油庫安全風險評估模型選取及效果研究*

王其磊

(中國人民警察大學 河北廊坊 065000)

*基金項目：河北省重點研發計劃(17215604,19275416D)。

0 引言

隨著國內成品油使用量不斷加大，油庫數量與規模快速發展的同時，油庫安全問題也變得尤為突出，各類風險逐漸增多。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特性，一旦發生泄漏、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、設備損壞等情況外還會造成周圍環境嚴重的污染與腐蝕等重大社會危害。分析發現油庫安全影響因素眾多，同時這些因素之間還存在著一定的聯系，如何通過多源數據分析，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險指標體系對于油庫安全風險評估機制起著至關重要的作用[1]。

目前對風險評估的方法很多[2-3]，主要集中在利用各類數學模型如熵權法、層次分析法與突變理論等對具體研究問題進行分析評估，并對評估結果進行驗證。也有部分學者研究了如何對油庫進行安全評估，如李婷婷[4]對油庫安全事故中內部與外部影響因素進行了分析，并對安全評估中存在的問題進行了探討研究，有利于指導油庫安全評估方法的改進。王好一等[5]利用蝴蝶結與貝葉斯網絡模型，分析事故致災原因及影響度，并推導事故發生概率，從而有效預防事故的發生。雖然目前的研究取得一定進展，安全度評估主要以油品種類、器材設施等物的因素，罐體結構安置與分布等技術設計因素，操作人員失誤、管理規則等人為因素，雷電等自然及環境等因素為主。這些因素評估與檢測指標篩選易受主觀影響，缺乏科學的理論和方法。賦權定量分析也依賴于評估者的專業知識水平及矩陣修正準確性。

本文主要依據相關國家標準規范、專家經驗與實地評估等，利用熵權與模糊物元模型，建立油庫風險評估動態模型，對環境因素、人為因素、管理因素、設備因素及技術等多源數據進行區分賦權，減少主觀因素，增加客觀計算精度，并以某油庫區為列，分析油庫區安全風險指數及可能存在的問題，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險。

1 風險評估指標

本文主要基于事故發生的可能性、管理缺陷及應急體系建設等方面入手，把影響因素概括為環境、人員、管理與設備4個方面，建立4個層次評估指標體系。本著精確、全面、實用的準則，不僅要滿足規范標準的要求，建立指標體系要客觀地反映安全評估各因素的構成及內在聯系，并且能夠把各評估指標劃分為一個有序的層次使之條理化,同時考慮評估指標數據的可獲得性及風險評估機制實用價值最大化。

環境因素A作為主要以油庫選址與建造決定的風險因素影響巨大，本文主要從自然災害、庫區布局及工作環境等維度選取指標。人員因素B作為主要以工作人員素質決定的風險因素，選取人員業務水平與個人素質為主要維度指標。管理因素C是油庫安全生產的基本保障，選取管理體系與消防體系兩個維度指標,可以有效降低事故發生率，并在事故發生后及時有效地開展救援。設備因素D是以油庫設備完善與合理為主要評估指標，選取建構筑物、儲油與設施設備作為維度指標，可以有效根據情況進行日常管理與維護，定期對老舊設備進行優化。

本文主要借鑒相關學者在安全評估研究方面的成果, 根據油庫的相關生產信息，在綜合分析與調查研究的基礎上,征求專家建議與實際作業情況，確立多層因素集指標，如表1所示。

表1 油庫安全風險評估指標體系

2 熵權與模糊物元模型

2.1 熵權指標權重

有效確定油庫風險評估指標權重至關重要，利用熵權函數模型結合信息的效用值對評價指標進行客觀賦值，確定權重。評價過程主要是通過對影響油庫安全的各因素進行有效區分與排序，確定熵值大小，綜合運用所獲信息的有序程度，進行計算分析。評估指標權重值的確定主要采用X={Xij}m×n作為初始計算矩陣，其中m為評估體系中評估對象數量，n為評估對象中評估指標數量。為了便于計算，有效降低數據指標量綱、數量級及優劣程度差異，對選擇確定的數據指標進行歸一化處理：

(1)

分析可知，式中0≤yij≤1，計算后可得歸一化數據矩陣：

Y=(Yij)m×ni=1,2,…，m;j=1,2,…，n

(2)

顯然，根據上式可得第j項指標的熵值為：

(3)

式中，常數k取 1 /lnm，其主要與評估對象數量m有關，對j項指標熵值ej效用值進行確定，當體系有序度較高時，ej值趨向于0，綜合評估效用值較高，當體系有序度較底時，ej值趨向于1，綜合評估效用值較底。據此可得：

評估體系指標效用值，即指標熵值ej與1之間的差值hj：

hj=1-ejj=1,2,…，n

(4)

信息效用價值作為熵值法的核心，效用價值的高低對于評估結果的重要性有重要影響，因此利用熵值法特點，估算各指標權重，分析后可得第j項指標的權重為:

(5)

2.2 模糊物元模型構建

在多目標決策體系中，為了有效區分各因素影響，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建模糊物元[6]，其中M為評估對象，c為M特征指標，v為c的具有模糊性量值。當評估對象M有n個特征c1,c2,…，cn和相應的模糊量值v1,v2,…，vn，假設以R為n維模糊物元, 當有m個評估對象，每個對象具有n維模糊量值的物元，混合表達便組成m個對象n維復合模糊物元，記作Rmn, 即有：

(6)

式中，Mi為第i個對象，i=1,2,…，m；cj為第j項特征，j=1,2,…，n；Xij為第i個項目第j項特征對應的模糊量值，即隸屬度。有效確定各評估指標的模糊量值，分析各指標從優隸屬關系，對于評估體系指標有重大影響。由于評估時各指標量綱的特征值有所不同，且特征值差別對評估結果影響較小。對比分析發現，各評估指標特征值的大小對于優良率影響重要，但趨向各有不同，主要通過指標性質決定，為明確各指標優良性結合隸屬度關系，分別采用如下公式：

(7)

(8)

復合熵值模糊物元以m個對象n維模糊物元的模糊量值Xij的隸屬度關系作為計算依據進行從優隸屬度原則計算，得到相應的復合物元：

(9)

2.3 貼近度計算

貼近度作為衡量油庫安全風險評估指標的重要依據，其值的大小，決定了評估對象與評估標準值之間的差異度。采用歐氏貼近度ρHj數學模型，結合指標數據對評估對象貼近度進行分析計算，根據計算結果進行多個評估對象的優劣排序，由此構建復合模糊物元貼近度計算公式：

(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個貼近度計算公式為：

(11)

將油庫安全風險評估各評估指標的熵權值和標準化值進行對比分析，其計算公式為：

(12)

式中，Zj為第j個評估對象的綜合評估值。

3 評估實例構建

3.1 評估對象確定

為了對不同油庫區的安全風險進行有效評估，分析不同油庫的安全風險評估指標，選取不同庫區進行比較研究，以便驗證上述風險評估模型。根據指標體系選取3個油庫區進行綜合評定，對油庫區安全風險狀況進行決策排序。

選取沿海地區，不同區域的3個油庫作為評估對象，按照人員、環境、設備與管理4個方面的30個評估指標為基礎，分別選取浙江舟山(P1)、福建漳州(P2)、廣東汕頭(P3)3個1990年左右建成的油庫項目作為評估對象。

3.2 風險比較分析

結合模糊物元模型與熵權計算權重方法，以上述3個油庫作為案例進行安全風險評估，依據定量與定性相結合，將油庫情況的具體測定值作為定量指標值，專家評估組結合數據打分后的加權平均作為定性指標值。評估完成后，利用判斷矩陣式(7)或式(8)對評估指標值進行歸一化處理，處理完成后，根據式(3)與式(5)對評估對象的評估指標進行熵值與熵權處理。然后對計算后的值導入式(9)得到相應指標的函數隸屬度。熵值與熵權計算結果見表2。觀察表2中數據發現油庫的固定消防設施、設施設備的合理與破損度、工人巡查及技術水平在油庫風險評估中所占權重較大，這與油庫在選址后加強自身防滅火與監督的設計是一致的。但由于各指標具有一定的耦合關系，且各因素均具有一定風險，因此對各評估指標均應具有相同的重視程度。

表2 評估指標熵及熵權值

為了對油庫區安全風險進行比較分析，本文結合油庫安全風險評估體系，按照優、良、中、差的標準進行項目評定，按式(11)與式(12)對相應項目貼近度計算，見表3與表4所示。

表3 評估標準

表4 計算后所得評估結果

表4給出了3個油庫區的安全風險評估貼近度計算結果與綜合評估效果。比較可得：P1油庫區評估為優，貼近度計算結果為0.216，小于0.022 7，而P2與P3油庫區貼近度計算結果均小于0.132 1，評估為良。分析發現這3個油庫區的整體安全水平較高，優良率達到100%，風險較低。該評估結果與安全檢查結果基本一致，較好地反映了油庫區的安全水平。但比較研究后可得：在油庫建成后，應結合評估結果與指標權重，在注重設備運行本身的監督檢查、工人操作等常見問題的同時，加強消防安全管理，制定合理的政策，減少突發性事故。

4 結論

(1)總結油庫安全事故各主要因素，分析了油庫安全風險指標體系的構成，結合熵權法與物元模型的評估方法構建評估模型，該方法降低了評估過程主觀性，提高了客觀準確度，利于對油庫安全形成系統化評估體系，并通過實例驗證了所建立的評估模型的準確性。

(2)對比指標體系與熵權計算結果發現：油庫區在選址后風險更多存在于設備的運行、人工操作等日常維護中，因此在對油庫的安全管理，應在有效評估與設備改進的基礎上加強安全風險意識，改善監督機制，切實提高人員素質與科技水平，才能消除各類風險隱患。