王 喆 蔡夢(mèng)賢

（西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院1） 成都 610031）

（成都鐵路交大危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸技術(shù)服務(wù)中心2） 成都 610031）

0 引 言

危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，由于危險(xiǎn)貨物特殊的物化性質(zhì)和運(yùn)輸特點(diǎn)，加大了運(yùn)輸管理的難度，同時(shí)對(duì)安全也提出了更高的要求．危險(xiǎn)貨物辦理站處于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的樞紐位置，所以危險(xiǎn)貨物辦理站作業(yè)質(zhì)量的好壞對(duì)整個(gè)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸有著舉足輕重的影響．本文提出用突變級(jí)數(shù)模糊隸屬度函數(shù)法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，對(duì)鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站作業(yè)系統(tǒng)安全性這一集模糊性與隨機(jī)性為一體的現(xiàn)象，將突變理論和模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合，采用多準(zhǔn)則的突變級(jí)數(shù)法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過全面診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，積極預(yù)防，真正作到防患于未然．

1 突變理論綜合評(píng)價(jià)方法

突變理論（catastrophe theory）是法國數(shù)學(xué)家Rene．Thom創(chuàng)立的一門研究突變（質(zhì)變）現(xiàn)象的新興學(xué)科，它是關(guān)于系統(tǒng)狀態(tài)變量的特征對(duì)控制變量依從關(guān)系的數(shù)學(xué)理論．其基本特點(diǎn)是根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)將系統(tǒng)的臨界點(diǎn)分類，研究分類臨界點(diǎn)附近狀態(tài)變化的特征，從而歸納出若干初等突變模型，并以此為基礎(chǔ)探索自然和社會(huì)中的突變現(xiàn)象［1－2］．

1．1 常用的突變理論基本模型［3］

常用的突變模型有尖點(diǎn)突變、燕尾突變及蝴蝶突變，見表1．

表1 初等突變模型的勢(shì)函數(shù)及示意圖

對(duì)于突變模型的勢(shì)函數(shù)f（X），它的所有臨界點(diǎn)集合成一平衡曲面，通過對(duì)f（X）分別求一、二階導(dǎo)數(shù)，并令f′（X）＝0和f″（X）＝0，即可得到反映狀態(tài)變量與各控制變量間關(guān)系的分解形式的分歧方程（見表1）．

1．2 歸一公式的導(dǎo)出

通過分歧方程可導(dǎo)出歸一公式，歸一公式將系統(tǒng)內(nèi)部各控制變量的不同質(zhì)態(tài)歸化為可比較的同一種質(zhì)態(tài)，即用狀態(tài)變量表示的質(zhì)態(tài)．運(yùn)用歸一公式，可求出表征系統(tǒng)狀態(tài)特征的系統(tǒng)總突變隸屬函數(shù)值，這是利用突變理論進(jìn)行綜合分析評(píng)判的基本運(yùn)算公式．常用的三種突變模型的歸一公式如下．

燕尾突變

1．3 基于突變理論的多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)方法

突變?cè)u(píng)價(jià)法（catastrophe evaluation method）是在突變理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種綜合評(píng)價(jià)方法，主要步驟是［4］：

1）構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系．按系統(tǒng)的內(nèi)在作用機(jī)理，將其分解為若干評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的多層系統(tǒng)．

2）對(duì)底層指標(biāo)（控制變量）進(jìn)行原始數(shù)據(jù)規(guī)范化．將突變理論與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生一種多維的在［0，1］之間取值的越大越優(yōu)型的突變模糊隸屬度值．歸一公式中，控制變量表征的是狀態(tài)變量的不同方面的特征，其原始數(shù)據(jù)取值范圍和度量單位各不相同，它們之間無法進(jìn)行相互比較．因此，在使用歸一公式之前，應(yīng)將控制變量的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到0～1范圍內(nèi)的量綱一的量可比較數(shù)值，即對(duì)控制變量進(jìn)行原始數(shù)據(jù)規(guī)格化，同時(shí)，無論是效益型指標(biāo)（數(shù)值越大越好），還是成本性指標(biāo)（數(shù)值越小越好），都采用相對(duì)隸屬度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．

3）歸一運(yùn)算．利用歸一公式進(jìn)行綜合量化遞歸運(yùn)算，求出評(píng)價(jià)系統(tǒng)的總突變隸屬度值．按歸一公式可計(jì)算同一系統(tǒng)各控制變量（指標(biāo)）的相應(yīng)中間值，對(duì)該中間值進(jìn)行突變理論綜合評(píng)價(jià)時(shí)，必須考慮兩個(gè)原則，即“互補(bǔ)”與“非互補(bǔ)”原則．

4）重復(fù)上述步驟，分別計(jì)算出不同評(píng)價(jià)系統(tǒng)的總突變隸屬函數(shù)數(shù)值，從而據(jù)此進(jìn)行不同系統(tǒng)間的綜合評(píng)價(jià)；或者分別計(jì)算出不同時(shí)期的系統(tǒng)狀態(tài)總突變隸屬函數(shù)值，從而可對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)作出動(dòng)態(tài)模糊綜合分析．

2 鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

利用突變理論對(duì)辦理站進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必須根據(jù)評(píng)價(jià)目的對(duì)評(píng)價(jià)總指標(biāo)進(jìn)行多層次逐漸分解，排列成倒樹狀目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)．原始數(shù)據(jù)只需要知道最底層指標(biāo)的數(shù)據(jù)就可以了．一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分解，是為了得到更具體的指標(biāo)，以便進(jìn)行量化，分解到一般可計(jì)量的子指標(biāo)時(shí)，分解就可停止．考慮到一般突變模型中某狀態(tài)變量的控制變量不超過4個(gè)，所以，相應(yīng)的一般各指標(biāo)分解也不要超過4個(gè)．

根據(jù)《鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)則》規(guī)定，危險(xiǎn)貨物辦理站的儲(chǔ)運(yùn)倉庫、作業(yè)站臺(tái)、專用雨棚等專用設(shè)施、設(shè)備，要與所辦理危險(xiǎn)貨物的品類和運(yùn)量相適應(yīng)．耐火等級(jí)、防火、防爆、防雷、防靜電、污水排放和污物處理等應(yīng)符合國家有關(guān)規(guī)定及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)．危險(xiǎn)貨物辦理的地點(diǎn)、場(chǎng)所應(yīng)配備有關(guān)檢測(cè)設(shè)備和報(bào)警裝置；作業(yè)人員應(yīng)配備相應(yīng)的防護(hù)用品；裝卸設(shè)備應(yīng)具備防爆、防靜電功能；裝卸能力、計(jì)量方式、消防設(shè)施、安全作業(yè)防護(hù)應(yīng)符合規(guī)定要求．貨運(yùn)人員、技術(shù)管理人員、裝卸及駕駛?cè)藛T應(yīng)經(jīng)過鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸業(yè)務(wù)知識(shí)培訓(xùn)，熟悉本崗位的相關(guān)危險(xiǎn)貨物知識(shí)，掌握鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)定．建立健全危險(xiǎn)貨物受理、承運(yùn)、裝卸、儲(chǔ)存保管、消防、勞動(dòng)安全防護(hù)等安全作業(yè)規(guī)程及管理制度．有鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸事故處理應(yīng)急預(yù)案，配備應(yīng)急救援人員和必要的應(yīng)急救援器材和設(shè)備［5］．

根據(jù)以上分析和危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸生產(chǎn)實(shí)踐可知，鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站作為一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，其安全狀況受多種因素的影響，涵蓋領(lǐng)域廣泛、各影響因素間相互作用復(fù)雜，并且有些指標(biāo)難以量化，從而使得評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過于復(fù)雜，難于操作．借鑒國內(nèi)外鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站安全評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)體系確定方面的研究成果［6］，辦理站的安全狀況可以從設(shè)備設(shè)施、防災(zāi)系統(tǒng)、人員素質(zhì)以及安全管理4個(gè)方面予以考察：（1）設(shè)備設(shè)施可以分解為貨物自身危險(xiǎn)性（如易燃、易爆、毒害性、放射性等）、貨物包裝（包裝質(zhì)量、標(biāo)識(shí)、包裝檢測(cè)）、技術(shù)設(shè)備（倉庫、站臺(tái)、專用線、作業(yè)器具、裝卸設(shè)備等）、車站環(huán)境（溫濕度、風(fēng)霜雨雪等影響儲(chǔ)運(yùn)安全的自然環(huán)境和社會(huì)治安等社會(huì)環(huán)境）4個(gè)子指標(biāo)；（2）防災(zāi)系統(tǒng)又可以分解為安全設(shè)備（包括消防、防雷電設(shè)備、防護(hù)設(shè)備等）、檢測(cè)設(shè)備（計(jì)量、檢測(cè)和報(bào)警設(shè)備等）、應(yīng)急救援3個(gè)子指標(biāo)；（3）人員素質(zhì)可以分解為身體素質(zhì)、文化素質(zhì)、心理素質(zhì)和思想素質(zhì)4個(gè)子指標(biāo)；（4）安全管理又可以分解為結(jié)構(gòu)及人員配置、規(guī)章制度、宣傳教育和專項(xiàng)檢查4個(gè)子指標(biāo)．

其多層次安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示．

圖1 鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站安全評(píng)判體系

3 實(shí)例計(jì)算

按照?qǐng)D1建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，聘請(qǐng)5位專家對(duì)2004～2008年度底層指標(biāo)評(píng)分，評(píng)分結(jié)果采用相對(duì)隸屬度函數(shù)法轉(zhuǎn)換成［0，1］范圍內(nèi)的突變模糊隸屬度函數(shù)，列于表2．按照上述突變理論多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)方法，由歸一公式逐步向上綜合計(jì)算，直到算出最高層指標(biāo)的突變級(jí)數(shù)．具體計(jì)算過程如下（以2004年度為例）．

表2 危險(xiǎn)貨物辦理站2004～2008年安全評(píng)價(jià)指標(biāo)值

如圖1，最底層指標(biāo)A1，A2，A3和A4構(gòu)成互補(bǔ)型蝴蝶突變，采用歸一公式（3）有

由于各控制變量之間可以互相彌補(bǔ)不足，綜合起來，共同對(duì)上一層評(píng)價(jià)指標(biāo)產(chǎn)生作用，因此按“互補(bǔ)”原則，取均值有：A＝（XA1＋XA2＋XA3＋XA4）／4＝0．95．

指標(biāo)B1，B2和B3構(gòu)成非互補(bǔ)型燕尾突變，C1，C2，C3和C4構(gòu)成非互補(bǔ)型蝴蝶突變，D1，D2，D3和D4構(gòu)成互補(bǔ)型蝴蝶突變，分別采用式（2）、（3）可計(jì)算出：B＝0．89，C＝0．92，D＝0．96．

準(zhǔn)則層指標(biāo)A，B，C，D構(gòu)成蝴蝶突變，按“非互補(bǔ)”原則，可計(jì)算出2004年辦理站安全綜合評(píng)判值為0．89．同理，可計(jì)算出2005～2008年度的辦理站安全綜合評(píng)價(jià)值，計(jì)算結(jié)果如表3所列．可以看出，在承運(yùn)貨物危險(xiǎn)性不斷增大的情況下，辦理站自2006年后加緊對(duì)原有設(shè)備設(shè)施的改造和更新，加強(qiáng)防災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)和安全管理，提升人員素質(zhì)，辦理站安全水平不斷提高．此評(píng)價(jià)結(jié)果與運(yùn)用其他方法（如模糊綜合評(píng)判法等）進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果相同．2004～2008年間，該危險(xiǎn)貨物辦理站的安全總突變隸屬函數(shù)值均較大，由此可以看出，突變?cè)u(píng)價(jià)法計(jì)算出的綜合評(píng)價(jià)值存在這樣一個(gè)缺陷：一般數(shù)值均偏高，且評(píng)價(jià)值之間的差距很小，這使得從直觀上根據(jù)評(píng)價(jià)值對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行“優(yōu)”、“劣”判定常常很困難．為了克服突變?cè)u(píng)價(jià)法的上述缺陷，可以利用得分變換的方法加以修正．具體方法是：設(shè)當(dāng)?shù)讓又笜?biāo)對(duì)應(yīng)的隸屬度均取Xi（i＝1，2，…，n）時(shí)，由突變?cè)u(píng)價(jià)法進(jìn)行計(jì)算，得到其綜合評(píng)價(jià)值Yi（i＝1，2，…，n）．當(dāng)n足夠多時(shí)，可建立起Yi與Xi之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表4．這樣可將Yi值變換為之對(duì)應(yīng)的Xi值．

表3 危險(xiǎn)貨物辦理站2004～2008年安全總突變隸屬函數(shù)值

表4 X－Y對(duì)應(yīng)關(guān)系表

4 結(jié)束語

基于突變理論的危險(xiǎn)貨物辦理站安全生產(chǎn)模糊動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，是將突變理論和模糊分析結(jié)合起來，對(duì)危險(xiǎn)貨物辦理站進(jìn)行多層目標(biāo)分解，然后通過歸一公式進(jìn)行量化遞歸運(yùn)算，得到危險(xiǎn)貨物辦理站安全總的突變隸屬函數(shù)值，并通過對(duì)不同時(shí)期的辦理站安全總突變隸屬函數(shù)值分析判斷，從而動(dòng)態(tài)地得到評(píng)價(jià)的結(jié)果．由于這一方法對(duì)各目標(biāo)重要性的確定量化是根據(jù)各目標(biāo)在歸一公式本身中的內(nèi)在作用機(jī)理決定的，因而相對(duì)地減少了主觀性，使評(píng)判更趨于實(shí)際，且計(jì)算簡(jiǎn)單，事例表明，此方法用于評(píng)價(jià)是合理可行的，并且與運(yùn)用其他方法（如模糊綜合評(píng)判法等）進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果相同．

運(yùn)用突變理論進(jìn)行危險(xiǎn)貨物辦理站安全評(píng)價(jià)還是一種嘗試，在某些環(huán)節(jié)還存在不足，主要表現(xiàn)在：一是如何保證底層指標(biāo)評(píng)分值的準(zhǔn)確性問題；二是如何對(duì)評(píng)判指標(biāo)體系進(jìn)行分解及對(duì)同層指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序問題．因此，如何保證評(píng)價(jià)過程中某些步驟的正確實(shí)現(xiàn)還需作進(jìn)一步的探討和研究．

［1］Raftoyiannis I G．Dynamic buckling of a simple geometrically imperfect frame using catastrophe theory［J］．International Journal of Mechanical Sciences，2006，48（10）：1 021－1 030．

［2］ Wenyu Doua，Sanjoy Ghose．A dynamic nonlinear model of online retail competition using cusp catastrophe theory［J］．Journal of Business Research．2006，59（7）：838－848．

［3］馮 平，李紹飛，李建柱．基于突變理論的地下水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［J］．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2008，17（2）：13－18．

［4］周榮義，黎忠文，牛會(huì)永．基于突變理論的油庫火災(zāi)爆炸分析與模糊動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)［J］．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16（6）：97－101．

［5］中華人民共和國鐵道部．鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理規(guī)則［Z］．北京：中國鐵道出版社，2008．

［6］盧延夫．鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站安全評(píng)價(jià)體系的研究［J］．鐵道貨運(yùn)，2008（1）：31－33．