基于故障樹理論的船舶擱淺事故問題研究摘要隨著我國的航運行業(yè)規(guī)模不斷擴大，其運輸量在整個世界海運市場中所占比例也在一直提升，而船舶的穩(wěn)定航行對船舶安全經(jīng)濟運行顯得非常重要。因此開展船舶擱淺事故分析診斷研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。本文基于國內(nèi)公布的船舶擱淺事故狀況，通過故障樹理論研究船舶擱淺事故的規(guī)律，通過定性定量分析引起擱淺事故產(chǎn)生的根本原因，最后算出基本事件發(fā)生概率，頂上事件發(fā)生概率，概率重要度，為預(yù)測船舶擱淺事故可能事故的原因和程度提供參考判斷。本文的研究成果僅對指導(dǎo)船舶擱淺事故的預(yù)防，在航行技巧、運行維護、檢修等方面提供了可靠的參考，為研究開發(fā)船舶擱淺事故故障診斷系統(tǒng)提供了事故分析理論及分析思路。關(guān)鍵詞：故障樹；擱淺事故；實例研究目錄TOC\o"1-3"\u摘要 3第1章緒論 71.1研究背景及意義 71.1.1研究背景 71.1.2研究目的 81.1.3研究意義 81.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 81.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 81.2.2國外研究現(xiàn)狀 91.3研究可行性分析 91.4創(chuàng)新點 101.4.1建立基本故障樹模型 101.4.2創(chuàng)新點 101.5研究方法和技術(shù)路線 101.5.1研究方法 101.5.2技術(shù)路線 10第2章故障樹理論與船舶擱淺事故關(guān)聯(lián)性分析 122.1故障樹理論概述 122.1.1故障樹理論基本原理 122.1.2故障樹理論的應(yīng)用 152.2基于故障樹理論的船舶擱淺事故成因分析 152.2.1船舶擱淺事故的定義 152.2.2基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型 16第3章基于故障樹理論的船舶擱淺事故案例分析 203.1案例概況 203.2故障樹理論基礎(chǔ)模型符合性分析 203.3基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型驗證 213.4基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型驗證以及定量分析 223.4.1基本事件發(fā)生概率qi 223.4.2頂上事件發(fā)生概率Q 233.4.3概率重要度I(qi) 233.4.4定量分析 233.5對于本次蘇伊士運河船舶擱淺事故原因分析 263.5.1主觀方面 22第4章研究結(jié)論 28第5章展望和總結(jié) 285.1展望 235.2總結(jié) 23參考文獻 27

第1章緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究背景無論當(dāng)下是否發(fā)生疫情，國與國之間的貿(mào)易往來都主要以海上運輸交通為主。因此，保證世界各國的船只在海上的交通安全，對于世界各國社會經(jīng)濟的發(fā)展有著極為重要的意義。目前，隨著疫苗大規(guī)模推廣接種，中國率先在世界范圍內(nèi)恢復(fù)疫情前水平，并且?guī)邮澜绺鲊?、各地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。后疫情時代下的中國航運已經(jīng)恢復(fù)至疫情前水平。前些年因全球經(jīng)濟一體化的繁榮發(fā)展而帶來的國際貿(mào)易量的擴大，以中華人民共和國交通運輸部統(tǒng)計的出口集裝箱運價指數(shù)為例，僅2020年12月中國出口集裝箱綜合運價指數(shù)平均值為1446.08，相較于2019年同期的841.46，增長171.854%[18]。海上交通量的迅速增長，進而要求船舶的設(shè)計越來越大型化、快速化。隨著我國近幾年積極推進“海上絲綢之路經(jīng)濟帶”戰(zhàn)略，“一帶一路”涉及到我國18個省區(qū)市和其他65個國家，參與的人口占全球的63%[17]，使得往返于國際間的船舶日益增多，海上交通繁忙。但這樣的情況下也有不利的一面：因海上頻繁交易而導(dǎo)致的海上交通事故發(fā)生事故上升。隨著往來船舶交通量的增加，海上交通事故急劇增多。以中華人民共和國為例，據(jù)中華人民共和國交通部海事局官網(wǎng)公布的資料（以下簡稱官方數(shù)據(jù)）經(jīng)本文統(tǒng)計，2015年發(fā)生4起事故，2016年發(fā)生8起事故，2017年發(fā)生11起事故，2018年發(fā)生31起事故，2019年發(fā)生266起事故，2020年發(fā)生396起事故，共計657起。由此可見，海上事故的發(fā)生近幾年來呈上升趨勢。其中擱淺事故共15起，占到了所有事故的2%，碰撞事故272起，占到了所有事故的69%。從歷年公布的官方數(shù)據(jù)可以看出，擱淺事故在整個海上事故中雖然只占有2%，并不占有很大比重，同272起碰撞事故相比，可以忽略不計。然而，目前在各國各類海事統(tǒng)計報告中普遍地受重視的是碰撞事故[19]。其主要原因是由于碰撞事故多發(fā)，對于海上運輸各方來說，一次碰撞事故的發(fā)生，至少會造成至少100萬元以上的財產(chǎn)損失[13]。由于船舶碰撞事故因處理過程比較復(fù)雜，比如值班駕駛員是否按照規(guī)章制度航行，船舶是否適航，航行海域的環(huán)境是否對碰撞事故有影響等，涉及的面較廣，因而受到各國海事部門的重視。而擱淺事故則不然，在一般情況下，擱淺事故是由事故船單方的失誤和疏忽所導(dǎo)致的[2]。應(yīng)承擔(dān)的經(jīng)濟責(zé)任的對象也是明確的，因此，對事故過程，發(fā)生原因的調(diào)查和分析往往并沒有像船舶碰撞事故一樣細致劃分，對擱淺事故造成的海洋污染，經(jīng)濟損失的教訓(xùn)也未給予重視[13]。1.1.2研究目的本文的研究目的主要是需要通過故障樹理論解決發(fā)生船舶擱淺事故的整體結(jié)構(gòu)，建立一般性的船舶擱淺事故原因分析系統(tǒng)，從而解決船舶擱淺事故中各方面因素的定性定量問題。1.1.3研究意義J1P(J2)P(J1J1P(J2)P(J1)J2J3J4P(J3|J1,J2)P(J4|J3,J2)圖1.1貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)對于故障樹理論的研究主要保持在各類設(shè)備系統(tǒng)的故障研究，而且在研究過程中很少使用單一的故障樹理論作為研究方法。例如對于汽車故障診斷系統(tǒng)的分析使用故障樹理論和實例推演方法[5]，解決之前無法快速定位故障位置，縮短維修較長，工作效率的問題；對于電機系統(tǒng)故障進行基于復(fù)雜馬爾科夫模糊模型的故障樹理論[7]，解決汽車加油時溢油的問題；在船舶航運方面，故障樹理論運用于解決船舶動力設(shè)備和輔助設(shè)備出現(xiàn)的問題，解決之前船舶系統(tǒng)和各個零部件間的不明的邏輯關(guān)系[20]。故障樹理論的定性和定量分析進行系統(tǒng)的深度分析，對各個故障因素進行有效的概率分布展示。利用故障樹分析方法的基礎(chǔ)是針對要分析的對象構(gòu)建完善的故障樹模型。在船舶故障樹構(gòu)建方面，現(xiàn)在國內(nèi)采取的基本方法是在深入理解船舶駕駛內(nèi)容和事故發(fā)生情況的基礎(chǔ)上，進行人工手動建模。但是這樣的方法存在一定的不足，比如建模的效率比較低，而且有可能漏掉對船舶事故具有影響的底事件，使船舶事故故障樹模型不完善。研究更加高效和完善的故障樹建模方法成為必然選擇，這需要進一步做深入研究。1.2.2國外研究現(xiàn)狀國外學(xué)者研究船舶問題時，不僅運用故障樹理論，還使用了多種方法。例如以模糊直觀FMEA對油輪系統(tǒng)故障風(fēng)險進行了估算[9]；利用海洋環(huán)流和油污運移的三維模型驗證船舶泄油的擴散情況；運用概率方法分析船舶在發(fā)生純失穩(wěn)事件時的易損性；IMO認(rèn)為當(dāng)船員的能力不足以完成任務(wù)時，船舶的工作就會發(fā)生人為失誤，盡管失誤可能是缺乏能力造成，但是更常見的情況是因為現(xiàn)有能力受到了不利條件的限制。該指南列舉出與人為有關(guān)的危險示例[16]，將船上工作的危險分為個人因素、組織和領(lǐng)導(dǎo)因素、任務(wù)特征、船上工作條件四類。研究證明在駕駛員經(jīng)驗豐富、熟悉當(dāng)?shù)厮蛐畔ⅰ⒕邆淞己么嚨那闆r下，發(fā)生擱淺事故的概率明顯降低；采用基于塑性-彈性變形機理的一系列分析方法計算淺灘擱淺事故后船體剩余極限強度并對底部結(jié)構(gòu)的損傷程度進行了預(yù)測等等。目前設(shè)備故障診斷方法很多，為了提高故障診斷的可靠性，進行多種診斷方法的融合是設(shè)備故障診斷新方法研究的一個重要趨勢。隨著船舶駕駛內(nèi)容的復(fù)雜程度提高，事故情況發(fā)生發(fā)展的規(guī)律不明確，如何將故障樹分析方法與其他方法進行融合，形成更加智能的故障診斷方法是下一步研究的重點內(nèi)容。1.3研究可行性分析中華人民共和國交通部海事局官網(wǎng)公布的資料公布的船舶事故調(diào)查報告中，都是人為因素（各類型操作失誤以及技術(shù)故障所導(dǎo)致的）和環(huán)境因素和不可抗力因素的相互作用下造成。然而故障樹理論可以將這些因素直觀量化表示。但本文在采集有關(guān)船舶駕駛事故的故障樹分析的相關(guān)資料時，遇到了很大的障礙。比如數(shù)據(jù)樣本較小，存在影響因素不足的情況。本文決定參考其他生產(chǎn)領(lǐng)域的故障樹理論實踐研究成果，并結(jié)合船舶駕駛和擱淺事故的特殊性來進行探索分析，因此研究成果存在一定的局限性。1.4創(chuàng)新點1.4.1建立基本故障樹模型本文依據(jù)中華人民共和國交通部海事局官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)建立基礎(chǔ)的船舶擱淺事故故障樹模型，從而實現(xiàn)船舶擱淺基本事故的分析參考模型。在建立基本故障樹模型之后，針對實際的事故案例中的可能導(dǎo)致發(fā)生的因素進行分析，從而建立一種有效的擱淺事故分析方法。1.4.2創(chuàng)新點在對各類船舶事故進行故障樹理論的分析的時候，由于，并不能被有效的應(yīng)用到船舶故障處理中去，因此本文在吳志新等[14]研究理論基礎(chǔ)上，結(jié)合官方數(shù)據(jù)公布的擱淺事例進行定量分析，利用上行法表示最小割集，進而通過計算得出各類底事件的概率重要度，結(jié)構(gòu)重要度，相對概率重要度，仿真頂事件發(fā)生概率。通過這些概率將模型中的影響因素進行排序進而得出對造成擱淺事故可能性最大的影響因素。1.5研究方法和技術(shù)路線1.5.1研究方法通過故障樹理論，基于官方數(shù)據(jù)，對船舶擱淺事故建立模型。1.5.2技術(shù)路線先建立基本的故障樹模型，然后根據(jù)不同的事故實例建立出特定的完善故障樹，如下圖所示。建立基本故障樹模型完善故障樹（找到此次事故發(fā)生的影響因素，具體歸結(jié)為什么原因）進行定量分析得出結(jié)論提出研究問題圖建立基本故障樹模型完善故障樹（找到此次事故發(fā)生的影響因素，具體歸結(jié)為什么原因）進行定量分析得出結(jié)論提出研究問題第2章 故障樹理論與船舶擱淺事故關(guān)聯(lián)性分析2.1故障樹理論概述故障樹分析（FaultTreeAnalysis，F(xiàn)TA）最早是1962年的美國貝爾實驗室提出[16]。故障樹分析方法可以對故障事件進行定性和定量分析，并且能夠準(zhǔn)確、系統(tǒng)的對事件對象存在的可能的潛在危險進行準(zhǔn)確的分析和預(yù)測，因此可以作為各種原因事故分析的可靠性分析的分析方法。2.1.1故障樹理論基本原理1）故障樹基礎(chǔ)圖形與符號

圖2.1故障樹關(guān)系圖頂事件符號+邏輯符號與門+頂事件符號+邏輯符號與門+·邏輯符號且門+~邏輯符號非門轉(zhuǎn)移門符號

底事件符號中間事件符號（頂事件+邏輯符號+底事件）

2）故障樹理論分析步驟故障樹理論的分析主要分為三個步驟。（1）建立頂事件把要分析的事件（也就是最嚴(yán)重最不希望發(fā)生的事件）放置在故障樹的頂端，從形狀上來看這部分就可以作為故障樹的根節(jié)點，稱之為頂事件（2）列出底事件把不需要進行深究的事件作為故障樹系統(tǒng)的各個節(jié)點葉子，而此類事件僅代表可能造成頂事件發(fā)生的原因，稱之為底事件（3）頂事件和底事件的連接處于頂事件與底事件之間的全部事件都被稱為中間事件，這三種事件中每一種事件有著獨特的符號加以表示，并且各個事件之間的邏輯關(guān)系可以用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T符號進行連接，從而形成一個樹枝狀的倒立圖形，進而形成了故障樹，這也可以很直接形象的表述出故障及故障原因之間存在的邏輯因果關(guān)系情況[5]。

頂事件

頂事件3）故障樹的繪制在整個分析過程中，通過對可能造成系統(tǒng)故障的各種影響原因進行分析，從而按照總體至部分進行倒立逐級細化分析，從而繪制出如圖2.4的基本故障樹，進而通過對系統(tǒng)故障樹進行定性和定量的分析，就可以確定會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障的各種可能的組合模式或者系統(tǒng)故障發(fā)生的概率情況[15]。

最不希望發(fā)生的事件可能造成事故的影響因素可能造成事故的影響因素底事件底事件底事件底事件圖2.4細化圖2.1.2故障樹理論的應(yīng)用故障樹理論經(jīng)過了幾十年的發(fā)展、完善和衍生，已經(jīng)成為了對現(xiàn)代復(fù)雜的設(shè)備及系統(tǒng)進行故障診斷分析的安全可靠的方法，這在航空航天、軍事、化工、航運、電站等技術(shù)領(lǐng)域得到了普遍的推廣應(yīng)用。在船舶航運方面，由于船舶不同于其他生產(chǎn)制造業(yè)的特殊性，因此故障樹理論的應(yīng)用目前主要廣泛應(yīng)用于船舶輪機管理工作中[20]，比如對船舶動力設(shè)備及輔助設(shè)備的常見故障的分析處理。通過對各個船舶設(shè)備出現(xiàn)的各種問題進行匯總，對發(fā)生概率數(shù)據(jù)處理，通過建立故障樹分析，最后進行總結(jié)。從而將船舶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成系統(tǒng)的各個部件之間的邏輯關(guān)系直觀的表現(xiàn)出來，并且全面系統(tǒng)的展現(xiàn)出所可能引起設(shè)備故障發(fā)生的各個因素，從而能夠幫助船舶輪機管理人員的維修工作提供參考和指導(dǎo)，并且指導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、對薄弱環(huán)節(jié)進行分析，從而使得更加清楚完善掌握船舶可能發(fā)生的故障概率。而對于船舶駕駛來說故障樹理論的實踐運用機會較少，主要是維持在船舶的駕駛設(shè)備的使用和輪機設(shè)備的管理上[20]。2.2基于故障樹理論的船舶擱淺事故成因分析2.2.1船舶擱淺事故的定義由于對待擱淺事故的方式和角度不同，因此不同國家關(guān)于船舶擱淺的定義仍有較大差距。所以至今仍未形成一個統(tǒng)一意見。加拿大、日本等，開展海事事故統(tǒng)計時將船舶觸礁和擱淺統(tǒng)一為“擱淺”，如日本在《海難審判的現(xiàn)狀》中定義擱淺事故為“船舶觸碰到或擱置在水下淺灘、礁石等，進而導(dǎo)致船體損傷的情況”。IMO在1986年的海安會第433號通告“海事報告標(biāo)準(zhǔn)格式”的分類中，將船舶擱淺的概念歸類與日本、加拿大相同[16]。2014年9月18日經(jīng)中華人民共和國交通運輸部（以下簡稱交通運輸部）第8次部務(wù)會議通過《水上交通事故統(tǒng)計辦法》，該辦法規(guī)定擱淺是指船舶擱置在水中淺灘，并造成船舶損害或停航的水上事故；觸礁是指船舶擱置或觸碰水中礁石，并造成船舶損害的水上事故[16]。由此可見，國內(nèi)外對于擱淺事故產(chǎn)生分歧的點是在于是否將船舶擱淺和船舶觸礁歸于一起。因此本文認(rèn)為，擱淺事故廣義上的概念是指船舶因擱置在水下障礙物導(dǎo)致停航或損壞；而狹義上的概念指船舶擱置在淺灘而導(dǎo)致停航或損壞。兩者都有一個必要條件，即因外力或其他因素導(dǎo)致船舶的停航或者損壞，但是不同之處在于水下障礙物對于航行的影響。狹義上的概念僅僅局限于淺灘，廣義上的則指淺灘、礁石、沉船等一些礙航物[1]。為使得船舶航行安全更加有保障，讓讀者更加清晰認(rèn)識造成船舶擱淺事故的因素，使得研究的成果應(yīng)用更加廣泛，本文中所提到的的船舶擱淺事故僅局限于廣義上的船舶擱淺，即為我國《水上交通事故統(tǒng)計辦法》中的擱淺與觸礁。2.2.2基于故障樹理論的事故基礎(chǔ)模型正確構(gòu)建事故基礎(chǔ)模型是故障樹分析法的重中之重，模型的完善與否將直接影響到故障樹定性分析和定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。而故障樹構(gòu)建過程的實質(zhì)是尋找出所研究的系統(tǒng)故障和導(dǎo)致系統(tǒng)故障的諸因素之間的邏輯關(guān)系，并將這種關(guān)系用故障樹的圖形符號表示，形成以頂事件為根，若干個二次事件和基本事件為干枝和分枝的倒裝圖形。該方法是先選定系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的故障事件為頂端事件，其后是找出直接導(dǎo)致頂端事件發(fā)生的各種可能因素，再找出第一步中各因素的直接原因。循此方法逐級向下演繹，一直追溯到引起系統(tǒng)發(fā)生故障的全部原因[8]。然后把各級事件用相應(yīng)的符號和適合于它們之間邏輯關(guān)系的邏輯門與頂端事件相連接，就建成了一棵以頂事件為根，中間事件為節(jié)，底事件為葉的具有若干級的倒置故障樹。+頂事件中間事件1中間事件2底事件X1++底事件X4底事件X+頂事件中間事件1中間事件2底事件X1++底事件X4底事件X5底事件X3底事件X2圖2.1故障樹理論基礎(chǔ)模型2.2.3基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型船舶擱淺事故與常規(guī)不同生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)的設(shè)備、系統(tǒng)的故障有相似之處但又有別于各獨立的設(shè)備、系統(tǒng)。因此如果對各簡單的造成操作事故因素的簡單組合難以呈現(xiàn)船舶擱淺事故的特點。文中嘗試從船舶擱淺的事故成因分類入手，從各分類的角度延伸建立故障樹，由于船舶航行時需要甲板部輪機部的協(xié)同合作，操作規(guī)范內(nèi)容復(fù)雜，且與航行相關(guān)的設(shè)備和輔助設(shè)備繁多，設(shè)備維護情況錯綜復(fù)雜，如舵機的維護保養(yǎng)是否良好；船舶是否裝有側(cè)推器；鍋爐設(shè)備工況是否良好；船體結(jié)構(gòu)是否滿足航行要求；是否存在材料疲勞的情況等。如此構(gòu)建的故障樹結(jié)構(gòu)龐大，會形成大規(guī)模的最小割集，并且存在相當(dāng)數(shù)量的冗余信息，不利于船舶擱淺事故的分析。因此考慮到船舶擱淺事故的各項操作失誤構(gòu)成的共性與差異，本文最終從事故發(fā)生的根本成因分類入手，建立故障樹，層層深入，以挖掘出形成船舶擱淺事故的根本原因。++船舶擱淺人為因素環(huán)境因素+++技術(shù)因素+疲勞駕駛瞭望不當(dāng)飲酒或藥背離規(guī)則惡劣天氣強光水下障礙船體破損++船舶擱淺人為因素環(huán)境因素+++技術(shù)因素+疲勞駕駛瞭望不當(dāng)飲酒或藥背離規(guī)則惡劣天氣強光水下障礙船體破損機械故障舵機故障穩(wěn)性不足燃油不足電氣故障++圖2.2船舶擱淺事故發(fā)生原因的故障樹理論的事故基礎(chǔ)模型+通過統(tǒng)計整合事故數(shù)據(jù)建立故障樹可以清晰地發(fā)現(xiàn)，人為因素、環(huán)境因素、船舶技術(shù)因素這三個方面都是可以直接或者間接的導(dǎo)致船舶擱淺事故的，因此對三類因素進行細化分析，確定其中的具體的導(dǎo)致擱淺事故的因素，對船舶的安全航行是非常有必要的。1）人為因素在過去的幾年內(nèi)，研究證明人為因素是導(dǎo)致船舶發(fā)生擱淺事故的主要因素，其中對港口航道、水域了解不充分，操作不當(dāng)或溝通不暢占據(jù)人為因素的大部分[15]。此外，不能及時發(fā)現(xiàn)船舶航行水域的暗礁或珊瑚礁也是導(dǎo)致船舶擱淺的原因。從船藝和船旗國方面考慮，在美國沿岸水域內(nèi)懸掛美國國旗的船舶擱淺概率明顯高于其他國家的船舶，這是因為美國對于國內(nèi)船舶非強制性要求使用引航員，使得部分國內(nèi)船舶在對于港口水域不熟悉的情況下強行進港，導(dǎo)致船舶擱淺發(fā)生[1]。此外，船公司的管理在保證航行安全方面也有著重要的作用，尤其是提高船員責(zé)任心方面。IMO通過國際安全管理規(guī)則（ISMcode）促進并增強船舶安全管理理念，要求公司為船員提供安全管理實踐，針對危險進行識別、評估，進而建立防范措施[14]。該規(guī)則還授權(quán)船東、經(jīng)營者實施安全管理系統(tǒng)，確保航行安全和防污染的核心地位。國際安全管理規(guī)則強調(diào)的管理和組織因素有：組織文化、安全文化、組織性學(xué)習(xí)、正規(guī)化、協(xié)調(diào)工作、溝通、人員選拔和培訓(xùn)流程等。2）環(huán)境因素環(huán)境因素主要包括風(fēng)、流、波浪、潮汐和能見度等，經(jīng)常性（風(fēng)力大于5級且大風(fēng)天數(shù)多于152天）[16]的橫風(fēng)環(huán)境對港口航道的寬度提出更高的要求，（港口航道寬度大于等于250米）[16]，尤其是在船速低于5節(jié)的情況下[2]，橫風(fēng)還增加船舶橫向傾斜的可能性；船舶在航道航行中，與航道平行的波浪會產(chǎn)生垂蕩和縱搖，與航道交叉的波浪主要影響船舶的橫搖和首搖；潮汐主要影響船舶保持航向的能力，這種影響在港口或航道區(qū)域主要體現(xiàn)在沿岸流上。經(jīng)常性大風(fēng)天氣（風(fēng)力大于5級且大風(fēng)天數(shù)多于152天）[16]的海域或港口擱淺事故發(fā)生的概率會比較高，分析評估風(fēng)速，風(fēng)級的大小與擱淺事故發(fā)生概率的關(guān)系，確定有必要關(guān)閉港口時的風(fēng)力等級，可以有效減少事故的發(fā)生。與風(fēng)力因素相比，能見度不良（低于2km）極大的增加了擱淺事故發(fā)生的概率[16]，由于能見度不良致使港口關(guān)閉的情況顯得更為必要。因此，在進港前充分了解航道和港口的風(fēng)、流和潮汐等情況可以有效減少擱淺事故的發(fā)生。3）技術(shù)因素船舶操縱性是否良好與擱淺事故的發(fā)生有關(guān)，操縱性良好的船舶在面對上文2.2.3“環(huán)境因素”中的“橫風(fēng)環(huán)境”，“經(jīng)常性大風(fēng)天氣”情況下能夠及時將船舶姿態(tài)糾正，從而避免船舶不受控制而發(fā)生海難事故。尤其是在淺水區(qū)或富余水深較小的情況下。影響船舶操縱性的因素主要有舵設(shè)備、主機設(shè)備、機動速率、回轉(zhuǎn)直徑和冗氽系統(tǒng)。船舶在淺水區(qū)域航行時，如果因為富余水深不足致使海底閥吸口被泥土堵塞，主機冷卻水供應(yīng)不足，主機就會因水溫過高被迫停機導(dǎo)致船舶失去動力，此時擱淺事故的發(fā)生就基本上不可避免。船舶的操縱性與擱淺事故發(fā)生的概率息息相關(guān)，操縱性較好的船舶發(fā)生擱淺的概率自然較小。從船舶類型和尺寸方面考慮，駁船發(fā)生擱淺的概率大于船舶，大型船舶發(fā)生擱淺的概率大于小船（<30英尺）[16]。此外，影響擱淺事故的另外一個重要的船舶因素是船上助航設(shè)備的可用情況，從日本海難審判廳公布的2000至2006年船舶擱淺事故原因統(tǒng)計情況來看，定位不正確和航線設(shè)定不當(dāng)分別占據(jù)事故發(fā)生因素的22%和10%[16]。同時，合理使用ECDIS對于船舶的擱淺風(fēng)險控制選項是卓有成效的。

第3章 基于故障樹理論的船舶擱淺事故案例分析3.1案例概況2021年3月23日，長榮海運旗下大型集裝箱船“EVERGIVEN”輪，在駛?cè)胩K伊士運河后不久擱淺，致使蘇伊士運河雙方向交通阻塞。對于擱淺原因，長榮海運發(fā)布的媒體聲明稱，“長賜號”輪于埃及時間3月23日上午8時左右從紅海北向進入蘇伊士運河時，在河口南端6海里處疑似遭受瞬間強風(fēng)吹襲，最終造成船身偏離航道，意外觸底擱淺[22]。根據(jù)氣象技術(shù)公司ClimaCell的分析，“長賜號”擱淺時遭遇了時速超過35到40英里每小時的強風(fēng)。首席科學(xué)家丹尼爾·羅森伯格在一封電子郵件中說，這一情況可能使船員操控船只時面臨困難，而強風(fēng)揚起的風(fēng)沙進一步降低了能見度[21]。3.2故障樹理論基礎(chǔ)模型符合性分析船舶事故并非由單一因素所造成，實質(zhì)是由于復(fù)雜的各類型操作失誤以及技術(shù)故障所導(dǎo)致[1]。2.2.3節(jié)中所介紹的船舶擱淺事故的基本模型中影響因素分為人為因素以及技術(shù)因素，結(jié)合本次蘇伊士運河擱淺事故，截止至2021年5月6日，事故各方仍未對該事件承擔(dān)主要責(zé)任，本文可以分析此次船舶故障的產(chǎn)生是由于人為因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素三者結(jié)合所導(dǎo)致。但是目前對于現(xiàn)有資料中事故各方均站在自己的角度給出的事故初步結(jié)論大多是將事故歸咎于某一方面的因素，如3.1節(jié)中氣象公司認(rèn)為強風(fēng)導(dǎo)致船舶偏離航道觸底擱淺，可以將其看作是為了推脫自身責(zé)任的自說自話。因此，需要一個整體性，系統(tǒng)性，直觀性的研究方法對此次事件進行分析。故障樹建立的過程就是對船舶擱淺事故的整體過程進行逐層分解的過程，在對事件結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上找出引起擱淺事故的根本原因，理清事故整體的各個單位事件之間的邏輯關(guān)系，最終建立系統(tǒng)故障樹。若要建立一個合理有效的故障樹，就需要對擱淺事故的發(fā)生經(jīng)過和駕駛原理進行深入分析了解。船舶駕駛相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對各操作部分的變化引起的船舶航行狀況異常進行分析是十分不易的，這時可以將一些模塊作為底事件進行實際分析，本文前一章節(jié)對故障樹應(yīng)用到分析船舶駕駛事故的具體可能的原因內(nèi)容進行了詳細的介紹，在此基礎(chǔ)上以“船舶擱淺事故"為頂事件，按一定的邏輯門關(guān)系對船舶駕駛內(nèi)容建立相應(yīng)的故障樹。3.3基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型驗證船舶擱淺技術(shù)因素人為因素沙塵暴疲勞駕駛舵機故障操縱不當(dāng)未遵守船舶航行規(guī)則環(huán)境因素航行過失+采用故障樹的層次化建模方法，通過前文2.1.1節(jié)提到的建立頂事件、列出底事件、頂事件和底事件的連接的方法，船舶擱淺技術(shù)因素人為因素沙塵暴疲勞駕駛舵機故障操縱不當(dāng)未遵守船舶航行規(guī)則環(huán)境因素航行過失+疲勞駕駛圖3.1基于故障樹模型的蘇伊士運河擱淺事故故障樹分析疲勞駕駛通過對蘇伊士運河擱淺事故分析得出，可能導(dǎo)致事故發(fā)生的原因有6種危險因素：X1為“操縱不當(dāng)”，表示值班駕駛員因為過分自信，疏忽等一系列原因?qū)Υ爱?dāng)下狀況進行誤判；X2為“判斷，瞭望不當(dāng)”，表示船舶在進行航行時，值班駕駛員沒有保持正規(guī)的瞭望；X3為“疲勞駕駛”，表示值班駕駛員由于心理或者生理不能保持在一定正常水平的情況駕馭船舶；X4為“未遵守船舶航行規(guī)則”，表示船舶在航行過程中，值班駕駛員忽視相關(guān)法律法規(guī)對船舶安全航行的要求；X5為“沙塵暴”，表示惡劣天氣影響；X6為“舵機故障”，表示船舶操舵系統(tǒng)受損，不能完成常規(guī)操作。1）人為因素根據(jù)現(xiàn)有的事故報告分析[21]，人為因素包括了操作不當(dāng)、瞭望不當(dāng)、未遵守駕駛規(guī)則、疲勞駕駛這幾項主要原因。船舶操作不正確的主要表現(xiàn)方式是船舶駕駛員船藝不佳，導(dǎo)致船舶航行狀況不佳，從而埋下安全隱患。瞭望不當(dāng)?shù)闹饕Y(jié)果是導(dǎo)致船舶與岸邊沒有留下足夠的安全空間，如果船舶與岸邊的空間預(yù)留較少的話，在遇到緊急情況的時候則失去了適當(dāng)避讓的機會。未遵守駕駛規(guī)則與疲勞駕駛這幾項可以視為船舶駕駛員的基本安全意識缺乏，也是導(dǎo)致船舶擱淺事故發(fā)生的重要隱患原因之一。2）環(huán)境因素根據(jù)船公司方面的報告[22]，當(dāng)時的環(huán)境是有著沙塵暴的。沙塵暴會直接影響駕駛員視野，并且風(fēng)力也導(dǎo)致了船舶失控的時候更難有效掌控船舶方向。3）技術(shù)因素根據(jù)保險方的報告，船舶的舵機系統(tǒng)存在故障可能。如果被證實存在船舶舵機失控，那么這個事故的較大責(zé)任會降落到舵機部分上。3.4基于故障樹理論的船舶擱淺事故模型驗證以及定量分析進行故障樹分析前，本文將故障樹中底端事件用上行法來表示最小割集，即為各個底端事件積之和的形式。T＝A1+A2+A3＝B1+B2+B3＝X1·X2·X3+X4+X5+X6[14]（1）整理得頂上事件對應(yīng)的最小割集：｛X1,X2,X3｝、｛X4｝、｛X5｝。3.4.1基本事件發(fā)生概率qi從對歷年來船舶擱淺事故的調(diào)查以及相應(yīng)統(tǒng)計結(jié)果可以看到，擱淺風(fēng)險主要受四大類因素影響較大，其中，船舶航行設(shè)備不良因素占23.8%，開行前準(zhǔn)備不充分因素占20.2%，船舶航行操作不當(dāng)因素占25.5%，應(yīng)對惡劣天氣措施不當(dāng)因素占30.5%。[11]同時，本文根據(jù)中華人民共和國交通部海事局官網(wǎng)公布的2015-2020年各類事故調(diào)查報告整理后得出如下所示的餅圖。據(jù)統(tǒng)計，2015至2020年，我國一共發(fā)生657起事故，擱淺事故共15起，占到了所有事故的2%。因疲勞駕駛而發(fā)生的事故件數(shù)達到391起，其中有165件的直接原因由于值班駕駛員的疲勞引起，占總體事故的42%。我國作為航運大國，官方記錄的案例多，發(fā)生事故的概率具有普遍性，因此，本文將“船舶航行設(shè)備不良”船舶航行設(shè)備不良因素歸為本次分析中“舵機故障”；“開行前準(zhǔn)備不充分”歸于本次分析中“未遵守船舶航行規(guī)則”，“船舶航行操作不當(dāng)因素”歸為本次分析中“不正當(dāng)操作”；“應(yīng)對惡劣天氣措施不當(dāng)”歸為“沙塵暴”影響因素。將以上數(shù)據(jù)帶入到下文中列各式中進行運算。圖3.2因疲勞駕駛引發(fā)的事故概率3.4.2頂上事件發(fā)生概率Q根據(jù)布爾代數(shù)式，頂上事件發(fā)生的概率公式：Q＝1-(1-qA1)(1-qA2)(1-qA3)[14]（2）其中，qA1，qA2，qA3代表直接原因事件人為因素，環(huán)境因素，技術(shù)因素發(fā)生的概率。3.4.3概率重要度I(qi)利用頂上事件發(fā)生概率Q是一個多重線性函數(shù)這一性質(zhì),對自變量qi求一次偏導(dǎo)數(shù),得出該基本事件的概率重要度系數(shù):I(qi)＝?Q/?qi[14]（3）3.4.4定量分析根據(jù)以上分析，我們可以通過計算出本次事故中各事件的概率重要度，結(jié)構(gòu)重要度，相對概率重要度，以及仿真頂事件發(fā)生概率。1）概率重要度衡量每個底事件的發(fā)生概率產(chǎn)生變化時，每個底事件的發(fā)生概率會對頂上事件發(fā)生概率會產(chǎn)生多大的改變，概率重要度數(shù)值越大，則該底事件對頂上事件越重要。2）結(jié)構(gòu)重要度衡量每個底事件對頂上事件的重要程度的大小，結(jié)構(gòu)重要度數(shù)值越大，則越重要。3）相對概率重要度橫向比較各個底事件的重要程度，該數(shù)值越大，則在各個底事件的重要度中占比越大。4）仿真頂事件發(fā)生概率基于各個重要度綜合考量頂上事件的真實發(fā)生情況。圖3.3結(jié)構(gòu)重要度圖3.4概率重要度圖3.5相對概率重要度圖3.6仿真頂事件發(fā)生概率具體數(shù)據(jù)如下表所示：表3.1結(jié)構(gòu)重要度數(shù)值要素名稱結(jié)構(gòu)重要度未遵守船舶航行的規(guī)則0.0625不正當(dāng)操作0.0625疲勞駕駛0.0625沙塵暴0.4375舵機故障0.4375表3.2概率重要度數(shù)值要素名稱概率重要度未遵守船舶航行的規(guī)則0.56719不正當(dāng)操作0.071844疲勞駕駛0.04362沙塵暴0.73564舵機故障0.670958表3.3相對概率重要度數(shù)值要素名稱結(jié)構(gòu)重要度未遵守船舶航行的規(guī)則0.37485不正當(dāng)操作0.37485疲勞駕駛0.37485沙塵暴0.459088舵機故障0.32674表3.4仿真頂事件發(fā)生概率數(shù)值影響因素名稱結(jié)構(gòu)重要度船舶擱淺0.48873人為因素0.034593航行過失0.034593環(huán)境因素0.305技術(shù)因素0.2383.5對于本次蘇伊士運河船舶擱淺事故原因分析如上圖所示，按概率重要度大小排列各個底端事件的重要度排序為：X4＞X5＞X2＞X1＞X3，即，各個底端事件的重要度排序為：沙塵暴，舵機故障，不正當(dāng)操作，未遵守交通規(guī)則，疲勞駕駛。3.5.1主觀方面根據(jù)上圖3.3結(jié)構(gòu)重要度和圖3.4概率重要度所示，不難看出雖然造成此次事件的主要原因是沙塵暴侵襲，但是船舶舵設(shè)備故障造成的影響也不能忽略。舵設(shè)備的在此次事故中的結(jié)構(gòu)重要度和沙塵暴相同都達到了0.4375，都遠超疲勞駕駛（0.0625）等；概率重要度（0.6709568）雖然略低于沙塵暴（0.73564），但是這說明平時船舶進行塢修時，負責(zé)船舶設(shè)備的修造人員未對舵設(shè)備進行有效的保養(yǎng)和維護。此外，雖然值班駕駛員的不正當(dāng)操船的行為，以及未遵守交通規(guī)則，甚至存在疲勞駕駛，這些情況不容小覷。這次事故可以將責(zé)任推卸給惡劣天氣影響，但是只要有人的因素存在，就會犯錯。因此，本文認(rèn)為，在可預(yù)見的未來，航運應(yīng)該減少人為因素對航行影響，這就需要加快無人船舶的研究，使得海運事故發(fā)生概率降低。3.5.2客觀方面根據(jù)上圖3.3結(jié)構(gòu)重要度和圖3.4的概率重要度所示，不難看出造成此次蘇伊士運河堵塞的主要原因是因為惡劣天氣影響，同時結(jié)合蘇伊士運河的地理位置和氣候條件：蘇伊士運河的東岸是沙漠盤踞的西奈半島，而運河所在的地區(qū)屬于亞熱帶地中海氣候，夏季炎熱干燥，冬季溫和少雨。極易造成沙塵暴的侵襲，而蘇伊士運河航道寬度雖每年都在拓寬，但是來往航行船舶的尺度也越來越大，如何加速拓寬航道是目前面臨的問題。

第4章研究結(jié)論在全球逐步恢復(fù)疫情前水平的時間節(jié)點上，航運業(yè)也逐步恢復(fù)疫情前水平。船舶行業(yè)成為我國事故多發(fā)的行業(yè)之一，各種大小船舶事故屢次發(fā)生，不僅造成了重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，同時整個航運的可持續(xù)發(fā)展也受阻。在這些船舶事故中，在很多情況下是由人為因素、環(huán)境因素和技術(shù)因素等造成。因此，對船舶擱淺事故的診斷與分析成了安全航行工作迫切需要解決的課題。采用故障樹分析法對擱淺事故進行診斷、預(yù)測是有效的方法之一。鑒于此，本文主要做了以下方面的工作：1）提出故障樹的層次化故障診斷模型根據(jù)船舶擱淺事故的層次性，本文提出了一種基于故障樹的層次化故障診斷模型。通過分層的方法對可能發(fā)生船舶擱淺的原因進行總結(jié)，并繪制出船舶擱淺事故的故障樹，然后根據(jù)故障樹分析理論分析船舶事故的原因。這個思路便于使用者找出駕駛系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),并對可能出現(xiàn)故障和異常的環(huán)境進行重點監(jiān)控或提出合理化的措施。2）解決故障征兆與故障原因之間的映射關(guān)系船舶異常情況具有不確定性與模糊性，故障征兆與故障原因之間的映射關(guān)系不明確，存在著一對多、多對一，甚至是多對多的復(fù)雜關(guān)系。為了對船舶航行事故進行分析，本文在故障樹分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合船舶航行事故的故障樹分析方法，完成實現(xiàn)了船舶擱淺故障樹分析系統(tǒng)，以驗證文中所述方法的合理有效性。

第5章總結(jié)與展望5.1展望故障樹分析方法在設(shè)備故障分析研究中有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值，本文將故障樹分析方法運用在船舶擱淺事故的分析中，提出了一點普遍性的模型。目的是希望未來有更多的學(xué)者能夠使用故障樹理論來研究船舶事故。5.2總結(jié)本論文所做的主要工作是對故障樹技術(shù)和實例推理的理論基礎(chǔ)進行了研究，詳細介紹了故障樹的圖形表示，故障樹建立的步驟和方法，在理解故障樹技術(shù)的概念、原理和技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合船舶擱淺事故的基本原理完成本文的船舶擱淺事故診斷系統(tǒng)。并且通過故障樹分析技術(shù)建立了船舶擱淺事故的分析實例。進行定性分析，找到本次船舶擱淺事故的影響因素，接著通過定量分析，計算出概率重要度等相關(guān)數(shù)值，最終找到本文研究的船舶擱淺事故中影響最大的因素。參考文獻[1]王德全.船舶擱淺、觸礁的原因分析及預(yù)防措施[J].珠江水運,2020(07):74-75.[2]梅雄.淺論船舶擱淺的應(yīng)急處理[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,201