倪先勝，周 成，曹和云，陳 歡，陳小寧

(武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所,湖北 武漢 430064)

0 引 言

漂浮救生艙是一種用于失事潛艇艇員集體脫險(xiǎn)的設(shè)備[1]。漂浮救生艙通過(guò)連接裝置與潛艇脫險(xiǎn)艙相通，有耐壓水密門隔開。失事潛艇艇員可在無(wú)外援情況下，從失事潛艇進(jìn)入救生艙，脫開連接裝置，救生艙即與艇分離，借助較大正浮力上浮至水面待救。載人漂浮過(guò)程包括潛艇與漂浮救生艙就位、潛器釋放、潛器上浮、水面漂浮和人員轉(zhuǎn)移等階段。漂浮救生艙載人漂浮是驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)潛艇救生的關(guān)鍵步驟，對(duì)漂浮救生艙載人漂浮進(jìn)行安全性分析是救生安全保障工作的重要內(nèi)容。

長(zhǎng)期以來(lái)，世界各海運(yùn)國(guó)家為確保船舶設(shè)備安全做了大量工作，提出一些廣泛應(yīng)用的分析與評(píng)估方法，如事件樹分析、概率風(fēng)險(xiǎn)分析、綜合安全評(píng)估等，其中綜合安全評(píng)估方法在一些領(lǐng)域中應(yīng)用更為普遍[2]。

綜合安全評(píng)估[3]一般包括危險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、提出降低風(fēng)險(xiǎn)的措施、降低風(fēng)險(xiǎn)的費(fèi)用評(píng)估及提出降低風(fēng)險(xiǎn)措施的決策建議5個(gè)主要步驟。利用綜合分析方法進(jìn)行漂浮救生艙漂浮安全評(píng)估的流程如圖1所示。

圖1 綜合安全分析方法示意圖Fig.1 The schematic of the formal safty assessment method

對(duì)于艦艇設(shè)備載人應(yīng)用這類復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，很多危險(xiǎn)事件的發(fā)生不僅具有客觀原因，還存在人為因素，由于沒有大量的數(shù)據(jù)可供統(tǒng)計(jì)，其概率難以用傳統(tǒng)方法得到。一些學(xué)者用專家評(píng)估和模糊集理論相結(jié)合的方法[4-5]得到故障樹中危險(xiǎn)事件發(fā)生的模糊概率，然后進(jìn)行故障樹定性和定量分析。然而，這一方法對(duì)危險(xiǎn)事件之間關(guān)聯(lián)程度并沒有考慮?？紤]到應(yīng)用背景[6]，本文結(jié)合系統(tǒng)安全性標(biāo)準(zhǔn)大綱和綜合安全分析方法，對(duì)漂浮過(guò)程進(jìn)行危險(xiǎn)識(shí)別，建立評(píng)估模型，提出基于灰色理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，用改進(jìn)的權(quán)重分析法確定評(píng)價(jià)體系的權(quán)重，并對(duì)灰色評(píng)估理論進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂浮過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行定性定量評(píng)估，進(jìn)而提出降低風(fēng)險(xiǎn)措施的策略。

1 基于灰色理論的安全性分析方法

1.1 風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別和指標(biāo)體系

利用收集到的有關(guān)資料，系統(tǒng)、全面、定性地分析影響漂浮救生艙載人漂浮過(guò)程的各種因素，篩選出主要風(fēng)險(xiǎn)因素，建立因素體系。結(jié)合“共青團(tuán)員”號(hào)漂浮救生艙實(shí)際應(yīng)用樣本案例，本文采用事件樹分析方法，對(duì)載入漂浮過(guò)程進(jìn)行危險(xiǎn)識(shí)別。圖2列出了應(yīng)用過(guò)程中主要危險(xiǎn)來(lái)源，并以危險(xiǎn)事件作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，將事件發(fā)生的可能性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Index system of the risk recognition and assessment

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

由于知識(shí)的局限性，參與載人漂浮應(yīng)用的專家不可能對(duì)每個(gè)問(wèn)題都了解和熟悉，而熟悉與否對(duì)評(píng)價(jià)的可靠性有相當(dāng)大的影響。在對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理時(shí)，常常要求考慮專家對(duì)評(píng)價(jià)內(nèi)容的權(quán)威程度。為了全面考量專家的權(quán)威性，分析評(píng)價(jià)專家與載人漂浮過(guò)程的關(guān)聯(lián)程度，從職稱、工作經(jīng)驗(yàn)、熟悉程度等5個(gè)方面對(duì)專家進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(見表1)。

表1 載人漂浮安全性專家評(píng)估團(tuán)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)評(píng)價(jià)專家有n位，第i位評(píng)價(jià)專家的綜合影響價(jià)值記為Mi(i=1,2,…,n)，則有：Mi=ai·bi·ci·di；從而，專家的權(quán)威影響系數(shù)為

(1)

確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法2種，在實(shí)際應(yīng)用中為克服人為因素的影響，常常將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法結(jié)合起來(lái)使用。本文采用組織n個(gè)專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行主觀賦值，然后對(duì)這些權(quán)值進(jìn)行一定的綜合處理得到各指標(biāo)的權(quán)重。設(shè)有n位專家，m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，第i位評(píng)價(jià)專家對(duì)第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重給出評(píng)價(jià)值ωij(百分制)，則相關(guān)系數(shù)

(2)

根據(jù)式(1)計(jì)算相關(guān)系數(shù)λjk后得到相關(guān)矩陣A(λjk)，再按式(2)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

求得每個(gè)指標(biāo)權(quán)重的得分Wi，則評(píng)價(jià)指標(biāo)Xi的權(quán)重為：

其中，指標(biāo)權(quán)重向量φ=[φ1,φ2,…,φn]。

1.3 評(píng)估樣本矩陣的建立

設(shè)有m位評(píng)價(jià)專家，評(píng)價(jià)專家的序號(hào)為k，即k=1，2，…，m；設(shè)有評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)集合U={u1,u2,…,un}，n表示風(fēng)險(xiǎn)因素個(gè)數(shù)。組織這些評(píng)價(jià)專家按照評(píng)價(jià)指標(biāo)集合U的評(píng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)分，即根據(jù)第k個(gè)評(píng)價(jià)專家對(duì)第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象所給出的分?jǐn)?shù)dxk，就可以得到對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)樣本矩陣

(5)

1.4 評(píng)估灰類的確定

不同的評(píng)價(jià)專家認(rèn)識(shí)上也有一定的差異，為了能比較確切地反映出第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象屬于某類的程度，因此需要確定評(píng)價(jià)灰類的等級(jí)、灰類灰數(shù)以及白化權(quán)函數(shù)。設(shè)有g(shù)個(gè)評(píng)價(jià)灰類C1，C2，…，Cg，相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)[7]及其閾值分別為f1(x),f2(x),…,fg(x)和λ1,λ2,…，λg。本文中，載人漂浮應(yīng)用項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)設(shè)定為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，則g=5，相應(yīng)從極高至極低風(fēng)險(xiǎn)的灰色白化權(quán)函數(shù)分別為：

1.5 灰色評(píng)價(jià)系數(shù)的計(jì)算

對(duì)于任何一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui，如果將第x個(gè)評(píng)價(jià)因素屬于第h個(gè)評(píng)價(jià)灰類的灰色評(píng)價(jià)系數(shù)記為Ωij，則有[8]：

對(duì)于任何評(píng)價(jià)指標(biāo)Ui，如果將第x個(gè)評(píng)價(jià)因素屬于各個(gè)評(píng)價(jià)灰類的灰色評(píng)價(jià)系數(shù)記為Ωj，則有：

(8)

1.6 灰色評(píng)價(jià)權(quán)權(quán)值及權(quán)矩陣的計(jì)算

設(shè)所有評(píng)價(jià)專家針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，第x個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目主張第h個(gè)灰類的灰色評(píng)價(jià)權(quán)值記為θjh，則有：

θjh=Ωij/Ωj。

(9)

可以得到每x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的所有所屬指標(biāo)對(duì)各評(píng)價(jià)灰類的灰色評(píng)價(jià)權(quán)矩陣

(10)

1.7 綜合評(píng)價(jià)及排序

為了能夠確切反映出評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)等級(jí)，權(quán)重向量取φ，利用下式計(jì)算出灰色綜合評(píng)價(jià)權(quán)矩陣：

(11)

由于第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B1(x)是一個(gè)向量，它描述的是第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象綜合狀況分灰類程度。按照最大值原則，可以確定評(píng)價(jià)對(duì)象所屬灰度等級(jí)。為了進(jìn)行綜合排序，將各評(píng)價(jià)灰類等級(jí)按“灰水平”賦值，得到各評(píng)價(jià)灰類等級(jí)值化向量C=[C1，C2，…，Cg]，則對(duì)第x個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)值為：

R(x)=B(x)×CT。

(12)

綜合評(píng)價(jià)值R(x)求出后，就可以根據(jù)此值的大小給出m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)高低的排序，并依據(jù)此值對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)提出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施。

2 載人漂浮過(guò)程安全性分析應(yīng)用實(shí)例

2.1 漂浮救生艙載人漂浮危險(xiǎn)事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以漂浮救生艙載人漂浮過(guò)程為例，進(jìn)行安全性分析。在完成危險(xiǎn)識(shí)別后，評(píng)估過(guò)程如下：

選用5位評(píng)價(jià)專家，均來(lái)自于潛艇設(shè)計(jì)一線的科研專家，職稱、專業(yè)、工作年限以及現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)都均不相同，其權(quán)威系數(shù)評(píng)價(jià)矩陣為：

則可求得專家的權(quán)威系數(shù)為Xi=[0.22,0.20,0.19,0.21,0.18]。經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)專家對(duì)各項(xiàng)危險(xiǎn)事件的權(quán)重進(jìn)行打分(百分制)， 最終按照式(2)計(jì)算可得，依照前文所列順序，權(quán)重系數(shù)為：

φ=[0.17,0.12,0.06,0.06,0.13,0.13,0.15,0.16]。

現(xiàn)以危險(xiǎn)事件E1“漂艙與潛艇圍殼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間卡滯”為例，5位評(píng)價(jià)專家按1.4節(jié)設(shè)計(jì)給出評(píng)價(jià)結(jié)論d1=[8,7,8,6,9]，采用白化權(quán)函數(shù)為最常用的三角函數(shù)，如式(6)所示，計(jì)算可得：

f1(d1)=[0.89,0.78,0.89,0.67,1]。

結(jié)合式(7)～式(12)，采用Matlab編程，計(jì)算結(jié)果可得：

Ω1=[2.46,3.14,2.47,3.34,1.79]；
θ1=[0.19,0.24,0.19,0.25,0.14]。

同理，可以求得其他危險(xiǎn)事件的評(píng)價(jià)矩陣：

令灰度水平賦值向量C=[9,7,5,3,1],則由此求得：

R=φ×E×CT=4.93。

由此，經(jīng)過(guò)綜合計(jì)算得到綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值R=4.93。由3<4.93<5 得出結(jié)論：該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為中等偏低水平，項(xiàng)目基本可行。

根據(jù)公式Ri=φi×Ei×CT得到各指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量，計(jì)算可得：R1=5.67；R2=2.25；R3=3.25；R4=3.7；R5=2.45；R6=4.55；R7=4.82；R8=5.02。從而可以得出各級(jí)指標(biāo)之間的評(píng)價(jià)關(guān)系。

2.2 載人漂浮過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策和建議

通過(guò)計(jì)算的R(x)各值可以看出，各危險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值的關(guān)系為：漂艙與圍殼發(fā)生卡滯風(fēng)險(xiǎn)>人員意外落水風(fēng)險(xiǎn)>漂浮過(guò)程人員碰撞風(fēng)險(xiǎn)>自持力風(fēng)險(xiǎn)>艙內(nèi)發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)>接口進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)>穩(wěn)性浮性變化風(fēng)險(xiǎn)。故而，此項(xiàng)目的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源于漂艙與圍殼發(fā)生卡滯風(fēng)險(xiǎn)、人員意外落水風(fēng)險(xiǎn)和漂浮過(guò)程人員碰撞風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)危險(xiǎn)事件風(fēng)險(xiǎn)中的關(guān)鍵因素，相關(guān)管理和脫險(xiǎn)人員可以采取具有針對(duì)性的措施加以防范，來(lái)降低此項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)提出以下管理對(duì)策和建議：

1)針對(duì)卡滯風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)脫險(xiǎn)人員進(jìn)行相關(guān)技術(shù)和操作規(guī)范的培訓(xùn)，確保熟悉操作要領(lǐng)；設(shè)計(jì)上，增加多重解鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保過(guò)程萬(wàn)無(wú)一失；載人漂浮過(guò)程中，一旦超過(guò)設(shè)計(jì)卡滯時(shí)間，及時(shí)采取相應(yīng)應(yīng)急處理措施。

2)載人漂浮過(guò)程中，脫險(xiǎn)人員配備相應(yīng)救生衣、救生圈和繩索等設(shè)備；易落水區(qū)域人員采取相互提醒等防護(hù)保障。

3)針對(duì)碰撞風(fēng)險(xiǎn)，漂艙內(nèi)的銳邊、尖角或其他突出物采用包覆措施，對(duì)可能掉落的物體采取固定措施或其它防護(hù)手段；適當(dāng)配備防暈防碰撞的急救藥品等。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)漂浮救生艙載人漂浮過(guò)程在決策和實(shí)施過(guò)程面臨的諸多危險(xiǎn)事件和不能量化評(píng)估的問(wèn)題，基于灰色評(píng)價(jià)理論進(jìn)行了一系列的安全性分析，得出以下結(jié)論：

1)基于灰色理論的載人漂浮過(guò)程安全性分析全面的給出了載人過(guò)程中的危險(xiǎn)事件，并進(jìn)行量化評(píng)估，提出針對(duì)性措施，驗(yàn)證該方法的可行性和適用性。

2)結(jié)合該項(xiàng)目的量化評(píng)價(jià)結(jié)果，危險(xiǎn)事件的綜合風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為中等偏低水平，項(xiàng)目基本可行。其中，卡滯風(fēng)險(xiǎn)、人員落水風(fēng)險(xiǎn)和碰撞風(fēng)險(xiǎn)是項(xiàng)目中的關(guān)鍵因素，需要相應(yīng)的措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。

3)基于灰色理論的安全性分析方法充分利用決策者的判斷信息，通過(guò)對(duì)“少數(shù)據(jù)”模型的挖掘和分析，總結(jié)出整體的風(fēng)險(xiǎn)。本文研究表明，該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)客觀真實(shí)，對(duì)潛艇相關(guān)設(shè)備的載人應(yīng)用的安全性分析具有指導(dǎo)意義。

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