基于模糊Petri網(wǎng)絡(luò)的FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

余建星，曾慶澤，余 楊，陳海成，吳世博，范海昭

(1. 天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072; 2. 天津大學(xué) 天津市港口與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300350)

在波、流和浮體運(yùn)動(dòng)等作用下，海洋管線的水下形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，使管線受到不同程度的拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲和擠壓，并與周圍管線相碰撞，引發(fā)干涉現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象的發(fā)生容易使管線相互纏繞，周期性的碰撞也會(huì)造成管線的磨損、疲勞與斷裂，危及工程安全。FPSO內(nèi)轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水下管纜眾多，如系泊纜、立管、電纜等，在作業(yè)過程中，錯(cuò)綜復(fù)雜的管匯受多種因素影響容易產(chǎn)生干涉風(fēng)險(xiǎn)，影響FPSO系泊能力，并對(duì)人員生命安全和設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全造成危害。因此，對(duì)FPSO進(jìn)行管纜干涉問題的安全性研究具有重要意義。

在管纜干涉問題的研究上，DNV-RP-F203規(guī)范[1]對(duì)相鄰立管的間距作出了規(guī)定以保證不發(fā)生碰撞；API RP 2RD[2]指出，上游立管產(chǎn)生的尾流會(huì)使作用在下游立管的流速減小，導(dǎo)致相鄰立管的間距變小并引發(fā)碰撞；裴曉梅等[3]研究了拖曳力系數(shù)、單位長(zhǎng)度質(zhì)量、外徑等參數(shù)對(duì)非黏接柔性立管干涉的影響；He等[4]提出了一種基于碰撞允許原理的立管干涉概率評(píng)估方法；Bai等[5]研究了臍帶纜與立管間的干涉，發(fā)現(xiàn)水深、浪向和管長(zhǎng)對(duì)干涉具有不同影響；何楊等[6]根據(jù)DNV規(guī)范介紹了深水立管干涉的分析方法，總結(jié)了影響立管干涉的因素；康莊等[7]通過建立干涉分析非線性時(shí)域模型，研究了浪流方向?qū)α⒐芨缮娴挠绊?。上述學(xué)者對(duì)管纜干涉的研究多集中在數(shù)值模擬和力學(xué)分析上，還鮮有對(duì)管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估與分析，而針對(duì)FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)多管纜干涉的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更是空白，不僅缺乏對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的全面辨識(shí)，還缺乏系統(tǒng)的管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

鑒于FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究方面的不足，提出了一種基于模糊Petri網(wǎng)絡(luò)(Fuzzy Petri Net, 簡(jiǎn)稱FPN)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，利用Petri網(wǎng)絡(luò)的并行計(jì)算能力來處理各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系，以此建立了一套系統(tǒng)的FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程。首先通過識(shí)別FPSO單點(diǎn)多管纜干涉的風(fēng)險(xiǎn)因素建立了一個(gè)多層次的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，并根據(jù)模糊Petri網(wǎng)理論轉(zhuǎn)換為FPN模型?？紤]到傳統(tǒng)模糊語言評(píng)價(jià)方法存在的不足，采用三種形式的模糊置信結(jié)構(gòu)來表示專家的主觀評(píng)價(jià)以提高準(zhǔn)確性。將變權(quán)理論引入到模糊推理算法中，綜合采用層次分析法和變權(quán)理論確定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重值，令權(quán)重根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，最后通過模糊推理算法迭代求解庫所可信度和狀態(tài)矩陣，并計(jì)算各級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)估值。通過上述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程對(duì)南海某內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO的單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了實(shí)例評(píng)估，得出了該FPSO的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)，由風(fēng)險(xiǎn)排序找出其中的薄弱環(huán)節(jié)并提出相應(yīng)的控制與預(yù)防措施，以降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率并提高安全性。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系建立

辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)因素是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的首要環(huán)節(jié)。因目前有關(guān)管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究較少，且缺乏相關(guān)事故案例可供參考，使風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的難度加大。這里從管纜干涉的致災(zāi)機(jī)理出發(fā)，通過調(diào)研單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的失效模式[8]與管纜干涉研究[3-7]的相關(guān)文獻(xiàn)，并咨詢領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姡谧裱粚哟蔚母黠L(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)相互獨(dú)立的原則上，建立了如圖1所示的多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。其中，最上層(目標(biāo)層)是一級(jí)指標(biāo)；中間層(準(zhǔn)則層)是5個(gè)二級(jí)指標(biāo)；最低層(指標(biāo)層)是30個(gè)三級(jí)指標(biāo)。指標(biāo)的具體描述見表1。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系Fig. 1 Risk evaluation index system

2 模糊Petri網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 模糊Petri網(wǎng)絡(luò)理論

2.2 模糊Petri網(wǎng)絡(luò)模型建立

模糊產(chǎn)生式規(guī)則用于表示風(fēng)險(xiǎn)因素的邏輯關(guān)系，分“與”規(guī)則和“或”規(guī)則兩種[10]。采用“或”規(guī)則進(jìn)行表示：當(dāng)任意三級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，認(rèn)為系統(tǒng)存在風(fēng)險(xiǎn)并將引起上一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生?！盎颉币?guī)則表示如下：

Ifd1(w1) ord2(w2) or……ordn(wn)，thendc(wc) (CF=μ1,μ2,……,μn)，wc=max(w1μ1,w2μ2,……,wnμn)

式中：d1,d2,……,dn為前提，dc為結(jié)論，w1,w2,……,wn為前提可信度，wc為結(jié)論可信度，μ∈[0，1]為規(guī)則置信度。

采用“或”規(guī)則將指標(biāo)體系轉(zhuǎn)換為FPN模型，以圓形表示庫所、矩形表示變遷，二者通過有向弧進(jìn)行連接，如圖2所示。其中，庫所P1～P30表示三級(jí)指標(biāo)，P31～P35表示二級(jí)指標(biāo)，P36表示目標(biāo)層。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的FPN模型Fig. 2 FPN model of risk evaluation index system

3 數(shù)據(jù)獲取方法

3.1 賦權(quán)方法

賦權(quán)方法分為主觀、客觀和組合賦權(quán)三種。主觀賦權(quán)法通過專家判斷計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，適用于難以定量描述的指標(biāo)，但權(quán)重受人為影響較大；客觀賦權(quán)法根據(jù)指標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果更客觀，但具有一定機(jī)械性，過于依賴樣本數(shù)據(jù)。組合賦權(quán)法[10]綜合采用主觀和客觀賦權(quán)，能夠結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)不足。

因目前關(guān)于管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究較少，缺乏足夠的數(shù)據(jù)信息，且有些風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為定性指標(biāo)，故難以通過客觀賦權(quán)法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重?；谠摽紤]，采用層次分析法和變權(quán)理論來綜合確定風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重，通過專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，避免了數(shù)據(jù)不足的影響，并能根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行變權(quán)，使權(quán)重分配更加合理。邀請(qǐng)了10位海油工程的專家，相較于其他研究中邀請(qǐng)3～5位專家的做法，能夠減小個(gè)別專家意見存在較大出入而帶來的影響。令10位專家組成專家組，獲得各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)下的判斷矩陣，由層次分析法計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素的常權(quán)重。層次分析法具體步驟在此不做贅述，專家信息見表2。

表2 專家信息

變權(quán)理論是相對(duì)于常權(quán)重而言的，分為懲罰型變權(quán)和激勵(lì)型變權(quán)兩類。在進(jìn)行實(shí)際工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，對(duì)于某些評(píng)估值較高的指標(biāo)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，需要進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。若采用常權(quán)重進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將無法體現(xiàn)該指標(biāo)的影響，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果與實(shí)際不符，降低評(píng)估的準(zhǔn)確性。因此，采用變權(quán)理論對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)，令權(quán)重值隨指標(biāo)評(píng)估值的大小而變化，可使權(quán)重分配更科學(xué)合理，更符合實(shí)際情況。

采用激勵(lì)型狀態(tài)變權(quán)向量[11]來對(duì)常權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)：

(1)

(2)

式中：S(x)=[S(x1)S(x2) ……S(xn)]為激勵(lì)型狀態(tài)變權(quán)向量，滿足S(x)為單調(diào)遞增的連續(xù)函數(shù)；a∈[0,1]，表示激勵(lì)水平，在文中根據(jù)庫所可信度的平均水平將a設(shè)為0.5；C(x)=[C1(x1)C2(x2) ……Cn(xn)]為常權(quán)重向量；V(x)=[V1(x1)V2(x2) ……Vn(xn)]為變權(quán)后的權(quán)重向量。

3.2 模糊理論

3.2.1 模糊置信結(jié)構(gòu)

將庫所可信度和變遷置信度分為五個(gè)模糊評(píng)估等級(jí)：H={H11,H22,H33,H44,H55}，表示“極低”“低”“中等”“高”和“極高”，在論域[0,1]內(nèi)進(jìn)行劃分，模糊語言集見表3。但考慮到傳統(tǒng)模糊語言評(píng)價(jià)無法跨越多個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，如當(dāng)專家認(rèn)為指標(biāo)的評(píng)估等級(jí)處于“低”到“中等”之間時(shí)，傳統(tǒng)模糊語言評(píng)價(jià)無法進(jìn)行表示。故提出三種形式的模糊置信結(jié)構(gòu)[12]來表示專家主觀評(píng)價(jià)以提高評(píng)估準(zhǔn)確性:

表3 模糊語言集

1) 獨(dú)立式：置信結(jié)構(gòu)形式為{(Hii,1.0),i=1,2,3,4,5}，表示指標(biāo)模糊評(píng)估等級(jí)為Hii，隸屬度為1.0。

2) 區(qū)間式：置信結(jié)構(gòu)形式為{(Hij,1.0),i=1,2,3,4,j=i+1,……,5}，表示指標(biāo)模糊評(píng)估等級(jí)在Hii到Hjj之間，其對(duì)應(yīng)的梯形模糊數(shù)為Hii與Hjj所對(duì)應(yīng)的梯形模糊數(shù)的綜合。

3.2.2 加權(quán)綜合與去模糊化

對(duì)于指標(biāo)Pn，令專家Zm(m=1,2,……,M)以三種形式的模糊置信結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到專家Zm的評(píng)價(jià)為：

(3)

結(jié)合專家權(quán)重βm(m=1,2,……,M)將M位專家的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)綜合，形成一個(gè)綜合置信結(jié)構(gòu)：

Gn={Hij,γij(Pn),i、j=1,2,3,4,5,i≤j}

(4)

(5)

之后將綜合置信結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成梯形模糊數(shù)R=(R1,R2,R3,R4)，其標(biāo)度值Rk(k=1,2,3,4)可由下式取得：

(6)

式中：rk(Hij)(k=1,2,3,4)為等級(jí)Hij對(duì)應(yīng)的梯形模糊數(shù)的四個(gè)標(biāo)度值。

最后由重心法將R去模糊化，可得到指標(biāo)Pn的評(píng)估值：

(7)

4 模糊推理算法

利用模糊Petri網(wǎng)絡(luò)的并行計(jì)算能力和矩陣運(yùn)算能力，提出了庫所可信度和狀態(tài)矩陣推理算法，來迭代求解庫所可信度與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估值，完成綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4.1 庫所可信度推理算法

庫所可信度推理算法[13]基于模糊產(chǎn)生式“或”規(guī)則計(jì)算原理，具體推理步驟如下：

第一步，定義兩個(gè)推理算子：

2) ⊕：A⊕B=C，其中，cij=max(aij,bij)，i=1,2,……,n，j=1,2,……,m。

第二步，令迭代次數(shù)k=0，并確定初始庫所可信度矩陣α(0)、變遷置信度矩陣U和權(quán)值矩陣W：

其中，α(0)為n×1維矩陣，U為n×m維矩陣，初始庫所可信度和變遷置信度令10位專家以三種形式的模糊置信結(jié)構(gòu)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)后由式(3)～(7)計(jì)算獲得，專家權(quán)重均為0.1；W為n×m維矩陣，其元素Wij表示庫所Pi對(duì)于變遷tj的權(quán)值，因采用模糊產(chǎn)生式“或”規(guī)則，若Pi是tj的輸入庫所，Wij為1，否則為0。

第三步，計(jì)算等效模糊真值向量：

E(k+1)=WT×α(k)

(8)

第四步，計(jì)算新的庫所可信度矩陣：

α(k+1)=α(k)⊕[U·E(k+1)]

(9)

若α(k+1)=α(k)，則迭代結(jié)束，輸出最終庫所可信度矩陣；否則令k=k+1，重復(fù)第三步。

4.2 狀態(tài)矩陣推理算法

在狀態(tài)矩陣推理算法[14]中引入變權(quán)理論，具體步驟如下：

第一步，定義兩個(gè)推理算子：

1) ?：D?B=C，其中B、C為n×m維矩陣，D為1×n維矩陣，cij=di×bij；

2) ⊕：A⊕B=C，其中A、B、C為n×m維矩陣，cij=max(aij,bij)，i=1,2,……,n，j=1,2,……,m。

第二步，令k=0，并確定初始狀態(tài)矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣、常權(quán)重向量與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向量。

按照海洋石油工程風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度將FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)，令專家評(píng)估各風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的后果大小。定義風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)向量Q=(0.2 0.4 0.6 0.8 1.0)，(0 0.2]對(duì)應(yīng)“極低”，(0.2 0.4]對(duì)應(yīng)“低”，(0.4 0.6]對(duì)應(yīng)“中等”，(0.6 0.8]對(duì)應(yīng)“高”，(0.8 1.0)對(duì)應(yīng)“極高”。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

令專家評(píng)估庫所P1～P30的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合專家權(quán)重得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估向量[15]，數(shù)據(jù)處理規(guī)則如下：若10位專家在評(píng)估庫所Pi的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，有5位專家評(píng)估為“中等”，4位專家評(píng)估為“高”，1位專家評(píng)估為“極高”，則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估向量為(0 0 0.5 0.4 0.1)。綜合所有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估向量可得初始狀態(tài)矩陣。

第三步，根據(jù)庫所可信度對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行變權(quán)，激勵(lì)水平a根據(jù)庫所可信度的平均水平進(jìn)行設(shè)定：

(10)

(11)

第四步，迭代計(jì)算變遷激發(fā)后的下一狀態(tài)矩陣：

M(k+1)=M(k)⊕(V?O)[ITM(k)]

(12)

第五步，若M(k+1)=M(k)，則迭代結(jié)束；否則令k=k+1,回到第四步重復(fù)計(jì)算，直至相等。

第六步，計(jì)算庫所的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估值：

D=M(k)QT

(13)

第七步，結(jié)合庫所可信度計(jì)算綜合評(píng)估值：

fi=wi×Di

(14)

5 實(shí)例分析

現(xiàn)以南海某內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證說明。

5.1 庫所可信度推理

首先，確定初始數(shù)據(jù)。初始庫所可信度矩陣α(0)與變遷置信度矩陣U表示如下：

α(0)=[0.685,0.438,0.291,0.498,0.826,0.545,0.851,0.799,0.633,0.485,0.623,0.473,0.54,0.568,0.425,0.49,0.428,0.285,0.388,0.30,0.32,0.223,0.45,0.35,0.216,0.340,0.293,0.405,0.413,0.283,0,0,0,0,0,0]T

U={μij}36×35，i=1,2,……,36，j=1,2,……,35。其中，μ31,1=0.769，μ31,2=0.922，μ31,3=0.922，μ31,4=0.783，μ31,5=0.784，μ31,6=0.568，μ31,7=0.730，μ31,8=0.866，μ32,9=0.905，μ32,10=0.735，μ32,11=0.816，μ32,12=0.878，μ32,13=0.888，μ32,14=0.905，μ32,15=0.896，μ33,16=0.888，μ33,17=0.879，μ33,18=0.796，μ33,19=0.762，μ33,20=0.797，μ33,21=0.808，μ34,22=0.922，μ34,23=0.553，μ34,24=0.665，μ34,25=0.922，μ34,26=0.498，μ34,27=0.853，μ35,28=0.905，μ35,29=0.779，μ35,30=0.863，μ36,31=0.888，μ36,32=0.850，μ36,33=0.888，μ36,34=0.801，μ36,35=0.777；其余元素為0。

α(0)表示P1～P30的庫所可信度，P31～P36的庫所可信度通過后續(xù)迭代得到；U表示t1～t35的變遷置信度。通過迭代計(jì)算，得α(2)=α(3)，迭代結(jié)束，則最終庫所可信度矩陣如下：

α(2)=[0.685,0.438,0.291,0.498,0.826,0.545,0.851,0.799,0.633,0.485,0.623,0.473,0.54,0.568,0.425,0.49,0.428,0.285,0.388,0.30,0.32,0.223,0.45,0.35,0.216,0.34,0.293,0.405,0.413,0.283,0.692,0.573,0.435,0.250,0.367,0.614]T

可知，環(huán)境、設(shè)備、管纜設(shè)計(jì)、第三方破壞和管理五個(gè)因素存在風(fēng)險(xiǎn)的可信度分別為0.692、0.573、0.435、0.250、0.367，而目標(biāo)層FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)的可信度為0.614，說明環(huán)境與設(shè)備因素發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能性較高，并將引起管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

5.2 狀態(tài)矩陣推理

首先，確定初始數(shù)據(jù)。常權(quán)重向量C與初始狀態(tài)矩陣M(0)表示如下：

C=[c1c2c3c4c5c6]

c1=[0.167 0,0.279 8,0.061 5,0.036 4,0.103 9,0.044 6,0.103 9,0.202 8]；

c2=[0.171 2,0.066 6,0.074 5,0.131 4,0.243 1,0.169 9,0.143 4]；

c3=[0.332 4,0.210 0,0.108 4,0.076 6,0.182 5,0.090 1]；

c4=[0.338 6,0.083 5,0.122 1,0.178 6,0.051 9,0.225 4]；

c5=[0.163 4,0.297 0,0.539 6]；

c6=[0.309 7,0.265 9,0.221 4,0.070 1,0.132 9]。

其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6分別表示五個(gè)二級(jí)指標(biāo)和一級(jí)指標(biāo)下的指標(biāo)常權(quán)重。

設(shè)激勵(lì)水平a為0.5，經(jīng)模糊推理算法迭代，得M(2)=M(3)，迭代結(jié)束，最終狀態(tài)矩陣如下：

可知，F(xiàn)PSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估向量為(0.005 0.052 0.244 0.420 0.280)，由式(13)得管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估值為0.784，結(jié)合庫所可信度得綜合評(píng)估值為0.481，對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為“中等”。因此需要對(duì)其中的風(fēng)險(xiǎn)薄弱環(huán)節(jié)提出相應(yīng)措施來進(jìn)行預(yù)防與控制，進(jìn)一步降低管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

由模糊推理算法可得各級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)估值。圖3所示為五個(gè)二級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)估值，可知FPSO單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)受到多種因素的綜合作用，其中環(huán)境和設(shè)備因素的綜合評(píng)估值較高，分別為0.547和0.451，說明這二者是影響管纜干涉的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，需要對(duì)其重點(diǎn)關(guān)注。

圖3 二級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)估值Fig. 3 Comprehensive evaluation value of secondary index

圖4為30個(gè)三級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)估值，據(jù)此對(duì)三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，于表5列出了綜合評(píng)估值大于0.4的10個(gè)指標(biāo)，對(duì)其提出風(fēng)險(xiǎn)控制措施如下：

圖4 三級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)估值Fig. 4 Comprehensive evaluation value of third-level index

表5 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)排序結(jié)果

1) 環(huán)境方面的主要風(fēng)險(xiǎn)因素包括海流流速過大、大浪、突發(fā)強(qiáng)風(fēng)、內(nèi)孤立波、臺(tái)風(fēng)，該結(jié)果符合南海海域?qū)嶋H狀況。對(duì)此，可增設(shè)海上氣象預(yù)報(bào)站，觀測(cè)周邊海域及時(shí)對(duì)氣象情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警，并采取相應(yīng)處置措施；若出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)等極端惡劣天氣，可考慮解脫單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，駛離海域來規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

2) 管纜設(shè)計(jì)方面的主要風(fēng)險(xiǎn)因素是管纜間距過小。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮規(guī)范要求、設(shè)計(jì)條件與當(dāng)?shù)睾r，設(shè)計(jì)合適的管纜間距以避免間距過小，并在關(guān)鍵區(qū)域安裝間隔框以保持足夠間距。

3) 設(shè)備方面的主要風(fēng)險(xiǎn)因素包括系泊纜失效、連接器損壞、鎖緊裝置破壞、配重塊丟失。對(duì)此，應(yīng)對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行定期檢查與維護(hù)，并及時(shí)更換失效與損壞的設(shè)備。此外，系泊纜失效主要由腐蝕、疲勞和磨損引起，應(yīng)設(shè)定合適的腐蝕余量，提高系泊纜的抗腐蝕性能，做好防腐措施；減少系泊纜的初始缺陷，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，延長(zhǎng)疲勞壽命；定期清理鏈環(huán)中的異物，張緊錨鏈并重點(diǎn)關(guān)注錨鏈觸地段易磨損區(qū)域，以防止磨損。對(duì)于配重塊丟失問題，可直接焊接配重塊或采用配重鏈替代配重塊。

5.4 對(duì)比分析

鑒于文獻(xiàn)[10]和[14]采用組合賦權(quán)法來確定風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，將變權(quán)理論的賦權(quán)方法應(yīng)用于文獻(xiàn)[10]和[14]的案例中，分別與層次分析法和組合賦權(quán)法得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)案例中的庫所可信度平均水平，在變權(quán)向量中取激勵(lì)水平a為0.8。因權(quán)重值不會(huì)影響三級(jí)指標(biāo)的排序，僅對(duì)目標(biāo)的綜合評(píng)估值產(chǎn)生影響，采用各方法得到的目標(biāo)綜合評(píng)估值如表6所示。由表可知，通過變權(quán)理論得到的目標(biāo)綜合評(píng)估值相較于層次分析法更接近于組合賦權(quán)法得到的結(jié)果，說明在缺乏數(shù)據(jù)難以采用客觀賦權(quán)法的情況下，通過指標(biāo)的實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)能夠在一定程度上使結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確，也證明了本文所提出方法的準(zhǔn)確性。

表6 對(duì)比結(jié)果

6 結(jié) 語

針對(duì)FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)，提出了一種基于模糊Petri網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。綜合考慮環(huán)境因素、設(shè)備因素、管纜設(shè)計(jì)因素、第三方破壞因素和管理因素5個(gè)方面來識(shí)別FPSO單點(diǎn)多管纜干涉的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立了具有30個(gè)三級(jí)指標(biāo)和5個(gè)二級(jí)指標(biāo)的多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，并轉(zhuǎn)換為FPN模型，通過模糊推理算法對(duì)南海某內(nèi)轉(zhuǎn)塔式FPSO進(jìn)行了單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到的主要結(jié)論如下：

1) 采用三種形式的模糊置信結(jié)構(gòu)表示專家的評(píng)估語言，克服了傳統(tǒng)模糊語言評(píng)價(jià)的不足，使專家的模糊語言表示更加靈活準(zhǔn)確，能夠減小專家主觀判斷所產(chǎn)生的偏差。

2) 考慮到海洋環(huán)境與實(shí)際工程的復(fù)雜與多變，綜合采用層次分析法和變權(quán)理論來確定風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，在實(shí)例風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)可根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的庫所可信度來對(duì)常權(quán)重進(jìn)行動(dòng)態(tài)變權(quán)，提高危險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重值，在后續(xù)的模糊推理中突出其負(fù)面影響，使指標(biāo)賦權(quán)更符合實(shí)際工程情況，克服固定權(quán)重的局限性，并通過對(duì)比分析，證明了該方法的可行性與準(zhǔn)確性。

3) 通過實(shí)例分析，由模糊推理算法得到該FPSO的單點(diǎn)多管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估值為0.481，對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為“中等”，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，需要采取適當(dāng)措施。在二級(jí)指標(biāo)中，環(huán)境與設(shè)備因素是影響管纜干涉的主要因素，其綜合評(píng)估值分別為0.547和0.451，該結(jié)果符合FPSO的實(shí)際情況，驗(yàn)證了方法的可行性。在三級(jí)指標(biāo)中，通過風(fēng)險(xiǎn)排序得到綜合評(píng)估值大于0.4的指標(biāo)共有10個(gè)，對(duì)其提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以降低管纜干涉風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率與嚴(yán)重程度。