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I have always been among those who believed that the greatest freedom of speech was the greatest safety, because if a man is a fool the best thing to do is to encourage him to advertise the fact by speaking. (我以為讓愚蠢的人自暴其醜, 正是最大之言論自由所以是最安全的主因)

WOODROW WILSON (編輯組譯)


1. 資科人看世界之14


從災難說因果規律

Disaster - Chaos or Discipline
-23/8/2011

無極 PoleZero


註:  以下內容, 純屬作者一般個人意見,不能視為有法律約束力之專業意見,凡涉及如投資、法律、會計、建築或醫療等受法律規管行業之專業問題,如有疑問請自行向具專業操守 之相關專業顧問或從業員查 詢

免 責條款 DISCLAIMER




近日的多宗天災及機械事故,不得不令人思考到世事有規律(有序)還是無規律(無序)的問題,一是遠在天邊的日本,二及三是近在內地的北京及溫州,具 有工程技術背景的人士,除對死傷遇害人士及親人寄予同情惋惜外,免不了會思考如何避免技術上的失誤,甚至進一步改善技術水平,來應付不可測的天災。

日本的核洩漏事故,影響廣泛深遠,既有海嘯的隨機因素,也有一定人為過失,要判斷地震海嘯強度遠超預算算是天災還是人禍確有點難,對海浪高度是基於 歷史紀錄計算出來,總不能亳不考慮成本而將防禦措施標準訂得過高,否則就全無經濟價值,但那怕是有多麼徵小的機會出現預計以外的事故,那應當事先有第二道 的應變措施,應變失當應屬於人為過失,正常來說,對隨機出現的意外,一般人都會較為寬容,但人為過失屬於可預見及可控制的因素,跟由此而產生的後果有一個 明確的因果關係,是輆難令人容忍的。除了年齡已經到達長者級的人士對戰後初期的日本產品質素的不良印象還有點記憶外,中年及年青一代對日本品牌已日本向來 是非常欣賞,一些甚至成為哈日族,由愛日本產品進而變成愛日本的一切,今次災難揭露出來的陰暗一面令不少哈日族失望及啞口無言,過份相信技術上已能應對天 災而欠缺警覺可能是應變失誤的原因。

北京地鐵扶手梯倒行意外比起香港某學院另一宗梯級飛脫意外其實程度上較輕微,如果人流相同,香港方面的傷亡必然更慘重,但這類已普遍使用及成為生活 一部份的工具,出現任何導致傷亡的技術失誤都是無法容忍的。溫州723動車追撞災難,性質亦相同,暫時所見,屬天災的可能性不大,就算真的是雷擊這類常見 天氣現象造成訊號燈故障,應當在系統設計中有預定應變機制來保障人命及列車安全。

由於中國科技在過去幾百年都比歐美國家落後,人們對國產貨品的印象有如在戰後二三十年間的日本產品,普遍欠缺信心,一般人的直覺反應是懷疑技術出 錯,但操作人員甚至行政管理出錯亦有可能,其實在人類技術發展歷史過程中,鐵道運輸嚴重事故,不分中外,都曾發生過, 據文獻記錄,日本及德國也曾有高速鐵道事故,只是作為工程設計人員,尤其是在具有後發者的優勢下,應知道不能用其他人的錯誤來說明自己的錯誤也是合理,而 是要看事故真正成因,一個客觀公正的調查報告,讓人判斷責任外,更能平息怨氣及謠言。

工程人員的正確意識

工程人員錯失包括設計缺陷、零部件質素低劣、施工、維修及操作失當等,設計缺陷可以透過反覆論證,試驗及提升安全係數來減少,零部件質素可以透過品 質控制程序來維持,工程及操作人員失誤可以製訂嚴謹工作守則及加強訓練來避免,但這一切措施和經濟效益及發展速度都有先天性的矛盾,為了快而省的緣故犧牲 質素甚至安全很多時是一個永久存在的誘惑,但這點則是行政決策人員的責任,在關係到人命或極重要的服務時,有兩個概念是工程人員的金科玉律,一是安全係數 (safetyCoefficient, 註1),二是預防性維修(preventive maintenance, 註2)。

安全係數

安全係數是在正常可容許的負荷上乘上一個倍數作為設計上的最高負荷能力,在個別項目上各地區都因應自己的條件製訂出略有不同的標準,香港沿用英國標 準(BS),很多工程項目的設計負荷都是實際負荷的兩倍,例如建築物的負載能力應是實際負載重量的兩倍,香港夏季常有颱風,對建築物造成橫向作用力,所以 建築物設計時應能應付一般颱風最高風速形成的風壓(wind load),如果再乘上安全係數(根據建築條例(cap 123 reg 15)(註3)及應用守則CP2004應為1.5)(註4 , 5),理論上對歷史上所有颱風都能從容應付。

一般自動或半自動機械都會設計成在故障(fault)出現後停機(overhaul)來確保安全,在設計層面,除負載(overload)外還要考 慮其他如動力或訊號等故障,這些數據是編寫控制程式時的參數(parameters),但如何應對還是由人來作決定,編程人員未必具備有關工程的專業知 識,通常會按該類工程專家提供的指示來編寫,理論上對故障停機的條件及重新啟動的權限會有嚴格的要求,工程人員過份自信或行政決策人員過份要求效益都會降 低安全係數,容易出現事故,在操作層面,維護人員或會被容許作一些小幅度的調整,但故障有大有小,操作人員及用家往往為一些極微小的故障而停機的事件不勝 其繁,如果權限太寬鬆, 或容許低層員工跳過(bypass)原來設定或擅自更改設定轉為手動(manual bypass),不少悲劇便由此發生,例如以列車行駛來說,由高速行駛到制停至靜止狀態的必要距應當在設計者的掌握中,只要在這個基礎上乘以一個安全係數 作為規限條件,任何兩列列車距離短過這個標準便該自動制停,但可能信息系統本身故障做成錯誤訊號(false alarm)太多,操作人員及管理人員為求方便而經常用上人手操作跳過限制,安全意識因而降低,當然這是個人估計,真正原因還要看調查結果。

預防性維修

對於非常重要的服務供應,機器的零部件,不會等到真正損壞時才進行維修,而是在到達到設計壽命時之前,已先行更換,例如飛機的發動機,關係到眾多人 命,不容許在空中停止轉動,務求做到萬無一失,有信譽的航空公司都會採用預防性維修政策,但超前多少及檢查的細緻程度還是有差別的,越早及越細緻,成本當 然更高。可是,如果零部件及維修人員的質素不佳,預防性維修也是也是白費心機,所以工藝技術的整體水平,是由整個社會的產業文化來決定,西方國家在工業革 命後一直領先世界,德國和瑞士更是其中的表表者,日本在戰後,則成功地從低水平提升到高水平,電子業更青出於不容否認,中國製造的標籤所代表的產業文化, 仍有待提高。

意料之內還是意料之外

最後,在這裡提供一個說明安全係數及預防性維修意識的實例。公司所在的大廈公用設施的供電系統採用11k伏特高壓供電,由大廈自備的降壓火牛(變壓 器)降壓成三相380伏特的工業用電,再分成三組單相240伏特的一般用電,由於降壓變壓器已使用一段長時間,在更換中央空調系統接近完工時,承辦商強烈 要求更換全新變壓器,否則對空調新系統出現之任何狀況不負責任,這個非常突然的要求,其實有極多不合理的成份,一來在每年例行檢測中,變壓器狀態仍然合 格,二來新系統耗電比舊系統更少,理論上負荷更少,三來是價值不菲,四來承辦商有責任在投標時對供電系統作出評估,如有問題,事前便應該在面試及標書中提 出。所以業主立案法團對有關要求極為保留,由於有電業承辦商提出一般測試並不準確,如果在正常使用環境下進行負載測試,在評估更換必要性時,數據可以更為 準確,法團本來初步同意並要求報價,當公司代表將這件事的技術內容和一眾同事友好進行討論及查證後,鑑於負荷測試極為危險,以往曾發生不少工程人員在類似 環境下工作時,因操作程序不當或意外,導致變壓器或開關掣等器材因瞬間電流過載而爆炸,出現死傷,這功率高達2000Kva(2000kva= 1600kw=2144.8horse power)的變壓器短路爆炸時就等同一個小型炸彈,以一幢已完全入伙的商業大廈來說,不值得為節省一個變壓器的價錢而冒人命財產的風險,大家基本上強烈 反對進行負載測試,公司代表在翌日即向法團提出反對及理據,由於中央空調是關鍵性服務,預防性維修亦是合理,只是承辦商如在前期提出,便可能在供電上採用 較分散的設計,又或將供電轉移到較新的變壓器上,將較為次要的服務改用舊變壓器,最後各委員在重新檢討利弊後,傾向於以安全為重,放棄測試而接納更換變壓器的後加工程建議,但下不為例。

在工程施工時及完工後沒有出現事故是任何人的希望,而工程計劃的負責人對人命的觀念及風險管理的知識是非常關鍵的因素,經濟效益當然重要,但金錢不 能代替生命或健康,不挑戰安全的極限才是負責任的態度,很多的所謂意外,其實是人為過失種下的惡因做成的惡果,與其說是意外,倒不如說是意料之內才對。

Remarks:

1. Safety Co-efficient: Also know as Safety Factor (SF), There are two distinct uses of the factor of safety: One as a ratio of absolute strength (structural capacity) to actual applied load. This is a measure of the reliability of a particular design. The other use of FoS is a constant value imposed by law, standard, specification, contract or custom to which a structure must conform or exceed.in brief, it is defined as the following:
\text{Factor of Safety}=\frac{\text{Material Strength}}{\text{Design Load}}

Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Factor_of_safety

References:
http://www.mitcalc.com/doc/help/en/c_safety.htm
http://www.springerlink.com/content/t853521m533676h2/
http://www.scribd.com/doc/53548085/75/Safety-Coefficient-against-Failure-of-Load-Carrying

2. Preventive Maintenance:

Preventive maintenance (PM) has the following meaning

  • The care and servicing by personnel for the purpose of maintaining equipment and facilities in satisfactory operating condition by providing for systematic inspection, detection, and correction of incipient failures either before they occur or before they develop into major defects.
  • Maintenance: including tests, measurements, adjustments, and parts replacement, performed specifically to prevent faults from occurring.
Source:
http://en.wikipedia.org/wiki/Preventive_maintenance
http://www.weibull.com/SystemRelWeb/preventive_maintenance.htm
http://www.iapa.ca/pdf/prevent.pdf
http://www.wisegeek.com/what-is-preventive-maintenance.htm

3. cap 123 reg 15: Approval and consent deemed to be given unless refusal notified, BUILDINGS ORDINANCE
Source: http://www.legislation.gov.hk/blis_pdf.nsf/6799165D2FEE3FA94825755E0033E532/439979DE5B92D2C9482575EE003EBFB6?OpenDocument&bt=0

4. CP 2004: 《香港風力效應作業守則 - 2004 年》

Source: http://www.bd.gov.hk/chineseT/documents/code/windcode2004.pdf

5. wind pressure:
The wind pressure can be approximated by: Pressure = x (density of air) x (wind speed)2 x (shape factor)
  • The density of air is about 1.25 kg/m3.
  • The shape factor (drag coefficient) depends on the shape of the body. It has order of magnitude 1 and is dimension less.
  • The wind speed must be expressed in m/s. In that case the pressure has units kg/m/s2, i.e. N/m2.
See this table: 
Bft Wind speed (m/s) Wind pressure (N/m2)

Lower limit Upper limit Upper limit
0 0.0 0.2 0.03
1 0.3 1.5 1.4
2 1.6 3.3 6.8
3 3.4 5.4 18
4 5.5 7.9 39
5 8.0 10.7 72
6 10.8 13.8 119
7 13.9 17.1 183
8 17.2 20.7 268
9 20.8 24.4 372
10 24.5 28.4 504
11 28.5 32.5 660
12 32.6
> 660
Since the scale of Beaufort and the wind speed are not related linearly, it is not possible to express the wind pressure as: 
Pressure = (constant) x (wind speed in Bft)2.

Source: http://www.knmi.nl/samenw/hydra/faq/press.html

References:
http://www.arraysolutions.com/Products/windloads.htm
http://courses.cit.cornell.edu/arch264/calculators/example2.4/index.html

http://www.ehow.com/how_5948758_calculate-wind-pressure.html
http://www.askmehelpdesk.com/physics/wind-load-formula-211780.html



- 完 -


小傳 Biography

自小即獨鍾情科技,小學時已遍讀「十萬個為什麼」,初中物理課講授古典力學 F=ma 之時,私下卻神遊愛恩斯坦狹義相對論之 E=mcc  (即 E=mc2 ), 對經史子集,嗤之以鼻,以為古中國之科技無足稱道,豈料高中某日於圖書館中抱讀廣義相對論、正苦思不解時,偶翻老子道德經以解悶,驚為天書,繼而再閱莊子, 易經,更嘆為觀止,近代科學之多個劃時代之理論,竟已為古人一一論述,諸如「太極生兩儀,兩儀生四象四象生八卦,八卦生萬物」,惋如將宇宙起源,正反物質 之誕生,基片粒子之結構以至元素周期之規律濃縮為密碼般,再翮閱雜書如周髀算經,以至小說神話如山海經,搜神記,乃知古中國之科技知識及國人之想像力,並 非如想像之不濟,不過為政者重文輕理,獨貴仕而輕農工商,寧務虛而不務實,上有好之者下必有甚然,故聰明才智之仕,盡委身於儒法之學,勤習治人之術,奇兵 利器能工巧藝皆目為形而下者之雕蟲小技,盡皆凐沒在民問,凡與實際生活及經濟生產有關之工藝技術,唯有賴師徒制口授耳聞,代代相傳,有系統整理立於文字 者僅聊聊可數如天工開物,凡涉抽像科學概念之理論,更混合超自然之想像, 化身為比形而上學更形而上之玄學如風水命理等,有見及比,從此自號無極,誓以課餘工餘時間,疏理古代文 獻, 還中國古代科技發展之本來面目

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