油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估模型選取及效果研究*

王其磊

(中國人民警察大學(xué) 河北廊坊 065000)

*基金項(xiàng)目：河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(17215604,19275416D)。

0 引言

隨著國內(nèi)成品油使用量不斷加大，油庫數(shù)量與規(guī)?？焖侔l(fā)展的同時(shí)，油庫安全問題也變得尤為突出，各類風(fēng)險(xiǎn)逐漸增多。油庫作為儲存油品的重要基地，儲存的油品具有易燃易爆等危險(xiǎn)特性，一旦發(fā)生泄漏、燃燒、爆炸等，外部救援和滅火裝備幾乎無效，除了會造成油庫人員傷亡、設(shè)備損壞等情況外還會造成周圍環(huán)境嚴(yán)重的污染與腐蝕等重大社會危害。分析發(fā)現(xiàn)油庫安全影響因素眾多，同時(shí)這些因素之間還存在著一定的聯(lián)系，如何通過多源數(shù)據(jù)分析，充分考慮定量與定性因素，確立油庫安全影響因素及建立油庫安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系對于油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估機(jī)制起著至關(guān)重要的作用[1]。

目前對風(fēng)險(xiǎn)評估的方法很多[2-3]，主要集中在利用各類數(shù)學(xué)模型如熵權(quán)法、層次分析法與突變理論等對具體研究問題進(jìn)行分析評估，并對評估結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。也有部分學(xué)者研究了如何對油庫進(jìn)行安全評估，如李婷婷[4]對油庫安全事故中內(nèi)部與外部影響因素進(jìn)行了分析，并對安全評估中存在的問題進(jìn)行了探討研究，有利于指導(dǎo)油庫安全評估方法的改進(jìn)。王好一等[5]利用蝴蝶結(jié)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，分析事故致災(zāi)原因及影響度，并推導(dǎo)事故發(fā)生概率，從而有效預(yù)防事故的發(fā)生。雖然目前的研究取得一定進(jìn)展，安全度評估主要以油品種類、器材設(shè)施等物的因素，罐體結(jié)構(gòu)安置與分布等技術(shù)設(shè)計(jì)因素，操作人員失誤、管理規(guī)則等人為因素，雷電等自然及環(huán)境等因素為主。這些因素評估與檢測指標(biāo)篩選易受主觀影響，缺乏科學(xué)的理論和方法。賦權(quán)定量分析也依賴于評估者的專業(yè)知識水平及矩陣修正準(zhǔn)確性。

本文主要依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、專家經(jīng)驗(yàn)與實(shí)地評估等，利用熵權(quán)與模糊物元模型，建立油庫風(fēng)險(xiǎn)評估動(dòng)態(tài)模型，對環(huán)境因素、人為因素、管理因素、設(shè)備因素及技術(shù)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分賦權(quán)，減少主觀因素，增加客觀計(jì)算精度，并以某油庫區(qū)為列，分析油庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及可能存在的問題，從而有利于油庫安全存在問題的整改，有利于降低油庫安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)

本文主要基于事故發(fā)生的可能性、管理缺陷及應(yīng)急體系建設(shè)等方面入手，把影響因素概括為環(huán)境、人員、管理與設(shè)備4個(gè)方面，建立4個(gè)層次評估指標(biāo)體系。本著精確、全面、實(shí)用的準(zhǔn)則，不僅要滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求，建立指標(biāo)體系要客觀地反映安全評估各因素的構(gòu)成及內(nèi)在聯(lián)系，并且能夠把各評估指標(biāo)劃分為一個(gè)有序的層次使之條理化,同時(shí)考慮評估指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性及風(fēng)險(xiǎn)評估機(jī)制實(shí)用價(jià)值最大化。

環(huán)境因素A作為主要以油庫選址與建造決定的風(fēng)險(xiǎn)因素影響巨大，本文主要從自然災(zāi)害、庫區(qū)布局及工作環(huán)境等維度選取指標(biāo)。人員因素B作為主要以工作人員素質(zhì)決定的風(fēng)險(xiǎn)因素，選取人員業(yè)務(wù)水平與個(gè)人素質(zhì)為主要維度指標(biāo)。管理因素C是油庫安全生產(chǎn)的基本保障，選取管理體系與消防體系兩個(gè)維度指標(biāo),可以有效降低事故發(fā)生率，并在事故發(fā)生后及時(shí)有效地開展救援。設(shè)備因素D是以油庫設(shè)備完善與合理為主要評估指標(biāo)，選取建構(gòu)筑物、儲油與設(shè)施設(shè)備作為維度指標(biāo)，可以有效根據(jù)情況進(jìn)行日常管理與維護(hù)，定期對老舊設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。

本文主要借鑒相關(guān)學(xué)者在安全評估研究方面的成果, 根據(jù)油庫的相關(guān)生產(chǎn)信息，在綜合分析與調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,征求專家建議與實(shí)際作業(yè)情況，確立多層因素集指標(biāo)，如表1所示。

表1 油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

2 熵權(quán)與模糊物元模型

2.1 熵權(quán)指標(biāo)權(quán)重

有效確定油庫風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)權(quán)重至關(guān)重要，利用熵權(quán)函數(shù)模型結(jié)合信息的效用值對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦值，確定權(quán)重。評價(jià)過程主要是通過對影響油庫安全的各因素進(jìn)行有效區(qū)分與排序，確定熵值大小，綜合運(yùn)用所獲信息的有序程度，進(jìn)行計(jì)算分析。評估指標(biāo)權(quán)重值的確定主要采用X={Xij}m×n作為初始計(jì)算矩陣，其中m為評估體系中評估對象數(shù)量，n為評估對象中評估指標(biāo)數(shù)量。為了便于計(jì)算，有效降低數(shù)據(jù)指標(biāo)量綱、數(shù)量級及優(yōu)劣程度差異，對選擇確定的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理：

(1)

分析可知，式中0≤yij≤1，計(jì)算后可得歸一化數(shù)據(jù)矩陣：

Y=(Yij)m×ni=1,2,…，m;j=1,2,…，n

(2)

顯然，根據(jù)上式可得第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值為：

(3)

式中，常數(shù)k取 1 /lnm，其主要與評估對象數(shù)量m有關(guān)，對j項(xiàng)指標(biāo)熵值ej效用值進(jìn)行確定，當(dāng)體系有序度較高時(shí)，ej值趨向于0，綜合評估效用值較高，當(dāng)體系有序度較底時(shí)，ej值趨向于1，綜合評估效用值較底。據(jù)此可得：

評估體系指標(biāo)效用值，即指標(biāo)熵值ej與1之間的差值hj：

hj=1-ejj=1,2,…，n

(4)

信息效用價(jià)值作為熵值法的核心，效用價(jià)值的高低對于評估結(jié)果的重要性有重要影響，因此利用熵值法特點(diǎn)，估算各指標(biāo)權(quán)重，分析后可得第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為:

(5)

2.2 模糊物元模型構(gòu)建

在多目標(biāo)決策體系中，為了有效區(qū)分各因素影響，評估模型以有序三元組R(M,c,v)作為描述事物的基本元構(gòu)建模糊物元[6]，其中M為評估對象，c為M特征指標(biāo)，v為c的具有模糊性量值。當(dāng)評估對象M有n個(gè)特征c1,c2,…，cn和相應(yīng)的模糊量值v1,v2,…，vn，假設(shè)以R為n維模糊物元, 當(dāng)有m個(gè)評估對象，每個(gè)對象具有n維模糊量值的物元，混合表達(dá)便組成m個(gè)對象n維復(fù)合模糊物元，記作Rmn, 即有：

(6)

式中，Mi為第i個(gè)對象，i=1,2,…，m；cj為第j項(xiàng)特征，j=1,2,…，n；Xij為第i個(gè)項(xiàng)目第j項(xiàng)特征對應(yīng)的模糊量值，即隸屬度。有效確定各評估指標(biāo)的模糊量值，分析各指標(biāo)從優(yōu)隸屬關(guān)系，對于評估體系指標(biāo)有重大影響。由于評估時(shí)各指標(biāo)量綱的特征值有所不同，且特征值差別對評估結(jié)果影響較小。對比分析發(fā)現(xiàn)，各評估指標(biāo)特征值的大小對于優(yōu)良率影響重要，但趨向各有不同，主要通過指標(biāo)性質(zhì)決定，為明確各指標(biāo)優(yōu)良性結(jié)合隸屬度關(guān)系，分別采用如下公式：

(7)

(8)

復(fù)合熵值模糊物元以m個(gè)對象n維模糊物元的模糊量值Xij的隸屬度關(guān)系作為計(jì)算依據(jù)進(jìn)行從優(yōu)隸屬度原則計(jì)算，得到相應(yīng)的復(fù)合物元：

(9)

2.3 貼近度計(jì)算

貼近度作為衡量油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)的重要依據(jù)，其值的大小，決定了評估對象與評估標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異度。采用歐氏貼近度ρHj數(shù)學(xué)模型，結(jié)合指標(biāo)數(shù)據(jù)對評估對象貼近度進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多個(gè)評估對象的優(yōu)劣排序，由此構(gòu)建復(fù)合模糊物元貼近度計(jì)算公式：

(10)

式中：M為評估對象，ρHj為貼近度。

模糊物元矩陣RρH中的第j個(gè)貼近度計(jì)算公式為：

(11)

將油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估各評估指標(biāo)的熵權(quán)值和標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行對比分析，其計(jì)算公式為：

(12)

式中，Zj為第j個(gè)評估對象的綜合評估值。

3 評估實(shí)例構(gòu)建

3.1 評估對象確定

為了對不同油庫區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評估，分析不同油庫的安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)，選取不同庫區(qū)進(jìn)行比較研究，以便驗(yàn)證上述風(fēng)險(xiǎn)評估模型。根據(jù)指標(biāo)體系選取3個(gè)油庫區(qū)進(jìn)行綜合評定，對油庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行決策排序。

選取沿海地區(qū)，不同區(qū)域的3個(gè)油庫作為評估對象，按照人員、環(huán)境、設(shè)備與管理4個(gè)方面的30個(gè)評估指標(biāo)為基礎(chǔ)，分別選取浙江舟山(P1)、福建漳州(P2)、廣東汕頭(P3)3個(gè)1990年左右建成的油庫項(xiàng)目作為評估對象。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)比較分析

結(jié)合模糊物元模型與熵權(quán)計(jì)算權(quán)重方法，以上述3個(gè)油庫作為案例進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評估，依據(jù)定量與定性相結(jié)合，將油庫情況的具體測定值作為定量指標(biāo)值，專家評估組結(jié)合數(shù)據(jù)打分后的加權(quán)平均作為定性指標(biāo)值。評估完成后，利用判斷矩陣式(7)或式(8)對評估指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理，處理完成后，根據(jù)式(3)與式(5)對評估對象的評估指標(biāo)進(jìn)行熵值與熵權(quán)處理。然后對計(jì)算后的值導(dǎo)入式(9)得到相應(yīng)指標(biāo)的函數(shù)隸屬度。熵值與熵權(quán)計(jì)算結(jié)果見表2。觀察表2中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)油庫的固定消防設(shè)施、設(shè)施設(shè)備的合理與破損度、工人巡查及技術(shù)水平在油庫風(fēng)險(xiǎn)評估中所占權(quán)重較大，這與油庫在選址后加強(qiáng)自身防滅火與監(jiān)督的設(shè)計(jì)是一致的。但由于各指標(biāo)具有一定的耦合關(guān)系，且各因素均具有一定風(fēng)險(xiǎn)，因此對各評估指標(biāo)均應(yīng)具有相同的重視程度。

表2 評估指標(biāo)熵及熵權(quán)值

為了對油庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行比較分析，本文結(jié)合油庫安全風(fēng)險(xiǎn)評估體系，按照優(yōu)、良、中、差的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行項(xiàng)目評定，按式(11)與式(12)對相應(yīng)項(xiàng)目貼近度計(jì)算，見表3與表4所示。

表3 評估標(biāo)準(zhǔn)

表4 計(jì)算后所得評估結(jié)果

表4給出了3個(gè)油庫區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)評估貼近度計(jì)算結(jié)果與綜合評估效果。比較可得：P1油庫區(qū)評估為優(yōu)，貼近度計(jì)算結(jié)果為0.216，小于0.022 7，而P2與P3油庫區(qū)貼近度計(jì)算結(jié)果均小于0.132 1，評估為良。分析發(fā)現(xiàn)這3個(gè)油庫區(qū)的整體安全水平較高，優(yōu)良率達(dá)到100%，風(fēng)險(xiǎn)較低。該評估結(jié)果與安全檢查結(jié)果基本一致，較好地反映了油庫區(qū)的安全水平。但比較研究后可得：在油庫建成后，應(yīng)結(jié)合評估結(jié)果與指標(biāo)權(quán)重，在注重設(shè)備運(yùn)行本身的監(jiān)督檢查、工人操作等常見問題的同時(shí)，加強(qiáng)消防安全管理，制定合理的政策，減少突發(fā)性事故。

4 結(jié)論

(1)總結(jié)油庫安全事故各主要因素，分析了油庫安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的構(gòu)成，結(jié)合熵權(quán)法與物元模型的評估方法構(gòu)建評估模型，該方法降低了評估過程主觀性，提高了客觀準(zhǔn)確度，利于對油庫安全形成系統(tǒng)化評估體系，并通過實(shí)例驗(yàn)證了所建立的評估模型的準(zhǔn)確性。

(2)對比指標(biāo)體系與熵權(quán)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：油庫區(qū)在選址后風(fēng)險(xiǎn)更多存在于設(shè)備的運(yùn)行、人工操作等日常維護(hù)中，因此在對油庫的安全管理，應(yīng)在有效評估與設(shè)備改進(jìn)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)意識，改善監(jiān)督機(jī)制，切實(shí)提高人員素質(zhì)與科技水平，才能消除各類風(fēng)險(xiǎn)隱患。