交通运输安全工程第10讲

从以下四条途径来改善系统的安全性：(1)减少最小割集数，首先应消除那些含基本事件最少的割集。(2)增加割集中的基本事件数，首先应给含基本事件少、又不能清除的割集增加基本事件。(3)增加新的最小径集，可以设法将原有含基本事件较多的径集分成两个或多个径集。(4)减少径集中的基本事件数，首先应着眼于减少含基本事件多的径集。事故树定性分析总结：最小割集与最小径集在事故预测中的作用是不同的：最小割集可以预示出系统发生事故的途径；而最小径集却可以提供消灭顶上事件最经济、最省事的方案。事故树中或门越多，得到的最小割集就越多，系统也就越不安全。事故树中与门越多，得到的最小割集的个数就较少，系统的安全性就越高。事故树定量分析一、定量分析的目的1、在给定基本事件发生概率的情况下，求出顶上事件发生的概率，然后根据所得结果与预定的目标值进行比较。如果计算值超出了目标值，就应采取必要的系统改进措施，使其降至目标值以下。2、计算每个基本事件对顶上事件发生概率的影响程度，以便更切合实际地确定各基本事件对预防事故发生的重要性，更清楚地认识到要改进系统应重点从何处着手。二、顶上事件发生概率的计算1、状态枚举法对顶上事件状态φ(X)=1的所有基本事件的状态组合，求各个基本事件状态(Xi=1或0)的概率积之和，用公式表达为：niXiXiiippXP11)1()(ni1式中：P——顶上事件发生概率函数；φ(X)——顶上事件状态值，φ(X)=1或φ(X)=0；——求n个基本事件的概率积；Xi——第i个基本事件的状态值，Xi=0或Xi=1；pi——第i个基本事件的发生概率。以右侧事故树为例，利用上式求顶上事件T的发生概率。（设X1，X2，X3均为独立事件，其概率均为0.1）=1×p11(1-p1)0×p20(1-p2)1×p31(1-p3)0+1×p11(1-p1)0×p21(1-p2)0×p30(1-p3)1+1×p11(1-p1)0×p21(1-p2)0×p31(1-p3)0=p1(1-p2)p3+p1p2(1-p3)+p1p2p3=0.1×0.9×0.1+0.1×0.1×0.9+0.1×0.1×0.1=0.009+0.009+0.001=0.019niXiXiiippXP11)1()(2、求各基本事件概率和（最小割集法）仍以上例中事故树为例，先求其最小割集。用最小割集表示的等效图如右图所示。这样，可以把其看作是由两个事件E1、E2组成的事故树。按照求概率和的计算公式，E1+E2的概率为：)-)(1-(1-112EEppP因为两个最小割集中都有X1，利用此式直接代入进行概率计算，必然造成重复计算X1的发生概率。因此，要将上式展开，消去其中重复的概率因子，否则将出现错误的结果。21212121--1-1EEEEEEEEppppppppP001.01.01.01.001.01.01.001.01.01.032131212121pppppppppppEEEE019.0001.001.001.0P3、顶上事件发生概率的近似计算实际上，即使精确算出的结果也未必十分准确，这是因为：(1)凭经验给出的各种机械部件的故障率本身就是一种估计值，肯定存在误差。(2)各种机械部件的运行条件(满负荷或非满负荷运行)、运行环境(温度、湿度、粉尘、腐蚀等)各不相同，它们必然影响着故障率的变化。(3)人的失误率受多种因素影响，如心理、生理、训练情况、环境因素等，这是一个经常变化、伸缩性很大的数据。近似算法是利用最小割集计算顶上事件发生概率的公式得到的。一般情况下，可以假定所有基本事件都是统计独立的，因而每个割集也是统计独立的。设有某事故树的最小割集等效树如右图所示，顶上事件与割集的逻辑关系为：T=k1+k2+…+km顶上事件T发生的概率为P，割集k1、k2、…、km的发生概率分别为pk1、pk2、…、pkm，由独立事件和的概率与积的概率计算公式分别得：P(k1+k2+…+km)=1-(1-pk1)(1-pk2)…(1-pkm)=(pk1+pk2+…+pkm)-(pk1pk2+pk1pk3+…+pkm-1pkm)+(pk1pk2pk3+…+pkm-2pkm-1pkm)-…+(-1)m-1pk1pk2…pkm只取第一个小括号中的项，将其余的二次项，三次项等全都舍弃，则得顶上事件发生概率近似公式：P≈pk1+pk2+…+pkm这样，顶上事件发生概率近似等于各最小割集发生概率之和。例：用近似公式计算顶上事件发生概率。基本事件Xl，X2，X3的发生概率分别为p1=p2=p3=0.1，用近似公式计算顶上事件发生概率：P=pk1+pk2=p1p2+p1p3=0.1*0.1+0.1*0.1=0.02直接用原事故树的结构函数求顶上事件发生概率：因T=X1(X2+X3)，则P’=p1[1-(1-p2)(1-p3)]=0.1×[1-(1-0.1)(1-0.1)]=0.019P与P’相比，相差0.001。因此，在计算顶上事件发生的概率时，按简化后的等效图计算才是正确的。三、概率重要度分析结构重要度分析是从事故树的结构上，分析各基本事件的重要程度。如果进一步考虑基本事件发生概率的变化会给顶上事件发生概率以多大影响，就要分析基本事件的概率重要度。利用顶上事件发生概率P函数是一个多重线性函数这一性质，对自变量pi求一次偏导数，就可得出该基本事件的概率重要度系数：iiPpPI)(例题：设事故树最小割集为{X1，X3}、{X1，X5}、{X3，X4}{X2，X4，X5}。各基本事件概率分别为：p1=0.01，p2=0.02，p3=0.03，p4=0.04，p5=0.05，求各基本事件概率重要度系数。解：顶上事件发生概率P用近似方法计算:P=pk1+pk2+pk3+pk4=p1p3+p1p5+p3p4+p2p4p5=0.01×0.03+0.01×0.05+0.03×0.04+0.02×0.04×0.05=0.002各个基本事件的概率重要度系数为：0108.0031.005.0002.008.04215)5(5234)4(413)3(542)2(531)1(ppppPIppppPIpppPIpppPIpppPIPPPPP)2()5()4()3()1(PPPPPIIIII从概率重要度系数的算法可以看出这样的事实：一个基本事件的概率重要度如何，并不取决于它本身的概率值大小，而是与它所在最小割集中其他基本事件的概率积的大小及它在各个最小割集中重复出现的次数有关。四、临界重要度分析一般情况，减少概率大的基本事件的概率要比减少概率小的容易，而概率重要度系数并未反映这一事实。临界重要度系数Ci则是从敏感度和概率双重角度衡量各基本事件的重要程度，其定义式为：)(iPiiIPpC临界重要度系数Ci与概率重要度系数的关系是：如上例中，已得到的事故树顶上事件概率为0.002。各基本事件的概率重要度系数分别为：IP(1)=O.O8，IP(2)=0.002，IP(3)=0.05，IP(4)=0.031，IP(5)=0.0108。则各基本事件的临界重要度系数为：27.00108.0002.005.062.0031.0002.004.075.005.0002.003.002.0002.0002.002.04.008.0002.001.0)5(55)4(44)3(33)2(22)1(11PPPPPIPpCIPpCIPpCIPpCIPpC因此就得到一个按临界重要度系数的大小排列的各基本事件重要程度的顺序：C3C4C1C5C2而概率重要度系数的排序是：)2()5()4()3()1(PPPPPIIIII与概率重要度相比，基本事件X1的重要程度下降了，这是因为它的发生概率最低。基本事件X3的最重要，这不仅因为它的敏感度最大，而且它本身的概率值也较大。小结：三种重要度系数中，结构重要度系数从事故树结构上反映基本事件的重要程度。概率重要度系数反映基本事件概率的增减对顶上事件发生概率影响的敏感程度。临界重要度系数从敏感度和自身发生概率大小双重角度反映基本事件的重要程度。结构重要度系数反映了某一基本事件在事故树结构中所占的地位，而临界重要度系数从结构和概率上反映了改善某一基本事件的难易程度，概率重要度系数则起着一种过渡作用，是计算两种重要度系数的基础。可以按这三种重要度系数安排采取措施的先后顺序，也可按三种重要度顺序分别编制相应的安全检查表，以保证既有重点、又能全面检查的目的。在三种检查表中，只有通过临界重要度分析产生的检查表，才能真正反映事故树的本质，也更具有实际意义。第2节交通安全系统评价一、安全系统评价概述（一）安全评价的含义安全评价（SafetyAssessment，简称SA）就是根据各种已知条件，事先对系统进行一番评价，判断发生事故的可能性以及事故造成的损失，以采取相应措施消除和减低危险性。交通安全系统评价是以实现交通安全为目的，按照系统科学的方法，对交通系统中的危险因素进行预先的识别、分析和评价，确认交通系统存在的危险性，并根据其形成事故的风险大小，采取相应的安全措施，以达到安全的全过程。（二）安全评价的目的安全评价要达到的目的包括如下几个方面：(1)对所评价的系统潜在事故进行定性、定量分析和预测，建立使系统安全的最优方案。(2)系统地从计划、设计、制造和运行等过程中考虑安全技术和安全管理问题，找出生产过程中潜在的危险因素，并提出相应的安全措施。(3)评价设备、设施或系统的设计是否使收益与危险达到最合理的平衡。(4)在设备、设施或系统进行试验或使用之前，对潜在的危险进行评价，以便考核己判定的危险事件是否消除或控制在规定的可接受水平。(5)评价设备、设施或系统在生产过程中的安全性是否符合有关标准、规范的规定，实现安全技术与安全管理的标准化和科学化。（三）安全评价的作用1、分析事故发生的机理；2、辨识各种危险源及其演变规律；3、判别各种危险之间的关系；4、估计可能发生的后果；5、为防范措施提供依据。（四）安全评价的内容及程序1、安全评价的内容安全评价的内容主要包含危险性确认和危险性评价两个部分。(1)危险性辨识：全面、彻底地找出系统中所存在的危险源，并关注它们在系统运转过程中的变化;然后将这些危险源定量化，明确它们的发生概率及其事故后果的严重度。(2)危险性评价：根据危险的影响范围与社会公认的安全指标迸行比较，最后还要确认危险性是否排除或减少。安全评价的内容：安全评价危险性评价危险性辨识新的危险性和危险性的变化危险性校核事故发生概率及其严重度计算风险采取措施消除和减低危险性危险性的排除所公认的安全指标安全指标2、安全评价的程序(1)资料收集和研究；(2)危险因素辨识与分析；(3)确定评价方法，实施安全评价；(4)确定措施与对策。（五）安全评价的原则1、系统性2、综合性3、科学性4、适用性二、安全检查表评价法根据经验或系统分析的结果，把评价项目自身及周围环境的潜在危险集中起来，列成检查项目的清单，评价时依照清单，逐项检查和评定。1、逐项赋值法针对安全检查表的每一项检查内容，按其重要程度不同，由专家讨论赋予一定的分值。单项检查完全合格者得满分，部分合格者按规定标准给分，完全不合格者记零分。这样逐项逐条检查评分，最后累计所有各项得分，就得到系统评价总分。根据实际评价得分多少，根据标准规定确定系统总体安全等级的高低。2、加权平均法该评价计值方法是把企业的安全评价按专业分成若干评价表，所有评价表不管评价条款多少，均按统一记分体系分别评价记分，（如10分制或100分制等），并按照各评价表的内容对总体安全评价的重要程度，分别赋予权重系数(各评价表权重系数之和为1)。按各评价表评价所得的分值，分别乘以各自的权重系数并求和，就可得到企业安全评价的结果值。加权平均计算方法：式中m——安全评价的结果值；mi——按某一评价表评价的实际测