跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險辨識與評價研究

李學(xué)盛高級工程師 牟 杰工程師 汪圣華高級工程師 朱建淼高級工程師 賈 波高級工程師

(1.浙江省應(yīng)急管理科學(xué)研究院，浙江 杭州 310031；2.浙江省安全工程與技術(shù)研究重點實驗室，浙江 杭州 310031)

0 引言

目前我國每年在道路上運輸?shù)奈ｋU貨物約2億噸，覆蓋各類危險化學(xué)品130余種。近年來，危險化學(xué)品運輸過程中的事故比例明顯升高，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國發(fā)生的?；肥鹿手?7%發(fā)生在運輸階段，危化品物流已經(jīng)成為?；啡芷谥邪踩L(fēng)險最高的一環(huán)。其中，跨海大橋作為道路運輸系統(tǒng)中的特殊路段，由于建設(shè)投資巨大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、自然環(huán)境迥異，容易引發(fā)危險化學(xué)品運輸?shù)慕煌ㄊ鹿?，且事故造成的影響不僅帶來傷亡事故，還會對橋梁產(chǎn)生重大影響。如何確?？绾４髽蚵范挝ｋU化學(xué)品運輸過程風(fēng)險可控，確保橋梁安全運營尤為重要。

目前，國內(nèi)外對于危險品運輸風(fēng)險評估的研究主要集中于道路運輸及其事故對沿線居民的影響。西方發(fā)達國家相關(guān)研究最早可追溯到20世紀(jì)60年代，北美和歐洲的政府機構(gòu)開展諸多研究并制定相應(yīng)法規(guī)，如美國交通部在2007年開展全國性危險貨物運輸線路安全與安保風(fēng)險分析工作；歐洲國際公路運輸危險貨物協(xié)定(Autorisation Dangerous Road，ADR)要求基于道路結(jié)構(gòu)、極端天氣、地震、人口居住區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)、事故后果等因素進行綜合風(fēng)險評價，并對所有可能出現(xiàn)危險貨物的公路運輸均進行詳細的規(guī)范和限制，如Fabiano B引入道路特征、天氣狀況和交通條件等因素建立危險貨物道路運輸風(fēng)險評估模型。

我國關(guān)于危險品道路運輸安全風(fēng)險評估研究起步較晚，國內(nèi)一些學(xué)者主要通過對事故案例及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，研究事故成因、評估分析模型以及提出應(yīng)對及預(yù)防對策。如肖建華等通過統(tǒng)計不同時段國內(nèi)外?；愤\輸事故，對危險化學(xué)品事故影響因素、致因規(guī)律、存在問題進行研究，并提出相關(guān)預(yù)防建議與政策；胥耀銘等從我國?；肥鹿尸F(xiàn)狀角度，探討了安全風(fēng)險監(jiān)督管理改進方案和應(yīng)急救援體系建設(shè)等；陳文瑛等以2016-2018年發(fā)生的447起事故數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，通過EM算法進行參數(shù)學(xué)習(xí)，提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的危險化學(xué)品道路運輸事故風(fēng)險預(yù)測模型。上述研究事故樣本主要基于一般道路危化品運輸，對跨海大橋危化品運輸安全風(fēng)險辨識與評價具有一定的參考作用，但仍需進一步考慮跨海大橋在結(jié)構(gòu)、環(huán)境等方面的差異。

本文通過辨識分析跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險主要影響因素，建立相應(yīng)的安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系，并采用模糊綜合評價法構(gòu)建風(fēng)險評估模型，最后以某跨海大橋為例進行驗證分析，可為同類跨海大橋?；愤\輸安全風(fēng)險管控提供參考借鑒。

1 安全風(fēng)險影響因素分析

跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險與一般道路相比，有諸多相似之處，也具有其自身特點。首先是道路局部環(huán)境多變，跨海大橋一般地處江海水域，局部自然環(huán)境存在較大的不確定性；其次是事故后果嚴重，跨海大橋事故可能造成橋體結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致更為嚴重的多米諾事故；再是事故應(yīng)急救援難，救援涉及水上、空中等多種救援隊伍，需要多方整體協(xié)調(diào)。通過事故分析和對某跨海大橋的調(diào)研，得到跨海大橋危險化學(xué)品運輸風(fēng)險的主要因素包括危險化學(xué)品、車輛狀態(tài)、駕駛?cè)藛T、跨海大橋環(huán)境和安全管理5個方面。

(1)危險化學(xué)品。危險化學(xué)品的種類、數(shù)量和運輸特點決定其可能造成事故風(fēng)險大小、類型上的差別，從而導(dǎo)致不同的事故傷害，影響因素主要包括運輸危險化學(xué)品類別、數(shù)量以及運輸承載體類別等。

(2)車輛狀態(tài)。運輸車輛狀態(tài)會影響事故發(fā)生的可能性，一旦運輸車輛因故障發(fā)生事故，容易導(dǎo)致所運輸危險化學(xué)品意外泄露和釋放，影響因素主要包括保養(yǎng)情況、運行里程以及相關(guān)安全控制設(shè)備完好性等。

(3)駕駛?cè)藛T。車輛駕駛員負責(zé)操作運輸工具和第一時間處理意外，若駕駛操作失誤，或由于缺乏專業(yè)知識技能延誤應(yīng)急處置，極易導(dǎo)致重大事故發(fā)生，影響因素主要包括過往違規(guī)行為頻率、疲勞程度、駕駛技術(shù)以及身體和心理素質(zhì)。

(4)跨海大橋環(huán)境?？绾４髽颦h(huán)境的不確定性和惡劣程度，會導(dǎo)致車輛駕駛風(fēng)險和事故概率的增加，影響因素主要包括跨海大橋長度、橋面車流量以及惡劣天氣情況等。

(5)安全管理。安全管理是規(guī)范車輛駕駛?cè)藛T行為、車輛過橋行駛要求以及現(xiàn)場處置的重要手段，影響因素主要包括駕駛?cè)藛T培訓(xùn)、大橋安全管理機構(gòu)專業(yè)性、安全管理制度有效性以及相關(guān)監(jiān)測與應(yīng)急處置技術(shù)等。

2 運輸安全風(fēng)險評價模型

2.1 建立評價指標(biāo)體系

通過對跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險主要影響因素的分析，結(jié)合各影響因子，建立三層評價指標(biāo)體系，見表1。

表1 風(fēng)險評價指標(biāo)

根據(jù)表1確定的評價指標(biāo)體系，建立多層因素集：

H

={

A

,

A

,

A

,

A

,

A

}；

A

={

A

,

A

,

A

}；

A

={

A

,

A

,

A

}；

A

={

A

,

A

,

A

,

A

}；

A

={

A

,

A

,

A

}；

A

={

A

,

A

,

A

,

A

}。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重及排序

采用層次分析法計算指標(biāo)體系權(quán)重，逐層求出每個因素相對于上一層目標(biāo)的相對權(quán)重，具體步驟：通過對同一層次風(fēng)險因素之間相對重要性比較，構(gòu)造成對比較判斷矩陣

P

=(

p

)×，

p

是元素

A

與

A

相對重要性的比例標(biāo)度，按1-9標(biāo)度法取值對

A

計算矩陣最大特征根及其對應(yīng)的特征向量

W

=(

ω

1,

ω

2,…

ω

)，并做一致性檢驗，各因素權(quán)重

ω

。

以表1指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層因素權(quán)重為例，計算結(jié)果，見表2。

表2 準(zhǔn)則層因素權(quán)重

注：

λ

為判斷矩陣最大值；CI為一致性指標(biāo)；CR為一致性比例得到判斷矩陣特征向量，即準(zhǔn)則層權(quán)重向量

W

=(

ω

,

ω

,

ω

,

ω

,

ω

)=(0

.

484,0

.

219,0

.

058,0

.

097,0

.

141)。同理計算得到因素層各指標(biāo)權(quán)重向量：

W

=(0

.

637,0

.

258,0

.

105)，

W

=(0

.

268,0

.

117,0

.

614)，

W

=(0

.

467,0

.

278,0

.

095,0

.

16)，

W

=(0

.

101,0

.

226,0

.

674)，

W

=(0

.

479,0

.

298,0

.

099,0

.

124)。

綜合2層指標(biāo)權(quán)重，即可得到因素層各指標(biāo)對跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險影響程度綜合排序，見表3。

從表3綜合權(quán)重排序來看，對跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險影響前五的因素依次為危險化學(xué)品類別

A

、安全控制設(shè)備完好性

A

、運輸危險化學(xué)品數(shù)量

A

、駕駛?cè)藛T培訓(xùn)

A

和惡劣天氣情況

A

，符合歷史事故統(tǒng)計和客觀判斷分析。

表3 風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重排序

2.3 模糊綜合評價模型

(1)建立評價集并確定隸屬度。評價集是可能做出的各種安全評價結(jié)果等級組成的集合，將跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險評價分為4級，

V

={

υ

,

υ

,

υ

,

υ

}={嚴重；較嚴重；一般；較小}，等級加權(quán)值和分值區(qū)間設(shè)立，見表4。

表4 評價集加權(quán)值和分值區(qū)間

(2)建立評價指標(biāo)模糊評判矩陣。采用專家調(diào)查法對各因素指標(biāo)的風(fēng)險等級隸屬度進行評價。請專家通過考評及現(xiàn)場調(diào)研，對各指標(biāo)按照表4進行打分，依次統(tǒng)計專家針對各指標(biāo)給出的評價等級，計算評價指標(biāo)

A

屬于各評價等級

υ

的隸屬度

r

=

p

/p

，其中

p

表示

υ

等級相對應(yīng)的專家頻數(shù)。由此得到上述評價因素集的模糊評判矩陣

R

。

(3)逐層進行指標(biāo)評價。因素層指標(biāo)權(quán)重與其對應(yīng)的模糊綜合評判矩陣相乘可得準(zhǔn)則層指標(biāo)隸屬度評價矩陣，見式(1)。

X

=

W

·

R

(1)

同理可得目標(biāo)層評價矩陣，見式(2)。

Y

=

W

·

X

(2)

(4)模糊綜合評價。結(jié)合上述目標(biāo)層評價矩陣

Y

與評價集權(quán)向量

V

={0

.

9,0

.

7,0

.

5,0

.

2}，對跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險進行綜合評價，見式(3)。

S

=

Y

·

V

(3)

根據(jù)模糊綜合評價結(jié)果

S

，對照表4可得最終風(fēng)險等級。

3 實例分析

某跨海大橋全長48km，跨4座島嶼，翻9個涵洞，穿2個隧道，是國內(nèi)最大島陸聯(lián)絡(luò)工程，其主體工程皆位于海上，所處海域地勢開闊，具有海洋性氣候的基本特征，年平均風(fēng)速在4.7～6.9m/s。大橋按高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，雙向四車道，設(shè)計行車速度為100km/h，日均車流量約3萬余輛次，日均?；愤\輸車流量約0.5萬余輛次。采用上述模糊綜合評價模型對該大橋?；愤\輸進行安全風(fēng)險評價。

3.1 建立綜合評判矩陣

基于評估指標(biāo)的模糊性，根據(jù)該跨海大橋?；愤\輸現(xiàn)狀，邀請橋梁管理人員、?；愤\輸人員、安全生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)＜?，對各風(fēng)險指標(biāo)按照表4分值進行評價打分，建立模糊綜合評判矩陣。以危險化學(xué)品風(fēng)險

A

因素指標(biāo)為例，評判矩陣如下：

3.2 指標(biāo)隸屬度評價矩陣

結(jié)合因素權(quán)重集，計算各指標(biāo)隸屬度評價矩陣。如危險化學(xué)品風(fēng)險

A

指標(biāo)評價結(jié)果：

X

=

W

·

R

=(0

.

19,0

.

30,0

.

35,0

.

16)

同理計可得準(zhǔn)則層各指標(biāo)評價結(jié)果：

X

=(0

.

04,0

.

16,0

.

26,0

.

54)

X

=(0

.

02,0

.

11,0

.

19,0

.

68)

X

=(0

.

27,0

.

41,0

.

21,0

.

11)

X

=(0

.

11,0

.

18,0

.

35,0

.

36)

基于上述指標(biāo)評價結(jié)果，結(jié)合準(zhǔn)則層指標(biāo)因素權(quán)重，計算得到目標(biāo)層評估結(jié)果：

Y

=

W

·

X

=(0

.

14,0

.

25,0

.

31,0

.

30)

3.3 模糊綜合評價結(jié)果

結(jié)合評語集進行加權(quán)計算得到最終模糊綜合評價結(jié)果：

S

=

Y

·

V

=(0.14,0.25,0.31,0.30)·(0.9,0.7,0.5,0.2)=0.52

對照評語集分值區(qū)間可知，該跨海大橋?；愤\輸安全風(fēng)險等級為一般。

4 防控對策

從指標(biāo)體系構(gòu)建和重要性分析結(jié)果，防控跨海大橋危險化學(xué)品運輸風(fēng)險，首先需要對危險化學(xué)品運輸類別進行嚴格管控。本文所分析某跨海大橋位于環(huán)杭州灣化工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，?；愤\輸潛在需求巨大，因此后期對于?；窚?zhǔn)運類別應(yīng)重點管理和監(jiān)控。其次，保持運輸車輛安全控制設(shè)備完好性，嚴格按照要求對相關(guān)運輸車輛的安全附件和監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備進行檢查。第三，對于危險化學(xué)品運輸數(shù)量需要進行重點關(guān)注，不能發(fā)生超載、混裝等現(xiàn)象。第四，對駕駛?cè)藛T培訓(xùn)需要嚴格按照相關(guān)規(guī)章制度進行，并不定時進行員工技能和安全意識方面的抽查，一旦發(fā)現(xiàn)不稱職情況，堅決予以處理。第五，對天氣狀況特別是惡劣天氣要進行提前預(yù)報，并確保告知相關(guān)危化品運輸車輛駕駛員/管理人員，提前做好預(yù)案以及限行限速對策。

5 結(jié)論

通過對典型跨海大橋危化品事故分析和某跨海大橋危險化學(xué)品運輸?shù)恼{(diào)研，從自然條件、運輸條件等相關(guān)特點，對跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險影響因素進行辨識，建立評價指標(biāo)體系，并采用層次分析法分析跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險影響因素的排序，影響前五的因素分別為運輸?shù)奈ｋU化學(xué)品類別、安全控制設(shè)備完好性、運輸危險化學(xué)品數(shù)量、駕駛?cè)藛T培訓(xùn)和惡劣天氣情況；采用模糊綜合評價法建立跨海大橋危險化學(xué)品運輸安全風(fēng)險評估模型，并對某跨海大橋進行實際評估，結(jié)果顯示該大橋危險化學(xué)品運輸?shù)陌踩L(fēng)險等級為一般，并以影響因素的重要性提出相關(guān)控制措施。