【摘 要】論述應用定量風(fēng)險評價(jià)(QRA)對評價(jià)、控制低概率重大事故風(fēng)險的重要意義。介紹了低概率重大風(fēng)險范疇與主要來(lái)源;QRA技術(shù)的主要用途與基本方法;研發(fā)與使用QRA計算重大風(fēng)險的主要技術(shù)程序。提出了在應用QRA評價(jià)重大風(fēng)險時(shí)應注意的幾個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題。

　　【關(guān)鍵詞】低概率事件 重大風(fēng)險 定量風(fēng)險評價(jià)

　　Quantified Risk Assessment for Low Probability Major Accidents

　　(National Center of Safety Science and Technology, State Administration of Work Safety)

　　Abstract： The importance is discussed on quantified risk assessment (QRA) for low probability major accidents. Category and origin of the low probability accidents, major usage and basic methods, research and develop technology programs of QRA technology. Several major technological issues have been pointed out on the QRA for the major risk assessment.

　　Key word： low probability accident, major risk, and quantified risk assessment

　　在連續發(fā)生了印度博帕爾毒氣泄漏(1984)、前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸(1986)和英國北海油田鉆井平臺火災(1988)等一系列重大工業(yè)災難后。重大事故風(fēng)險威脅再一次成為國際安全界的關(guān)注的焦點(diǎn)。這些事件發(fā)生雖然十分罕見(jiàn)，但由于其引發(fā)的災難性后果，使工業(yè)、科技和保險經(jīng)營(yíng)等各界對低概率后果嚴重事件風(fēng)險評價(jià)與控制的研究格外重視。其典型的例子是在美國航天飛機的研發(fā)中，由于當時(shí)航天飛機采用了最先進(jìn)的技術(shù)和材料，幾乎所有人都認為航天飛機作為現代工業(yè)文明的驕傲，其系統運行具有很好的可靠性，在安全上可以“萬(wàn)無(wú)一失”。美國航天局先前一直應用傳統的工程理論所謂支持系統的方法解決各種安全和可靠性問(wèn)題。這種理論使多數人包括一些決策者認為航天飛機發(fā)生災難性事件的可能性極為罕見(jiàn)，幾乎微不足道。1986年“挑戰者”號航天飛機在全世界的注視中升空失事，再一次引起對罕見(jiàn)事件風(fēng)險的反思。美國航天局開(kāi)始請國際科學(xué)應用公司的系統安全專(zhuān)家對航天飛機的風(fēng)險運行全面的檢查分析，結果科學(xué)家得出一個(gè)結論：航天飛機每次執行任務(wù)出現災難性事故的概率是0.7%，也就是在145次飛行中，可能有一次會(huì )出現災難性的問(wèn)題。這項研究還排列出了導致航天飛機失事七類(lèi)重大風(fēng)險，其中風(fēng)險性最高的是主發(fā)動(dòng)機故障，機率為37.8%。這些研究結果已列入了美國航天局1997年—2000年的研發(fā)計劃。低概率重大事故定量化風(fēng)險評價(jià)在我國還剛剛處于起步階段，公眾、管理人員，甚至包括一些安全科技人員對其潛在影響認識不夠，導致對一些重大事故隱患的治理存有冒險與僥幸心理，實(shí)際上定量化風(fēng)險評價(jià)技術(shù)水平較低也是在我國安全生產(chǎn)工作中存在往往重視后果處理，忽略事前預防原因之一。

　　低概率事件一般是指發(fā)生可能性小于5%以下的事件，而低概率重大風(fēng)險事件是針對相對發(fā)生概率很小，但可導致重大人員傷亡，后果嚴重的事件而言。一般低概率重大風(fēng)險事件的誘因主要分成以下六類(lèi)：

　　1、工業(yè)安全生產(chǎn)事故

　　2、環(huán)境污染

　　3、大型工程失效(水壩、摩天大廈、隧道和橋梁等)

　　4、運輸工具故障(航空、航海和航天等)

　　5、自然災害(水災、地震、颶風(fēng)和烈性傳染病等)

　　6、人類(lèi)自身活動(dòng)(恐怖主義，戰爭，種族與宗教沖突和探險等)

　　由于低概率事件的罕見(jiàn)性和不確定性，使許多人對它漠視甚至誤解：公眾更多關(guān)心它的后果，而很少注意到突發(fā)事件的概率，對不同類(lèi)別事件概率的差別也不敏感;人們更多關(guān)心現時(shí)的安全性，對今后幾年、甚至幾十年一遇的未知事故往往采取容忍心理;就多數公眾而言，對風(fēng)險的判斷主要憑借自己和周?chē)说慕?jīng)驗，甚至感覺(jué)，而對科學(xué)家提出的復雜計算模型和令人費解的預測結果常常不以為然。

　　近代工業(yè)逐漸向大型、集團化發(fā)展，一些大型、高能和高速的工藝和設施越來(lái)越多，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中低概率重大事件的風(fēng)險相對明顯增加，其識別、評價(jià)與控制技術(shù)也日益完善，其中最引人注目的是定量風(fēng)險評價(jià)(QRA)技術(shù)。由于QRA技術(shù)的不斷進(jìn)步，事故不可知論已成為過(guò)去，使憑僥幸心理和單憑經(jīng)驗進(jìn)行安全管理的思想將逐漸被淘汰。QRA方法的應用能夠比較精確估算工業(yè)活動(dòng)中某些特定風(fēng)險的概率并對低概率事件后果做定量化的評價(jià)計算，進(jìn)而比較事故(風(fēng)險)可能發(fā)生的主要條件和各種方式，由此幫助技術(shù)人員和決策者控制資源配置和預防工作的方向，而后者尤為重要，因為它有助于確定政府或企業(yè)所必須清楚面對的風(fēng)險強度和確定承擔風(fēng)險的能力。

　　重大事故風(fēng)險的罕見(jiàn)性(低概率)和不確定性使其評價(jià)工作變得困難和復雜。某些事件的模型，如颶風(fēng)的評估，也許僅包括數十個(gè)可變因素，但在工業(yè)領(lǐng)域，如大型化工企業(yè)，核電站或航天器，其風(fēng)險概率評估模型中可能包括成千上萬(wàn)，甚至數百萬(wàn)個(gè)可變和交互影響的因素，其中每一個(gè)因素都代表可能失效或出現故障的元件。評估模型最重要的功能就是必須能夠精確的描述這些元件在運行時(shí)產(chǎn)生的相互作用。如果沒(méi)有更快的處理器，更先進(jìn)的軟件和巨大的數字存儲能力的支持，實(shí)現這樣復雜多變的計算是難以想象的。由于計算機的廣泛應用和一些概念化計算軟件的迅速發(fā)展，科學(xué)家才能應用數學(xué)方法，對導致某些事件的微小、復雜和可變的因素做出識別，并運算和預測這類(lèi)(個(gè))事故的概率值，進(jìn)一步還可以應用數字實(shí)現技術(shù)，使這個(gè)事故被最接近于真實(shí)的模擬出來(lái)。

　　風(fēng)險概率分析提出已經(jīng)有40多年歷史，但定量化方法應用還是近二十年的事情，近十年是QRA發(fā)展最快的時(shí)期，并且公眾對其信任度也在不斷提高。進(jìn)入九十年代后期，QRA已從單項的定量化事故樹(shù)分析和連續系統模擬，逐漸發(fā)展到復雜系統運算和重大社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展決策的支持[1]。

　　目前在美、英、日和歐共體等工業(yè)發(fā)達國家，幾乎對所有重大工程項目和建設規劃都需要事先做定量風(fēng)險評價(jià)和安全建議[2][3]，其目標：一是認識重大工程或規劃自身的風(fēng)險和附近居民所承受的風(fēng)險等級，二是由安全部門(mén)決定其風(fēng)險是否可以使工程規劃得以否決或批準。在八十年代前，這些評價(jià)和建議主要是依靠專(zhuān)業(yè)與經(jīng)驗的判斷。這些判斷是通過(guò)對假設釋放出的危險物質(zhì)進(jìn)行離散計算，然后據此進(jìn)行預測得出的?，F在看來(lái)，其評估的方法與其說(shuō)基于風(fēng)險，還不如說(shuō)是基于后果。在八十年代后期，在數字化技術(shù)推動(dòng)下，QRA的研發(fā)在技術(shù)上有了重大突破，數字化的個(gè)人風(fēng)險等值線(xiàn)和社會(huì )風(fēng)險曲線(xiàn)(F-N曲線(xiàn))等技術(shù)不斷更新、完善，這些技術(shù)方法和評估模型開(kāi)始在工程設計和社區規劃中實(shí)際應用。

　　QRA計算重大事故風(fēng)險主要過(guò)程包括：

　　1、依據重大危險地點(diǎn)、物質(zhì)特征、物質(zhì)質(zhì)量、控制和安全系統、以及操作程序，計算并確定能夠造成傷害后果的假設泄漏的典型泄漏量。

　　2、利用歷史上的失效統計分析(即所謂的一般失效概率數據)確定每一次假設泄漏在某一給定時(shí)間段內(一般是一年內)發(fā)生的可能性。結合使用成熟技術(shù)(例如定量化故障樹(shù)分析技術(shù))所得的基本構件的失效概率數據，得出每一次假定危險物質(zhì)泄漏的概率值。

　　3、對每一次泄漏進(jìn)行評估，包括危險性物質(zhì)泄漏速率和泄漏持續時(shí)間。

　　4、計算有毒以及易燃性物質(zhì)泄漏釋放后，在不同天氣條件下的大氣擴散構成。對于易燃性物質(zhì)的泄漏，要考慮在泄漏源立即被點(diǎn)燃的可能性。同時(shí)對延時(shí)點(diǎn)燃的情況，則應按照易燃物質(zhì)浮云或氣流內預測濃度等級以及沿途點(diǎn)火源的分布及點(diǎn)火可能性的差異分別給予處理。

　　5、在上述擴散、爆炸以及火焰計算基礎上可以確定各種不同危害參量(有毒氣體濃度、熱輻射、火焰區的延伸以及沖擊波超壓或沖量)在空間和時(shí)間上的分布。

　　有毒物質(zhì)的危險度評定標準是基于急性中毒劑量毒性負荷(毒性負荷=Cndt)，或更大劑量毒性負荷的機率。對于易燃性物質(zhì)的危險，需要考慮熱輻射、火焰區域以及爆破產(chǎn)生的沖擊波。

　　QRA技術(shù)可計算出某個(gè)假定個(gè)體處于某特定地點(diǎn)時(shí)能遭受到至少標準的毒性負荷劑量、熱輻射劑量、或指定程度的沖擊超壓的概率。原則上這些劑量都應該轉換為導致傷亡可能性的“概率單位”。概率單位將接觸劑量與死亡可能性或者其他一些傷害程度聯(lián)系起來(lái)，可以計算出個(gè)體承受到至少那些劑量的個(gè)人風(fēng)險(死亡概率)。在個(gè)人風(fēng)險計算基礎上，進(jìn)一步考慮到重大風(fēng)險地區周?chē)娜丝诿芏?，或者一次事故可影響到不同人口數目的可能性等因素，即擴展到社會(huì )風(fēng)險評估。社會(huì )風(fēng)險是指在任意一年里發(fā)生影響至少一定數量人口的事件的累積概率。社會(huì )風(fēng)險的計算同樣受到范圍、地貌、氣象、人口密度空間分布與時(shí)間變化等復雜因素和它們相互作用因素的影響。

　　QRA有毒物質(zhì)風(fēng)險評價(jià)的方法已經(jīng)比較系統完善，這些程序主要建立在對影響區域計算的基礎之上。這些區域定義了居民將接受到至少是標準劑量毒性危害的范圍。而對這些區域進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)計算，必須考慮復雜多變的天氣條件和人們在室內或者室外的不同情況，對該區域進(jìn)行風(fēng)險評價(jià)計算。由此可見(jiàn)，每一個(gè)區域都與某個(gè)特定氣象條件出現和人員暴露的概率相對應，對一個(gè)特定區域的計算結果很難直接用于另外的評價(jià)對象，即使它們之間十分類(lèi)似。如果假定區域內氣流等條件均相同，一個(gè)人在某特定地點(diǎn)被卷入危險區域的概率就可以計算出來(lái)，而且可以轉換為個(gè)人危險性評估和它距毒物泄漏點(diǎn)距離的函數。通過(guò)分析程序還可計算每種失效情況下個(gè)人風(fēng)險的差異，并據此推算得出所有失效情況下總的個(gè)人風(fēng)險與距泄漏點(diǎn)距離之間的函數關(guān)系。應用總危險度、不同天氣條件下危險發(fā)生比率，以及某指定點(diǎn)天氣數據(大量相等地區中，每一個(gè)地區的不同風(fēng)速/天氣種類(lèi)組合的可能性)等參數，推算畫(huà)出個(gè)人風(fēng)險值的危險度曲線(xiàn)。這些曲線(xiàn)表示了某假定個(gè)體接受至少定量毒氣的頻率(10-4、10-5、10-6次/每年)，并被精確的繪制在網(wǎng)格化的地圖上。

　　通過(guò)另一種計算程序，結合人口分布和社區類(lèi)型信息、計算出的危險區域、以及當地出現指定風(fēng)/天氣的可能性的綜合分析，可計算出社會(huì )危險度[4][5]。計算社會(huì )風(fēng)險時(shí)，可根據計算精度的要求，按區域風(fēng)玫瑰圖(至少12個(gè)風(fēng)向)的方向分別計算相應危險區域所影響的人數N。每一個(gè)危險區域的方位都有很大差異，因此可以獲得若干對可能性和人數N的數據，進(jìn)而可以導出N個(gè)或者更多人承受危險影響的累積概率。

　　QRA也常用于易燃性物質(zhì)風(fēng)險評價(jià)，現有QRA模型大多是針對與液化石油氣(LPG)裝置有關(guān)的事故風(fēng)險。這些評價(jià)模型能比較精確的計算出：任意一年內主要貯存容器因立即點(diǎn)燃發(fā)生沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE)的概率;以及所產(chǎn)生的火球的影響。

　　易燃物質(zhì)QRA計算方法原則上與有毒物質(zhì)危險基本一致，不同的是在計算前需要輸入特定數據或因素。這些數據和因素要求至少包括以下幾方面：容器大小;LPG類(lèi)型(如丙烷或正丁醛);容器災難性失效概率：容器冷失效;容器熱失效;容器有限性失效概率(裂縫或漏洞);與蒸餾器、泵、管道系統等設備相關(guān)的容器泄漏概率;設備或管道泄漏物點(diǎn)燃的可能性與點(diǎn)燃可能性的分配;貯存器設備周?chē)鐓^種類(lèi)，以及人口密度等。

　　易燃物質(zhì)QRA方法能夠計算設備周?chē)芍苯亲鴺司W(wǎng)格定義的各小單元中心處的熱輻射[(kWm-2)1.33s]等級和爆破產(chǎn)生的沖擊超壓(kPa)，同時(shí)也可計算相關(guān)的這些熱輻射等級以及爆破產(chǎn)生的沖擊波發(fā)生的頻度。由這些物質(zhì)可進(jìn)一步推導出指定熱輻射等級和指定沖擊壓力的等值線(xiàn)，每一條等值線(xiàn)都給出了能在給定頻率(例如10-5、10-6次/每年)下發(fā)生指定范圍內等級熱輻射和沖擊壓力的地點(diǎn)距源點(diǎn)的距離。另外，這些計算出來(lái)的輻射和沖擊超壓等級可以與概率方程一起，推導出不同距離下的個(gè)人死亡率，然后又可以繪制出個(gè)人死亡率的等值線(xiàn)。如果在計算過(guò)程中考慮到了危險設備周?chē)娜丝诜植?，那么也可以導出社?huì )風(fēng)險評估值。因為BLEVE事件在確定廠(chǎng)區外危險方面至關(guān)重要，應該單獨使用定量的故障樹(shù)技術(shù)計算它的頻率。在計算中還必須考慮評估對象所特有的一些細節因素，比如閥門(mén)數量、管道長(cháng)度和有沒(méi)有水噴霧等。由于長(cháng)運輸管道發(fā)生泄漏的方式、泄漏量、氣流影響和一定范圍內被稀釋后可燃極限等許多因素都不同于LPG，所以用于BLEVE的QRA模型并不完全適用于管道工程，盡管運送管道發(fā)生事故的頻率很高，但其致死性風(fēng)險的區域一般不會(huì )超出50米以外的范圍，但如果管道泄漏點(diǎn)處在可波及到LPG危險距離范圍內或者在泄漏源頭立即被點(diǎn)燃的可能性很大，其風(fēng)險可能要高出一個(gè)數量級，這一點(diǎn)在計算社會(huì )風(fēng)險方面更為重要。

　　雖然QRA的技術(shù)方法已十分先進(jìn)、計算結果也比較精確，但它的基本運行畢竟還是建立在“假設”基礎之上，而這些假設是否可靠、可信，主要依據所輸入模型中數據的有效性。另外，還應強調的是：使用QRA計算風(fēng)險概率的最大價(jià)值在于工程或規劃前，至少在過(guò)程中，而不是在工程完成，甚至事件發(fā)生后。

　　參考文獻

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　　2. Nishapati, Mark, Acceptability and applicability of quantified risk assessment in the next millennium, Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering-OMAE,OMAE98-1431,1998,7pp

　　3. Laheij, G.M.H.; Post, J.G.; Ale, B.J.M., Standard methods for land-use planning to determine the effects on societal risk, vol71 Jan.2000: 269~282

　　4. Stallen, Pieter Jan M.; Geerts, Rob; Vrijling, Han K., Three conceptions of quantified societal risk, Risk Analysis vol 16 Oct.1996: 635~644

　　5. R.E. Jorissen and P.J.M. Stallen, Quantified societal risk and policy making, Technology risk and society v12, Kluwer Academic Publishers, c1998

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