梁雪琴

(蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

危險(xiǎn)品具有爆炸、易燃、腐蝕性等性質(zhì)，在運(yùn)輸、貯存和保管的過程中，極易引起人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此需要特別防護(hù)。危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸作為一種特種運(yùn)輸，需擁有能保障危險(xiǎn)品安全運(yùn)輸?shù)脑O(shè)施設(shè)備，并通過國(guó)家相關(guān)職能部門審核批準(zhǔn)，才有資格進(jìn)行危險(xiǎn)品運(yùn)輸。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年危險(xiǎn)品運(yùn)輸量約10億t，專業(yè)車輛有31萬輛，從業(yè)人員達(dá)120萬人。危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故一方面威脅人類健康、財(cái)產(chǎn)安全，另一方面會(huì)對(duì)道路、環(huán)境、交通等造成重大影響。因此，危險(xiǎn)品運(yùn)輸界如何降低運(yùn)輸過程中風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生頻率是很具現(xiàn)實(shí)意義的問題。

針對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。DONG等[1]基于理論方法建立了多層級(jí)危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全評(píng)估指標(biāo)體系。Yuliia等[2]為確定鐵路運(yùn)輸危險(xiǎn)品期間的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及其管理原則，提出了一種能夠優(yōu)化鐵路運(yùn)輸環(huán)境管理的新功能策略，強(qiáng)調(diào)了優(yōu)化環(huán)境安全監(jiān)測(cè)和組織環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的重要性。HUANG等[3]基于尖端災(zāi)難模型建立了鐵路危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸系統(tǒng)，并對(duì)鐵路危險(xiǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)變化進(jìn)行分析。楊婷等[4]基于N-K 模型從人-機(jī)-物-環(huán)-管5類風(fēng)險(xiǎn)因素定量分析了道路危險(xiǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)耦合風(fēng)險(xiǎn)，得出耦合風(fēng)險(xiǎn)與參與耦合風(fēng)險(xiǎn)因素有關(guān)。吳金中等[5]應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，建立了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。黃文成等[6]利用道路危險(xiǎn)品安全事故數(shù)據(jù)對(duì)道路危險(xiǎn)品運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度分析，建立了危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。任常興等[7]在基于NFPA進(jìn)行危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字分級(jí)的基礎(chǔ)上考慮了現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定的影響，建立了危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指數(shù)程序。陳躍等[8]在現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)指數(shù)模型的基礎(chǔ)上提出了基于指數(shù)評(píng)價(jià)模型的集成化風(fēng)險(xiǎn)管控流程并驗(yàn)證了其有效性和可行性。左博睿等[9]基于模糊推理技術(shù)的Fuzzy-FRAM模型，克服了危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故分析中無法定量分析的缺陷，得到了功能的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。賀政綱等[10]考慮了危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)臅r(shí)變特性，構(gòu)建了人口風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，得出最佳出發(fā)時(shí)間，為有效降低危險(xiǎn)品運(yùn)輸人口風(fēng)險(xiǎn)提供新途徑。李升朝[11]基于AHP和熵權(quán)計(jì)算方法構(gòu)建了模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣,對(duì)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

綜上所述，目前研究成果多數(shù)集中在評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)模型的定性分析和風(fēng)險(xiǎn)影響因子重要度的定量分析，而未考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)存在的模糊性與隨機(jī)性問題?；诖耍狙芯恳渺貦?quán)法獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并在云理論的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于熵權(quán)二維云模型的危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，為保障危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全，降低危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)事故提供新的思路與方法。

1 熵權(quán)二維云模型基本理論

1.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種高精度、強(qiáng)客觀性的較成熟賦權(quán)方法，熵值可以判斷評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異性。若某個(gè)指標(biāo)的熵值越小，則指標(biāo)變異程度越大，信息量越多，權(quán)重越重要。但若某個(gè)指標(biāo)的值均相等，則該指標(biāo)不可作為綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)步驟如下：構(gòu)造設(shè)有待評(píng)價(jià)項(xiàng)目m個(gè)，評(píng)價(jià)指標(biāo)n個(gè)的原始判斷矩陣R=(rij)m×n，第j個(gè)指標(biāo)的熵值計(jì)算為：

(1)

式中，Pn為觀權(quán)重向量；k為常數(shù)；m為評(píng)價(jià)項(xiàng)目數(shù)量；rij為指標(biāo)j在項(xiàng)目i下的評(píng)分；ej為指標(biāo)j的熵值。

指標(biāo)j的熵權(quán)計(jì)算為：

(2)

式中ωj為指標(biāo)j的熵權(quán)。

1.2 二維云模型

云模型的概念最早由李德毅在1995年提出，自提出至今，在數(shù)據(jù)挖掘、智能控制、決策分析等多個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用[12]。二維云則是在一維正態(tài)云的基礎(chǔ)上提出的思想，用以表示定性與定量不確定轉(zhuǎn)換的過程。本研究運(yùn)用該模型處理危險(xiǎn)品運(yùn)輸中風(fēng)險(xiǎn)危害和風(fēng)險(xiǎn)概率兩大因素相互作用下的不確定性問題。定義二維云數(shù)字特征為：(期望值，熵，超熵)。設(shè)F為服從正態(tài)分布的二維隨機(jī)函數(shù)，其中Ex和Enx為期望值，Ey和Eyn為標(biāo)準(zhǔn)差，He為超熵；μ為確定度，故稱滿足式(3)的云模型為二維正態(tài)云模型[13]。

(3)

2 危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

2.1 危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)是各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素綜合作用導(dǎo)致的，為了采取有效的安全管理、控制措施應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，本研究根據(jù)我國(guó)道路危險(xiǎn)品運(yùn)輸現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》(GB/T13861—2009)、《公路物流主要單證要素要》(GB/T 33458—2016)并參考對(duì)公路危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后應(yīng)急處理辦法具有成熟理論國(guó)家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)品公路運(yùn)輸-運(yùn)輸過程中的緊急處置和覆蓋-特性、尺寸和裝填》(ABNT NBR 7503—2017)，從人員因素、貨物與設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素4個(gè)方面辨識(shí)危險(xiǎn)源。人員因素包含人員健康、人員素質(zhì)和人員專業(yè)技能；危險(xiǎn)品貨物性質(zhì)、運(yùn)輸設(shè)備、應(yīng)急預(yù)防設(shè)備為貨物與設(shè)備影響因子；環(huán)境影響因素包含運(yùn)輸途中道路特征、天氣狀況、交通狀況和影響人員分布情況；安全管理、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案、運(yùn)輸時(shí)間以及運(yùn)輸路線是管理范疇的影響因子。危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖1。

圖1 危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Dangerous goods transport risk evaluation indicator system

2.2 風(fēng)險(xiǎn)云

邀請(qǐng)專家采用打分法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行危害等級(jí)和概率等級(jí)評(píng)定，分值區(qū)間為[0,10]，分值精確到小數(shù)點(diǎn)后1位。通過計(jì)算得到危害等級(jí)和概率等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)云，即二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云，風(fēng)險(xiǎn)云數(shù)字特征計(jì)算為：

(4)

式中，q為樣本數(shù)；Ex為樣本期望；S2為樣本方差；xk為第k位專家的評(píng)分；En為熵；He為超熵。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)云

依據(jù)從嚴(yán)從高的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定原則將[0,10]分成4個(gè)子區(qū)間，與之相對(duì)應(yīng)的將評(píng)價(jià)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、危害等級(jí)、概率等級(jí)劃分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征計(jì)算為：

(5)

2.4 綜合風(fēng)險(xiǎn)云

為評(píng)價(jià)危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云矩陣與二級(jí)權(quán)重矩陣合成運(yùn)算，得到一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云矩陣，再將其與一級(jí)權(quán)重矩陣合成運(yùn)算，最終得到綜合風(fēng)險(xiǎn)云。合成運(yùn)算為：

(Ex′,En′,He′)，

(6)

式中，Ex′為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云的期望；En′為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云的熵；He′為一級(jí)綜合風(fēng)險(xiǎn)云的超熵。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)字特征見表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其數(shù)字特征Tab.1 Risk levels and their numerical characteristics

2.5 綜合評(píng)價(jià)云圖

運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)正向云發(fā)生器并生成風(fēng)險(xiǎn)云圖，得到危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，同時(shí)得到各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[14]。

2.6 數(shù)學(xué)貼近度

為實(shí)際、客觀的判定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出一種數(shù)學(xué)計(jì)算方法表示實(shí)際、標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云的貼近程度。其中，相近度越大，評(píng)價(jià)結(jié)果越相似。運(yùn)算公式為：

(7)

3 算例分析

某危險(xiǎn)品運(yùn)輸公司創(chuàng)立于2010年，是一家以危險(xiǎn)品運(yùn)輸為特色集運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、配送、貨運(yùn)代理為一體的國(guó)家3A級(jí)綜合物流企業(yè)。該企業(yè)先后通過了ISO9001國(guó)際質(zhì)量管理體系認(rèn)證、ISO14001環(huán)境管理體系認(rèn)證、OHSAS18001職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證、和RSQAS道路安全管理認(rèn)證，被授予“中國(guó)危險(xiǎn)品物流百?gòu)?qiáng)企業(yè)”稱號(hào)。企業(yè)針對(duì)化危險(xiǎn)品運(yùn)輸現(xiàn)有化工專家2名，國(guó)家安全注冊(cè)工程師3名，專業(yè)化工操作人員100余名，危險(xiǎn)品運(yùn)輸車100余輛，主要支持第2，3，4，5，6類1項(xiàng)，8，9類危險(xiǎn)品運(yùn)輸。同時(shí)企業(yè)建有先進(jìn)的GPS監(jiān)控中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及規(guī)范危險(xiǎn)化學(xué)品倉儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)陌踩芾?。為確定企業(yè)危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，邀請(qǐng)了6位資深專家對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)的重要程度、危害等級(jí)和概率等級(jí)進(jìn)行獨(dú)立性評(píng)分，分值區(qū)間為[0,10]。

3.1 確定評(píng)價(jià)矩陣

6名專家打分結(jié)果如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度/危害等級(jí)/概率等級(jí)分值Tab.2 Importance, hazard rating and probability rating of evaluation indicators

續(xù)表2

表3 危害等級(jí)和概率等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)云數(shù)字特征Tab.3 Digital characteristics of risk cloud of hazard rating and probability rating

3.2 權(quán)重及云數(shù)字特征確定

運(yùn)用式(1)、(2)，對(duì)各項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行熵值計(jì)算，根據(jù)式(3)、(4)、(5)、對(duì)二級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)云數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，最后運(yùn)用式(6)進(jìn)行合成運(yùn)算，得到綜和風(fēng)險(xiǎn)云數(shù)字特征。

3.3 形成云圖

運(yùn)用MATLAB編程得到綜合風(fēng)險(xiǎn)云與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)云對(duì)比云圖如圖2所示。

圖2 綜合風(fēng)險(xiǎn)云Fig.2 Comprehensive risk cloud

根據(jù)式(6)和表2、表3得出二級(jí)指標(biāo)的數(shù)字特征可知綜合風(fēng)險(xiǎn)云的數(shù)字特征為(6.86，0.15，0.13)，(3.11，0.15，0.13)。最終在MATLAB中利用正向云發(fā)生器實(shí)現(xiàn)二維云成像。根據(jù)圖2及式(7)的計(jì)算結(jié)果，得出本企業(yè)危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，即該企業(yè)在危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸過程中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率較大、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后危害較大、企業(yè)需采取相應(yīng)管理措施規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果與該企業(yè)所獲安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)建設(shè)等級(jí)一致。

4 結(jié)論

(1)基于二維云模型，綜合考慮危險(xiǎn)品運(yùn)輸評(píng)價(jià)指標(biāo)的隨機(jī)性和模糊性等特點(diǎn)，提出危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了定性、定量概念不確定轉(zhuǎn)換。通過輸出云圖，得到直觀、方便的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。

(2)使用熵權(quán)法全面獲取了各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，減少了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的不確定性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。

(3)使用數(shù)學(xué)貼近度計(jì)算公式，真實(shí)的反映了危險(xiǎn)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)一提升評(píng)價(jià)結(jié)果可信度使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具說服性。

(4)基于熵權(quán)法二維云模型對(duì)危險(xiǎn)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)指數(shù)模型評(píng)價(jià)結(jié)果一致且與某危險(xiǎn)品運(yùn)輸企業(yè)安全考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果具有良好吻合性，驗(yàn)證了本評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性和實(shí)際應(yīng)用性。