老齡VLCC海上儲油風險的多層模糊綜合評價

李源， 秦北辰， 朱發新

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

0 引 言

與新建陸上儲油設施的模式相比，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）用于海上儲油，具有初始投資較低、建設周期較短、配置相對靈活、陸地污染較輕等明顯優勢[1]。但是，老齡VLCC海上儲油的風險客觀存在（盡管有些呈顯性，有些呈隱性）。預測老齡VLCC海上儲油發生風險的可能性，判定事故造成后果的嚴重程度，尋求提高風險的應對和降低風險的能力，并減少因事故而產生的人員傷亡、經濟損壞及環境污染，對于儲油企業實施風險管理、監督和決策具有現實意義。

1 風險與風險評價

1.1 風險

結合諸多說法，風險是指某一有害事故發生的可能性和事故后果的組合[2-3]。

老齡VLCC海上儲油風險，指在某一特定條件下，導致老齡VLCC海上儲油系統中人員、財產、環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海上儲油風險因素的主要表現

根據相關資料和對國內某老齡VLCC海上儲油基地的調查，歸納了具有代表性的風險因素，擇要列于表1中。

表1 某老齡VLCC海上儲油各級風險因素表

1.3 風險評價

風險評價就是在風險事件發生前、后或過程中，量化分析、評價該風險事件對人員安全、經濟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對某一事件帶來的影響和損失的可能程度[6]。

2 綜合評價方法

2.1 綜合評價的目的

綜合評價，就是對受到多個因素制約的事物或對象做出一個總的評價。即根據所給的條件，針對評價對象的全體，采用一定的方法給每個評價對象賦予一個評價值，再據此擇優或排序的一種評價方法[7]。

綜合評價的目的是：通過對若干評價對象按照一定意義進行排序，從中選出最優或最劣的對象。通過綜合評價和比較，使每一個評價對象都能夠找到自身的差距，便于及時采取措施進行控制、改造[8-9]。

2.2 主要綜合評價方法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、數據包絡分析法、人工神經網絡評價法、灰色綜合評價法、模糊綜合評定法、模糊神經網絡評價法等[10]。

各種綜合評價方法的整體思路大致相近，本文采用“AHP+模糊綜合評價”方法。

2.2.1 層次分析法

層次分析法是對一些較為復雜、模糊的問題做出評價、決策的方法，它特別適用于難以完全定量分析的問題。運用這種方法，將定性與定量相結合，可以將復雜的問題分解成若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，可以得出不同方案的權重，為最佳方案的選擇提供依據[11]。

層次分析法的基本思路是：首先建立多層次的結構模型；然后對同一層級的要素進行比較，根據判斷尺度確定其相對的重要度，并據此建立判斷矩陣；再通過一定的數學處理，進而確定各要素的相對重要度（即權重）。

2.2.2 模糊綜合評價法

從多方面對事物進行評價，難免帶有模糊性和主觀性。模糊綜合評價法通過模糊數學的方法對風險進行綜合評價，具有系統性和模糊性的特點。使用該方法，將使得評價的結構盡量客觀，得到較好的實際效果。

對于這種多指標、多層次的綜合評價，可以采用多級模糊綜合評價模型。模糊綜合評價法可以用來對多因素、多指標進行全面的定量評價[12]。

3 老齡VLCC海上儲油風險的AHP+模糊綜合評價應用

3.1 評價過程示意圖

評價過程的大致步驟如圖1所示。

3.2 建立評價對象的因素集

用U表示因素集，Ui表示影響因素（i=1，2，…，m），m為評價因素的個數，因素集表示方式為

為便于權重分配、評議，可按評價因素的屬性分成若干類。每一類都視為單一評價因素，為第一級評價因素，其下可設置第二、第三級評價因素，依此類推。

將表1中 老 齡VLCC 海上儲油的風險因素的四大類型，作為一級評價指標，具體風險因素各大類的前3項作為二級評價指標，建立因素集。

圖1 基于AHP的老齡VLCC海上儲油風險模糊綜合評價過程圖

3.3 確定評價對象的評價集

評價集用V表示，Vj為評判元素，n為評級個數，表示方式為

每一評價等級對應一個模糊子集（論域上的模糊集合）。

老齡VLCC海上儲油風險危險程度分為非常危險、比較危險、臨界狀態、比較安全和非常安全等5個等級。數學表述為

3.4 確定評價因素的權重向量

3.4.1 權重概述

權重是以某種數量形式對比、權衡被評價事物總體中諸因素相對重要程度的指標。在進行模糊綜合評價時，權重對最終的評價結果會產生很大的影響，不同的權重有時會得到完全不同的結論[13]。

用A表示權重集，ai表示第i個因素的權重，表示方式為：

3.4.2 建立層級結構模型

根據表1所列各級風險因素，建立老齡VLCC海上儲油風險層級結構模型如圖2所示。

圖2 老齡VLCC海上儲油風險層級結構模型

3.4.3 構建判斷矩陣

第2層對第1層的判斷矩陣：

x12=6表示U1與U2對總目標的重要程度為6：1，其余依次類推。

設人員風險的判斷矩陣為A1，環境風險的判斷矩陣為A2，船體風險的判斷矩陣為A3，管理風險的判斷矩陣為A4。第3層對第2層的判斷矩陣分別為：

3.4.4 計算權向量并進行一致性檢驗

1）處理矩陣數據。

先對判斷矩陣的每一列向量進行歸一化處理，得到

再對得到的矩陣按行求和并歸一化處理，得到權向量：

其中：0.506、0.067、0.323、0.104分別為人員風險、環境環境、船體風險、管理風險所對應的權重。

此時計算最大特征根的近似值λmax：

2）進行組合一次性檢驗。

組合一致性檢驗逐層進行，分別計算出各層的一致性比率。若共有s層，則第k層對第1層（假設只要一個因素）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。

3）第3層對第2層判斷矩陣的數學處理和一致性檢驗。略去矩陣數據處理過程，僅介紹一致性檢驗的結果。二級評價指標各項權重如圖3所示。

圖3 第三層評價指標各項權重示意圖

通過計算，得到：

由于C1.R1.＜0.1，通過一致性檢驗。

3.5 進行單因素模糊評價

單獨從一個因素出發進行評價，以確定評價對象對評價集合V的隸屬程度，稱為單因素模糊評價或一級模糊綜合評價。等級模糊子集構建后，要對被評價對象從每個因素ui上逐個進行量化，即確定從單因素來看被評價對象對各等級模糊子集的隸屬度[12-14]。

在確定某VLCC隸屬關系時，邀請相關管理、技術人員和有關評價專家15人為咨詢對象，以問卷調查的形式讓其對綜合評價系統第3層各風險因素進行評價，依據危險等級對評價對象打分。為便于后續的數據處理，將調查的結果統計、整理列表，如表2所示。

進行一級模糊運算，表3中的數據建立單因素評判矩陣：

對判斷矩陣歸一化，得到R1′（R2′、R3′、R4′略）：

表2 某老齡VLCC海上儲油危險等級一覽表

進行模糊綜合評價，評價模型為

式中，“?”表示廣義的合成運算。

將單因素評判矩陣乘以相應的權重集，得到模糊綜合評判集Di，其中Di=（i=1，2，…，n）為每個模糊綜合評價指標，則模糊綜合評判集Di為

“平均加權”算子，將W1、R1′數據代入評價模型（25）得

再分別求出D2、D3和D4：

3.6 評價結果分析

在完成一級模糊綜合評價后，仍需對指標di進行二級模糊綜合評價。承一級模糊評價結果，構建二級模糊綜合評價矩陣，R對應為

結合式（11），得出二級評判向量D：

對評價集各等級分向量按百分制分別取值，設V=（V1，V2，···，VN）為分數集，N 的取值同評語集的等級（危險等級的總數N為5），其中VJ表示第J集評語的分數，以100為滿分，用等差打分法可得：

將計算出的風險因素對于評價集V的隸屬度排序如表3所示。

根據最大隸屬度原則，綜合評判后，可以得出以下結論：總隸屬度為57.42，說明隸屬程度一般，該老齡VLCC目前海上儲油的風險狀況集中于“臨界狀態”，略微偏向于“比較安全”的狀態，但潛在危險程度較高，不可以掉以輕心。

另外，由式（11）可以看出：“人員風險”的比重高達0.506。由圖3可以看出，“機械故障”、“操作失誤”、“高溫”及“工作流程不規范”方面的風險占比均較高，需要加強這些方面的防范管理，為后續的風險控制與決策打下基礎。

表3 風險因素對于評價集V的隸屬度 %

4 結 語

我國老齡VLCC海上儲油的風險評估起步較晚，能夠參考的資料少之又少，加之老齡VLCC海上儲油面臨的環境復雜、多變，風險因素亦多樣、多變，風險因素的取值較難。盡管風險評價的方法很多，但有些定量評價對數據的取值要求較高、處理難度也較大，也不一定能夠取得好的效果。

單純的定量評價方法很難對VLCC海上儲油風險作出準確、客觀的評價。“AHP+模糊綜合評判法”能夠對此過程進行量化，使老齡VLCC海上儲油風險的定性評價精細化、明朗化，使定性分析與定量評價真正統一起來，對評價風險對象的評判更加客觀準確，使風險的評價更具操作性，其評價結果更加科學合理。