评估化学油轮在反应性货物装卸操作中的人员可靠性

时间:2026年2月24日
来源:Ocean Engineering

编辑推荐:

人类可靠性评估与混合DS-SLIM方法在化学 tanker 反应货物操作中的应用研究。摘要:通过层次任务分析、Dempster-Shafer理论聚合专家意见,结合SLIM成功可能性指数法,提出混合方法评估反应货物操作的人类可靠性,发现任务复杂性影响最大,其次为培训经验,抑制剂计算、连续监测和热管理为关键任务,系统可靠性为8.20E-01。

广告
   X   

埃斯玛·乌弗拉兹(Esma Uflaz)、穆希廷·奥尔汉(Muhittin Orhan)、穆罕默德·法提赫·古伦(M. Fatih Gulen)、富尔坎·古穆斯(Furkan Gumus)、奥兹坎·阿尔斯兰(Ozcan Arslan)
伊斯坦布尔技术大学海运运输与管理工程系,图兹拉,34940,伊斯坦布尔,土耳其

摘要

本研究评估了在化学货船上处理反应性货物时的人类可靠性,并提出了一种混合Dempster-Shafer(DS)扩展的成功概率指数方法(SLIM)来提高过程安全性。层次化任务分析将操作分解为各个任务,DS理论汇总专家数据以解决主观性和不确定性问题,SLIM则推导出任务/子任务的HEP(Human Error Probabilities)。在系统层面汇总人类错误概率以评估整体系统可靠性。本研究的新颖之处在于使用一种新颖的混合方法来评估这一研究不足的高风险船载操作,并提供实用的风险缓解策略。主要发现表明,任务复杂性是影响人类可靠性的最重要因素,其次是培训/经验。抑制剂数量计算、持续监控程序和热管理操作被确定为最关键的任务。因此,计算得出整体人类可靠性为8.20E-01。这些发现为海事利益相关者提供了有价值的见解,建议在计算协议、监控系统、热管理策略和专门船员培训方面进行有针对性的干预,以提高化学货船上处理反应性货物的过程安全性。

引言

反应性货物具有固有的危险性(例如放热聚合、热失控、抑制剂降解和剧烈不相容性),与反应性相关的事件不仅发生在反应过程中,还发生在储存、处理和转移过程中(Joseph, 2003; Sales et al., 2007)。在化学货船上运输反应性货物本质上是反应性化学加工的一部分(Celik, 2010)。考虑到热量/氧气侵入和不相容性的严重危险性,确保这种过程在船上的安全性至关重要。由于海事活动本质上是动态且不稳定的,过程安全管理(PSM)对于有效管理反应性货物的处理至关重要(Elidolu et al., 2022, 2024; Jon et al., 2021; Wang et al., 2025)。
海事法规(ISM Code, SOLAS, STCW)和行业指南(ISGOTT, Tanker Safety Guide, IBC Code, TMSA)为化学货船上的安全货物处理提供了强大的PSM框架(Arslan, 2009; ICS, 2021; Orhan and Celik, 2023)。然而,即使是微小的程序偏差也可能导致灾难性后果,包括失控的化学反应、火灾和爆炸(Baalisampang et al., 2018; Chen et al., 2018; House, 2018)。2019年的Stolt Groenland事故就是由于苯乙烯单体管理不当和抑制剂失控引发的,这表明了监控、剂量控制和热管理方面的偏差会导致过程安全失败(MAIB, 2021)。
尽管有严格的法规和详细的程序,但在船上操作中人类可靠性仍然起着决定性作用。显然,最近的研究表明,人类错误导致了大约75-80%的重大海事事故涉及化学货船(Wróbel, 2021; Wu et al., 2022)。因此,在时间压力和不确定性下处理反应性化学品时,人为因素在货物处理安全中起着核心作用。标准操作程序提供了指导,但在动态和高风险情况下,人类表现仍可能有所不同(R. Zhang et al., 2022),这突显了量化任务级人类错误概率(HEP)并将其转化为风险工程决策的必要性。
最近的海事研究集中在通过评估人类表现来提高海事安全性(Antão and Soares, 2019; Fan et al., 2022; Xi et al., 2017)。其中一些研究涵盖了自主船舶操作(Liu et al., 2022; Zhang et al., 2020)、适应海事数字化转型(Gulen et al., 2025; Gulen and Arslan, 2025)、事故原因(Li et al., 2021; Ma et al., 2024; Z. Wang et al., 2024)、海洋环境风险(Aydin et al., 2021; Prabowo and Bae, 2019)、船上操作(Abreu et al., 2022; Golestani et al., 2020; Gulen et al., 2026)以及更广泛的人为因素主题(Akyuz, 2015; Galieriková, 2019; Zaib and Yin, 2023)。
在人类可靠性分析(HRA)领域,研究人员已将各种专门技术应用于海事操作。这些技术包括人为因素分析与分类系统(HFACS)(Adumene et al., 2022)、人类错误评估与减少技术(HEART)(Navas de Maya et al., 2022; Uflaz et al., 2022)、认知可靠性和错误分析方法(CREAM)(Fan et al., 2022; Xi et al., 2017; Yang et al., 2019)、成功概率指数方法(SLIM)(Abbassi et al., 2015; Ahn et al., 2022; Aydin et al., 2022)、船上操作人类可靠性分析(SOHRA)(Orhan et al., 2023)和贝叶斯网络(BN)(Fan et al., 2020; Li et al., 2022)。
在化学货船的背景下,现有研究主要关注诸如罐体清洗(Akyuz and Celik, 2015; Senol and Yasli, 2021; Sezer et al., 2023a)、气体释放(Elidolu et al., 2022; Sezer et al., 2022)、货舱检查(Erkan et al., 2026)和货物操作(Ay et al., 2022)等操作,这些操作中危险的环境、程序合规性和时间敏感的决策对人类表现有很大影响。这些研究提供了关于货船操作中人类错误机制的宝贵见解;然而,它们并没有明确关注作为具有自身决策点的独立过程安全功能的反应性货物处理。同时,针对抑制剂或反应性货物的风险模型主要强调危险识别和故障模式管理,但通常不量化将人类表现变异性转化为风险工程决策所需的任务级HEP(Elidolu et al., 2024)。
尽管海事文献内容广泛多样,但专门研究化学货船上反应性货物操作中人类表现的研究仍然有限。此外,传统的HRA方法可能难以表示主观和不确定的证据(Wu et al., 2022; Yang et al., 2019)。这些空白促使人们需要对人类表现进行全面的评估,以提高化学货船上处理反应性货物的过程安全性,因为失败的后果可能非常严重。
本研究使用混合Dempster–Shafer(DS)和成功概率指数方法(SLIM)来评估化学货船上处理反应性货物时的人类可靠性,以提高过程安全性。它进行了全面的层次化任务分析(HTA),将工作分解为任务和子任务,识别影响表现的因素,并征求专家意见。DS用于汇总多专家的证据,并管理主观性、不完整性和冲突(Sezer and Akyuz, 2025; Xu et al., 2024)。然后SLIM将汇总的判断映射到成功概率指数,并将其转换为任务级HEP(Ahn et al., 2022; Tunçel et al., 2023)。
本研究为海事文献做出了以下贡献:
  • i.
    扩展了关于化学货船上处理反应性货物时人类表现的有限文献;
  • ii.
    提出了一种DS扩展的SLIM方法,该方法明确处理HEP估计中的主观和不确定专家数据;
  • iii.
    提供实用的建议,以支持过程安全性和风险管理,包括高风险任务的优先级排序、有针对性的程序改进和培训/能力提升。
本文分为五个部分。引言部分介绍了化学货船上处理反应性货物的背景并回顾了相关文献。第2节详细介绍了研究方法的理论背景和实施步骤,第3节介绍了化学货船处理反应性货物过程的人类可靠性分析,第4节讨论了研究结果,确定了关键错误路径和干预策略,最后第5节总结了研究贡献、局限性和未来研究方向。

方法论

本研究采用了一种新颖的混合方法,结合了成功概率指数方法(SLIM)和Dempster-Shafer(DS)理论。其主要目的是系统地确定在海上化学货船操作中使用抑制剂处理反应性货物时相关的HEP值。下一节提供了研究方法的背景和支持文献的概述。

化学货船处理反应性货物过程的人类可靠性分析

本节提出了问题陈述,并介绍了DS扩展SLIM方法的应用,用于计算添加抑制剂到反应性货物时的人类错误概率和评估人类可靠性。混合模型的实施过程系统地遵循了第2.3节中概述的步骤。

发现与扩展讨论

研究结果揭示了影响反应性货物处理过程安全的人类可靠性因素的关键见解。根据数值分析,影响反应性货物处理操作的关键因素的重要性排序如下:

结论

本研究开发并应用了DS扩展的SLIM框架来评估化学货船上处理反应性货物时的人类可靠性。全面的层次化任务分析将操作分解为各个任务,使用DS理论融合专家判断,并通过SLIM将汇总的评分映射为任务/子任务的HEP。然后使用这些HEP来获得操作层面的人类可靠性测量。
主要发现表明,任务复杂性是影响人类可靠性的最重要因素,其次是

CRediT作者贡献声明

埃斯玛·乌弗拉兹(Esma Uflaz):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督、调查、概念化。穆希廷·奥尔汉(Muhittin Orhan):撰写——初稿、方法论、调查、概念化。穆罕默德·法提赫·古伦(M. Fatih Gulen):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、监督、方法论。富尔坎·古穆斯(Furkan Gumus):撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、调查。奥兹坎·阿尔斯兰(Ozcan Arslan):撰写——审稿与编辑、监督、概念化。

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时,作者使用了Grammarly、DeepL和ChatGPT(GPT-5模型,OpenAI)来提高可读性和语言质量。所有手稿内容、数据处理和结论完全由作者负责。最终手稿已经过所有作者的彻底审查和批准,以确保学术完整性和准确性。使用AI符合Elsevier关于AI辅助技术的政策。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系:下列列出的作者确认他们与任何具有财务利益的组织或实体没有关联或参与(如酬金;教育资助;参与演讲者机构;会员资格、就业、咨询公司、股票所有权或其他股权利益;以及专家证词等)

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有