùn)輸船舶水上交通事故213
件，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3．49億元。
在海運(yùn)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的大背景下，由于老舊船
舶的淘汰速度較新船建造速度慢，船舶數(shù)量有增無
減，致使一些航道的船舶交通更加繁忙，也加重了
船公司及海事部門的監(jiān)管壓力，因此在極端天氣情
況下，船舶發(fā)生事故的可能性也隨之增大。
本文以“東方之星”翻沉事件作為研究對象，
結(jié)合交通運(yùn)輸部收存的歷史事故，通過事故樹分析
法來分析事故致因，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致翻沉事故的關(guān)鍵因
素。通過定性分析導(dǎo)致“東方之星”翻沉事故關(guān)
鍵因素的結(jié)構(gòu)重要度，并對結(jié)構(gòu)重要度高的底層事
件進(jìn)行重點(diǎn)管控，達(dá)到避免類似事故再次發(fā)生的目
的。
1水上風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法研究現(xiàn)狀
得益于海上船舶碰撞危險(xiǎn)研究的發(fā)展，水上安
作者簡介：尚前明(1974-)，男，四川廣安人，副教授，碩士，研究方向?yàn)檩啓C(jī)仿真與自動控制；
曹玉佩(1993-)，女，湖北武漢人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)檩啓C(jī)仿真與自動控制。
·23·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期中國修船第30卷
全評價(jià)也逐漸受到國內(nèi)外專家的重視。通常采用事
故調(diào)查分析法來查明造成事故的原因，從而分析出
預(yù)防類似事故發(fā)生的措施。這種海事調(diào)查報(bào)告在一
定的范圍領(lǐng)域內(nèi)依然在使用心J。安全指標(biāo)法則是
第二代被廣泛應(yīng)用的水上交通安全評價(jià)方法，多年
來我國均通過事故起數(shù)、受傷人數(shù)、死亡人數(shù)、沉
船數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失等5項(xiàng)事故指標(biāo)，對不同區(qū)域
的水上交通安全狀況進(jìn)行評價(jià)。以上2種方法側(cè)重
于通過事故發(fā)生的情況來研究安全狀況，弱化系統(tǒng)
危險(xiǎn)因素對于安全狀態(tài)的影響，使得水上安全評價(jià)
仍處于事后評價(jià)的階段∞。4 J。
由于船舶翻沉事故受多種因素的影響，而且大
量的翻沉事故是由于人為的失誤直接或間接導(dǎo)致
的，因此僅分析歷史數(shù)據(jù)很難實(shí)現(xiàn)對翻沉風(fēng)險(xiǎn)的精
確評價(jià)。這種情況下往往需要依賴相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业?
主觀知識和歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合，以提升評價(jià)的準(zhǔn)確
性?；谶@一考慮，事故樹、事件樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)
等評價(jià)方法相繼被應(yīng)用到安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)∞o中。
2 FTA分析法
FTrA是起源于美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的的一門技
術(shù)¨j，它是一種演繹推理分析方法，即從結(jié)果分
析原因。該方法從一個(gè)可能發(fā)生的頂上事件開始，
自上而下、層層深入地尋找頂上事件的直接原因事
件和間接原因事件，直到找到基本原因事件(基
本事件)為止，并用邏輯門符號把這些事件之間
的邏輯關(guān)系表達(dá)出來。最終形成一個(gè)倒掛的樹形
圖，稱為事故樹(Fault tree)"J。根據(jù)該事故樹結(jié)
構(gòu)求解其最小割集或最小徑集，同時(shí)確定出各基本
事件的結(jié)構(gòu)重要度，制定預(yù)防事故的安全保障措
施；然后依據(jù)引發(fā)事故的各項(xiàng)基本事件的概率，來
確定頂上事件的發(fā)生概率以及各項(xiàng)基本事件的結(jié)構(gòu)
重要度，從而對于事故可能造成的危害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評
估，達(dá)到預(yù)測與預(yù)防事故發(fā)生的目的。
FTrA的基本分析方法如下。
1)首先確定頂上事件，即明確事故樹所分析
的對象，例如某種不希望發(fā)生的事故。
2)由“果”到“因”，層層追查，查到原因
時(shí)間不可分為止，從而確定“基本事件”。
3)在每一事件及其直接原因之間確定邏輯關(guān)
系，如“或”門(用“+”表示)、“與”門(用
“·”表示)等。
4)根據(jù)所需的操作條件和工藝流程，利用其
設(shè)備、工藝、控制及所需的安全措施等來繪制相應(yīng)
的事故樹。
5)采用布爾代數(shù)規(guī)則簡化事故樹，整理出頂
上事件與最小割集之間的關(guān)系，然后按規(guī)則算出各
基本事件對頂上事件的影響力度，進(jìn)而對各基本事
件的結(jié)構(gòu)重要度排序∞j。
3 “東方之星”翻沉事件事故樹的編制
3．1事故背景
2015年6月1日晚上9點(diǎn)20分，隸屬于重慶
東方輪船公司的“東方之星”駛?cè)碎L江大馬洲江
段。當(dāng)時(shí)江面有大的降雨，并伴隨強(qiáng)風(fēng)。船長為頂
住強(qiáng)風(fēng)，決定快速行船。9點(diǎn)30分左右，“東方之
星”突遇下?lián)舯┝?，在長江中游湖北監(jiān)利水域沉
沒。
通過查閱大量事故相關(guān)資料，可以發(fā)現(xiàn)，事發(fā)
之時(shí)，航行于長江中游大馬洲水道區(qū)域的“東方
之星”突遇罕見的龍卷風(fēng)氣象，并伴隨著暴流以
及強(qiáng)對流突發(fā)性天氣。其瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)到了12～13
級，降雨量也達(dá)到94．4 mm舊J，嚴(yán)重影響能見度。
這一災(zāi)難性氣象條件對事故的發(fā)生產(chǎn)生了極大的影
響。
當(dāng)突發(fā)情況到來時(shí)，船長雖使用了穩(wěn)固船體、
對抗風(fēng)暴的措施，但并未及時(shí)向外發(fā)出求救信息和
向全船發(fā)出警報(bào)。船舶處于失控狀態(tài)并持續(xù)后退，
最終傾斜進(jìn)水導(dǎo)致傾覆。船長及船員對惡劣天氣及
其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足，缺乏應(yīng)對惡劣天氣操作培
訓(xùn)，在危急的狀態(tài)下未及時(shí)采取更有效的處置與求
援措施。
事后調(diào)查，“東方之星”自建成以來，已經(jīng)歷
過3次較大的改建及改造，導(dǎo)致船舶面對極端天氣
時(shí)穩(wěn)性降低，雖然仍符合規(guī)范要求，但不足以抵御
事發(fā)時(shí)所處的環(huán)境。
船舶所在公司未向檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申請復(fù)核檢驗(yàn)，私
自違規(guī)對“東方之星”的調(diào)載艙、壓載艙實(shí)施改
造，在日常檢查中未發(fā)現(xiàn)船舶所存在的安全隱患和
漏洞。相關(guān)機(jī)構(gòu)監(jiān)督未到位，在駛?cè)胧掳l(fā)區(qū)域時(shí)，
海事局對轄區(qū)內(nèi)的“東方之星”所采取的跟蹤監(jiān)
控未到位。在船員審核方面，船員惡劣天氣下操作
培訓(xùn)檢查不到位，考核工作不實(shí)，船舶監(jiān)控也未配
備專業(yè)的監(jiān)察人員。
·24·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第l期尚前明，等：基于事故樹分析法的“東方之星”翻沉事故研究第30卷
3．2事故樹繪制
1)確定分析對象(頂上事件)。確定頂上事
件r為“東方之星”沉船事故。
2)根據(jù)因果關(guān)系分析，繪制事故樹。由頂上
事件開始，采用演繹分析法，依次往下，逐級找出
所有原因事件，直到找到所有最基本的原因事件為
止。其中每一層的中間事件都依次按照原因輸入和
結(jié)果輸出的邏輯關(guān)系，用邏輯門進(jìn)行連接。依據(jù)事
故原因間的邏輯關(guān)系畫出事故樹。
以丁“東方之星”沉船事故為頂上事件，首先
將此頂上事件寫在事故樹圖的最上方的矩形方框
內(nèi)。
對該船翻沉原因進(jìn)行分析總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)只有
在船舶缺陷、人為因素、管理因素、環(huán)境惡劣四者
中，第一、第二、第三原因同時(shí)發(fā)生，且在第四原
因存在的條件下，才可能發(fā)生船舶翻沉事故，因此
第一層邏輯門為“與”門。
以此類推，直至事故樹的規(guī)模和分析深度已達(dá)
到基本事件的程度為止，得到“東方之星”翻沉
的事故樹圖，共由20個(gè)基本事件、14個(gè)中級事
件、10個(gè)“或”門及5個(gè)“與”門構(gòu)成，如圖1
所示。事故樹各符號含義見表l。
圖l “東方之星”沉船事故樹
表l事故樹各符號含義
符號含義符號含義符號含義
r “東方之星”沉船肘12 船舶結(jié)構(gòu)不合理XIo 濃霧
肼l 管理因素肼13 通訊設(shè)備故障Xll 航道環(huán)境復(fù)雜
％ 環(huán)境惡劣肼14 冒險(xiǎn)航行X12 未及時(shí)通知極端天氣
鴨人為因素Xl 船員不適任X13 超速駕駛
M。船舶缺陷恐安全培訓(xùn)缺失X14 對風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足
M5 人員管理不合理也船舶過度改造X15 極端天氣應(yīng)對不力
眠船舶管理不合理兄船舶保養(yǎng)不當(dāng)X16 船齡過大
M， 主管機(jī)關(guān)管理不當(dāng)如客房結(jié)構(gòu)不合理X17 穩(wěn)性不足
肘8 監(jiān)管不力瓦船舶審核不嚴(yán)X18 逃生通道設(shè)置不合理
眠極端天氣蜀船員審核不嚴(yán)X19 設(shè)備老化
肼lo 船長人為因素黽下?lián)舯┝鞒?0 機(jī)艙進(jìn)水失電
肼ll 船員人為因素蜀暴雨
·25·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期中國修船第30卷
4事故樹的定性分析
4．1求最小割集
根據(jù)以上“東方之星”沉船事故樹中各事件
之間的邏輯關(guān)系，可以得到事故樹的布爾代數(shù)式：
T=Xs·Ml·M2·M3·M4=
X8·(慨+帆+鴆)·(鳩+石。I)·(Mlo
+M11) · (X16+M12+M13) =
X8·(x1X2+瑪+墨+X5+眠X12) ·(墨+
墨+X10+X11) ’ (Mlo+X14+X15) · (X16+X17
+X18+X5+X19X20) =
瓦· (Xl墨+X3+墨+X5+瓦X12+墨X12) ·
(X8+X9+Xlo+X11) · (Mlo+X14+X15) · (X16
+X17+x18+X5+X19置o) 2
X8· (XlX2+X3+墨+X5+瓦X12+暑X12) ·
(X8+蜀+Xlo+X11) 。(X13 X14+X14+X15) ·
(X16+X17+X18+X5+X19X20)。(1)
將式(1)化簡可以得到最小割集42組，如
下：
{xl，x2，X8，x14，X16}； {墨，x8，x14，
x16}； {鼠，x8，x12，x14，x16}； {蜀，x8，x14，
x16}； {瑪，x8，x12，x14，x16}； {xl，置，x8，
x14，x17}； {x1，x2，墨，x14，x19，‰}； {x3，
x8，x14，x17}； {x3，墨，x14，x19，x20}； {瓦，
x8，x12，x14，X17}； {瓦，X8，x12，x14，x19，
X20}； {墨，X8，x14，X17}； {墨，瓦，x14，X19，
X20}； {瑪，x8，x12，x14，x17}； {蜀，x8，X12，
x14，x19，五o}； {x3，x8，x14，x18}； {xl，x2，
x8，x14，x18}； {甌，x8，x12，x14，x18}； {蜀，
X8，X14，X18}； {X1，X2，X8，X15，X16}； {墨，
x8，x14}； {墨，x8，x。2，x，4，x18}； {鼉，墨，
x15，x16}； {．瓦，x8，x12，x15，xt6}； {．k，墨，
X15，X16}； {蜀，x8，x12，X15，X16}； {X6，墨，
x12，x15，x19，X20}； {置，x8，x15，x17}； {x1，
五，x8，x15，x19，x20}； {x3，x8，x15，x17}；
{邑，X8，X15，X19，X20}； {瓦，x8，x12，X15，
x。，}；{蜀，瓦，x，5，x，，，五。}； {馬，墨，x。：，
x15，x17}； {x1，恐，x8，x15，X18}； {X3，五，
x15，x18}； {瓦，x8，x12，x15，x18}； {蜀，墨，
x15，x18}； {x5，x8，x15}； {墨，墨，x12，x15，
x18}；{X7，X8，x12，x15，x19，x20}； {x1，x2，
X8，X15，X17}。
4．2求基本事件結(jié)構(gòu)重要度
在事故樹的定性分析中，有一項(xiàng)重要的程序，
即計(jì)算整體事故樹的結(jié)構(gòu)重要度。計(jì)算時(shí)，假定各
個(gè)基本事件發(fā)生的概率都是相等的，分析各事件對
于頂上事件發(fā)生的影響程度并進(jìn)行排序，為采取針
對性的安全措施奠定基礎(chǔ)一J。
根據(jù)結(jié)構(gòu)重要系數(shù)近似計(jì)算公式：
1 1
厶(i)=寺Σ：：。÷，xi∈E，， (2)
n’ J‘一
式中：^(i)為基本事件i的結(jié)構(gòu)重要度；尼為最
小割集的總數(shù)；n，為基本事件置出現(xiàn)在最小割集
E，中的頻數(shù)。
結(jié)合每個(gè)基本事件的具體數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到結(jié)
構(gòu)重要度系數(shù)大小順序?yàn)椋?，[x。]>，[x，。]=，
[X。5]>，[X，] =，[墨] >，[X。6] =，[x，，]
=，[X，8] >，[x。：] >，[x5] >，[．砭] =，
[瓦]=，[蜀]=，[x。]>，[x，，]=，[恐。]
>，[x。1]=，[蜀]=，[x。。]=，[x。，]。
其具體計(jì)算數(shù)據(jù)如表2所示。
表2各基本事件的重要度系數(shù)
基本事件重要度系數(shù)
X8 0．977 360 984
X14、X15 0．849 537 328
恐、矗0．605 550 989
X16、X17、X18 0．602 021 262
X12 0．594 022 299
X5 O．437 500 000
xl、x2、瓦、x7 0．362 836 206
置9、翰0．361 508 090
蜀、xlo、xll、x13 0．000 000 00l
4．3結(jié)果分析及安全對策
由FTA分析得出的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可知各基
本事件對頂上事件影響重要程度的相對大小，可以
找出系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)，從而確定所應(yīng)采取相應(yīng)安
全措施的優(yōu)先順序，對航運(yùn)安全進(jìn)行科學(xué)、合理、
有效的控制。結(jié)合此次事件的結(jié)構(gòu)重要度，在下?lián)?
暴流條件下“東方之星”沉船的事故分析如下。
1)罕見突發(fā)的災(zāi)難性天氣環(huán)境，如重要度影
響最高的下?lián)舯┝骷坝绊戄^小的暴雨、濃霧、航道
環(huán)境復(fù)雜。應(yīng)當(dāng)加大科研投入，建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施如天
氣雷達(dá)、氣象觀測站等，強(qiáng)化航運(yùn)過程中對于極端
天氣的預(yù)警能力。細(xì)化惡劣天氣的分級并規(guī)定有效
避險(xiǎn)措施，如在遭遇極端惡劣天氣時(shí)，船員應(yīng)當(dāng)及
時(shí)選擇就近靠泊停船；如遭遇當(dāng)時(shí)水域環(huán)境不允許
·26·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第1期尚前明，等：基于事故樹分析法的“東方之星”翻沉事故研究第30卷
靠泊的情況，船員也應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)條例降低船速，
謹(jǐn)慎駕駛。海事局在船舶出航時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)告知船
員可能遭遇極端天氣的情況，確認(rèn)其收到警告并建
議其盡快靠泊。
2)緊急情況下船長船員應(yīng)對不當(dāng)，如重要度
次高的對風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知不足、極端天氣應(yīng)對不力以及對
事故影響較小的船員不適任、安全培訓(xùn)缺失，影響
微弱的超速駕駛。因而培養(yǎng)船長船員對風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)知
能力和應(yīng)急操作能力，加大對于突發(fā)性危急情況下
船長船員的操作判斷能力顯得尤為重要。同時(shí)需完
善相關(guān)教育部門的教育培訓(xùn)和考核標(biāo)準(zhǔn)，并定期檢
查。社會保障部門可推出政策提升內(nèi)河船員的職業(yè)
待遇，提高船長船員等的綜合技術(shù)能力，強(qiáng)化安全
保障。
3)船舶改造、設(shè)備缺陷帶來的影響，如結(jié)構(gòu)
重要度較高的船舶過度改造、船舶保養(yǎng)不當(dāng)，重要
度相對較弱的客房結(jié)構(gòu)不合理、船齡過大、穩(wěn)性不
足以及影響微弱的設(shè)備老化、機(jī)艙進(jìn)水失電。對于
現(xiàn)有的法律法規(guī)中不完善之處，針對現(xiàn)在的行業(yè)情
況，應(yīng)及時(shí)予以完善修訂，使船舶設(shè)計(jì)、改造有更
安全的技術(shù)規(guī)范要求。細(xì)化船公司管理?xiàng)l例，加強(qiáng)
監(jiān)管力度，嚴(yán)格管控船舶生產(chǎn)、過度改造，及時(shí)提
交審批；大力推行船舶標(biāo)準(zhǔn)化政策，及時(shí)淘汰老舊
船舶，提高新型船舶現(xiàn)代化程度；定期檢查船舶運(yùn)
行狀態(tài)，及時(shí)維修更換問題部件。
4)主管機(jī)構(gòu)管理不當(dāng)，如重要度影響一般的
未及時(shí)通知極端天氣以及影響較小的船舶審核不
嚴(yán)、船員審核不嚴(yán)。相關(guān)部門需嚴(yán)格落實(shí)安全責(zé)
任，定期對船舶進(jìn)行檢查考核，尤其是航運(yùn)過程中
的監(jiān)管監(jiān)控，安排專職人員加強(qiáng)在惡劣天氣下對重
點(diǎn)船舶、重點(diǎn)水域下的值守；優(yōu)化船舶運(yùn)行結(jié)構(gòu)，
加快老舊船舶的升級換代，不定期檢查老舊船舶、
改造船舶的運(yùn)行狀態(tài)，提高船舶安全性。加大投
入，增設(shè)危險(xiǎn)水域救援站點(diǎn)，提前制定科學(xué)合理的
救援方案，提高應(yīng)急救援的能力，保障生命安全。
5結(jié)束語
本文將事故樹分析法引入“東方之星”沉船
事件分析中，利用此方法構(gòu)建“東方之星”翻沉
模型，通過定性分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致沉船事件的關(guān)鍵因
素，結(jié)果基本與國務(wù)院發(fā)布的“東方之星”事故
調(diào)查報(bào)告相符。預(yù)防船舶傾覆事故是一項(xiàng)安全管理
的系統(tǒng)工程，應(yīng)對“人、船、環(huán)境、管理”各要
素采取本質(zhì)化的安全措施。船舶應(yīng)盡量避免在極端
天氣下航行，國家也應(yīng)當(dāng)建立健全相應(yīng)的法律法
規(guī)，提高船員職業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)應(yīng)急指揮能力，盡全
力減少船舶傾覆事故發(fā)生。
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收稿日期：2016—09一06
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