老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)的多層模糊綜合評(píng)價(jià)

李源， 秦北辰， 朱發(fā)新

（1.浙江海洋大學(xué) 港航學(xué)院，浙江 舟山316022；2.江蘇百盛工程咨詢有限公司，南京210004；3.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京210017）

0 引 言

與新建陸上儲(chǔ)油設(shè)施的模式相比，老齡VLCC（Very large crude carrier，VLCC，載重20～30萬t間的超大型油輪；老齡VLCC，船齡15年以上的VLCC）用于海上儲(chǔ)油，具有初始投資較低、建設(shè)周期較短、配置相對靈活、陸地污染較輕等明顯優(yōu)勢[1]。但是，老齡VLCC海上儲(chǔ)油的風(fēng)險(xiǎn)客觀存在（盡管有些呈顯性，有些呈隱性）。預(yù)測老齡VLCC海上儲(chǔ)油發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性，判定事故造成后果的嚴(yán)重程度，尋求提高風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對和降低風(fēng)險(xiǎn)的能力，并減少因事故而產(chǎn)生的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損壞及環(huán)境污染，對于儲(chǔ)油企業(yè)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理、監(jiān)督和決策具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 風(fēng)險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.1 風(fēng)險(xiǎn)

結(jié)合諸多說法，風(fēng)險(xiǎn)是指某一有害事故發(fā)生的可能性和事故后果的組合[2-3]。

老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)，指在某一特定條件下，導(dǎo)致老齡VLCC海上儲(chǔ)油系統(tǒng)中人員、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境受到傷害的可能性及其傷害的程度。含義包括兩方面：一是傷害發(fā)生的概率；二是主體遭受傷害的程度[3-5]。

1.2 老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)因素的主要表現(xiàn)

根據(jù)相關(guān)資料和對國內(nèi)某老齡VLCC海上儲(chǔ)油基地的調(diào)查，歸納了具有代表性的風(fēng)險(xiǎn)因素，擇要列于表1中。

表1 某老齡VLCC海上儲(chǔ)油各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素表

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就是在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生前、后或過程中，量化分析、評(píng)價(jià)該風(fēng)險(xiǎn)事件對人員安全、經(jīng)濟(jì)等方面造成的影響及可能性的過程，亦即通過一定的模型或技術(shù)對某一事件帶來的影響和損失的可能程度[6]。

2 綜合評(píng)價(jià)方法

2.1 綜合評(píng)價(jià)的目的

綜合評(píng)價(jià)，就是對受到多個(gè)因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總的評(píng)價(jià)。即根據(jù)所給的條件，針對評(píng)價(jià)對象的全體，采用一定的方法給每個(gè)評(píng)價(jià)對象賦予一個(gè)評(píng)價(jià)值，再據(jù)此擇優(yōu)或排序的一種評(píng)價(jià)方法[7]。

綜合評(píng)價(jià)的目的是：通過對若干評(píng)價(jià)對象按照一定意義進(jìn)行排序，從中選出最優(yōu)或最劣的對象。通過綜合評(píng)價(jià)和比較，使每一個(gè)評(píng)價(jià)對象都能夠找到自身的差距，便于及時(shí)采取措施進(jìn)行控制、改造[8-9]。

2.2 主要綜合評(píng)價(jià)方法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、灰色綜合評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)定法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等[10]。

各種綜合評(píng)價(jià)方法的整體思路大致相近，本文采用“AHP+模糊綜合評(píng)價(jià)”方法。

2.2.1 層次分析法

層次分析法是對一些較為復(fù)雜、模糊的問題做出評(píng)價(jià)、決策的方法，它特別適用于難以完全定量分析的問題。運(yùn)用這種方法，將定性與定量相結(jié)合，可以將復(fù)雜的問題分解成若干層次和若干因素，在各因素之間進(jìn)行簡單的比較和計(jì)算，可以得出不同方案的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)[11]。

層次分析法的基本思路是：首先建立多層次的結(jié)構(gòu)模型；然后對同一層級(jí)的要素進(jìn)行比較，根據(jù)判斷尺度確定其相對的重要度，并據(jù)此建立判斷矩陣；再通過一定的數(shù)學(xué)處理，進(jìn)而確定各要素的相對重要度（即權(quán)重）。

2.2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

從多方面對事物進(jìn)行評(píng)價(jià)，難免帶有模糊性和主觀性。模糊綜合評(píng)價(jià)法通過模糊數(shù)學(xué)的方法對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具有系統(tǒng)性和模糊性的特點(diǎn)。使用該方法，將使得評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)盡量客觀，得到較好的實(shí)際效果。

對于這種多指標(biāo)、多層次的綜合評(píng)價(jià)，可以采用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型。模糊綜合評(píng)價(jià)法可以用來對多因素、多指標(biāo)進(jìn)行全面的定量評(píng)價(jià)[12]。

3 老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)的AHP+模糊綜合評(píng)價(jià)應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)過程示意圖

評(píng)價(jià)過程的大致步驟如圖1所示。

3.2 建立評(píng)價(jià)對象的因素集

用U表示因素集，Ui表示影響因素（i=1，2，…，m），m為評(píng)價(jià)因素的個(gè)數(shù)，因素集表示方式為

為便于權(quán)重分配、評(píng)議，可按評(píng)價(jià)因素的屬性分成若干類。每一類都視為單一評(píng)價(jià)因素，為第一級(jí)評(píng)價(jià)因素，其下可設(shè)置第二、第三級(jí)評(píng)價(jià)因素，依此類推。

將表1中 老 齡VLCC 海上儲(chǔ)油的風(fēng)險(xiǎn)因素的四大類型，作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體風(fēng)險(xiǎn)因素各大類的前3項(xiàng)作為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立因素集。

圖1 基于AHP的老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)過程圖

3.3 確定評(píng)價(jià)對象的評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集用V表示，Vj為評(píng)判元素，n為評(píng)級(jí)個(gè)數(shù)，表示方式為

每一評(píng)價(jià)等級(jí)對應(yīng)一個(gè)模糊子集（論域上的模糊集合）。

老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)程度分為非常危險(xiǎn)、比較危險(xiǎn)、臨界狀態(tài)、比較安全和非常安全等5個(gè)等級(jí)。數(shù)學(xué)表述為

3.4 確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)重向量

3.4.1 權(quán)重概述

權(quán)重是以某種數(shù)量形式對比、權(quán)衡被評(píng)價(jià)事物總體中諸因素相對重要程度的指標(biāo)。在進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí)，權(quán)重對最終的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，不同的權(quán)重有時(shí)會(huì)得到完全不同的結(jié)論[13]。

用A表示權(quán)重集，ai表示第i個(gè)因素的權(quán)重，表示方式為：

3.4.2 建立層級(jí)結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)表1所列各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素，建立老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)層級(jí)結(jié)構(gòu)模型

3.4.3 構(gòu)建判斷矩陣

第2層對第1層的判斷矩陣：

x12=6表示U1與U2對總目標(biāo)的重要程度為6：1，其余依次類推。

設(shè)人員風(fēng)險(xiǎn)的判斷矩陣為A1，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的判斷矩陣為A2，船體風(fēng)險(xiǎn)的判斷矩陣為A3，管理風(fēng)險(xiǎn)的判斷矩陣為A4。第3層對第2層的判斷矩陣分別為：

3.4.4 計(jì)算權(quán)向量并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

1）處理矩陣數(shù)據(jù)。

先對判斷矩陣的每一列向量進(jìn)行歸一化處理，得到

再對得到的矩陣按行求和并歸一化處理，得到權(quán)向量：

其中：0.506、0.067、0.323、0.104分別為人員風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境環(huán)境、船體風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)所對應(yīng)的權(quán)重。

此時(shí)計(jì)算最大特征根的近似值λmax：

2）進(jìn)行組合一次性檢驗(yàn)。

組合一致性檢驗(yàn)逐層進(jìn)行，分別計(jì)算出各層的一致性比率。若共有s層，則第k層對第1層（假設(shè)只要一個(gè)因素）的組合求向量滿足：w（k）=w（k）w（k-1），k=3，4，…，s。

一致性指標(biāo)的算式為

若C.I.=0，表明A一致；C.I.越大，代表A的不一致程度越高。則有：

不難看出，C.R.＜0.1，滿足一致性檢驗(yàn)。

3）第3層對第2層判斷矩陣的數(shù)學(xué)處理和一致性檢驗(yàn)。略去矩陣數(shù)據(jù)處理過程，僅介紹一致性檢驗(yàn)的結(jié)果。二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)各項(xiàng)權(quán)重如圖3所示。

圖3 第三層評(píng)價(jià)指標(biāo)各項(xiàng)權(quán)重示意圖

通過計(jì)算，得到：

由于C1.R1.＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

3.5 進(jìn)行單因素模糊評(píng)價(jià)

單獨(dú)從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定評(píng)價(jià)對象對評(píng)價(jià)集合V的隸屬程度，稱為單因素模糊評(píng)價(jià)或一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。等級(jí)模糊子集構(gòu)建后，要對被評(píng)價(jià)對象從每個(gè)因素ui上逐個(gè)進(jìn)行量化，即確定從單因素來看被評(píng)價(jià)對象對各等級(jí)模糊子集的隸屬度[12-14]。

在確定某VLCC隸屬關(guān)系時(shí)，邀請相關(guān)管理、技術(shù)人員和有關(guān)評(píng)價(jià)專家15人為咨詢對象，以問卷調(diào)查的形式讓其對綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)第3層各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)對評(píng)價(jià)對象打分。為便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，將調(diào)查的結(jié)果統(tǒng)計(jì)、整理列表，如表2所示。

進(jìn)行一級(jí)模糊運(yùn)算，表3中的數(shù)據(jù)建立單因素評(píng)判矩陣：

對判斷矩陣歸一化，得到R1′（R2′、R3′、R4′略）：

表2 某老齡VLCC海上儲(chǔ)油危險(xiǎn)等級(jí)一覽表

進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)模型為

式中，“?”表示廣義的合成運(yùn)算。

將單因素評(píng)判矩陣乘以相應(yīng)的權(quán)重集，得到模糊綜合評(píng)判集Di，其中Di=（i=1，2，…，n）為每個(gè)模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，則模糊綜合評(píng)判集Di為

“平均加權(quán)”算子，將W1、R1′數(shù)據(jù)代入評(píng)價(jià)模型（25）得

再分別求出D2、D3和D4：

3.6 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

在完成一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)后，仍需對指標(biāo)di進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。承一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果，構(gòu)建二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，R對應(yīng)為

結(jié)合式（11），得出二級(jí)評(píng)判向量D：

對評(píng)價(jià)集各等級(jí)分向量按百分制分別取值，設(shè)V=（V1，V2，···，VN）為分?jǐn)?shù)集，N 的取值同評(píng)語集的等級(jí)（危險(xiǎn)等級(jí)的總數(shù)N為5），其中VJ表示第J集評(píng)語的分?jǐn)?shù)，以100為滿分，用等差打分法可得：

將計(jì)算出的風(fēng)險(xiǎn)因素對于評(píng)價(jià)集V的隸屬度排序如表3所示。

根據(jù)最大隸屬度原則，綜合評(píng)判后，可以得出以下結(jié)論：總隸屬度為57.42，說明隸屬程度一般，該老齡VLCC目前海上儲(chǔ)油的風(fēng)險(xiǎn)狀況集中于“臨界狀態(tài)”，略微偏向于“比較安全”的狀態(tài)，但潛在危險(xiǎn)程度較高，不可以掉以輕心。

另外，由式（11）可以看出：“人員風(fēng)險(xiǎn)”的比重高達(dá)0.506。由圖3可以看出，“機(jī)械故障”、“操作失誤”、“高溫”及“工作流程不規(guī)范”方面的風(fēng)險(xiǎn)占比均較高，需要加強(qiáng)這些方面的防范管理，為后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)控制與決策打下基礎(chǔ)。

表3 風(fēng)險(xiǎn)因素對于評(píng)價(jià)集V的隸屬度 %

4 結(jié) 語

我國老齡VLCC海上儲(chǔ)油的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估起步較晚，能夠參考的資料少之又少，加之老齡VLCC海上儲(chǔ)油面臨的環(huán)境復(fù)雜、多變，風(fēng)險(xiǎn)因素亦多樣、多變，風(fēng)險(xiǎn)因素的取值較難。盡管風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法很多，但有些定量評(píng)價(jià)對數(shù)據(jù)的取值要求較高、處理難度也較大，也不一定能夠取得好的效果。

單純的定量評(píng)價(jià)方法很難對VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)作出準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)?！癆HP+模糊綜合評(píng)判法”能夠?qū)Υ诉^程進(jìn)行量化，使老齡VLCC海上儲(chǔ)油風(fēng)險(xiǎn)的定性評(píng)價(jià)精細(xì)化、明朗化，使定性分析與定量評(píng)價(jià)真正統(tǒng)一起來，對評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)對象的評(píng)判更加客觀準(zhǔn)確，使風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)更具操作性，其評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理。