基于AHP和熵權法的道路危貨運輸風險評估研究

李升朝， 吳 越， 白雪萌

(長安大學 經(jīng)濟與管理學院，西安 710064)

一、引言

我國作為危險貨物生產(chǎn)運輸大國，截至2017年有道路危化品企業(yè)10 928家、運輸車輛21萬余輛。2017年全年危化品運量超過16億噸，且呈持續(xù)上升趨勢。危險貨物這種具有易燃、易爆、腐蝕、毒害等危險特性的物品，在運輸、儲存、裝卸等過程中，由于性質(zhì)不穩(wěn)定且具有動態(tài)危險性，一旦發(fā)生事故，會給人民生命財產(chǎn)安全、國民經(jīng)濟及環(huán)境污染造成不可估量的損失。如2012年8月26日清晨2點左右，包頭—茂名高速路發(fā)生一起嚴重交通危險貨物事故，一輛雙層客車和一輛載有甲醇的罐裝車追尾，造成甲醇泄露，發(fā)生爆炸，事故導致客車乘客36人死亡、3人受傷，直接經(jīng)濟損失達千萬元。2017年5月23日6時，河北省保定市張石高速保定段浮圖峪五號隧道內(nèi)發(fā)生一起重大危險化學品運輸燃爆事故，造成15人死亡、3人重度燒傷，直接經(jīng)濟損失4200多萬元。除以上列舉的嚴重事故外，我國近年來仍有許多道路危險貨物交通運輸事故發(fā)生，給社會造成惡劣影響。

目前，國內(nèi)外學者對道路危險貨物運輸風險評估主要做了以下研究。Davis等在道路條件、車輛配置及運輸環(huán)境條件不同下，統(tǒng)計分析了危險貨物運輸事故發(fā)生概率、死傷人數(shù)等[1]。Rajeshwar提出了風險指數(shù)法，將危險貨物屬性分類，并對運輸量、運輸距離分級[2]。Genserik 通過博弈論明確了從業(yè)人員、車輛、管理制度等影響因素之間的多米諾骨牌效應，建立了多因素的風險分析和風險評價，為管理者識別和處理風險隱患打下堅實基礎[3]。沈小燕等通過收集國內(nèi)多起危險品罐車運輸事故資料，歸納整理得出罐車運輸事故規(guī)律，研究了道路危險貨物運輸線路優(yōu)化問題[4]。王夢晨和王琦峰通過查詢分析相關事故案例，總結了我國石油運輸企業(yè)的安全問題，并提出規(guī)避風險的有效措施[5]。劉萌斐等采用層次分析法和模糊綜合評價法，評估研究了區(qū)域危險品運輸車輛事故概率，為特定區(qū)域危險品運輸管理工作的開展、評估提供了指導[6]。黃文成等采用熵-TOPSIS-耦合法對鐵路危險運輸系統(tǒng)風險進行評價[7]。

從以往研究可以看出，我國危險貨物方面的研究相較國外起步較晚，風險評估方面多見于定性分析，且沒有統(tǒng)一的風險評估方法，導致選取方法不同，風險評估結果也不同，且研究多見于鐵路方面，道路危險貨物運輸風險研究較少。在指標選取方面，范圍較寬泛，導致評價結果不精確。對風險評價指標權重的確定，主觀臆斷多，尚有進一步研究空間。為了降低道路危險貨物運輸風險，本文擬采用AHP和熵權法相結合，建立風險評價指標體系和模型，采用主客觀結合來降低人為干擾，并以實例驗證模型，得出本模型具有較強可行性且廣泛適用。通過所建風險評估模型，能夠達到降低道路危險貨物運輸風險，提高運輸安全性的目的。

二、道路危險貨物運輸風險評估模型

(一)建立風險評價指標體系

建立道路危險貨物運輸風險評價指標體系是進行風險評估的基礎。選取評價指標時要考慮兩點：第一，選取指標要與相關部門當前統(tǒng)計指標保持一致。這樣可便于評價工作實施，且社會接受程度高。第二，選取指標不僅要與現(xiàn)實接軌，同時要盡可能易于判定、數(shù)量合理。在保證所選指標全面的同時，力求簡潔，易于操作。精煉評價指標，節(jié)約時間成本。

綜上，建立的風險評價指標體系應基于實際，資料數(shù)據(jù)易于收集，層次分明，同一層級間指標要相互獨立，易于比較。

通過文獻研究、專家咨詢和大量分析近年來道路危險貨物運輸事故調(diào)研報告，明確道路危險貨物運輸風險包含的各項指標因素，確定道路危險貨物運輸風險評價指標體系。本文建立的風險評價指標體系分為三層，其中，U層表示評價目標層，即道路危險貨物運輸風險評價指標體系；ui層表示一級指標層，包括從業(yè)人員因素u1、車輛因素u2、道路及環(huán)境因素u3、實時管理因素u4、危險品及包裝因素u5五類因素；uij層表示二級指標層，包括受教育水平u11、連續(xù)駕駛時長u12、駕駛技能u13、身心素質(zhì)u14、車輛狀態(tài)u21、駕駛里程u22、天氣情況u31、路段事故易發(fā)性u32、安全教育及培訓u41、實時監(jiān)控水平u42、機構建設u43、危險品品性u51、包裝技術水平u52共13項指標，詳見圖1。

(二)風險評價二級指標分級標準

為保障判斷道路危險貨物運輸風險時有據(jù)可依、清晰明了，本文將風險評價二級指標做定義并分級。參考國家法律法規(guī)，如《道路危險貨物運輸管理規(guī)定》《道路危險貨物運輸企業(yè)安全生產(chǎn)管理工作規(guī)范》等，參考行業(yè)及各地標準，查閱相關書籍，咨詢專家，企業(yè)調(diào)研等。將指標等級由低到高分為四級，依次是Ⅳ級風險、Ⅲ級風險、Ⅱ級風險、Ⅰ級風險，見表1。

(三)道路危險貨物運輸風險評估方法

AHP法是將與決策相關的因素分成目標、準則、方案三個層次，在此基礎上進行定量和定性分析的方法，適用于復雜龐大且難以完全用定量方法分析的問題。熵權法是一種客觀賦權法，利用指標的熵值來確定權重，指標的信息熵越小，該指標提供的信息量越大，在綜合評價中所起的作用越大，權重就越高。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學理論將定性轉(zhuǎn)為定量的綜合評價方法，具有結果清晰、系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決難以量化的問題。本文將三種方法結合應用，先使用AHP與熵權法，與道路危險貨物運輸風險相關因素進行分層，并確定同一層次不同因素的權重，再通過模糊綜合評價法進行安全評判，計算得出安全等級。

表2 1～9分尺度

(四)采用AHP和熵權法確定各層次權重

表3 判斷矩陣的平均隨機一致性指標值

熵權法的計算過程為：

第一，記fij為矩陣R第i個子系統(tǒng)在第j項評價下指標值所占比重，為

(1)

第二，計算第i種子系統(tǒng)的熵值ei，為

(2)

(3)

第三，當fij=0時，令fij×ln(fij)=0。利用熵值計算各指標熵權，為

(4)

本文將層次分析法計算權重Pi與熵權法計算權重ωi相結合，計算綜合權重wi，為

wi=αPi+(1-α)ωi。

(5)

綜合權重隨著α改變，本文結合危險貨物指標體系實際情況，取α=0.5。

(五)采用模糊綜合評價法確定評價矩陣

設U={u1,u2,…,um}為被評價對象的m種評價因素，m為評價因素個數(shù)，由評價指標體系決定，其中ui有限不交并。第一級評價因素下可設第二級評價因素Ui={ui1,ui2,…,uim}。再根據(jù)風險評價指標分級標準，通過專家調(diào)查法，咨詢10位危險品行業(yè)專家對評價因素打分，規(guī)定評語集V={v1、v2、v3、v4}={安全、較安全、較危險、危險}，評分區(qū)間將[0,100]劃分為4個等級。其中v1∈(75,100]，表示道路危險貨物運輸安全，能有效規(guī)避風險隱患，避免事故發(fā)生，符合相關安全要求；v2∈(50,75]，表示道路危險貨物運輸較安全，可有效避免大部分危險事故發(fā)生，較符合相關安全要求；v3∈(25,50]，表示道路危險貨物運輸安全情況較差，僅可規(guī)避最基本的運輸風險，易發(fā)生安全事故，不滿足相關安全要求；v4∈(0,25]，表示道路危險貨物運輸安全情況極差，運輸過程極易發(fā)生事故，不符合相關安全要求。將各級因素通過評語V分別進行評價，得出相應模糊綜合評價矩陣Ri。最后通過合適的模糊合成算子，將相應權重矢量wi與模糊矩陣Ri合成，得到相應各被評價對象的模糊綜合評價結果矢量Bi，即Bi=wioRi，歸一化建立總評價矩陣B=[B1、B2、B3、B4]T。

(六)確定風險評估等級

計算道路危險貨物運輸風險評價矩陣G=woB，為了方便比較評價結果，確定風險評價總得分，計算Z=G×WT，其中Z為綜合得分，WT為V中賦值。根據(jù)綜合得分，參考風險區(qū)間分級，評判風險等級。

三、道路危險貨物運輸企業(yè)風險評估實例分析

為驗證建立的道路危險貨物運輸風險評估模型的科學性和可操作性，我們邀請10位行業(yè)專家，調(diào)研陜西省某道路危險貨物運輸企業(yè)，并按評價指標打分，帶入風險評估模型，評估研究該道路危險貨物運輸企業(yè)風險情況。

表4 一級指標判斷矩陣及權重計算結果

(一)采用AHP和熵權法確定各影響因素指標權重

1.AHP法確定主觀權重

由10位行業(yè)專家采用1～9標度法對各級指標層打分，并根據(jù)前述層次分析法基本步驟，求出特征值、權重，進行一致性檢驗。一級指標權重見表4。

由表4得出λmax=5.0394，CI=0.00985，且通過一致性檢驗，矩陣可接受。

二級指標層權重同理，見表5。

表5 二級指標權重計算結果

二級指標計算的權重經(jīng)一致性檢驗均通過標準，矩陣都可接受。

表6 一級指標層熵權計算結果

2.熵權法確定客觀權重

通過熵權法相關公式對各級指標進行客觀賦權，其中一級指標層熵權見表6。

二級指標層熵權同理，見表7。

表7 二級指標層熵權計算結果

3.確定綜合權重

通過上述計算可看出，AHP和熵權法賦予的主客觀權重有一定差別，根據(jù)公式(5)，確定綜合權重，修正主觀權重造成的不均衡，具體結果見表8。

(二)建立模糊綜合評價矩陣

我們邀請10位行業(yè)專家，根據(jù)從業(yè)人員、車輛、道路及環(huán)境、實時管理、危險品及包裝五方面因素及其二級評價指標，分別打分，運用概率統(tǒng)計法，得出模糊綜合評價矩陣，見表8。

表8 單因素隸屬度統(tǒng)計

根據(jù)前述模糊綜合評價算法Bi=wioRi及建立的模糊綜合評價矩陣，計算各因素一級評判。

B1=w1oR1={0.37311,0.39936,0.08327,0}

B2=w2oR2={0.54167,0.3, 0.05833,0}

B3=w3oR3={0.175,0.4, 0.1,0.0625}

B4=w4oR4={0.37189,0.3,0.04388,0}

B5=w5oR5={0.175,0.3125,0.1875,0.0625}

歸一化，可得總體評價矩陣B=[B1,B2,B3,B4]T。

(三)確定該道路危險貨物運輸企業(yè)風險評價等級

根據(jù)主客觀賦權法，綜合評價道路危險貨物運輸企業(yè)安全等級，得出B=woR={0.3460,0.3470,0.0879,0.0174}，表示該企業(yè)有34.60%的概率處于安全等級，有34.70%的概率處于較安全等級，有8.79%的概率處于較危險等級，有1.74%的概率處于危險等級。結合評語集，計算賦值，可得出該企業(yè)風險評價總得分為Z=G×WT=0.3460×100+0.3470×75+0.0879×50+0.0174×25=65.455。

將總得分對照前述風險評分分級，得出該企業(yè)安全性等級為“較安全”。從評價等級結果可看出該企業(yè)道路危險貨物運輸過程較安全，可有效避免大部分明顯的道路危險貨物運輸事故發(fā)生，較符合相關要求，但仍有很大的進步空間。通過對道路危險貨物運輸企業(yè)進行風險評估，可確定風險管理中不同指標所占的不同重要程度，以及需要強化的指標，據(jù)此作為道路危險貨物運輸企業(yè)和管理部門下一步強化與投入力度的決策依據(jù)。

(四)改進措施

注重對從業(yè)人員的培訓教育與身心健康檢測。對相關從業(yè)人員及時展開所需安全知識、危險品品性、駕駛技能、危機處理等方面知識的培訓，并定期考核。行車前要檢測駕駛人員的身心狀況，提高駕駛安全性。

國家監(jiān)管部門和企業(yè)應定期檢查車輛及所安裝設施設備是否符合規(guī)定。保證相關設施設備符合國家要求，避免制動系統(tǒng)、安全標識、轉(zhuǎn)向裝置、GPS等設施設備不達標，消除安全隱患。

危險貨物運輸企業(yè)應當建立關于“危險品品性—天氣條件—道路狀況”一體化動態(tài)監(jiān)測體系。在危險貨物運輸車輛出發(fā)前了解天氣狀況是否適合本次危險貨物運輸；規(guī)劃最佳行車路線，避開事故高發(fā)地，最大限度提高運輸效率，保障運輸安全。

工作細化量化，落實到部門和個人，使管理人員明確自己的任務與具體職責。將重視法規(guī)執(zhí)行情況、落實安全教育及培訓、提高實時監(jiān)控水平等工作落實到實處，提高安全管理效率。

危險品品性及包裝技術水平在很大程度上影響危險貨物運輸安全。不同品性危險品對包裝技術要求不同，包裝時應滿足以下要求：防止危險品因外界環(huán)境影響造成變質(zhì)或發(fā)生化學反應，減少運輸中外力破壞作用，防止危險品揮發(fā)、泄露及不當接觸，便于運輸、裝卸。

注重最新科技的投入使用。利用電子運單系統(tǒng)、人臉識別技術、高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)等技術，提高監(jiān)管能力，做到事前預防，降低事故發(fā)生率。

本文通過分析道路危險貨物運輸風險的影響因素，建立道路危險貨物運輸風險評價指標體系。將AHP和熵權法結合，充分考慮主觀意愿和客觀情況，確定綜合權重，再采用模糊數(shù)學理論評價道路危險貨物運輸風險情況，結果與實際一致，說明該方法可行。但本文分析事故致因因素時僅考慮主要致因因素，未考慮導致事故的接連致因因素，該方法不適于研究一連串因素導致事故的風險評估，且所建立的二級指標體系僅指出了具有代表性的幾種，不夠全面，是今后需要進一步完善的地方。