基于原因后果（CCA）法对粮堆粮温升高事件分析

◎陈怡岑

（辽宁省粮食科学研究所，辽宁 沈阳 110032）

中国是世界上粮食生产、储藏及消费大国[1]。粮食被视为“天之大命”的重要物资[2]，存在季节性生产与常年消费的时间性差异，因此粮食储藏成为一种必然的选择。保障粮食储藏安全要从粮食的数量安全和质量安全入手。粮食储藏时，外界环境温度随季节变化对仓房和粮食的储粮稳定性产生影响，这种变化作用也是机械通风系统设计及操作的重要考虑因素[3]。由于储粮仓房保温性与气密性的差异，在不同季节，外界气温与仓内粮堆温度存在温差，会改变粮堆温度分布。例如，春夏季节外界温度上升较快，受粮仓壁面传热的影响，靠近壁面处粮层温度逐渐上升，而整个粮堆内部与中间层始终在相对低温状态，形成“冷心热皮”；
秋冬季节外界温度较低，在粮仓四周壁面处粮堆整体温度随着外界温度降低而降低，此时粮堆中间层的温度高于四周壁面处粮堆整体温度，形成“冷皮热心”。无论是“冷心热皮”还是“冷皮热心”，都会形成粮堆内部能量对流带，即热量积聚带。由于粮堆具有不良导热性，当粮堆内出现不正常的高温时，粮堆内的积热难散，会加速虫霉繁殖，加快粮食变质，如果不采取措施控制，会对粮食仓储企业造成不可挽回的损失。

目前，粮食仓储业对安全生产方面的研究正在形成体系，但对储粮安全方面的危险源辨识与评价较少，基础理论研究方面也比较薄弱。为保证储粮安全，减少储粮安全事故发生，本文以粮堆发热事故为例，采用原因后果分析（Cause-consequence analysis）法对粮堆粮温升高事件进行危险源辨识与评价，并通过定性与定量分析，提出预防事故发生、降低风险的相应措施。

原因后果分析（Cause-consequence analysis）法，简称CCA 法，是利用故障树进行原因分析，并通过事件树进行后果分析的综合分析方法，它是一种将演绎法和归纳法相结合的方法。如图1 所示，这种方法将原因（蝴蝶结的左侧）分析和后果（蝴蝶结的右侧）分析相结合，具有高度可视化、允许在管理过程中进行处理的特点，其优势在于能详细地表示引起事故发生的原因，直观地识别、显示危害因素→事故→事故后果的全过程，并且可以通过危险源辨识与安全评价，对危险事件进行定性分析与定量分析，进而通过政策、活动、程序、标准等管理手段建立有效的措施，预防、控制事故的发生或降低风险损失。

图1 原因后果分析法图

2.1 基本思路

粮温升高导致粮堆局部发热。拟定由于天气原因不适合于通风降温而使粮温继续升高，或在通风作业过程中，由于天气条件变化，不适于通风而没有及时终止通风作业，导致粮堆局部温度继续升高，产生粮食生霉或生虫事件。

以事件树起始事件和被识别为失败的环节事件为顶事件绘制故障树，利用故障树定量分析方法，计算事件树起始事件和环节事件的发生概率[4]，进而计算事件树所归纳出的各种后果出现概率，通过后果与概率的结合，得出关于系统风险的评价。

根据初始事件与后续事件形成的时序逻辑关系做事件树分析，绘制事件树分析图，在此基础上，对初始事件及后续各失败事件做故障树分析，绘制故障树分析图，由此得到原因后果分析图，如图2 所示。

图2 粮堆发热原因后果分析图

2.2 定性分析

事件树可以从宏观角度分析系统可能发生的事故，进而找出最严重的事故后果[5]，为确定故障树的顶上事件提供依据。如图2 所示，以粮温升高为初始事件，后续事件状态为粮食未发热、粮食发热、通风降温有效、通风降温无效、产生虫霉、未产生虫霉；
共产生三个顶事件，即粮堆局部发热顶事件、生虫顶事件和生霉顶事件；
产生四种状态结果，即无发热、有发热可控、有发热可控性差和发热生虫生霉。

调查粮堆局部发热顶事件原因为仓温升高和通风条件错误，两个中间事件只要发生一个，粮堆局部发热即发生为与门关系。分析仓温升高过程原因包括气密性不良底事件和隔热不佳底事件，两者为与门关系，须两个底事件同时发生，仓温升高事件才可以发生；
调查粮堆生虫顶事件原因为原粮含虫卵底事件和粮食清理不达标底事件，两者为与门关系，即两者同时发生，粮堆才可以发生生虫事件；
调查粮堆生霉顶事件原因为原粮含孢子底事件和清理不达标底事件，两个底事件与生霉顶事件的关系为与门，当原粮含孢子底事件和清理不达标底事件同时发生，生霉顶事件发生。

用符号替代语言描述各级事件，如图3 所示。根据故障树模型，通过对故障发生的基本原因进行推理分析，使用布尔代数规则对各事件间的相互关系进行运算，建立从结果到原因描述故障的有向逻辑图，进而得到故障树全布最小割集[6]。

图3 用符号替代各级事件原因后果分析图

T1=Q1+X3=X1X2+X3得到T1故障树全部最小割集G1:{X1X2}；
G2:{X3}。

T2=X4X5得到T2故障树全部最小割集G3:{X4X5}。

T3=X6X7得到T3故障树全部最小割集G4:{X6X7}。

2.3 定量分析

2.3.1 故障树定量分析

（1）顶上事件发生概率。如图4 所示，因T1故障树中无重复事件发生，故利用最小割集求顶上事件发生概率[6]

图4 经化简后的三个顶事件故障树图

设q1=0.5，q2=0.5，q3=0.75；
q4=0.4，q5=0.6；
q6=0.3，q7=0.7。

顶上事件发生概率

（2）结构重要度分析。各底事件结构重要度的大小，与最小割级所包含的底事件数目密切相关，且Iφ(i)值越大，重要度越大，单事件组成的最小割级结构重要度最大[7]。

式中 Iφ(i)为底事件Xi结构重要度的近似判别值，Xi∈Gr为底事件Xi属于最小割集Gr；
ni为底事件Xi所在的最小割集中包含的底事件数目，因为X3在包含一个底事件的最小割集中出现1 次，X1、X2；
X4、X5；
X6、X7分别在包含两个底事件的最小割集中出现1 次，所以

在T1故障树中X3（通风条件错误）是最重要的基本事件，X1、X2是第二位；
在T2故障树中X4、X5为同等重要事件；
在T3故障树中X6、X7为同等重要事件。

（3）概率重要度分析。概率重要度的计算可以很好地考察各底事件概率的增减对顶上事件发生概率的影响程度，也是顶上事件发生概率对底事件发生概率的变化率。底事件概率重要系数顶事件发生概率函数为：

在T1故障树中缩小底事件X3发生概率，能使T1顶事件的发生概率下降速度加快，X1、X2对T1作用不敏感；
在T2故障树中缩小底事件X4的发生概率，能使T2顶事件的发生概率下降速度加快；
在T3故障树中缩小X6底事件的发生概率，对T3顶事件的作用较为明显。

（4）临界重要度分析。临界重要度是指综合基本事件发生概率对顶上事件发生概率的影响程度和该基本事件发生概率的大小，进而评价各基本事件的重要程度，即基本事件发生概率的变化率与顶上事件发生概率的变化率之比[8]，用表示，

则在T2故障树中X4、X5同时对T2顶事件影响较为重要；
在T1故障树中X3相比于X1、X2对顶事件的影响较小；
在T3故障树中X6、X7对T3顶事件影响程度相同。

2.3.2 事件树定量分析

依据故障树分析确定顶事件T1g=0.8125，T2g=0.24，T3g=0.21 求得事件树各状态概率，如图5 所示：

图5 用符号替代各级事件原因后果分析图

因为S1、S2、S3分别为无发热与有发热可控及可控性差，通常不产生粮食损失，因此将其视为安全状态，则安全状态概率为M=S1+S2+S3=0.968；
危险状态概率为S4=0.1706，如图5 所示。

对于状态S2发生概率为0.1387，其发生概率不高，状态出现时投入的人力物力不高，通常没有粮食损失发生，通过有效的通风作业可使发热得到控制。

对于状态S3发生概率为0.6418，其发生概率较高，状态出现时会发生粮食生虫，需要投入较大的人力物力去控制，若处置得当其损失一般在可接受范围内。

对于状态S4，发生概率S4=0.1706，尽管发生概率不高，然而一旦发生粮食生霉，粮食安全受到威胁，其损失通常不可逆转。

对于粮堆局部发热事件，受仓房型式、所在区域、技术条件、管理水平等影响，其粮食损失会有较大差异，需分别制定有效方案予以控制。

4.1 对于原因方面的控制

（1）改造储粮仓房功能，强调仓储工艺与仓房设计相配套，使之达到储粮仓房防潮、防渗、隔热、通风与气密性要求，仓房的气密性对熏蒸剂的杀虫效果有一定的影响，气密性越好越有利于熏蒸杀虫。

（2）依照操作规程进行通风作业，依据仓外空气的温度、湿度与此状态下粮食温度、平衡水分的关系，选择合理通风时机。

（3）按要求清理原粮，粮食中存在许多的粮食作物的杆茎和粮食壳体，当粮食在存储时极易产生大量的热量，这样将使粮食产生污染、发霉、虫害等[9-11]。目前，用于粮食清理的主流设备是振动清理筛。

4.2 对于后果方面的控制

（1）制定科学的通风方案与操作规程。

（2）制定合理的熏蒸方案与操作规程。

（3）提升业务技能，做好安全培训。

（4）加强安全作业管理。

采用CCA 法对粮温升高事件进行定性定量分析，可以有效规避事件中的风险因子，对于本次粮温升高事件确定顶上事件发生概率T1=0.8125，T2=0.24，T3=0.21；
在T1故障树中，通过结构重要度分析，确定X3（通风条件错误）底事件的重要度最大，即X3（通风条件错误）为最重要的基本事件，在T2、T3故障树中各底事件对顶事件的重要程度相同；
通过概率重要度分析，可知在T1故障树中，X3（通风条件错误）底事件发生概率降低，可以使粮堆局部发热发生概率降低，说明正确的通风条件可以改变粮堆发热，即粮堆局部发热可控；
通过临界重要度分析，确定在T2故障树中，X4（原粮含虫卵）、X5（清理不达标）底事件对生虫顶事件影响较为重要；
在T1故障树中，与X3（通风条件错误）相比，X1（气密性不良）和X2（隔热不佳）对粮堆局部发热顶事件影响较小。在事件树分析中，确定无发热、发热可控、发热可控性差为粮温升高相对安全状态，此条件下安全状态的发生概率为0.968，危险状态的概率为0.1706，通过分析可知在危险状态下，生虫生霉是粮温升高的重要因素。

粮堆中微生物的呼吸作用及害虫的生命活动所产生的热量，是引起粮食发热的主要热源，可使粮堆发热、粮温升高，造成仓储企业不可挽回的损失。在日常粮食仓储作业管理中，要把虫霉防治作为一项重要基础性工作，保证储粮良好品质，真正做到储粮安全。