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城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈研究*（安全）

                                王春雪，呂淑然

               （首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，北京100070）

摘要：為了研究城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈，對(duì)災(zāi)害鏈的形成機(jī)理進(jìn)行分析，建立災(zāi)害鏈模型，并通過(guò)計(jì)算災(zāi)害鏈發(fā)生概率對(duì)災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明，城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈可分為致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損害環(huán)三部分；災(zāi)害鏈中因管道裂紋導(dǎo)致的中毒窒息災(zāi)害事故、管道穿孔導(dǎo)致的中毒窒息災(zāi)害事故及火災(zāi)等鏈條的發(fā)生概率較高；致災(zāi)環(huán)是災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在城市安全管理中應(yīng)落實(shí)應(yīng)急預(yù)案制度并加強(qiáng)對(duì)城市居民的防災(zāi)減災(zāi)安全教育力度。

關(guān)鍵詞：災(zāi)害鏈；城市燃?xì)夤芫�；泄漏致災(zāi)；斷鏈減災(zāi)方法

中圖分類號(hào)：X937 doi：10. 11731/j．issn．1673 -193x．2016. 05. 003

0  引言

    現(xiàn)階段人類的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸加強(qiáng)，燃?xì)庾鳛橐环N清潔能源，已逐步取代以往的污染性能源。城市燃?xì)庀�耗量不斷成倍增長(zhǎng)，燃?xì)夤芫�成為城市主要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，是城市生命線的重要組成部分。然而我國(guó)部分城市燃?xì)夤芫�的使用年限較長(zhǎng)，事故率狀態(tài)處于浴盆曲線后期階段，具有一定的脆弱性。且城市現(xiàn)代化建設(shè)中人口過(guò)剩、市政建設(shè)頻繁、生命線規(guī)劃不合理、地質(zhì)沉降等問(wèn)題嚴(yán)重威脅到城市燃?xì)夤芫�的安全狀態(tài)，極易造成燃?xì)夤芫�泄漏事故而產(chǎn)生諸如火災(zāi)、爆炸、中毒窒息等重大城市災(zāi)害，并引發(fā)一系列次生災(zāi)害而造成巨大的損失。國(guó)內(nèi)外已有多位學(xué)者對(duì)城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，Ainouche對(duì)因腐蝕而導(dǎo)致的燃?xì)夤芫�泄漏事故進(jìn)行分析，并構(gòu)建了燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；Witness提出了應(yīng)用于管道泄漏點(diǎn)檢測(cè)的模型頻域分析法，并對(duì)不同泄漏情況下管道的模型進(jìn)行了仿真分析；王文和等利用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)燃?xì)夤艿朗�效性進(jìn)行分析，并建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)燃?xì)夤艿朗�效后果風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；李娜對(duì)燃?xì)庑孤��?dǎo)致的湍流火焰結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對(duì)由燃?xì)庑孤┮�發(fā)的火災(zāi)蔓延現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬分析；龐磊等利用流體力學(xué)方法模擬了燃?xì)庑孤�擴(kuò)散的流場(chǎng)，并分析了燃?xì)庑孤��?dǎo)致爆炸災(zāi)害的時(shí)空分布特征。以往學(xué)者的研究?jī)?nèi)容主要為城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、管道泄漏檢測(cè)方法以及城市燃?xì)夤芫�泄漏導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸等單一災(zāi)種的災(zāi)害特征分析等內(nèi)容。而燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)過(guò)程是復(fù)雜的，且各災(zāi)害事件間并不是孤立的，往往在時(shí)間、空間、成因等方面存在一定的聯(lián)系關(guān)系，單純的對(duì)單一災(zāi)種進(jìn)行特性分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并不能對(duì)城市燃?xì)夤芫�泄漏導(dǎo)致的災(zāi)害進(jìn)行全面的分析。因此，筆者對(duì)城市燃?xì)夤芫�泄漏引發(fā)的災(zāi)害事故進(jìn)行分析，構(gòu)建城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈模型，并對(duì)災(zāi)害鏈發(fā)生概率進(jìn)行計(jì)算分析，并提出相關(guān)斷鏈減災(zāi)方法。

1  災(zāi)害鏈

    現(xiàn)有研究表明，災(zāi)害是由孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體三者綜合作用產(chǎn)生的產(chǎn)物，而災(zāi)害鏈?zhǔn)敲枋鰹?zāi)害事件不同發(fā)展階段、不同發(fā)展過(guò)程及可能造成的次生、衍生災(zāi)害的一種鏈?zhǔn)疥P(guān)系。災(zāi)害鏈?zhǔn)且粋�(gè)包含多個(gè)災(zāi)害元素的災(zāi)害復(fù)合系統(tǒng)，在該復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)根據(jù)災(zāi)害種類可分為多個(gè)災(zāi)害子系統(tǒng)，且各災(zāi)害子系統(tǒng)間及災(zāi)害要素間存在著一系列自行連續(xù)發(fā)生的相互作用，使得鏈中各組災(zāi)害要素具有整體性。災(zāi)害鏈各災(zāi)害子系統(tǒng)間存在著相互影響、相互滲透的作用，各災(zāi)害要素間具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，且與外界環(huán)境進(jìn)行著信息、物質(zhì)、能量等的交換，使得災(zāi)害鏈成為一個(gè)復(fù)雜的反饋系統(tǒng)，可以表述為：

    災(zāi)害鏈具有顯著的階段性特征，可根據(jù)災(zāi)害鏈的演化狀態(tài)將災(zāi)害鏈分為孕災(zāi)階段、潛伏階段及誘發(fā)階段，且災(zāi)害鏈中各災(zāi)害事件間的誘發(fā)現(xiàn)象具有一定的時(shí)間效應(yīng)，某種災(zāi)害對(duì)另一種災(zāi)害的影響可能為瞬時(shí)性的，也可能為持續(xù)性的。災(zāi)害鏈內(nèi)部t時(shí)刻各災(zāi)害事件間的平衡轉(zhuǎn)換關(guān)系可表述為：

    綜上所述，災(zāi)害鏈可以簡(jiǎn)化為一個(gè)內(nèi)部包含多個(gè)相互聯(lián)系的災(zāi)害要素Cs(n)，且受到外界環(huán)境E的影響并將不斷發(fā)展最終導(dǎo)致災(zāi)害后果H的鏈?zhǔn)较到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2  城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈

2.1  城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈形成機(jī)理

    以往學(xué)者在研究礦山災(zāi)害時(shí)引入致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)及損害環(huán)的概念對(duì)礦山災(zāi)害鏈的形成機(jī)理進(jìn)行了描述，災(zāi)害發(fā)生前形成的災(zāi)害啟動(dòng)因素為災(zāi)害鏈的致災(zāi)環(huán)，災(zāi)害的激發(fā)過(guò)程為激發(fā)環(huán)，而災(zāi)害鏈產(chǎn)生的致災(zāi)后果為災(zāi)害鏈的損害環(huán)，這些不同的環(huán)反映了災(zāi)害的形成過(guò)程，也可以反映災(zāi)害鏈的物質(zhì)能量傳遞過(guò)程，如圖2所示。

    礦山災(zāi)害的發(fā)生地點(diǎn)多位于遠(yuǎn)離生活區(qū)、周邊環(huán)境設(shè)施簡(jiǎn)單的礦區(qū)，其致災(zāi)環(huán)中的災(zāi)害啟動(dòng)因素多為自然環(huán)境因素及技術(shù)因素，致災(zāi)后果的承災(zāi)體較為簡(jiǎn)單，多為礦山從業(yè)人員及礦業(yè)企業(yè)自身。而城市燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害事故發(fā)生于城市中，致災(zāi)鏈環(huán)境中的建筑設(shè)施密集、人員密度大、社會(huì)活動(dòng)復(fù)雜等因素造成承災(zāi)體的數(shù)目巨大且脆弱性較強(qiáng)，加之城市燃?xì)夤芫�自身存在的諸如管線設(shè)計(jì)不合理、材料質(zhì)量瑕疵、連接部位薄弱等問(wèn)題，將可能導(dǎo)致城市燃?xì)夤芫�泄漏事故引發(fā)一系列的次生災(zāi)害及衍生災(zāi)害，對(duì)人員生命安全、社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等均造成難以估量的損失。因此，城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈的形成機(jī)理較為復(fù)雜，如圖3所示。

    圖3的災(zāi)害鏈形成機(jī)理中，某災(zāi)害的損害環(huán)可能為另一災(zāi)害的致災(zāi)環(huán)，如地下燃?xì)夤芫�泄漏導(dǎo)致火災(zāi)，火災(zāi)可能引發(fā)附近危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)爆炸，繼而造成周圍建筑物倒塌等。且災(zāi)害誘發(fā)階段中可能有多個(gè)原生災(zāi)害同時(shí)發(fā)生，各原生災(zāi)害的致災(zāi)后果又可能成為多種次生災(zāi)害

的致災(zāi)因子，將可能引發(fā)更多的衍生災(zāi)害。災(zāi)害鏈伴隨著這一過(guò)程不斷延伸成較為復(fù)雜的災(zāi)害網(wǎng)，直至損害環(huán)結(jié)束不再引發(fā)新的災(zāi)害產(chǎn)生時(shí)，災(zāi)害鏈方停止。

2.2  城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈模型

    城市燃?xì)夤芫�中的燃?xì)庵饕獮樘烊粴饧懊簹猓�其主要成分是甲烷、一氧化碳等，這些氣體在空氣中的含量超過(guò)25%時(shí)即可引起人的頭暈、頭痛等不適感，甚至將造成人的窒息、昏迷及死亡。燃?xì)饩哂幸卓s脹性，在空氣中的擴(kuò)散能力強(qiáng)，蔓延速度快，一旦燃?xì)夤芫�出現(xiàn)泄漏點(diǎn)，有毒有害氣體溢出，極易造成人員傷亡事故。燃?xì)獾淖钚↑c(diǎn)火能量值較低，值域約為[0. 19，0.28]MJ，燃燒后的火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸�，產(chǎn)生的熱輻射較大。且燃?xì)夤芫�中天然氣的爆炸濃度為5%~ 15%，水煤氣的爆炸濃度為6%～72%，泄漏的燃?xì)夂涂諝饣旌�，達(dá)到爆炸濃度范圍時(shí)，遇高熱或明火等就將發(fā)生爆炸，爆炸將釋放大量能量，不僅將產(chǎn)生爆炸沖擊波、飛散物等，損壞建筑物和其他城市基礎(chǔ)設(shè)施，更將可能產(chǎn)生熱輻射及火球，加大火災(zāi)發(fā)生的可能性。依據(jù)城市燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害特性及以往學(xué)者對(duì)城市燃?xì)夤芫�泄漏的事故風(fēng)險(xiǎn)分析，建立災(zāi)害鏈模型如圖4所示。

    由圖4可知，城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈模型的致災(zāi)環(huán)中，由人為因素、環(huán)境因素等各類因素造成燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)連接處變形、裂紋、穿孔甚至斷裂的現(xiàn)象，這導(dǎo)致城市燃?xì)夤芫�中的燃?xì)庑孤�，是引發(fā)后續(xù)事故的基礎(chǔ)致災(zāi)因素。在此基礎(chǔ)上，外界環(huán)境中的火花、易燃易爆物品等進(jìn)一步對(duì)基礎(chǔ)致災(zāi)因素進(jìn)行激發(fā)，是災(zāi)害事故發(fā)生的必要條件，對(duì)災(zāi)害的發(fā)生起到重要的促進(jìn)作用。在激發(fā)環(huán)作用下，災(zāi)害鏈進(jìn)入損害環(huán)，各類災(zāi)害造成人員傷亡、生命線系統(tǒng)損壞等后果，對(duì)人的生命安全及城市的發(fā)展造成一定的影響。且這些損害環(huán)中產(chǎn)生的不良后果可能反作用于初始致災(zāi)環(huán)，加大致災(zāi)力度，引發(fā)更巨大的災(zāi)害，也可能成為另一災(zāi)害的致災(zāi)因素，繼而引發(fā)多種次生災(zāi)害及衍生災(zāi)害，將城市災(zāi)害鏈蔓延為城市災(zāi)害網(wǎng)。

3城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)方法研究

3.1  災(zāi)害鏈概率分析

    以上對(duì)城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈模型的研究均為定性研究，為了定量的分析城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)模式，通過(guò)概率分析方法對(duì)災(zāi)害鏈中各災(zāi)害要素間的關(guān)系進(jìn)行分析。由于損害環(huán)為災(zāi)害發(fā)生后造成的后果，在此刻進(jìn)行的安全活動(dòng)往往是被動(dòng)的，多為災(zāi)害事故救援及善后處理工作，在此環(huán)節(jié)中應(yīng)重視防止災(zāi)害不良后果繼續(xù)作為致災(zāi)因子引發(fā)其他次生及衍生事故。而對(duì)災(zāi)害鏈致災(zāi)環(huán)及激發(fā)環(huán)的概率進(jìn)行分析，可以發(fā)揮人在災(zāi)害預(yù)防中的主觀能動(dòng)性，將災(zāi)害事故控制在孕災(zāi)期及災(zāi)害潛伏期，從而達(dá)到避免災(zāi)害發(fā)生或?qū)��?zāi)害控制在可接受范圍內(nèi)的效果。因此，重點(diǎn)對(duì)災(zāi)害鏈致災(zāi)環(huán)及激發(fā)環(huán)中災(zāi)害因素間的關(guān)系進(jìn)行分析。將災(zāi)害鏈模型中各災(zāi)害要素及關(guān)系節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼，用pd _{i j}表示；將模型中各災(zāi)害要素及各節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系關(guān)系用表示。根據(jù)模型致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損害環(huán)間的層次關(guān)系，得到編碼后的災(zāi)害鏈如圖5所示。

    假設(shè)圖5中的p d _{i j}編碼表示災(zāi)害鏈中各災(zāi)害要素及關(guān)系節(jié)點(diǎn)發(fā)生的概率，編碼表示災(zāi)害鏈中各災(zāi)害要素及各節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系關(guān)系的概率條件，得到災(zāi)害鏈每層災(zāi)害要素及關(guān)系節(jié)點(diǎn)發(fā)生概率的計(jì)算公式為：

(3)計(jì)算每個(gè)鏈條中各災(zāi)害要素及關(guān)系節(jié)點(diǎn)的發(fā)生概率值，結(jié)果如表2所示。

  根據(jù)上述城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈發(fā)生概率分析可知，16個(gè)鏈條中發(fā)生概率較高的鏈條為5、9、10，分別為由燃?xì)夤艿懒鸭y導(dǎo)致的人員中毒窒息災(zāi)害事故、燃?xì)夤艿来┛讓?dǎo)致的人員中毒窒息災(zāi)害事故及火災(zāi)。且發(fā)生概率較高的鏈條中，導(dǎo)致鏈條5成鏈的高概率條

3.2  災(zāi)害鏈斷鏈減災(zāi)方法分析

    由于主要高概率條件均位于災(zāi)害鏈的致災(zāi)環(huán)中，表明致災(zāi)環(huán)是城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此應(yīng)采取有針對(duì)性的預(yù)防措施，將災(zāi)害鏈切斷在此環(huán)節(jié)中。這一結(jié)果與我國(guó)安全生產(chǎn)方針中的“預(yù)防為主”原則相契合，即在實(shí)際城市安全管理工作中，為了避免燃?xì)夤芫�泄漏而導(dǎo)致一系列災(zāi)害的發(fā)生，應(yīng)注重加強(qiáng)對(duì)城市燃?xì)夤芫�安全狀態(tài)的定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)裂紋、穿孔等現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行維修，消除災(zāi)害隱患。

    除在致災(zāi)環(huán)進(jìn)行災(zāi)害鏈的斷鏈減災(zāi)外，還可以通過(guò)抑制激發(fā)環(huán)和損害環(huán)過(guò)程來(lái)切斷災(zāi)害鏈，達(dá)到斷鏈減災(zāi)的目的。在城市燃?xì)庑孤┲聻?zāi)災(zāi)害鏈激發(fā)環(huán)中，燃?xì)庵械挠卸居泻�氣體和易燃易爆氣體溢出，在外界環(huán)境的激發(fā)下產(chǎn)生災(zāi)害事故。為切斷激發(fā)環(huán)，應(yīng)在人員感知或探

測(cè)器監(jiān)測(cè)到燃?xì)庑孤�時(shí)及時(shí)隔離各類激發(fā)源，如人員感知到室內(nèi)燃?xì)庑孤�時(shí)及時(shí)開窗通風(fēng)、作業(yè)環(huán)境燃?xì)庑孤�時(shí)及時(shí)關(guān)閉燃?xì)饪傞l并禁止電焊等易產(chǎn)生火花的各類作業(yè)活動(dòng)。但在實(shí)際生產(chǎn)生活中，城市燃?xì)夤芫�泄漏后想要完全隔離各類外界激發(fā)源是較為困難的，因此在災(zāi)害鏈激發(fā)環(huán)進(jìn)行斷鏈減災(zāi)的成功率較低。

    在災(zāi)害鏈損害環(huán)中，各類災(zāi)害已經(jīng)發(fā)生，對(duì)人的生命安全及城市的發(fā)展等造成一定程度的損害，在此環(huán)節(jié)中的斷鏈減災(zāi)方法主要為控制災(zāi)害影響范圍，防止損害結(jié)果反作用于初始致災(zāi)環(huán)而導(dǎo)致災(zāi)害力度加大、防止各類次生及衍生事故發(fā)生。災(zāi)害鏈損害壞斷鏈減災(zāi)方法要求在城市安全管理工作中注重落實(shí)應(yīng)急預(yù)案制度，根據(jù)實(shí)際情況編寫合理的應(yīng)急預(yù)案，并積極組織相關(guān)單位進(jìn)行預(yù)案的演練。在城市燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害發(fā)生時(shí)及時(shí)組織應(yīng)急救援行動(dòng)及災(zāi)害影響范圍內(nèi)的居民疏散活動(dòng)，消除或抑制災(zāi)害的蔓延，避免因建筑物倒塌、相鄰生命線系統(tǒng)損毀等災(zāi)害結(jié)果引發(fā)其他次生、衍生災(zāi)害。且應(yīng)加強(qiáng)城市居民防災(zāi)減災(zāi)安全教育力度，掌握災(zāi)害發(fā)生時(shí)的自救方法，降低城市燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害造成的人員傷亡損失量。

4  結(jié)論

    1)城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈模型分為致災(zāi)環(huán)、激發(fā)環(huán)、損害環(huán)三部分，損害環(huán)可作為致災(zāi)環(huán)引發(fā)其他次生及衍生事故，使城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈蔓延為城市災(zāi)害網(wǎng)。

    2)城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈中由燃?xì)夤艿懒鸭y導(dǎo)致的人員中毒窒息災(zāi)害事故、燃?xì)夤艿来┛讓?dǎo)致的人員中毒窒息災(zāi)害事故及火災(zāi)等鏈條的發(fā)生概率較高。

    3)致災(zāi)環(huán)是城市燃?xì)夤芫�泄漏致災(zāi)災(zāi)害鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)采取燃?xì)夤芫�定期檢修等措施消除災(zāi)害隱患，將災(zāi)害鏈切斷在此環(huán)節(jié)中，避免災(zāi)害的產(chǎn)生。

    4)在城市安全管理工作中應(yīng)落實(shí)應(yīng)急預(yù)案制度，并加強(qiáng)城市居民防災(zāi)減災(zāi)安全教育力度，降低城市燃?xì)夤芫�泄漏災(zāi)害損失程度。