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基于贝叶斯网络的海上石油吊机作业风险分析

文档作者：孟于1 方枝2 陈丛卓3 艾唐伟4 文档来源： 1. 中海油能源发展股份有限公司天津培训分公司 2.中国地质大学( 武汉),3. 中海石油( 中国) 有限公司天津分公司渤海石油管理局渤西作业公司 4. 辽河油田分公司钻采工艺研究院安全环保技术研究所,		点击数：	更新时间： 2020年11月23日
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理论 · 实践
128 | 2016年06月
(3) 企业要加强日常管理 首先要保证安全工作经费投入
保障，有针对性的采购劳动防护用品，并加强员工佩戴防护用
品的管理；其次严格做好职业健康监护，尤其是接触有机废气
的作业人员，要严格按照职业健康体检规范要求，定期安排到有
职业健康检查资质的医疗机构进行体检，做到早发现、早治疗，
杜绝职业病的发生；三是要加强对制度落实的检查，采取重点
检查与全方面检查相结合的方式，促使规章制度得以落实。
(4) 强化政府监管 一是加强宣传培训，通过对企业主要
负责人和管理人员的培训，提高企业主体意识责任；二是采取
产业政策引导，鼓励企业技术改造，对于技改成功的给予适当
奖励，激发企业技术改造意识；三是加强监督执法，对拒不落
实法律法规要求的企业进行行政处罚，情况恶劣，整改无望的
企业则提请人民政府依法关闭。
3.2 有机废气危害防控的技术对策措施
设备安全可靠，是本质安全化的基本要求，只有通过技术改
造，才有可能实现本质安全化。岗石生产企业也只有通过技术改造，
才有可能消除有机废气的危害，从而保证生产安全，防止职业危害。
针对岗石生产企业目前的现状，在不改变目前的生产设备
工艺的条件下，以消除作业现场有机废气，不对室外大气构成污
染为原则下，由于工艺的现状，不可能采用密闭、水幕消除有机废
气，只能采取负压收集有机废气在经过技术处理方式进行改造。
目前处理有机废气有固体吸附处理、催化燃烧处理、液体
吸收处理、生物处理、光催化氧化处理等技术，但这些处理技术
要么是会造成二次污染，要么就是不能适应工业大规模的处理
要求，因此这些技术不适用于岗石企业有机废气处理。目前国
内先进的处理技术还有低温等离子处理技术，低温等离子体技
术又称非平衡等离子体技术，是在外加电场的作用下，通过介
质放电产生大量的高能粒子，高能粒子与有机污染物分子发生
一系列复杂的等离子体物理化学反应，从而将有机污染物降解
为无毒无害物质。
低温等离子体去除有机废气有两个步骤：一是利用高能电
子的瞬时高能量来打开有机气体分子的化学键，使之直接分解
成单质原子或无害分子；二是在大量高能电子、离子、激发态粒
子和自由基等活性粒子的作用下氧化分解CO、H2O 等物质。
低温等离子体方法处理具有节能减耗、处理彻底和无二次
污染的优点，应该成为岗石企业消除有机废气的优先选择。
岗石生产企业由于工艺设备特点，产生的有机废气危害严
重，控制有机废气对作业人员的危害和防止有机废气对大气污
染，可通过负压收集处理、加强个人防护、加强作业车间机械通
风、加强日常管理等措施的实施，进一步加强政府监管，督促企
业加强主体责任意识，落实专项整改资金，使企业高度重视有
机废气的危害，积极采取工程、管理和个体防护措施，能有效降
低有机废气危害风险，预防职业病发生。
参考文献:
[1] 李文俊. 企业安全管理对策研究[J]. 企业管
理,2011,(12).
[2] 王广喜, 孙晓兵，张竣尧. 有机废气中挥发性有机化合
物的净化技术[J]. 中国资源综合利用,2013,(08).
[3] 刘艳荣. 龙城药业公司制药废水放电等离子体处理研
究[D]. 华中科技大学,2008.
作者简介：欧志文( 1 9 8 8 - ) , 男, 本科。
基于贝叶斯网络的海上
石油吊机作业风险分析
孟于1 方枝2 陈丛卓3 艾唐伟4
(1. 中海油能源发展股份有限公司天津培训分公司,
天津 300452 ；
2. 中国地质大学( 武汉), 湖北 武汉 430000 ；
3. 中海石油( 中国) 有限公司天津分公司渤海石油管
理局渤西作业公司, 天津 塘沽 300452 ；
4. 辽河油田分公司钻采工艺研究院安全环保技术研究
所, 辽宁 盘锦 124010)
摘要：本文以海洋石油作业为出发点，充分考虑海洋石油作业
范围内的安全风险，分析了海洋平台吊机承担多种任务的特
点，针对其作业危险性大且安全风险不易分析计算的特点，根
据对公司的调查资料，提出了海洋石油平台吊机安全风险分析
贝叶斯网络结构模型，对各种危险有害因素的进行定量计算，
找出了风险发生的概率和风险影响因素的敏感度。为海上平台
吊机作业风险控制提供理论依据。
关键词：吊机，贝叶斯网络，风险分析
海洋平台吊机作为海洋工程和海洋油气开发工程的重要
装备之一，在海洋平台作业中发挥重要作用。但由于海上平台
吊机具有结构紧凑、作业环境多变、承载状况不稳定等特点，并
且承担着海洋平台起吊、移运和人员输送等多种任务，因此对
安全性和可靠性要求较高。近年来，由于各种原因，国内起重吊
装事故时有发生，轻则造成设备损坏，重则造成人员伤亡的严
重后果。由于事故本身属于偶然事件发生次数少，国家在这方
面也缺失基础数据，对其发生概率进行计算时，使用经典的统计
概率计算会因数据样本过少而使统计概率不准确，如果进行大
量的数据收集来消除误差，其工作量巨大。因此，论文利用贝叶
斯网络结模型风险分析法综合分析吊机吊装作业的风险概率。
1 贝叶斯网络
1.1 贝叶斯理论
贝叶斯理论[1] 最早由英国数学家汤姆斯·贝叶斯提出。贝
叶斯算法能够在一个灰色系统中，对某未知状态的事件运用主
观概率进行估算，并且可以利用贝叶斯条件概率修正该事件的
发生概率。其基本表达式如下：
(1)
贝叶斯定理反映的是条件概率，也即后验概率。贝叶斯
理论经过不断发展，形成了一种与图形理论相结合的概率网
络——贝叶斯网络。它是一个有向无环图(Directed Acyclic
Graph，简称DAG)，基本组成部分包括若干个代表不同变量的
节点和连接这些节点的有向边。
图1 为最基础的贝叶斯网络, 图中H1—H3 表明两变量直
接关联，H1 称为H3 的父节点,H3 称为H1 的子节点[2]。
i i
i
i i
P(H )P(A H )
P(H A)
P(H )P(A H )
= Σ
2016年06月 | 129
根据独立性假设和D- 分割定理，图1 所示的贝叶斯网络
的联合概率分布函数为：
(2)
贝叶斯网络的推理实际上是进行概率计算，即事先构建好
一个贝叶斯网络模型，根据已知的先验概率和条件概率，利用
贝叶斯概率中的条件概率的计算方法，计算出任一节点发生的
概率。贝叶斯网络还可以根据观测的结果，很方便地对问题做
出推断，假如已知某个变量的发生概率，则其他变量的概率分
布可以通过后验概率的计算得到。例如观测到H2 的一个结果
是A，这个信息将通过网络进行传播从而更新先验的概率，H1
和H3 后验的概率为：
(3)
1.2 贝叶斯网络的建立
贝叶斯条件概率公式是贝叶斯整套理论的基础，条件独
立、D- 分割是贝叶斯图论的基础，贝叶斯网络和贝叶斯网络结
构是贝叶斯层次结构模型的建立原则。
贝叶斯网络的构建步骤如下。
(1) 确定域变量 针对具体的分析领域，选择合适的变量
来描述所分析系统的各个部位，并确定其含义。
(2) 建立贝斯网络结构 通过判断各个变量间是否存在直
接关系，确定各节点的层次结构。
(3) 条件概率分布的确定 通过历史数据或者对该领域经
验丰富的人员的主观经验来确定节点的条件概率。
1.3 节点的后验概率计算
贝叶斯网络的建立与数据输入完成后，通过后验概率计
算，可以确定出引起某个节点的几个主要因素，从而采取相应
的措施有针对性的控制风险因素。利用贝叶斯网络能很方便地
对节点对应的底事件发生概率进行分析计算。
2 贝叶斯网络
2.1 确定风险指标
整个指标体系基本包括海上吊机起重中可能出现的因
素，为了便于理解各个因素之间的关系，将各因素按照不安全
行为、不安全状态两个方面按层次分析法的形式构建层次结
构图。
(1) 不安全行为
人的不安全行为是引起事故发生的一个主要因素。一般来说，
引发人的不安全行为的因素包括违章操作和操作失误。( 见图2)
的，容易引发事故或对事故严重程度产生影响一种状态，包括
人的不安全状态、物的不安全状态以及环境条件不良三类( 见
图3)。
(3) 环境条件不良
海上吊机起重作业基本上都是处于露天作业，环境复杂、
恶劣，受环境因素影响大。根据环境因素的类型进行分类，环境
因素基本可分为自然条件、现场作业环境等因素（见图4）。
2.2 建立贝叶斯网络
贝叶斯网络构建角度众多，Pearl 提出了以因果关系的角
度，按照原因在前，结果在后的形式决定各变量之间的先后顺
序建立的贝叶斯网络，其结构简单、逻辑关系合理。在进行风险
评价指标的选取时，各指标的相互关系实际上可以看做是以因
果关系建立起来的，和以因果关系建立贝叶斯网络在思想上具
有一致性。因此，可以将风险评估指标体系转化成一个相对应
的贝叶斯网络。其转化过程如图5、图6 所示。
2.3 确定贝叶斯网络参数
为了能够计算顶事件的发生概率值，需要获取各个节点的
条件概率和各基本事件的先验概率。对于所需要的节点概率和
先验概率可以向施工单位从事安全管理人员、技术人员和从事
该领域的专家发放问卷调查。对于条件概率和先验概率问卷调
H1
H2 H3
图1 简单的贝叶斯网络图2 不安全行为引发因素
图3 不安全状态引发因素图4 环境条件不良引发因素
P(H1)P(A H1)P( 3 H1)
P( 1 3 A)
P(H1)P(A H1)
H
H H = Σ ，
物的不安全状态
人的不安全状态 物的不安全状态 环境条件不良
环境因素
自然条件现场作业环境
风险事件R
风
险
因
素
A1
风
险
因
素
B11
风
险
因
素
A2
风
险
因
素
An
……
风
险
因
素
B1n
风
险
因
素
B21
风
险
因
素
B2m
风
险
因
素
Bn1
风
险
因
素
Bnk
…… …… ……
图5 风险评估指标体系图
图6 风险评估指标贝叶斯网络图
R
A1 A2 A3
A11 …… A1n A21 …… A2m An1 …… Ank
……
(2)不安全状态 Ai
不安全状态指在作业过程中，各类事物、环境或人所处
不安全行为
违章操作 操作失误
理论 · 实践
130 | 2016年06月
查形式以图6 中以A1、A11、A12 为例编制以下调查表。
表1 先验概率表
节点状态(Y或N) 发生概率(0-1)
A11 Y(事件发生)
表2 条件概率表
事件发生组合事件A1
A11 A12 发生不发生
Y Y
Y N
N Y
N N
当通过问卷调查得到所有需要的数据后，由于调查人员主
观因素不同，需要对已经获取的各类数据均值化处理，然后将
各风险因素概率输入到贝叶斯网络中。
3 实例分析
论文以某公司项目海上浮吊作业为例，综合各种文献及
公司历史资料，为方便数据的统计与分类，对于海上吊机起重
作业，选取典型的节点分析。其中，根据公司海上石油吊机起重
作业的特点，对图中的典型节点进行了归类[3-5]，比如：起重伤
害事故包括对高空坠物、吊机倾覆、物体撞压、打击、货码倒塌
等典型事故的统计；违章操作包括未执行行业规范、摘钩时未
遵守有关规定、用吊机进行撞击作业等；操作失误包括应急处
置上出现错误操作、偶然失误等；设备关键处存在故障包括属
索具磨损超限、吊钩护钩装置失效、吊口开口度变形过大、控制
器、制动器故障失灵等隐患；作业区域有人包括在吊机旁工作、
作业区域有人通过等；另外，着重考虑了自然条件因素中的温
度和风速对作业的影响。
在进行概率计算时，各底层事件的先验概率可以通过对项
目人员的调查和公司的安全台账进行确定，对于各节点的条件
概率通过专家打分法获得。其中，概率值通过将所有参与问卷
调查人员的打分进行求平均值得出。
本文采用Netica[6] 来构建贝叶斯网络。将底层事件和各节
点事件的条件概率输入到贝叶斯网络，各节点事件名称及计算
结果及如图7 所示。
图7 海上石油吊机作业条件概率计算模型
对海上石油吊机起重作业风险分析结果看，公司发生起重
伤害事故的风险概率为20.7%，其风险等级为显著风险，需要
采取措施进行整改。
对海上石油吊机起重作业进行后验概率计算，设置发生起
重伤害事件的概率为100%，对海上石油吊机作业风险进行后
验概率计算，结果如图8 所示。
图8 海上石油吊机作业风险后验概率
通过后验概率对底层事件进行分析，可知、风速过大
(42.1%)、场地窄乱(27%)、操作失误(22.3%)、设备关键处存在
隐患(21.4%) 是造成事故的发生的几个关键节点，公司须对这
几个节点存在的风险有针对性地加以控制。
4 结语
由于过多子节点对父节点的运算会产生影响，论文设置
的子节点数没有超过三个，因此影响了对吊机作业事故的进一
步详细分析。但论文应用贝叶斯网络对公司海上石油吊机作业
进行了风险分析，将贝叶斯网络方法和假设性分析相结合，解
决了公司在吊机作业管理中历史数据缺乏的问题。风险分析的
结果表明，贝叶斯能够更直观清晰地反映风险因子之间的相关
性，评估各个因素之间的交叉影响，更容易地评价不确定性因
素对风险管理的影响程度，有利于公司安全人员制定相应的风
险控制措施。
参考文献：
[1] 钟文奇. 基于贝叶斯网络的列车故障诊断研究[D].
北京交通大学, 2012.
[2]Straub D. Natural hazards risk assessment
using Bayesian networks[C]//Proceedings of the 9th
International Conference on Structural Safety and
Reliability. Edited by Augusti G, Schueller G I,Ciamp
oliM,Millpress,Rotterdam,2005:2509-2516.
[3] 钟烈发. 港口起重伤害事故案例剖析[J]. 上海劳动
保护，1990，Vol.(1) ：3-7．
[4] 钟永祺. 港口轮胎式起重机的常见事故[J]. 起重运
输机械，1992，Vol.3 ：38-41．
[5] 刘建军，等. 港口装卸作业的安全性分析[J]．中国
安全科学学报，2003，Vol.13(1) ：26-29．
[6]Norsys and Netica are trademarks of Norsys
Software Corp.
作者简介：孟于(1984- )，硕士研究生，HSE 工程师，中海油能
源发展股份有限公司天津培训分公司高级培训师，主要从事海洋
石油安全管理、应急管理研究和培训。

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