Bow-Tie模型在弹药公路运输风险分析中的应用

＝犐（１２） ＞犐（５）＝犐（６） 。
国防交通工程与技术 ８ ２０２１年７月 １９，（０４）
· 研 究 与 设 计 · ＢｏｗＴｉｅ模 型 在 弹 药 公 路 运 输 风 险 分 析 中 的 应 用 王 巍 等
通过 对 结 构 重 要 度 分 析 可 以 得 出，弹 药 公 路 运 输爆炸事故影响程 度 由 大 到 小 依 次 为：驾 驶 员 因 素 和 弹 药 的 冲 击 与 振 动 、弹 药 存 储 及 自 身 性 质 、道 路 和 交 通 管 理 因 素 、车 辆 因 素 。 ２．４ 爆 炸 事 故 后 果 分 析
国防交通工程与技术 ７ ２０２１年７月 １９，（０４）
· 研 究 与 设 计 · ＢｏｗＴｉｅ模 型 在 弹 药 公 路 运 输 风 险 分 析 中 的 应 用 王 巍 等
运输环境 安 全 的 主 要 因 素 是 弹 药 受 到 的 冲 击 和 振 动，而冲击和振动的 强 度 量 值 与 运 输 车 辆 的 行 驶 速 度有密切关系，其中 运 输 中 的 弹 药 所 受 的 冲 击 主 要 是 由 路 面 的 不 平 整 、紧 急 刹 车 、碰 撞 和 翻 车 等 因 素 造
收 稿 日 期 ：２０２１０３０２ 第 一 作 者 简 介 ：王 巍 （１９８９— ），男 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 弹 药 储 供 保 障 。４０２５５７３５２＠ｑｑ．ｃｏｍ
图 １ 犅狅狑犜犻犲模 型 结 构
ＢｏｗＴｉｅ模型整 体 结 构 与 蝴 蝶 结 相 似，故 也 被 称为蝴蝶结模型。该模型是将事故树和事件树两种 分析方法同时应用 于 某 一 事 故 分 析，从 而 探 寻 事 故 前的预防措施和事故后 的 控 制 措 施［７］。ＢｏｗＴｉｅ模 型组成主要有五 部 分，即：事 故 危 险 源、事 故 前 的 预 防措施、顶上事件、事 故 后 的 控 制 措 施 和 事 故 结 果。 具 体 过 程 一 般 分 为 两 步 ：一 是 进 行 事 故 树 分 析 ，通 过 分析影响弹药运输 安 全 的 主 要 因 素，建 立 以 某 一 事 故发生为顶上事件 的 事 故 树，进 而 得 到 该 事 故 蝴 蝶 结 模 型 的 左 侧 结 构 ；二 是 进 行 事 件 树 分 析 ，根 据 同 一 事故发生后可能的 结 果 来 构 建 相 应 的 事 件 树，进 而 得到该事故 蝴 蝶 结 模 型 的 右 侧 结 构。 通 过 图 １ 的 ＢｏｗＴｉｅ模型示意 图 可 知，该 方 法 能 够 比 较 清 晰 地 把事件发生的原因、结 果 以 及 事 前 事 后 可 采 取 的 预 防和控制措施呈现 出 来，帮 助 研 究 人 员 在 风 险 分 析 时找到薄弱环节并进行有效控制。
事件 犡犻 所在最小径集犘犻 阶数。
通过计算得出弹药公路运输爆炸事故树基本事
件的结 构 重 要 度 系 数 为：犐（１） ＝犐（２） ＝犐（３） ＝犐（４） ＝
最小割集是导致弹药公路运输爆炸事故发生的 基本事件最低限度的集合。通过布尔代数法估算后
１ ２４－１ ＝
１ ８
＝
０． １２５，犐（５）＝
犐（６）＝
犐（４）＝ 犐（１８）＝ 犐（１９）＝ 犐（２０）＝ 犐（２１） ＞犐（１３）＝ 犐（１４）＝
＋犡１３犡１４犡１５犡１６犡１７ ＋犡１８犡１９犡２０犡２１
犐（１５）
＝
犐 犐 ＝ （１６）
（１７）
＞犐（７）＝犐（８）＝犐（９）＝犐（１０）＝犐（１１）
求得最小径集有５个：犘１＝ ｛犡１，犡２，犡３，犡４｝，犘２
１ 犅狅狑犜犻犲分析技术概述
１９７９年，澳大利亚昆士兰 大 学 在 关 于 帝 国 化 学 工业公司危害 分 析 的 课 程 讲 义 中 首 次 提 出 了 Ｂｏｗ Ｔｉｅ模型 。 ［１］ 经过多年 的 研 究 后 由 壳 牌 石 油 公 司 最 先开始将其引入商业实践中。因为该模型具有简明 扼 要 、易 于 理 解 的 特 点 ，近 年 来 被 广 泛 应 用 于 航 空 安 全、石油输送、能 源 开 采 等 领 域 的 ［２６］ 风 险 分 析 与 安 全管理中。其基本原理如图１所示。
３
运输交通
犃２
４
运输环境
犃３
５
车辆事故
犅１
６
道路因素
犅２
７ 交通管理因素 犅３
８
弹药犅４ຫໍສະໝຸດ ９冲击振动犅５
１０ 专业技能差 犡１
１１
车速过快
犡２
１２ 心理素质差 犡３
１３ 安全意识不到位 犡４
１４ 检查不到位 犡５
１５ 零部件老化 犡６
１６ 设计不合理 犡７
１７
路况差
犡８
１８ 维护不及时 犡９
１９ 自 然 环 境 恶 劣 犡１０
弹药公路运输安全问题一直是弹药安全研究 的重要内容之一。 特 别 是 近 年 来，随 着 弹 药 需 求 量 的不断增大以及各 类 新 型 弹 药 的 列 装，使 得 弹 药 公 路运输安全评估和风险分析逐渐成为弹药安全领域 的研究热点。因此，对 弹 药 公 路 运 输 进 行 安 全 风 险 分析，研究公路运输 条 件 下 影 响 弹 药 运 输 安 全 的 主 要因素、影响机理、风 险 管 控 措 施，对 提 高 弹 药 保 障 效 率 、提 升 弹 药 保 障 安 全 具 有 重 要 的 军 事 应 用 价 值 。 目 前 ，关 于 弹 药 安 全 的 研 究 已 有 很 多 ，但 大 多 数 研 究 仍将事故原因或者事故后果单独作为研究对象进行 安全评估和风险分 析，而 针 对 事 故 发 生 全 过 程 的 研 究涉及较少。本文引 入 ＢｏｗＴｉｅ模 型，采 用 事 故 树 与事件树相结合的 风 险 分 析 方 法，建 立 弹 药 公 路 运 输爆炸事故 ＢｏｗＴｉｅ模 型，进 而 找 出 弹 药 公 路 运 输 过程中的危险源，提 出 事 故 前 的 预 防 措 施 和 事 故 后 的控制措施。
１ ２７－１
＝
１ ６４
≈０． ０１５６，
发现，弹药公 路 运 输 爆 炸 事 故 树 最 小 割 集 超 过 ３００ 个 ，不 利 于 直 接 计 算 。 为 简 化 计 算 过 程 ，可 利 用 事 故 树与成功树的对偶 性，通 过 求 解 成 功 树 的 最 小 割 集 来求解事故树的最小径集。利用布尔代数法简化后 得到结构函数：
犜 ＝ 犃１＋犃２＋犃３＝ 犡１犡２犡３犡４＋犅１犅２犅３犡１０＋犅４ ＋犅５＝ 犡１犡２犡３犡４＋（犡５ ＋犡６）犡７犡８犡９犡１０犡１１犡１２
１１ 犐（７）＝犐（８）＝犐（９）＝犐（１０）＝犐（１１）＝犐（１２）＝２７－１ ＋２７－１ ＝
１ ３２
≈
０．０３１３，犐（１３）＝
犐（１４）＝
犐（１５）＝
B4 X13 X14 X15 X16 X17
B5 X18 X19 X20 X21
图 ２ 弹 药 公 路 运 输 事 故 树
表 １ 事 故 树 各 符 号 的 含 义
＝ ｛犡５，犡７，犡８，犡９，犡１０，犡１１，犡１２｝，犘３ ＝ ｛犡６，犡７，
序号
事件
代号 序号
事件
代号
１ 弹药爆炸事故 犜
２ 驾驶员处置不当 犃１
结构重要度分析就是在不考虑各基本事件发生
概率的前提下，从事 故 树 的 层 次 结 构 入 手 分 析 各 基
本事件对引起顶层事件的影响程度。结构重要度公
式为
１
∑ 犐（犻）＝
犡犻 ∈ 犘犻 ２狀犻－１
式中：犐（犻） 为基 本 事 件 犡犻 的 结 构 重 要 度 近 似 判 别
值；犡犻 ∈ 犘犻 为本事件犡犻 属于最小径集犘犻；狀犻 为本
图 ３ 弹 药 公 路 运 输 爆 炸 事 件 树
２．５ 爆 炸 事 故 蝴 蝶 结 模 型 的 构 建 根据 上 述 分 析 结 果，以 弹 药 公 路 运 输 爆 炸 事 故
为顶事件，建立了弹 药 公 路 运 输 爆 炸 事 故 的 蝴 蝶 结 模型，如 图 ４。 从 图 中 可 以 看 出，爆 炸 事 故 发 生 前 后，可 在 驾 驶 员 选 择、车 速 控 制、车 辆 检 查、交 通 环 境 、安 全 管 理 、包 装 技 术 等 方 面 采 用 多 种 安 全 屏 障 来 预 防 事 故 发 生 ，也 可 采 用 停 车 检 查 、根 据 应 急 预 案 自 救互救、军地双方救 援 等 多 种 控 制 手 段 来 降 低 事 故 后果的影响。
２ 弹药公路运输爆炸事故分析
２．１ 绘 制 事 故 树 弹药 公 路 运 输 安 全 影 响 因 素 可 分 为 两 类：运 输
交通和运输环境 。 ［８］ 公路交通系统是一个复杂的 系 统，一 般 包 括 驾 驶 员、车 辆、道 路、环 境 和 管 理 等 因 素，其中驾驶员 是 影 响 交 通 安 全 的 核 心 因 素。 影 响
２０ 管 理 制 度 不 健 全 犡１１
２１ 规 章 制 度 不 完 善 犡１２
２２ 摆 放 不 规 范 犡１３
２３ 包 装 不 合 格 犡１４
２４ 弹 药 性 质 活 跃 犡１５
２５
超载
犡１６
２６ 固 定 不 牢 固 犡１７
２７
路面颠簸
犡１８
２８
紧急刹车
犡１９
２９
碰撞
犡２０
３０
翻车
犡２１
犡８，犡９，犡１０，犡１１，犡１２｝，犘４ ＝ ｛犡１３，犡１４，犡１５，犡１６， 犡１７｝，犘５ ＝ ｛犡１８，犡１９，犡２０，犡２１｝。 ２．３ 结 构 重 要 度 分 析
研究 ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎ
与设计
ＢｏｗＴｉｅ模型在弹药公路运输风险分析中的应用
王 巍， 安振涛， 姚 恺
（陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 ０５０００３）
摘 要 ：为 分 析 影 响 弹 药 公 路 运 输 安 全 的 主 要 因 素 ，增 强 弹 药 公 路 运 输 风 险 抵 抗 能 力 ，以 降 低 运 输 过 程 中 发 生 事故的概率。建立了弹药公路运输爆炸事故的 ＢｏｗＴｉｅ模 型，利 用 事 故 树 方 法 分 析 引 起 爆 炸 事 故 的 原 因，从 驾 驶 员 、行 车 速 度 、安 全 管 理 、包 装 技 术 等 方 面 提 出 了 预 防 措 施 ；利 用 事 件 树 方 法 分 析 爆 炸 事 故 发 生 后 的 影 响 ， 提 出 降 低 事 故 损 失 的 控 制 措 施 。 可 为 降 低 弹 药 公 路 运 输 中 各 种 风 险 发 生 的 概 率 ，丰 富 弹 药 公 路 运 输 风 险 控 制 管 理 手 段 ，改 进 事 故 预 防 及 控 制 措 施 提 供 理 论 支 撑 。 关 键 词 ：弹 药 公 路 运 输 ；ＢｏｗＴｉｅ模 型 ；事 故 树 ；事 件 树 ；风 险 分 析 犇犗犐：１０．１３２１９／ｊ．ｇｊｇｙａｔ．２０２１．０４．００３ 中 图 分 类 号 ：ＴＪ４１０；Ｘ９３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２３９５３（２０２１）０４０００７００５
犐（１６）＝
犐（１７）＝
１ ２５－１
＝
１１６＝０．０６２５，犐（１８）＝犐（１９）＝犐（２０）＝犐（２１）＝２１４－１
＝
１ ８
＝０．１２５。
＋犡１３犡１４犡１５犡１６犡１７ ＋犡１８犡１９犡２０犡２１ ＝ 犡１犡２犡３犡４
结构重要度 系 数 排 序 为：犐（１） ＝ 犐（２） ＝ 犐（３） ＝
＋犡５犡７犡８犡９犡１０犡１１犡１２ ＋犡６犡７犡８犡９犡１０犡１１犡１２
弹药在公 路 运 输 过 程 中，由 于 上 述 原 因，当 振 动 、冲 击 的 加 速 度 量 值 达 到 引 信 解 脱 保 险 域 值 时 ，造 成引信发火，从 而 导 致 引 信 传 爆 管 爆 炸。 其 产 生 的 冲 击 波 和 大 量 破 片 能 够 对 目 标 造 成 位 移 、形 变 、震 颤 和高速撞击等剧烈 作 用，进 而 使 周 围 介 质 受 到 严 重 破坏，导致人 员 伤 亡、击 穿 目 标、引 爆 其 他 弹 药 。 ［１０］ 本文选择几类常见弹药公路运输事故中后果最严重 的 一 类 事 故 ，即 弹 药 爆 炸 事 故 作 为 顶 层 事 件 ，将 引 发 爆炸的冲击和振动两种情况作为事件树分析的初因 事件。图３为弹药爆炸事故事件树。
T
成的 。 ［９］ 结合现有弹药公路运输操作规定及研究 经 验，以弹药公路运输 爆 炸 事 故 为 例 建 立 如 图 ２ 所 示 事 故 树 ，各 符 号 含 义 如 表 １ 所 示 。 ２．２ 最 小 径 集 分 析
A1
A2
A3
X1 X2 X3 X4
B1
X5 X6
B2 X10
X7 X8 X9
B3 X11 X12