倪先勝，周 成，曹和云，陳 歡，陳小寧

(武漢第二船舶設(shè)計研究所,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的設(shè)備[1]。漂浮救生艙通過連接裝置與潛艇脫險艙相通，有耐壓水密門隔開。失事潛艇艇員可在無外援情況下，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證和實現(xiàn)潛艇救生的關(guān)鍵步驟，對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。

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

綜合安全評估[3]一般包括危險識別、風(fēng)險評估、提出降低風(fēng)險的措施、降低風(fēng)險的費(fèi)用評估及提出降低風(fēng)險措施的決策建議5個主要步驟。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

對于艦艇設(shè)備載人應(yīng)用這類復(fù)雜的技術(shù)問題，很多危險事件的發(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，其概率難以用傳統(tǒng)方法得到。一些學(xué)者用專家評估和模糊集理論相結(jié)合的方法[4-5]得到故障樹中危險事件發(fā)生的模糊概率，然后進(jìn)行故障樹定性和定量分析。然而，這一方法對危險事件之間關(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，對漂浮過程進(jìn)行危險識別，建立評估模型，提出基于灰色理論的風(fēng)險評估方法，用改進(jìn)的權(quán)重分析法確定評價體系的權(quán)重，并對灰色評估理論進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)對漂浮過程的風(fēng)險概率和風(fēng)險等級進(jìn)行定性定量評估，進(jìn)而提出降低風(fēng)險措施的策略。

1 基于灰色理論的安全性分析方法

1.1 風(fēng)險因素識別和指標(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程的各種因素，篩選出主要風(fēng)險因素，建立因素體系。結(jié)合“共青團(tuán)員”號漂浮救生艙實際應(yīng)用樣本案例，本文采用事件樹分析方法，對載入漂浮過程進(jìn)行危險識別。圖2列出了應(yīng)用過程中主要危險來源，并以危險事件作為風(fēng)險評價模型，將事件發(fā)生的可能性作為評價指標(biāo)。

圖2 風(fēng)險因素識別及風(fēng)險評價指標(biāo)體系Fig.2 Index system of the risk recognition and assessment

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

由于知識的局限性，參與載人漂浮應(yīng)用的專家不可能對每個問題都了解和熟悉，而熟悉與否對評價的可靠性有相當(dāng)大的影響。在對評價結(jié)果進(jìn)行處理時，常常要求考慮專家對評價內(nèi)容的權(quán)威程度。為了全面考量專家的權(quán)威性，分析評價專家與載人漂浮過程的關(guān)聯(lián)程度，從職稱、工作經(jīng)驗、熟悉程度等5個方面對專家進(jìn)行綜合評價(見表1)。

表1 載人漂浮安全性專家評估團(tuán)評價標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)評價專家有n位，第i位評價專家的綜合影響價值記為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)合起來使用。本文采用組織n個專家對風(fēng)險指標(biāo)進(jìn)行主觀賦值，然后對這些權(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個評價指標(biāo)，第i位評價專家對第j個風(fēng)險評價指標(biāo)的權(quán)重給出評價值ωij(百分制)，則相關(guān)系數(shù)

(2)

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

(3)

求得每個指標(biāo)權(quán)重的得分Wi，則評價指標(biāo)Xi的權(quán)重為：

其中，指標(biāo)權(quán)重向量φ=[φ1,φ2,…,φn]。

1.3 評估樣本矩陣的建立

設(shè)有m位評價專家，評價專家的序號為k，即k=1，2，…，m；設(shè)有評價風(fēng)險集合U={u1,u2,…,un}，n表示風(fēng)險因素個數(shù)。組織這些評價專家按照評價指標(biāo)集合U的評分等級標(biāo)準(zhǔn)對第x個評價對象進(jìn)行評分，即根據(jù)第k個評價專家對第x個評價對象所給出的分?jǐn)?shù)dxk，就可以得到對m個評價對象的評價樣本矩陣

(5)

1.4 評估灰類的確定

不同的評價專家認(rèn)識上也有一定的差異，為了能比較確切地反映出第x個評價對象屬于某類的程度，因此需要確定評價灰類的等級、灰類灰數(shù)以及白化權(quán)函數(shù)。設(shè)有g(shù)個評價灰類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)用項目風(fēng)險評價設(shè)定為5個評價等級，則g=5，相應(yīng)從極高至極低風(fēng)險的灰色白化權(quán)函數(shù)分別為：

1.5 灰色評價系數(shù)的計算

對于任何一個評價指標(biāo)Ui，如果將第x個評價因素屬于第h個評價灰類的灰色評價系數(shù)記為Ωij，則有[8]：

對于任何評價指標(biāo)Ui，如果將第x個評價因素屬于各個評價灰類的灰色評價系數(shù)記為Ωj，則有：

(8)

1.6 灰色評價權(quán)權(quán)值及權(quán)矩陣的計算

設(shè)所有評價專家針對評價指標(biāo)，第x個評價項目主張第h個灰類的灰色評價權(quán)值記為θjh，則有：

θjh=Ωij/Ωj。

(9)

可以得到每x個評價對象的所有所屬指標(biāo)對各評價灰類的灰色評價權(quán)矩陣

(10)

1.7 綜合評價及排序

為了能夠確切反映出評價對象的評價等級，權(quán)重向量取φ，利用下式計算出灰色綜合評價權(quán)矩陣：

(11)

由于第x個評價對象的綜合評價結(jié)果B1(x)是一個向量，它描述的是第x個評價對象綜合狀況分灰類程度。按照最大值原則，可以確定評價對象所屬灰度等級。為了進(jìn)行綜合排序，將各評價灰類等級按“灰水平”賦值，得到各評價灰類等級值化向量C=[C1，C2，…，Cg]，則對第x個評價對象的綜合評價值為：

R(x)=B(x)×CT。

(12)

綜合評價值R(x)求出后，就可以根據(jù)此值的大小給出m個評價對象風(fēng)險高低的排序，并依據(jù)此值對項目風(fēng)險提出風(fēng)險預(yù)防措施。

2 載人漂浮過程安全性分析應(yīng)用實例

2.1 漂浮救生艙載人漂浮危險事件風(fēng)險評價

以漂浮救生艙載人漂浮過程為例，進(jìn)行安全性分析。在完成危險識別后，評估過程如下：

選用5位評價專家，均來自于潛艇設(shè)計一線的科研專家，職稱、專業(yè)、工作年限以及現(xiàn)場工作經(jīng)驗都均不相同，其權(quán)威系數(shù)評價矩陣為：

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)過評價專家對各項危險事件的權(quán)重進(jìn)行打分(百分制)， 最終按照式(2)計算可得，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)以危險事件E1“漂艙與潛艇圍殼出現(xiàn)長時間卡滯”為例，5位評價專家按1.4節(jié)設(shè)計給出評價結(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，可以求得其他危險事件的評價矩陣：

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)過綜合計算得到綜合風(fēng)險評價值R=4.93。由3<4.93<5 得出結(jié)論：該項目的風(fēng)險級別為中等偏低水平，項目基本可行。

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

2.2 載人漂浮過程風(fēng)險管理對策和建議

通過計算的R(x)各值可以看出，各危險事件的風(fēng)險評價值的關(guān)系為：漂艙與圍殼發(fā)生卡滯風(fēng)險>人員意外落水風(fēng)險>漂浮過程人員碰撞風(fēng)險>自持力風(fēng)險>艙內(nèi)發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險>接口進(jìn)水風(fēng)險>穩(wěn)性浮性變化風(fēng)險。故而，此項目的關(guān)鍵風(fēng)險來源于漂艙與圍殼發(fā)生卡滯風(fēng)險、人員意外落水風(fēng)險和漂浮過程人員碰撞風(fēng)險。根據(jù)危險事件風(fēng)險中的關(guān)鍵因素，相關(guān)管理和脫險人員可以采取具有針對性的措施加以防范，來降低此項目實施風(fēng)險?，F(xiàn)提出以下管理對策和建議：

1)針對卡滯風(fēng)險，對脫險人員進(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)計上，增加多重解鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保過程萬無一失；載人漂浮過程中，一旦超過設(shè)計卡滯時間，及時采取相應(yīng)應(yīng)急處理措施。

2)載人漂浮過程中，脫險人員配備相應(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)針對碰撞風(fēng)險，漂艙內(nèi)的銳邊、尖角或其他突出物采用包覆措施，對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

本文針對漂浮救生艙載人漂浮過程在決策和實施過程面臨的諸多危險事件和不能量化評估的問題，基于灰色評價理論進(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程安全性分析全面的給出了載人過程中的危險事件，并進(jìn)行量化評估，提出針對性措施，驗證該方法的可行性和適用性。

2)結(jié)合該項目的量化評價結(jié)果，危險事件的綜合風(fēng)險級別為中等偏低水平，項目基本可行。其中，卡滯風(fēng)險、人員落水風(fēng)險和碰撞風(fēng)險是項目中的關(guān)鍵因素，需要相應(yīng)的措施來降低風(fēng)險。

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，通過對“少數(shù)據(jù)”模型的挖掘和分析，總結(jié)出整體的風(fēng)險。本文研究表明，該方法計算簡便，實用性強(qiáng)，對風(fēng)險的評價客觀真實，對潛艇相關(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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