Bow-Tie模型在弹药公路运输风险分析中的应用

王 巍， 安振涛， 姚 恺

(陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003)

弹药公路运输安全问题一直是弹药安全研究的重要内容之一。特别是近年来，随着弹药需求量的不断增大以及各类新型弹药的列装，使得弹药公路运输安全评估和风险分析逐渐成为弹药安全领域的研究热点。因此，对弹药公路运输进行安全风险分析，研究公路运输条件下影响弹药运输安全的主要因素、影响机理、风险管控措施，对提高弹药保障效率、提升弹药保障安全具有重要的军事应用价值。目前，关于弹药安全的研究已有很多，但大多数研究仍将事故原因或者事故后果单独作为研究对象进行安全评估和风险分析，而针对事故发生全过程的研究涉及较少。本文引入Bow-Tie模型，采用事故树与事件树相结合的风险分析方法，建立弹药公路运输爆炸事故Bow-Tie模型，进而找出弹药公路运输过程中的危险源，提出事故前的预防措施和事故后的控制措施。

1 Bow-Tie分析技术概述

1979年，澳大利亚昆士兰大学在关于帝国化学工业公司危害分析的课程讲义中首次提出了Bow-Tie模型[1]。经过多年的研究后由壳牌石油公司最先开始将其引入商业实践中。因为该模型具有简明扼要、易于理解的特点，近年来被广泛应用于航空安全、石油输送、能源开采等领域[2-6]的风险分析与安全管理中。其基本原理如图1所示。

图1 Bow-Tie模型结构

Bow-Tie模型整体结构与蝴蝶结相似，故也被称为蝴蝶结模型。该模型是将事故树和事件树两种分析方法同时应用于某一事故分析，从而探寻事故前的预防措施和事故后的控制措施[7]。Bow-Tie模型组成主要有五部分，即：事故危险源、事故前的预防措施、顶上事件、事故后的控制措施和事故结果。具体过程一般分为两步：一是进行事故树分析，通过分析影响弹药运输安全的主要因素，建立以某一事故发生为顶上事件的事故树，进而得到该事故蝴蝶结模型的左侧结构；二是进行事件树分析，根据同一事故发生后可能的结果来构建相应的事件树，进而得到该事故蝴蝶结模型的右侧结构。通过图1的Bow-Tie模型示意图可知，该方法能够比较清晰地把事件发生的原因、结果以及事前事后可采取的预防和控制措施呈现出来，帮助研究人员在风险分析时找到薄弱环节并进行有效控制。

2 弹药公路运输爆炸事故分析

2.1 绘制事故树

弹药公路运输安全影响因素可分为两类：运输交通和运输环境[8]。公路交通系统是一个复杂的系统,一般包括驾驶员、车辆、道路、环境和管理等因素，其中驾驶员是影响交通安全的核心因素。影响运输环境安全的主要因素是弹药受到的冲击和振动，而冲击和振动的强度量值与运输车辆的行驶速度有密切关系，其中运输中的弹药所受的冲击主要是由路面的不平整、紧急刹车、碰撞和翻车等因素造成的[9]。结合现有弹药公路运输操作规定及研究经验，以弹药公路运输爆炸事故为例建立如图2所示事故树，各符号含义如表1所示。

表1 事故树各符号的含义

图2 弹药公路运输事故树

2.2 最小径集分析

最小割集是导致弹药公路运输爆炸事故发生的基本事件最低限度的集合。通过布尔代数法估算后发现，弹药公路运输爆炸事故树最小割集超过300个，不利于直接计算。为简化计算过程，可利用事故树与成功树的对偶性，通过求解成功树的最小割集来求解事故树的最小径集。利用布尔代数法简化后得到结构函数：

T=A1+A2+A3=X1X2X3X4+B1B2B3X10+B4+B5=X1X2X3X4+(X5+X6)X7X8X9X10X11X12+X13X14X15X16X17+X18X19X20X21=X1X2X3X4+X5X7X8X9X10X11X12+X6X7X8X9X10X11X12+X13X14X15X16X17+X18X19X20X21

求得最小径集有5个：P1={X1,X2,X3,X4}，P2={X5,X7,X8,X9,X10,X11,X12}，P3={X6,X7,X8,X9,X10,X11,X12}，P4={X13,X14,X15,X16,X17}，P5={X18,X19,X20,X21}。

2.3 结构重要度分析

结构重要度分析就是在不考虑各基本事件发生概率的前提下，从事故树的层次结构入手分析各基本事件对引起顶层事件的影响程度。结构重要度公式为

式中：I(i)为基本事件Xi的结构重要度近似判别值；Xi∈Pi为本事件Xi属于最小径集Pi；ni为本事件Xi所在最小径集Pi阶数。

结构重要度系数排序为：I(1)=I(2)=I(3)=I(4)=I(18)=I(19)=I(20)=I(21)>I(13)=I(14)=I(15)=I(16)=I(17)>I(7)=I(8)=I(9)=I(10)=I(11)=I(12)>I(5)=I(6)。

通过对结构重要度分析可以得出，弹药公路运输爆炸事故影响程度由大到小依次为：驾驶员因素和弹药的冲击与振动、弹药存储及自身性质、道路和交通管理因素、车辆因素。

2.4 爆炸事故后果分析

弹药在公路运输过程中，由于上述原因，当振动、冲击的加速度量值达到引信解脱保险域值时，造成引信发火，从而导致引信传爆管爆炸。其产生的冲击波和大量破片能够对目标造成位移、形变、震颤和高速撞击等剧烈作用，进而使周围介质受到严重破坏，导致人员伤亡、击穿目标、引爆其他弹药[10]。本文选择几类常见弹药公路运输事故中后果最严重的一类事故，即弹药爆炸事故作为顶层事件，将引发爆炸的冲击和振动两种情况作为事件树分析的初因事件。图3为弹药爆炸事故事件树。

图3 弹药公路运输爆炸事件树

2.5 爆炸事故蝴蝶结模型的构建

根据上述分析结果，以弹药公路运输爆炸事故为顶事件,建立了弹药公路运输爆炸事故的蝴蝶结模型，如图4。从图中可以看出，爆炸事故发生前后，可在驾驶员选择、车速控制、车辆检查、交通环境、安全管理、包装技术等方面采用多种安全屏障来预防事故发生，也可采用停车检查、根据应急预案自救互救、军地双方救援等多种控制手段来降低事故后果的影响。

图4 弹药公路运输爆炸事故Bow-Tie分析结果

3 弹药爆炸事故预防及控制措施

3.1 事故前的预防措施

(1)严格驾驶员的筛选、教育和培养。优秀的驾驶员能够有效降低弹药运输事故发生的概率，因此针对X1—X4事件，应对从事弹药运输等爆炸品运输的驾驶员进行全面综合的培养，使驾驶员熟练掌握相关道路管理规定、各类指示标识以及所用车辆的防护性能等知识。另外，在平时还应定期组织驾驶员的安全技术培训、驾驶技能训练以及模拟应急演练，并选择工作经验丰富、心理素过硬的驾驶员执行运输任务，以提高运输的安全性。

(2)合理选择运输车速。大量的交通事故案例证明，车速越快，紧急刹车时的冲击作用会越强，弹药公路运输的安全性就越低。文献[11]中也明确提出，行车速度与交通事故的发生有着紧密的联系，行驶速度离散性大，导致车辆间超车与被超车频繁出现，极易引发交通事故。为有效降低A1、B5等因素对弹药公路运输安全的影响，选择合理的速度并保持稳定的运行对弹药运输安全至关重要。

(3)改进弹药包装技术，严格落实装载规范。科学的包装和规范的装载不仅能对弹药起到有效的防护作用,延缓其质量变化,而且能够实现弹药的快速装卸和运输作业,提高弹药的保障效率[12]。当弹药运输车辆在遇到X18—X21等极端事件的情况下，有效的弹药包装和合理的装载固定方式能够减少冲击对弹药带来的不利影响，提高弹药的安全性。

(4)加强道路环境维护，完善安全管理规定。在影响驾驶员决策和车速选择的多种因素中,道路条件和安全管理规定起到重要作用。这就要求道路维护部门应及时对设计不合理、路况不佳的路段进行养护，以降低X7—X9等事件对弹药运输的影响。另外，完善相关管理规定,促进军地双方在制度层面上的“兼容”，能够降低驾驶员因车速规定不同导致频繁错车带来的危险。

(5)严格车辆运输前后检查。无数的交通事故案例显示[13]，运输车辆关键部件出现故障将极大影响车辆运输安全。因此，对于参与任务执行的运输车辆，在运输开始前后都应由车辆维护人员进行严格的车况检查，将隐患消除在准备阶段。

3.2 事故后的控制措施

(1)停车检查。当出现类似事件A2、A6、A12等因驾驶员操作失误或者意外导致风险事件发生时，应及时停止运输作业，由专业人员对弹药进行外观及技术检查，排除风险后继续进行运输作业。

(2)根据应急预案展开救援行动。紧急情况下，应根据应急预案内容，迅速采取隔离现场、禁止附近车辆人员靠近、保护车辆离开、救治伤员、残留弹药处理等行动。有效的应急预案能够有效控制事故发生后的影响范围，降低二次伤害的发生，为后续救援提供便利。

(3)采取自救互救措施。当事件A3—A5、A9—A11等爆炸事故发生后，应由车辆驾驶员、押运员或者保障人员根据现场情况临时负责救援工作,及时采取摆放警示标志、中断车辆通行、紧急救治伤员、及时上报情况等措施[14]。

(4)救援力量参与救援。由于弹药爆炸事故的特殊性，事故发生后可协调军地双方共同参与事故救援，并根据实际情况依次采取上报情况、风险评估、疏散人员、设置隔离区、伤员救治、未爆弹处理、分析事故原因等措施，将损失降到最低。

4 结束语

Bow-Tie模型作为一项结构化、系统化的安全管理工具，是实现系统安全、降低事故风险的有效途径。本文以弹药公路运输爆炸事故为例，建立了Bow-Tie模型，并以事故树和事件树为基础，提出了相应的事故预防及控制措施，具有一定的实际意义。在该方法的实际应用中，应根据所运弹药的种类、数量、质量等具体情况有针对性的进行风险评估，提出事故预防及控制措施，从而降低弹药公路运输爆炸事故发生的概率，减少人员伤亡和财产损失。