危險品道路運輸風險等級綜合評價

梁雪琴

(蘭州交通大學 交通運輸學院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

危險品具有爆炸、易燃、腐蝕性等性質，在運輸、貯存和保管的過程中，極易引起人身傷亡和財產損失，因此需要特別防護。危險貨物運輸作為一種特種運輸，需擁有能保障危險品安全運輸的設施設備，并通過國家相關職能部門審核批準，才有資格進行危險品運輸。據最新統計，我國年危險品運輸量約10億t，專業車輛有31萬輛，從業人員達120萬人。危險品運輸事故一方面威脅人類健康、財產安全，另一方面會對道路、環境、交通等造成重大影響。因此，危險品運輸界如何降低運輸過程中風險事故發生頻率是很具現實意義的問題。

針對危險品運輸風險評價，國內外學者進行了相關研究。DONG等[1]基于理論方法建立了多層級危險品運輸安全評估指標體系。Yuliia等[2]為確定鐵路運輸危險品期間的環境風險及其管理原則，提出了一種能夠優化鐵路運輸環境管理的新功能策略，強調了優化環境安全監測和組織環境風險管理的重要性。HUANG等[3]基于尖端災難模型建立了鐵路危險貨物運輸系統，并對鐵路危險品運輸系統的風險狀態變化進行分析。楊婷等[4]基于N-K 模型從人-機-物-環-管5類風險因素定量分析了道路危險品運輸系統耦合風險，得出耦合風險與參與耦合風險因素有關。吳金中等[5]應用模糊綜合評價法，建立了危險品道路運輸風險評價模型。黃文成等[6]利用道路危險品安全事故數據對道路危險品運輸系統進行耦合協調度分析，建立了危險品道路運輸系統風險評價方法。任常興等[7]在基于NFPA進行危險品運輸風險數字分級的基礎上考慮了現實風險因素對風險等級評定的影響，建立了危險品運輸風險分級指數程序。陳躍等[8]在現有風險分級指數模型的基礎上提出了基于指數評價模型的集成化風險管控流程并驗證了其有效性和可行性。左博睿等[9]基于模糊推理技術的Fuzzy-FRAM模型，克服了危險品運輸事故分析中無法定量分析的缺陷，得到了功能的風險指數。賀政綱等[10]考慮了危險品運輸的時變特性，構建了人口風險評估模型，得出最佳出發時間，為有效降低危險品運輸人口風險提供新途徑。李升朝[11]基于AHP和熵權計算方法構建了模糊綜合評價矩陣,對危險品道路運輸風險進行評價。

綜上所述，目前研究成果多數集中在評價指標、評價模型的定性分析和風險影響因子重要度的定量分析，而未考慮評價指標存在的模糊性與隨機性問題。基于此，本研究引用熵權法獲取評價指標權重，并在云理論的基礎上，構建基于熵權二維云模型的危險品運輸風險評價方法，為保障危險品運輸安全，降低危險品運輸風險事故提供新的思路與方法。

1 熵權二維云模型基本理論

1.1 熵權法

熵權法是一種高精度、強客觀性的較成熟賦權方法，熵值可以判斷評價指標的變異性。若某個指標的熵值越小，則指標變異程度越大，信息量越多，權重越重要。但若某個指標的值均相等，則該指標不可作為綜合評價的評價指標。評價指標的賦權步驟如下：構造設有待評價項目m個，評價指標n個的原始判斷矩陣R=(rij)m×n，第j個指標的熵值計算為：

(1)

式中，Pn為觀權重向量；k為常數；m為評價項目數量；rij為指標j在項目i下的評分；ej為指標j的熵值。

指標j的熵權計算為：

(2)

式中ωj為指標j的熵權。

1.2 二維云模型

云模型的概念最早由李德毅在1995年提出，自提出至今，在數據挖掘、智能控制、決策分析等多個方面得到廣泛應用[12]。二維云則是在一維正態云的基礎上提出的思想，用以表示定性與定量不確定轉換的過程。本研究運用該模型處理危險品運輸中風險危害和風險概率兩大因素相互作用下的不確定性問題。定義二維云數字特征為：(期望值，熵，超熵)。設F為服從正態分布的二維隨機函數，其中Ex和Enx為期望值，Ey和Eyn為標準差，He為超熵；μ為確定度，故稱滿足式(3)的云模型為二維正態云模型[13]。

(3)

2 危險品運輸風險評價模型

2.1 危險品運輸風險評價體系

危險品運輸風險是各項風險因素綜合作用導致的，為了采取有效的安全管理、控制措施應對風險，本研究根據我國道路危險品運輸現行的相關標準《生產過程危險和有害因素分類與代碼》(GB/T13861—2009)、《公路物流主要單證要素要》(GB/T 33458—2016)并參考對公路危險品運輸風險識別及風險發生后應急處理辦法具有成熟理論國家的現行標準《危險品公路運輸-運輸過程中的緊急處置和覆蓋-特性、尺寸和裝填》(ABNT NBR 7503—2017)，從人員因素、貨物與設備因素、環境因素、管理因素4個方面辨識危險源。人員因素包含人員健康、人員素質和人員專業技能；危險品貨物性質、運輸設備、應急預防設備為貨物與設備影響因子；環境影響因素包含運輸途中道路特征、天氣狀況、交通狀況和影響人員分布情況；安全管理、風險應急預案、運輸時間以及運輸路線是管理范疇的影響因子。危險品運輸風險評價指標體系見圖1。

圖1 危險品運輸風險評價指標體系Fig.1 Dangerous goods transport risk evaluation indicator system

2.2 風險云

邀請專家采用打分法對評價對象的各項指標進行危害等級和概率等級評定，分值區間為[0,10]，分值精確到小數點后1位。通過計算得到危害等級和概率等級的風險云，即二級風險云，風險云數字特征計算為：

(4)

式中，q為樣本數；Ex為樣本期望；S2為樣本方差；xk為第k位專家的評分；En為熵；He為超熵。

2.3 標準云

依據從嚴從高的風險等級判定原則將[0,10]分成4個子區間，與之相對應的將評價指標的風險等級、危害等級、概率等級劃分為Ⅰ～Ⅳ級，標準云數字特征計算為：

(5)

2.4 綜合風險云

為評價危險品運輸的風險等級，將二級風險云矩陣與二級權重矩陣合成運算，得到一級風險云矩陣，再將其與一級權重矩陣合成運算，最終得到綜合風險云。合成運算為：

(Ex′,En′,He′)，

(6)

式中，Ex′為一級風險云的期望；En′為一級風險云的熵；He′為一級綜合風險云的超熵。風險等級數字特征見表1。

表1 風險等級及其數字特征Tab.1 Risk levels and their numerical characteristics

2.5 綜合評價云圖

運用MATLAB編程實現正向云發生器并生成風險云圖，得到危險品運輸風險等級，同時得到各項評價指標風險等級[14]。

2.6 數學貼近度

為實際、客觀的判定風險等級，提出一種數學計算方法表示實際、標準風險云的貼近程度。其中，相近度越大，評價結果越相似。運算公式為：

(7)

3 算例分析

某危險品運輸公司創立于2010年，是一家以危險品運輸為特色集運輸、倉儲、配送、貨運代理為一體的國家3A級綜合物流企業。該企業先后通過了ISO9001國際質量管理體系認證、ISO14001環境管理體系認證、OHSAS18001職業健康安全管理體系認證、和RSQAS道路安全管理認證，被授予“中國危險品物流百強企業”稱號。企業針對化危險品運輸現有化工專家2名，國家安全注冊工程師3名，專業化工操作人員100余名，危險品運輸車100余輛，主要支持第2，3，4，5，6類1項，8，9類危險品運輸。同時企業建有先進的GPS監控中心，可實現對城市危險品運輸車輛的實時監控，以及規范危險化學品倉儲和運輸的安全管理。為確定企業危險品運輸風險等級，邀請了6位資深專家對危險品運輸風險評價體系中各指標的重要程度、危害等級和概率等級進行獨立性評分，分值區間為[0,10]。

3.1 確定評價矩陣

6名專家打分結果如表2所示。

表2 評價指標重要程度/危害等級/概率等級分值Tab.2 Importance, hazard rating and probability rating of evaluation indicators

續表2

表3 危害等級和概率等級風險云數字特征Tab.3 Digital characteristics of risk cloud of hazard rating and probability rating

3.2 權重及云數字特征確定

運用式(1)、(2)，對各項二級指標進行熵值計算，根據式(3)、(4)、(5)、對二級指標風險云數值進行計算，最后運用式(6)進行合成運算，得到綜和風險云數字特征。

3.3 形成云圖

運用MATLAB編程得到綜合風險云與標準風險云對比云圖如圖2所示。

圖2 綜合風險云Fig.2 Comprehensive risk cloud

根據式(6)和表2、表3得出二級指標的數字特征可知綜合風險云的數字特征為(6.86，0.15，0.13)，(3.11，0.15，0.13)。最終在MATLAB中利用正向云發生器實現二維云成像。根據圖2及式(7)的計算結果，得出本企業危險品運輸風險等級為Ⅱ級，即該企業在危險品道路運輸過程中發生風險的概率較大、風險發生后危害較大、企業需采取相應管理措施規避風險。風險評價結果與該企業所獲安全生產標準化達標建設等級一致。

4 結論

(1)基于二維云模型，綜合考慮危險品運輸評價指標的隨機性和模糊性等特點，提出危險品運輸風險等級評價方法，實現了定性、定量概念不確定轉換。通過輸出云圖，得到直觀、方便的風險等級評價結果。

(2)使用熵權法全面獲取了各評價指標權重系數，減少了系統風險評價的不確定性，使評價結果更準確可靠。

(3)使用數學貼近度計算公式，真實的反映了危險品運輸風險等級，進一提升評價結果可信度使得評價結果更具說服性。

(4)基于熵權法二維云模型對危險品道路運輸風險影響因素進行綜合評價，評價結果與傳統指數模型評價結果一致且與某危險品運輸企業安全考評標準結果具有良好吻合性，驗證了本評價模型的科學性和實際應用性。