客运索道定量风险评价方法研究

钱剑雄 孙 佩

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

客运索道定量风险评价方法研究

钱剑雄 孙 佩

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

本文在吸收“十一五”研究成果的基础上，借鉴承压类特种设备风险评价技术成熟理论，提出了客运索道定量风险评估流程；通过引入设备特征系数、管理系数和失效系数对客运索道定量失效概率进行修正，将人员伤亡和经济损失两个定量失效后果转化为经济指标进行计算；给出了风险等级评定的准则，提出了客运索道定量风险评估具体方法和指标；通过给出应用案例，认为该方法具有可操作性，适合我国索道情况，应用前景良好。

客运索道定量 风险评价 风险等级 失效概率 失效后果

客运索道由于能够适应复杂地形，适用于在旅游景区运送乘客。在旅游旺季，每天乘坐索道的游客数量达到数十万人次，每年运送乘客累计更是达到近亿人次。但同时，由于轿厢等载人工具沿钢丝绳在高空运行，客运索道，尤其是客运架空索道，具有一定的危险性。而且，客运索道本身又是一个复杂的机械电气系统，其任何故障或者关键部件的失效，都有可能引发事故，造成人员伤害甚至死亡。这不仅会产生惨重的经济损失，而且社会影响极大，甚至会对旅游业和社会经济发展造成恶劣影响和严重损失。因此，作为公共安全的一部分，国家将客运索道纳入特种设备，对其进行全过程的安全监管。

2013年6月，《特种设备安全法》正式颁布。法中明确提出要对包括客运索道在内的特种设备实施分类监管，也就是要对处于不同风险等级和安全状况的设备，采取不同的有针对性的监管方式，以提高监管效率。为此，国家设立有关项目和课题，开展了客运索道风险评价方法的研究工作。“十一五”期间，依托国家科技支撑计划课题，笔者所在的任务组研究提出了基于模糊评价和层次分析法的客运索道安全评价方法［1］，但是该方法主要应用模糊评价和层次分析等传统方法，没有引入风险的概念，没有统筹考虑失效可能性和失效后果两方面的综合影响。我国特种设备风险评价研究主要集中在压力容器、压力管道等承压类特种设备上［2-4］，目前承压类特种设备的风险评估技术的应用已经比较成熟。而针对客运索道的风险评价技术研究在国内还刚刚起步。本文在吸收“十一五”研究成果的基础上，将国际上较为通行的风险评价方法应用于客运索道系统，提出一种适用于索道设备特点和行业现状的风险分析和定量评估方法，并进行风险等级评定，为准确、直观地反映出设备风险状况，实现客运索道科学分类监管探索途径，提供技术参考。

1 客运索道定量风险评价方法

1.1 方法概述

客运索道定量风险评价方法，是基于一定的数学评价模型，对所评价的客运索道系统和子系统各个因素及其相互关系和作用进行赋值，再根据一定算法和规则，计算得出评估结果定量指标。其目的是确定每一个子系统（零部件）的风险等级，根据社会和使用单位风险接受水平制定检测策略，将风险降低到可接受的程度。因此，客运索道的系统设计、制造情况、工作条件、运行历史、设备可靠性，管理因素、潜在的环境和健康影响等信息都是定量分析需要考虑的内容。客运索道风险评价是一个不断修改和更新的过程，当一次评估完成后，需要间隔一段时间进行再评估，以审查前次评估结果和应对策略是否合理。

定量评价方法对于相关数据和信息的需求比较高，往往需要长时间、大量而广泛的收集、记录和试验积累才能得到，因此存在一定困难。但是在算法合理，数据已知的情况下，定量方法得出的结果精度和可靠性都比较高，且具有很好的同类项目可比性［5-6］。

1.2 评价程序

根据客运索道子系统和关键部件的特点和技术要求，考虑影响客运索道运行安全的实际因素，提出客运索道定量风险评价程序，如图1所示。

图1 客运索道风险评价流程图

1.3 失效概率评估

定量失效概率评估以实际数据库为基础，首先需要确定各子系统对应故障机理下的通用失效概率数据库。由于不同客运索道制造工艺、安装工艺、运行环境、维护保养水平等的差别，引入设备特征系数、管理系数和失效系数对定量失效概率进行修正，从而定义实际失效概率见式（1）：

式中：

F——实际失效概率；

FG——通用失效概率；

FE——设备特征系数；

FM——管理系数；

Ff——失效系数。

通用失效概率代表的是客运索道某个子系统的失效概率的平均水平。引入的3个修正系数从不同角度来反映不同设备同类子系统之间的可识别的差别：1）设备特征系数体现的是客运索道子系统的具体细节、运行环境和维护保养水平的区别；2）管理系数反映的是客运索道相关单位的实际管理水平对客运索道设备的影响，应用于所有的子系统；3）失效系数反映了当前客运索道各子系统的实际失效状态。

1.3.1 通用失效概率

客运索道的通用失效概率，可以通过搜集各个客运索道的使用、检验、故障、维修记录，或根据相关文献资料或者实验室实验来得到，反应的是客运索道各子系统总体的失效概率水平。

通用失效概率的确定是进行定量风险评估中最重要的一环，其准确性决定整个分析质量的好坏，本文提供了建立通用失效概率数据库的参考步骤：

1）调查在役客运索道的实际使用情况，发放调查问卷，搜集客运索道各子系统的维修更换数据。

2）对特定子系统可以进行实验室试验，获取对应故障模式及故障原因的失效数据。

3）选用BAYES方法或其它数理统计方法整合失效数据，拟合通用失效概率曲线。

1.3.2 设备特征系数

设备特征系数，其含义是对客运索道子系统失效概率及频率有重要影响的特定条件，进一步细化，将设备特征系数分为5个二级次因子：失效速率、检验有效性、维护保养及时性、工作级别和寿命周期。

为便于建模分析，根据层次分析法，建立客运索道设备修正因子层次模型，如图2所示：

图2 设备特征系数因子层次模型

基于层次分析法和灰度评价法的设备特征系数计算实施起来较为复杂，适用于设计专用软件实施评估。为方便现场实施，本文给出了设备特征系数简化计算方法。具体步骤如下：

1）确定各次因子的权重

5个二级次因子权重值可由专家直接给出：

2） 对各个二级次因子进行等级评定

取各个专家评价结果的平均值，且在1、2.5、3、4.5、5、6.5、7、8.5、9 中选择等于或大于且最接近等级，即：

3）设备特征系数简化计算。

次因子的权重计算等级评定本身带有一定的主观性，为方便计算处理，设备特征系数FE可以做近似计算，直接用公式（4）求得：

1.3.3 管理系数

管理系数反映不同安全管理水平对客运索道子系统的影响。管理系数评估因素包括：必备文件情况，安全机构与岗位责任制实施情况，人员资格与安全培训安排，安全制度制定状况，工作记录执行情况五大类。根据客运索道管理系统评估分值，可以将管理系统评估等级划分为“优”，“中”，“差”三个等级，见表1。

表1 客运索道管理系统评估等级

管理评估系数FM按式（5）确定，其中x为管理系统评估得分。

1.3.4 失效系数

失效系数是对所评估子系统故障模式是否发生或其失效模式具体故障原因的发生机理性质的修正，要求评估人员观察子系统实际的状态，必要时进行实际检验。评估时需要根据故障机理的不同，赋予Ff不同的值。

失效系数的确定方法如下：

1）首先判断所评估子系统故障原因的发生机理是否为与时间相关的退化机理（如疲劳、磨损等），然后进行下一步评估。

2）若所评估子系统故障机理与时间无关，则不属于退化机理。如果故障模式未发生，则Ff=1.0，如果故障模式已发生，则Ff=1.5；

3）若所评估子系统故障机理与时间有关，则故障机理为退化机理，需根据所评估子系统使用时间和剩余使用寿命确定修正系数。以评估开始时间点之后，客运索道子系统持续服役时间与其剩余寿命的比值为参量，见式（6）：

式中：

B——拟服役时间占剩余寿命的百分数；

Tn——拟持续服役时间；

TSL——剩余寿命。

如果故障模式未发生，则Ff=1.0。

如果故障模式已发生，应根据B值确定Ff：

若B≤0.5，则Ff=1.5；

若0.5＜B≤0.8，则Ff=5；

若B＞0.8，则Ff=10。

1.4 客运索道定量失效后果评估

客运索道一旦发生事故常常会产生严重的后果，定量失效后果评估是从人员伤亡后果和经济后果两个方面考虑的。定量后果评估是将这两方面的损失均转化为经济指标进行计算，最后合计为总的经济损失费用，并与客运索道整机的费用做比较，根据比例的高低来划分失效后果等级。

1.4.1 人员伤亡后果（人员伤亡经济指标）

客运索道故障一旦救援措施不当，会发生人员伤亡事故，根据国家制定的相关政策，企业应进行赔偿。计算人员伤亡费用见式（7）：

式中：

CH——事故造成人员损失，万元；

CHD——因事故造成人员死亡与重伤而造成的经济损失，万元。可参考国家标准或者行业标准，并考虑客运索道所在地区经济发展水平制定，现阶段该费用均值为60万元/人；

n——伤亡人数；

CHECT——其它人员伤亡方面的损失。

1.4.2 经济后果（利润损失经济指标）

经济损失费用可包含三个方面：停车损失费用、维修更换费用、其它利润损失（间接经济损失）。经济损失费用计算见式（8）：

式中：

CP——经济损失费用；

CPW——部件更换、维修费用，万元；

t——停车天数，天；

CPE——停车每天造成的经济损失，万元/天；

CPECT——其它利润损失。

综上，失效后果的定量值是人员伤亡后果和经济后果两个方面经济损失指标之和，计算公式见式（9）：

1.5 客运索道风险等级评定

风险等级由定量评估风险矩阵确定，其中，失效概率等级由实际失效概率值确定，以失效后果与客运索道设备的整体价格（或使用单位所能容忍的最大经济损失）M的比值确定失效后果等级，其风险矩阵如图3所示。

定量风险也可以利用式（10）计算，用经济的指标表示风险，利用失效概率值和失效后果值直接计算风险的大小。

通过定量风险矩阵或经济指标表示法，重新评定筛选出来的高风险子系统风险等级。

图3 定量风险矩阵图

定量风险分配可以采用风险标绘法，如图4所示。

图4 定量风险分配方案

基于ALARP准则，将风险分为三个区域：可忽略区，ALARP区及不可接受区。根据风险值在标绘图中的位置，确定其所属区域。其中，不可接受线是按企业对最高可容忍的状况，可忽略线是按企业对最高可忽略的状况，分别按照定量评估程序分析得到的。

2 应用举例

由于客运索道定量风险评价是一个系统工程，具体实施过程十分复杂。笔者以客运索道固定抱索器为例，说明该方法的思路和应用过程。

通过次因子两两比较后计算得到抱索器各次因子权重，根据专家对抱索器各次因子等级打分评定，用式（4）求得设备特征系数：

管理系统评估得分80，按式（5）确定管理评估系数FM=1.5；

若所评估子系统故障模式未发生，Ff=1.0；

客运索道固定抱索器通用失效概率需要通过故障记录、相关文献或者试验数据获得，设定其通用失效概率为0.02，按照式（1）计算得到实际失效概率为：

按照式（7）和式（8）分别计算人员伤亡和经济损失后果：

根据式（9）确定失效后果定量值为90.3万元。使用单位所能容忍的最大经济损失以500万元计。

根据失效概率和失效后果值，按照图3确定客运索道固定抱索器子系统风险等级为“低”，风险可以接受，不需要采取进一步降低风险的措施。

本例体现了本文所述方法的应用过程和结果，通过对其在客运索道系统其他方面的应用，可以最终完成对客运索道系统整体的风险评价。

3 结论

1）本文针对客运索道实际情况和特点，提出了定量风险评价程序和风险等级评定准则；重点论述了客运索道失效概率和失效后果的定量评估方法，给出了实际失效概率的计算公式，分别引入反映客运索道子系统的具体细节、运行环境和维护保养水平等的设备特征系数，反映客运索道相关单位的实际管理水平对客运索道设备产生影响的管理系数，以及反映当前客运索道各子系统的实际失效状态的失效系数，对通用失效概率进行修正；定量失效后果不仅考虑人员伤亡造成的损失，还考虑了客运索道停运和设备维修所带来的经济损失。

2）本文提出的定量评价方法理论依据充足，符合客运索道设施安全不仅受设备本身质量影响，还受到其运营管理和日常维护保养水平，以及工作级别、运行工况、承受载荷、使用环境等诸方面影响的实际情况。

3）本文提出的评价方法也还存在一定的不足，主要是客运索道部件或子系统的通用失效概率数值获取比较困难，需要大量的试验和统计数据作为支撑；失效后果评价指标体系中还应当考虑人员伤亡或被困等造成的社会影响因素；对客运索道整个系统进行定量风险评价时，由于数据量巨大，人工操作将十分繁琐和困难，因此还需要开发相应的评价软件。

随着今后更为深入的研究，以及广泛的工程实际应用，将不断完善本文提出的评价方法，为政府进一步加强科学监管，有效控制客运索道风险水平，提供有益的参考。

［1］ 唐中富，姚泽华，钱剑雄，等.基于模糊评价和层次分析法的客运索道安全评价方法研究［J］.中国安全科学学报，2008，（6）.

［2］ 陈钢，左尚志，陶雪荣，等.压力容器压力管道的风险评估技术［C］.第六届全国压力容器学术会议压力容器先进技术精选集，2005，09

［3］ 左尚志，陈钢，陶雪荣，等.压力管道的风险评估原理、技术及发展［C］.2006年全国失效分析与安全生产高级研讨会论文集，2006，12.

［4］ 马令申，左尚志.城市埋地燃气管道故障树的建立与分折［J］.中国锅炉压力容器安全，2003，19（02）.

［5］ 张春燕.输气管道系统RBI定量风险评价研究［D］.兰州：兰州理工大学，2008.

［6］ 王鲁荣.RBI在石化装置检测流程中的应用研究［D］.天津：天津大学，2006.

［“十二五”国家科技支撑计划项目05课题。课题编号：2011BAK06B05］

Study on Quantitative Risk Evaluation Method for Passenger Ropeway

Qian Jianxiong Sun Pei
（China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）

This paper presents a passenger ropeway quantitative risk assessment process based on the mature special equipment risk assessment theory and research results during the 11th Five-Year； By introducing device characteristics coeffi cient， management coeffi cient and failure coeffi cient， the failure quantitative probability is modifi ed； failure consequences including the casualties and economic loss are calculated into economic indicators；risk rating criteria are given and the specifi c passenger ropeway quantitative risk assessment methods and indexes are put forward. Through an application case， it is believed that this method is operable and suitable for cableway situation and its application prospect good.

Passenger ropeway quantitative Risk evaluation Risk rating Failure probability Failure result

X941

B

1673-257X（2015）04-08-06

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.04.003

钱剑雄（1979～），男，硕士，主任助理，工程师，从事特种设备安全技术规范组织起草。

2014-07-31）