李紹平,黃加亮,,謝敢,黃朝霞
(集美大學(xué)a.海事管理與海事法律科學(xué)研究中心;b.輪機(jī)工程學(xué)院;c.理學(xué)院,福建 廈門 361021)
PX 項目,指的是二甲苯化工項目.PX 能與乙醇、乙醚、丙酮等有機(jī)溶劑混溶.外觀與性狀為無色透明液體,可燃、有毒、有刺激性、具有芳香氣味,對眼及上呼吸道有刺激作用,高濃度時,對中樞系統(tǒng)有麻醉作用,吸入較高濃度的二甲苯可能出現(xiàn)急性中毒;并可使胎兒畸形,對人和環(huán)境影響非常大.據(jù)不完全統(tǒng)計,國內(nèi)目前已建成的PX 項目有10 余家,主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū).抗風(fēng)險的安全距離并非決定性的關(guān)鍵因素,PX 原材料運輸與原料、產(chǎn)品在港口泊位上的輸入輸出所導(dǎo)致的污染風(fēng)險很難預(yù)料.
為研究綜合安全評估法在船舶安全規(guī)則制定中的應(yīng)用,文獻(xiàn)[1]借鑒核工業(yè)、化工及海上石油開發(fā)等行業(yè)在風(fēng)險管理方面的經(jīng)驗,尋找出適用于控制船舶運輸風(fēng)險管理的捷徑.文獻(xiàn)[2]針對港口水域交通環(huán)境風(fēng)險評估過程中信息的不確定性、多樣性及評估指標(biāo)客觀權(quán)重難以確定的問題,引入信息熵權(quán)法,獲得各種不確定信息熵的客觀權(quán)重,建立基于熵權(quán)證據(jù)推理的評估模型.文獻(xiàn)[3]以不同港口水域風(fēng)險評價方法的評價結(jié)果為基礎(chǔ),分析港口航行風(fēng)險評價方法的一致性,建立國際海事組織(IMO)推薦的一致性分析模型,得出影響因素之間的關(guān)聯(lián)和評價方法的一致性程度.為給液化天然氣(LNG)船舶進(jìn)出港組織方案選擇提供決策依據(jù),將多目標(biāo)格序決策理論運用到組織方案評價比選中.而應(yīng)用計算機(jī)軟件程序動態(tài)監(jiān)控船舶對海洋的污染及消除風(fēng)險測試評估的研究較為罕見,尤其是對PX 項目中載有原料、產(chǎn)品的船舶的航行管理——船舶動態(tài)監(jiān)控,國內(nèi)目前的應(yīng)用研究幾乎是空白,大多是在管理學(xué)范疇內(nèi)進(jìn)行風(fēng)險評估的理論綜述.集對分析(Set-Pair Analysis,SPA)是我國學(xué)者趙克勤于1989年基于對立統(tǒng)一觀點提出的,這種新的不確定性分析方法,能從整體和局部剖析研究系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)系,目前已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)管理、決策分析以及安全評估等許多方面.[2]本文用SPA 建立一個PX項目對海域污染風(fēng)險的評估模型,運用通信與控制工程的理論及數(shù)學(xué)模型,將運輸PX 原料與產(chǎn)品的船舶污染風(fēng)險的關(guān)系有機(jī)結(jié)合,進(jìn)行動態(tài)分析和預(yù)測.確立數(shù)學(xué)模型以及由它派生出的修正公式,結(jié)合福建古雷半島臺灣海峽海域的船舶運輸PX 原料和產(chǎn)品的情況,對船舶的運輸污染防范進(jìn)行定量關(guān)系研究,為全國的PX 原料和產(chǎn)品的航運風(fēng)險進(jìn)行動態(tài)分析及預(yù)測,提供理論依據(jù)和借鑒.
SPA 的基本思想是將客觀事物的確定性與不確定性作為一個確定不確定系統(tǒng),從同、異、反三方面研究系統(tǒng)的不確定性.其基本概念是集對和聯(lián)系度.集對是由具有一定聯(lián)系的集合A和集合B 組成的對子H(A,B).稱2個集合對其共有屬性的相同、相異、相反程度為聯(lián)系度.SPA 就是研究這2個集合的聯(lián)系度.聯(lián)系度的一般形式是:
式中:μ表示聯(lián)系度,N表示集合(A,B)具有的特征總數(shù);S表示集合(A,B)中共同具有的特征個數(shù);P表示集合(A,B)中相互對立的特征個數(shù);F表示集合(A,B)中既不共同具有,也不相互對立的特征個數(shù).其中a=S/N,b=F/N,c=P/N,a表示2個集合的同一程度,稱為同一度;b表示2個集合的差異程度,稱為差異度;c表示2個集合的對立程度,稱為對立度,且有a+b+c=1.i為差異度因數(shù),在[-1,1]中取值,j為對立度因數(shù),運算時恒取-1,當(dāng)i,j不取特定值時即退化為差異度和對立度的符號標(biāo)志.
上述是常用的三元聯(lián)系度,可以根據(jù)式(1)作進(jìn)一步擴(kuò)展,即可得到多元聯(lián)系度:
式中:b1,b2,…,bk為差異度分量,可用來反映指標(biāo)的不同差異程度;i1,i2,…,ik為差異不確定分量因數(shù),且有a+b1+b2+…+bk+c=1.
PX 項目中涉及的海上運輸十分復(fù)雜,影響PX項目對海域污染風(fēng)險的因素很多,具有不確定性.本文將這些風(fēng)險因素作為評估指標(biāo),并與評估標(biāo)準(zhǔn)作為兩個集合構(gòu)成一個集對,在此基礎(chǔ)上建立PX 項目對海域污染風(fēng)險的評估模型.
假設(shè)選擇m 種因素指標(biāo),將風(fēng)險評估分為k個等級[6],文中k 取5.將PX 項目對海域污染風(fēng)險的評估樣本某指標(biāo)值xl(l=1,2,…,m)看成一個集合Al,把評估標(biāo)準(zhǔn)看成另一個集合Bk(k=1,2,…,5),則它們可構(gòu)成一個集對H(Al,Bk).用5 元聯(lián)系度μl來描述它們之間的關(guān)系:
考慮到各因素指標(biāo)對海域污染風(fēng)險的影響程度不同,式(3)可定義為
則集合A 屬于t 級[7].
根據(jù)上文,PX 項目對海域污染風(fēng)險的評估標(biāo)準(zhǔn)分為5 級,當(dāng)評估指標(biāo)為越大越優(yōu)型時,評估樣本指標(biāo)值xl(l=1,2,…,m)與評估指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
當(dāng)評估指標(biāo)為越小越優(yōu)型時,評價樣本指標(biāo)值xl(l=1,2,…,m)與評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
式中:s1,s2,s3,s4,s5分別為評估標(biāo)準(zhǔn)I,II,III,IV和V 級的標(biāo)準(zhǔn)值.xl(l=1,2,…,m)表示評估指標(biāo)統(tǒng)計值.
以運輸PX 項目原料、產(chǎn)品的某散裝化學(xué)品船為例,進(jìn)行分析.該船于1997 年1 月建成,總載質(zhì)量為11 600 t,船長117 m,船型寬20 m,船型深11.2 m.船體結(jié)構(gòu)狀況良好,船舶設(shè)備狀況一般,船舶設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)良好,公司預(yù)防性維修次數(shù)少,但船公司對安全管理比較重視,定期組織船員進(jìn)行教育培訓(xùn)、防污染演習(xí).古雷半島周邊海域船舶交通管理系統(tǒng)比較完善,通航水域?qū)掗?,過往船只較多,氣象海況條件良好,多云,東北風(fēng)7 級,中到大浪,能見度約5 n mile,海流流向030,流速0.8 kn.
PX 項目中涉及的海上運輸十分復(fù)雜,影響PX項目對海域污染風(fēng)險的因素眾多,提取影響PX 項目對海域污染風(fēng)險的主要因素(即評估指標(biāo)),從船舶、船員、外部環(huán)境和管理這4個因素出發(fā),將評估指標(biāo)劃分為4個一級指標(biāo)和15個二級指標(biāo),并建立相應(yīng)的指標(biāo)體系,見圖1.
圖1 PX 項目對海域污染風(fēng)險的評估指標(biāo)體系
文獻(xiàn)[8]運用熵值法計算指標(biāo)權(quán)重,結(jié)合LNG船舶操縱特點,構(gòu)建針對方案安全性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性等管理因素的LNG 船舶進(jìn)出港組織方案比選的評價指標(biāo)體系.文獻(xiàn)[9]應(yīng)用模糊變權(quán)法對船舶綜合安全進(jìn)行評估,權(quán)重與因素的單因素評估值相關(guān)聯(lián),突出不完善因素.文獻(xiàn)[10]利用熵得到多指標(biāo)決策問題指標(biāo)的客觀權(quán)重,再將其與層次分析法中準(zhǔn)則層指標(biāo)的主觀權(quán)重相結(jié)合,得到熵權(quán),作為在組合權(quán)重計算中的準(zhǔn)則層權(quán)重.權(quán)重是衡量指標(biāo)體系中某一具體指標(biāo)對海域污染風(fēng)險等級影響程度相對大小的量,權(quán)重越大,意味著該因素對海運安全的影響越大,反之則小.為了客觀給出權(quán)值因數(shù),可以采用兩階段法確定權(quán)重:第1 階段請專家學(xué)者對評價指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序;第2 階段建立模糊標(biāo)度二元對比有序矩陣,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行歸一化處理,即得指標(biāo)權(quán)重因數(shù).本文所確定的各個因素權(quán)重見圖1.
將PX 項目對海域污染風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)分為5個等級,用I,II,III,IV和V表示,分別代表風(fēng)險評估等級:很安全,安全,一般,不安全和很不安全.定量指標(biāo)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出相應(yīng)安全等級的標(biāo)準(zhǔn)值,非定量指標(biāo)按滿分100 分,給出相應(yīng)安全等級的標(biāo)準(zhǔn)值,評估指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值見表1.
表1 分級標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)評估標(biāo)準(zhǔn),對某化學(xué)品船進(jìn)行打分,其中定量指標(biāo)根據(jù)實際值給出,非定量指標(biāo)由3 位評估專家按滿分100 分,根據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)對該船評估指標(biāo)進(jìn)行打分,將所得數(shù)據(jù)采用德爾菲法處理后,列出各二級指標(biāo)的統(tǒng)計值,見表2.
由表2可知,船型固有危險度的指標(biāo)統(tǒng)計值為0.35,根據(jù)式(7)得其與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
同理可得,船舶設(shè)備故障率狀況與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
船舶設(shè)備保養(yǎng)狀況與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
預(yù)防維修狀況與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
船型固有危險度、船舶設(shè)備故障率、船舶設(shè)備保養(yǎng)狀況與預(yù)防維修狀況在船舶因素中占的權(quán)重分別為0.15,0.30,0.30,0.25,根據(jù)μ11,μ12,μ13,μ14,由式(4)得船舶因素與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
表2 二級指標(biāo)的指標(biāo)統(tǒng)計值
同理可得,船員因素與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
環(huán)境因素與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
船舶公司安全管理與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
由μ1,μ2,μ3,μ4,根據(jù)式(4)得該船PX 項目海運安全風(fēng)險評估指標(biāo)與評估標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度
根據(jù)式(5),取R1=0.399 25,R2=0.434 50,R3=0.128 75,R4=0.037 50,R5=0,由最大平均聯(lián)系度準(zhǔn)則得R2最大,可知該船對海域污染風(fēng)險的評估屬于II 級,為“安全”.而在實際情況中,通過監(jiān)控該化學(xué)品船的航行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)該船運行良好、航行安全,說明所建立的風(fēng)險評估模型是可信、合理的.根據(jù)式(5)可知,該船與“很安全”等級的聯(lián)系度為0.399 25,與“一般”等級的聯(lián)系度為0.128 75,與“不安全”等級的聯(lián)系度為0.037 50,模型所得結(jié)論不僅能得到評估結(jié)果,也在一定程度上反映出該船安全風(fēng)險的趨勢,為防范事故、查找安全漏洞提供一定的依據(jù).
基于集對分析的PX 項目對海域風(fēng)險評估分析方法原理直觀,計算公式和步驟簡便,結(jié)果合理、客觀,具有很好的應(yīng)用價值.PX 項目涉及的船舶運輸十分復(fù)雜,影響其海域污染風(fēng)險的因素諸多,本文主要分析船舶、船員、環(huán)境、管理這4 大因素對海域污染所造成的影響,運用集對分析理論,以某運輸PX項目中原料和產(chǎn)品的船舶為實例,結(jié)合專家的觀點和數(shù)據(jù),對其進(jìn)行海域污染風(fēng)險的評估,最終評估結(jié)果表明此方法可行、切合實際情況,從而為PX 項目對海域污染風(fēng)險的綜合評判提供一個新的科學(xué)評估方法和手段,為下一步進(jìn)行PX 項目對海域污染風(fēng)險評估測試預(yù)警系統(tǒng)提供一個可行的模型.
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