胡聿理, 張方偉

(上海海事大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院, 上海 201306)

化學(xué)品運(yùn)輸多涉及易燃易爆等危險(xiǎn)品, 部分還具有毒性和腐蝕性, 因此運(yùn)輸公司在接運(yùn)化學(xué)品前對(duì)運(yùn)輸條件實(shí)施安全評(píng)估尤為必要．Cho等[1]研究了海上運(yùn)輸發(fā)生的幾起典型事故,強(qiáng)調(diào)安全評(píng)估工作在海洋運(yùn)輸和港口操作中的重要性; Li等[2]研究了不可預(yù)見事件對(duì)物流的影響, 尤其對(duì)化工物流供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的影響, 通過建立模型和仿真系統(tǒng)可以增加動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制,從而有效降低風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率．化學(xué)品航運(yùn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理研究主要包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估, 一般采用影響因素分析法、綜合安全評(píng)估法、模糊層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)等方法．Arslan[3]運(yùn)用層次分析法對(duì)危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)陌踩A(yù)防措施進(jìn)行優(yōu)先排序,對(duì)預(yù)防人員傷害和環(huán)境保護(hù)起到積極作用; Zhang等[4]將模糊規(guī)則庫與證據(jù)推理算法相結(jié)合,應(yīng)用于內(nèi)河運(yùn)輸系統(tǒng)的航行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,建立了基于定性和定量標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)和識(shí)別模型; Celik等[5]研究了貨物裝卸時(shí)長(zhǎng)對(duì)船東和碼頭的影響, 將層次分析法和優(yōu)劣解距離法相結(jié)合,創(chuàng)建了有效的多準(zhǔn)則綜合決策方法．同時(shí),矩陣計(jì)算在包括運(yùn)輸行業(yè)在內(nèi)的眾多生產(chǎn)生活領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用．Quddus等[6]對(duì)大量運(yùn)輸事故的根本原因進(jìn)行分類,利用后果數(shù)據(jù)建立關(guān)于物料、傷害率、財(cái)物損失和泄漏數(shù)量的風(fēng)險(xiǎn)矩陣,發(fā)現(xiàn)大部分事故來源于卸貨階段的人為失誤; Antos[7]將加權(quán)相鄰矩陣視作一個(gè)新元素,改進(jìn)了最小生成樹矩陣搜索法,并將之運(yùn)用于水路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化問題．但對(duì)于化學(xué)品運(yùn)輸?shù)暮罄m(xù)航次,可能會(huì)因前期風(fēng)險(xiǎn)排查不力而造成安全運(yùn)輸事故,而再次進(jìn)行大規(guī)模評(píng)估則經(jīng)濟(jì)成本過高．層次分析法相對(duì)于主成分分析法等客觀賦權(quán)法更受決策者主觀意識(shí)影響,可能導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果片面,因此在后續(xù)航次評(píng)估中不宜通過降低量化分析的占比來簡(jiǎn)化評(píng)估過程．在上述文獻(xiàn)研究以及對(duì)化學(xué)品船運(yùn)公司充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,本文將矩陣計(jì)算與層次分析法相結(jié)合,提出一種基于三參數(shù)轉(zhuǎn)移矩陣的危險(xiǎn)品運(yùn)輸后續(xù)航次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,矩陣重建的完善和改進(jìn)可為船運(yùn)公司持續(xù)履約承運(yùn)、提高航次效益、保證船舶運(yùn)輸安全和降低事故概率提供強(qiáng)大的決策支持．

1 模糊安全評(píng)估框架

危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)暮酱物L(fēng)險(xiǎn)一般受多因素影響, 風(fēng)險(xiǎn)大小也難以用明確的數(shù)值表示, 運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)和層次分析原理搭建起的評(píng)估體系可以幫助運(yùn)輸企業(yè)發(fā)現(xiàn)存在的主要問題, 開展針對(duì)性安全改進(jìn)工作．

1.1 風(fēng)險(xiǎn)分析及層次分類

用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算, 建立事件的風(fēng)險(xiǎn)度R、發(fā)生可能性L和影響程度S的矩陣, 其關(guān)系為R=L·S, 不同的R值表示可忽略、輕度、中度或高度等不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)．本項(xiàng)目由專家對(duì)各階段風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分, 按項(xiàng)目決策Dij、準(zhǔn)備Pij、執(zhí)行Eij和總結(jié)Sij4個(gè)階段標(biāo)出風(fēng)險(xiǎn)度并降序排列, 其中i=1,2,…,n, 表示各階段分解出的工作任務(wù);j=1,2,…,m, 表示各項(xiàng)任務(wù)中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事件．

1.2 風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重計(jì)算

在風(fēng)險(xiǎn)矩陣的基礎(chǔ)上建立層次分析的決策矩陣, 并得到因素k在本層級(jí)的權(quán)重為

類似地,可對(duì)各層實(shí)施權(quán)重計(jì)算,并對(duì)各矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)．另外, 本文采取組合權(quán)重進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià),通過研究對(duì)象在不同風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下的隸屬度獲取各層級(jí)的相對(duì)權(quán)重,進(jìn)而采用不同層級(jí)權(quán)重之間的乘積表示各層級(jí)的合成權(quán)重．

2 后續(xù)航次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

通過控制原模型生成的參數(shù)集、參數(shù)值的提取算法和參數(shù)形態(tài)的變化,運(yùn)用參數(shù)化解析和重構(gòu)方法能夠獲得與原始狀態(tài)相似度較高的評(píng)價(jià)效果[9],進(jìn)而計(jì)算變動(dòng)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系,再通過構(gòu)建參數(shù)化矩陣計(jì)算權(quán)重,最終得到合成權(quán)重的數(shù)值和新的排序結(jié)果．此法可用于化學(xué)品運(yùn)輸后續(xù)航次的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估．

后續(xù)航次的指標(biāo)權(quán)重合理性同樣影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性．在矩陣的一致性驗(yàn)證過程中,將變化元素的數(shù)值類型轉(zhuǎn)化為參變量函數(shù)型后, 元素在關(guān)鍵行列出現(xiàn)有規(guī)律的重置, 其他元素在非關(guān)鍵行列中則成比例變動(dòng)．由于續(xù)航與首航的數(shù)據(jù)來源不同,故應(yīng)加強(qiáng)多源數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)．記首航數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的原矩陣一致性參數(shù)為C1, 續(xù)航數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的新矩陣一致性參數(shù)為C2, 本文在層次分析法中判斷矩陣的基礎(chǔ)上,提出新矩陣的轉(zhuǎn)移矩陣一致性參數(shù)CΔ, 對(duì)后續(xù)航次風(fēng)險(xiǎn)分析的判別矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)．主要步驟為: 1) 利用原數(shù)據(jù)形成原決策矩陣,根據(jù)決策矩陣計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重; 2) 將續(xù)航信息與原信息結(jié)合,形成新決策矩陣, 并根據(jù)新矩陣計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重; 3) 形成原矩陣與新矩陣的轉(zhuǎn)移矩陣; 4) 計(jì)算參數(shù)C1,C2,CΔ, 并利用CΔ檢驗(yàn)新權(quán)重的適用性．若參數(shù)滿足邏輯適用性, 利用新權(quán)重執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;否則重新采集數(shù)據(jù),利用更新的數(shù)據(jù)重新計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重．

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的核心矩陣

矩陣的主行列分析可縮減協(xié)方差矩陣的維數(shù), 減少特征值和特征向量的運(yùn)算量, 提高計(jì)算速度．本文記Xk(k=1,2,…,n)為任意的風(fēng)險(xiǎn)類別準(zhǔn)則, 記X′k=(xk1,xk2,…,xknk)為其對(duì)應(yīng)的二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素向量, 兩兩比較X′k中的風(fēng)險(xiǎn)因素得到判斷矩陣為

記風(fēng)險(xiǎn)事件未影響到的任意因素為xkn*, 其中n*∈{1,2,…,nk}, 且n*≠i′k,j′k．

證明 對(duì)Y′k和Y′k(i′k,j′k)作初等變換, 得

需要說明的是, 利用定理計(jì)算得到的權(quán)重向量與由新矩陣計(jì)算得到的結(jié)果未必一致, 這是由于Y′k(i′k,j′k)中

與Y′k(i′k,j′k)C具有不同的信息來源造成的, 其中Y′k(i′k,j′k)C是歷史數(shù)據(jù), 而Δ1與Δ2是新采集的數(shù)據(jù)．

檢驗(yàn)原矩陣、新矩陣和轉(zhuǎn)移矩陣一致性的3個(gè)參數(shù)C1,C2,CΔ各有特點(diǎn)．C1,C2可由經(jīng)典層次分析法獲取, 以保證新舊判斷矩陣的可用性; 而CΔ用以保證新舊多源決策信息的一致性和可用性．本文取3個(gè)參數(shù)均小于0.100 0時(shí), 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值得信賴．

4 風(fēng)險(xiǎn)案例

4.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及管理體系

某船運(yùn)公司首次承接苯酚運(yùn)輸任務(wù), 成立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估團(tuán)隊(duì)用模糊層次分析法對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估[10-11], 以便針對(duì)性地建立防控措施．風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作包括4個(gè)項(xiàng)目中的18個(gè)工作階段、32項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)事件．專家組對(duì)梳理出來的風(fēng)險(xiǎn)事件逐項(xiàng)進(jìn)行打分后開展風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算,根據(jù)專家意見選出風(fēng)險(xiǎn)度R在12～15范圍內(nèi)的10個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事件項(xiàng)目, 見表1．在此基礎(chǔ)上評(píng)估團(tuán)隊(duì)建立AHP三層結(jié)構(gòu)模型, 其中目標(biāo)層為船舶首航次“苯酚”的風(fēng)險(xiǎn); 準(zhǔn)則層為安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn); 指標(biāo)層包括洗艙作業(yè)、靠離泊、裝卸貨、航行值班、貨物裝卸計(jì)劃、設(shè)備管線和合同評(píng)審7個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)因素．

綜合專家打分與風(fēng)險(xiǎn)矩陣、專家置信度、事件風(fēng)險(xiǎn)度和層次判斷矩陣等, 得到目標(biāo)層的判斷矩陣

其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重向量w′1=(0.257,0.174,0.149,0.136,0.135,0.091,0.058)．

表1 船舶運(yùn)輸苯酚的風(fēng)險(xiǎn)因素

4.2 后續(xù)航次矩陣計(jì)算及檢驗(yàn)

在后續(xù)航次中, 為降低識(shí)別和評(píng)估的工作量,利用本文研究成果對(duì)發(fā)生變化的因素進(jìn)行矩陣分析,得到新的判斷矩陣為

其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重向量w′2=(0.263,0.175,0.147,0.134,0.133,0.091,0.057). 然后利用層次分析法以及CΔ檢驗(yàn)Y′1,Y′2以及w′1與w′2的一致性, 得C1=0.018 3,C2=0.018 1,CΔ=0.000 1. 3個(gè)參數(shù)均小于本文給定的閾值0.100 0, 因此新權(quán)重w′2值得信賴．

5 結(jié)論

本文對(duì)化學(xué)品運(yùn)輸后續(xù)航次的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行改進(jìn),提出帶有3個(gè)參數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估轉(zhuǎn)移矩陣,并給出了轉(zhuǎn)移矩陣和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估公式的實(shí)用案例．在對(duì)后續(xù)航次評(píng)價(jià)分析時(shí),只需要通過對(duì)比判斷矩陣和權(quán)重轉(zhuǎn)化公式,就能便捷、準(zhǔn)確地獲得有效評(píng)估結(jié)果．當(dāng)難以及時(shí)掌握原始數(shù)據(jù)時(shí),可以依據(jù)權(quán)重簡(jiǎn)化公式做簡(jiǎn)化賦權(quán)．另外,在采集到所需數(shù)據(jù)后,可以運(yùn)用本文公式對(duì)新的權(quán)重進(jìn)行檢驗(yàn)．合理使用本文的轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行船運(yùn)化學(xué)危險(xiǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)提高船舶和貨物安全、保障船岸人員生命健康、保護(hù)海洋環(huán)境具有重大意義．