李博，董姣姣

大連交通大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028

0 引言

隨著工業(yè)氣體的廣泛應(yīng)用，氣體類危險貨物運輸量逐年上升，裝載氣體類危險貨物罐車的數(shù)量逐年增加，其中，罐車裝運液化石油氣(liquefied petroleum gas, LPG)的數(shù)量最多[1]。液化石油氣在運輸中一旦發(fā)生事故，將會造成嚴(yán)重后果。為此，研究液化石油氣鐵路罐車運輸風(fēng)險的影響因素，對保證運輸安全尤為重要。劉洪亮等[2]從提高鐵路罐車安全附件安全性能的角度出發(fā)，分析其技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性，以達(dá)到消除或最大限度降低安全風(fēng)險的目的。邊可[3]運用危險與可操作性分析方法識別安全風(fēng)險因子，建立評價指標(biāo)體系，根據(jù)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論并借助MATLAB軟件實現(xiàn)安全風(fēng)險識別模型的構(gòu)建與檢驗。黃定儀[4]通過總結(jié)經(jīng)驗和事故樹方法分析2類泄漏事故的安全影響因素，建立液化氣體鐵路罐車泄漏事故運輸系統(tǒng)模型，利用馬爾科夫方法對已知故障率的罐車運輸系統(tǒng)進行可靠性分析。

LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險的影響因素很多，各因素間存在復(fù)雜的相互影響關(guān)系。鐵路罐車運輸事故不是單一影響因素的作用結(jié)果，而是由多個影響因素協(xié)同作用所致，但目前針對LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險的研究較少，且大都未考慮指標(biāo)間的相互作用對運輸風(fēng)險的影響，故本文研究采用改進的相互作用矩陣分析各影響因素間的耦合協(xié)同作用，建立適用于LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險的評價模型，以期能準(zhǔn)確評價LPG鐵路罐車的運輸風(fēng)險。

1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系

建立客觀合理的風(fēng)險評價指標(biāo)體系是做好風(fēng)險評價的前提。分析國內(nèi)外LPG鐵路罐車運輸事故案例，結(jié)合國家有關(guān)生產(chǎn)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及鐵路罐車運輸實踐相關(guān)規(guī)章制度，采用安全科學(xué)系統(tǒng)理論中的5M分析方法，從人員、環(huán)境、機械設(shè)施、管理和LPG自身5方面出發(fā)，遵循科學(xué)性、完備性和簡便性的基本原則，構(gòu)建LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系

1.2 LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險指標(biāo)說明

1)人員。在LPG鐵路罐車運輸過程中，工作人員的素質(zhì)是保證運輸安全的重要條件，合格的工作人員應(yīng)具有符合相關(guān)規(guī)范要求的資質(zhì)證書、較高的業(yè)務(wù)技術(shù)水平和較強的安全防范意識。當(dāng)有事故隱患時可及時糾正不適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)行為和錯誤操作，或當(dāng)事故已發(fā)生時能及時采取相應(yīng)的補救措施以阻止事故進一步擴大。

2)環(huán)境。裝卸車作業(yè)線的布置對保證安全運輸至關(guān)重要；復(fù)雜的道路條件會使罐車劇烈顛簸或受到其他不良影響，導(dǎo)致安全附件閥門密封不良[5-6]；罐車周圍環(huán)境存在靜電(火花)或明火時LPG易發(fā)生泄漏[7]，也將導(dǎo)致事故。

3)機械設(shè)施。LPG罐車焊縫較多，當(dāng)檢修手段不全面時，存在安全隱患，可能會造成事故[8-9]；LPG罐車的安全附件種類繁多，在眾多事故中，往往是安全附件出現(xiàn)故障造成LPG泄漏，若泄漏未及時處理，則會導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等次生事故。鐵路罐車液位計的正常工作是保證LPG充裝量的關(guān)鍵，溫度計和壓力表是測量罐內(nèi)LPG技術(shù)參數(shù)的重要儀表。此外，與LPG儲運有關(guān)的場所都應(yīng)配置符合規(guī)范的消防設(shè)施，用于火災(zāi)事故的施救。

4)管理。在安全管理過程中，為了充分發(fā)揮管理工作人員和設(shè)備的作用，必須有完善的管理制度；工作人員需定期進行安全教育培訓(xùn)，使其作業(yè)技能不斷提高；作業(yè)區(qū)等應(yīng)設(shè)有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和可燃?xì)怏w檢測報警儀等。

5)LPG。隨著壓力和溫度升高，LPG的膨脹系數(shù)和密度增大。LPG的溫度每升高1 ℃，體積將膨脹0.3%～0.4%，壓力上升2.2～3.2 MPa，若罐車設(shè)計壓力低于此時LPG的壓力，將發(fā)生物理性爆炸，故需要時刻關(guān)注罐內(nèi)LPG的溫度和壓力[10-13]。

2 改進的相互作用矩陣

2.1 相互作用矩陣

相互作用矩陣[14]運用到風(fēng)險評價中的主要思想是：將風(fēng)險評價對象看作是一個系統(tǒng)，利用影響系統(tǒng)的主要風(fēng)險因素形成一個表示多因素互相作用、彼此影響的矩陣，進而借助該矩陣對各因素的作用程度進行定量評價。此方法一方面遵循常規(guī)評價的研究思路，研究各因素對系統(tǒng)的影響程度；另一方面，特別考慮各影響因素間的耦合作用對系統(tǒng)的影響，尤其適用于研究多影響因素協(xié)同作用下的復(fù)雜問題[15-16]。

相互作用矩陣較傳統(tǒng)評價方法的優(yōu)勢在于計算多個影響因素對目標(biāo)共同作用時，考慮了諸多因素之間的交互作用。以m個影響因素形成一個m×m的方陣為例，把目標(biāo)相關(guān)因素的風(fēng)險值列在主對角線上，把一個因素對另一個因素的作用對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的風(fēng)險值分別列在非主對角線上[17-18]，即得到相互作用矩陣

(1)

式中：p1，p2，…，pm分別為影響系統(tǒng)的m個因素的風(fēng)險值，位于相互作用矩陣的主對角線上；矩陣非主對角線上pij為因素xi對因素xj的作用對系統(tǒng)的影響，pij、pji通常通過經(jīng)驗判斷、數(shù)值分析、實驗研究等方法獲取[19]。

由于多數(shù)情況下兩個因素之間的相互影響程度不一致，故該矩陣一般不具有對稱性。采取“專家半定量取值法”對因素間相互作用的影響程度進行賦值：無影響或影響微小、影響小、影響中等、影響大、影響很大的賦值分別為0、1、2、3、4，相互作用程度越大，說明該因素在系統(tǒng)中的作用越大，因此可利用相互作用矩陣確定研究問題中各因素的重要程度[20]。

確定第i個影響因素的權(quán)重

(2)

2.2 C-OWA算子確定矩陣元素

傳統(tǒng)賦權(quán)方法在確定指標(biāo)權(quán)重的過程中均不可避免地受到被調(diào)查專家主觀偏好的影響，C-OWA算子可較好地解決這一問題，故將該算子引入相互作用矩陣模型[21-23]。

1)邀請n位專家對指標(biāo)xi進行風(fēng)險性賦值(0,1,2,…，10)，將專家的打分由高到低降序排列，且從0開始編號，即得b0≥b1≥bh…≥bk，k=0,1,2,…，n-1。

2)確定bh的權(quán)重

(3)

3)利用σh+1對數(shù)據(jù)bh加權(quán)，得第i個影響因素的風(fēng)險值

(4)

同理得非主對角線上的pij和pji。

2.3 LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險等級劃分

為定量描述LPG鐵路罐車的運輸風(fēng)險程度，可借助鐵路罐車運輸風(fēng)險評價系數(shù)來評判其風(fēng)險等級，根據(jù)實際的鐵路罐車運輸管理及國內(nèi)外綜合評價經(jīng)驗可知，該系數(shù)越大，LPG鐵路罐車運輸?shù)陌踩L(fēng)險等級越高。風(fēng)險評價系數(shù)

(5)

式中：RLm為第m個指標(biāo)的風(fēng)險評價系數(shù)；fi(p1，p2，…，pm)為第i個風(fēng)險因素影響值函數(shù)，fi=pi/max[d]，其中，d為18個指標(biāo)的風(fēng)險賦值，d=(0，1，2，…，10)。

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對安全風(fēng)險等級進行劃分，按照RL的大小將風(fēng)險分為5級，從Ⅰ～Ⅴ風(fēng)險依次升高，如表1所示。

表1 風(fēng)險等級劃分

3 案例分析

3.1 利用C-OWA算子確定矩陣元素

以河北某企業(yè)LPG鐵路罐車運輸為例，邀請5位專家按照相互作用矩陣對風(fēng)險影響因素及相互影響程度分別賦值，分值高低代表指標(biāo)的風(fēng)險大小，列出5位專家(編號為1～5)對圖1中18個指標(biāo)風(fēng)險賦值的結(jié)果，如表2所示。

表2 5位專家對指標(biāo)風(fēng)險賦值

同理計算得到矩陣中其他主對角線元素和非主對角線上元素的風(fēng)險值。

3.2 結(jié)果計算與分析

依據(jù)相互作用矩陣計算原理，通過式(2)～(4)計算出各影響因素的權(quán)重并排序。通過式(5)計算出風(fēng)險評價系數(shù)RL，如：RL1=W1f1=0.054 2×6/10=0.003 3，同理計算RL2～RL18，由此得到RL，具體計算結(jié)果如表3所示。

由表1及表3可知：

該LPG鐵路罐車運輸處于重度風(fēng)險狀態(tài)。表3中人員的培訓(xùn)及安全防范意識、安全附件工作狀態(tài)影響權(quán)重較大。計算結(jié)果與實際相符，由此可說明該評價方法具有可靠性。

表3 LPG鐵路罐車運輸影響因素的風(fēng)險值、權(quán)重及風(fēng)險評價系數(shù)

為杜絕重大安全事故發(fā)生，針對權(quán)重較大的風(fēng)險因素，采取有效的措施降低風(fēng)險。如：加強人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，制定各崗位責(zé)任、定期召開安全例會、進行應(yīng)急演練等提高工作人員的業(yè)務(wù)能力和安全防范意識。同時，加強罐車日常保養(yǎng)，提高罐車檢修質(zhì)量，確保檢修以后的罐車能夠安全運行[24-26]。

4 結(jié)論

1)從人員、環(huán)境、機械設(shè)備、管理和液化石油氣5個方面提取18個LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險影響因素，建立LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險評價指標(biāo)體系。

2)在考慮多個影響因素耦合協(xié)同作用的基礎(chǔ)上，運用相互作用矩陣對LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險影響因素間的相互作用進行分析，并引入C-OWA算子以減少專家主觀偏好的影響，建立適用于LPG鐵路罐車運輸風(fēng)險的評價模型，得到影響因素的權(quán)重及權(quán)重排序，針對權(quán)重較大的影響因素可采取針對性的預(yù)防措施，避免LPG鐵路罐車運輸事故的發(fā)生。