集装箱船舶货物运输风险云评价方法

许 玲, 胡甚平, 轩少永, 吴建军, 傅俊杰

(1. 上海海事大学 商船学院， 上海 201306； 2. 宁波海事局， 浙江 宁波 315020)

集装箱船舶货物运输风险云评价方法

许 玲1, 胡甚平1, 轩少永1, 吴建军1, 傅俊杰2

(1. 上海海事大学 商船学院， 上海 201306； 2. 宁波海事局， 浙江 宁波 315020)

为合理评价集装箱船舶货物运输风险程度，需解决风险评价过程中的模糊性和随机性定量化问题。将《国际安全管理规则》与国际标准化组织体系贯彻实施于集装箱货物运输安全管理工作中，确定通用要素、专属要素、扩展要素的集装箱船舶货物运输风险评价体系。运用云变换的数据驱动法确定每个评价指标对应的权重云，并将其与集装箱船舶内外审评价结果生成的云图结合，最终根据云交换规则对其进行定量评价。结果表明，运用该评价方法可以合理评价和诊断集装箱船舶货物运输的风险程度。

水路运输； 集装箱船舶; 货物运输; 风险评价; 云模型

水路运输具有运价低廉、载货多的特点，承担着我国进出口贸易中90%的货运量。近年来，随着集装箱箱体的密闭性和标准化不断增强，集装箱装卸和周转效率不断提升，以及适箱货物不断增多，集装箱运输业得到了飞快发展。不过，集装箱的密闭性和集装箱货物运输特点使得集装箱船有着与其他种类船舶不同的风险。比如，危险货物集装箱极易造成人员伤亡、环境污染等不可逆的伤害和损失；集装箱船舶的运输操作流程和风险影响因素比较复杂。因此，对集装箱船舶进行风险评估是当今亟待解决的安全问题之一。

随着安全系统工程学问世，很多行业开始高度重视对安全管理和安全(风险)评价方法的研究。最早引入安全学科的是预先危险性分析[1](Preliminary Hazard Analysis, PHA)安全评价方法，但仅仅停留在粗略的危险性分析层面；后来又对事件树分析方法[2](Event Tree Analysis, ETA，静态微观分析)和事故树分析方法[3](Fault Tree Analysis, FTA，归纳分析)进行了深入研究。此外，国内常用的系统安全(风险)评价方法还有安全检查表[4](Safety Check List, SCL)、故障假设[5](What…if)、影响和危险度分析[6](Failure Mode Effects and Criticality Analysis, FMECA)、典型危险指数评价法、危险性与可操作性研究[7](Hazard and Operability Study, HAZOP)、作业条件危险性评价[8](Likelihood Exposure Frequency Consequence, LEC)、系统可靠性分析(System Reliability Analysis, SRA)等。ABIANO等[9]提出了危险货物运输评价方法与决策手段，将事故后果评估方法运用到危险货物运输火灾、泄露、爆炸事故方面。BUBBICO[10]提出了液化石油气道路运输风险分析方法，引用F-N曲线对液化石油气道路运输风险进行分析，为有关运输部门和个人提供了风险标准。THOMSON[11]认为在危险货物密集度较高的状态下，进行事故调查和预防，以及控制手段和决策，应该适合交换专家之间的信息和观点，建立合作组织，不仅可以遏制危险货物运输重大事故发生，还可以促进国际公约的发展。

结合安全管理各指标对航运公司的分级进行评价，应用云模型解决风险评价中的模糊性和随机性问题，使评价结果更倾向于人们的判断。

1 集装箱船舶货物运输风险评价体系

根据《国际安全管理(International Safety Management, ISM)规则》与国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)体系的特征与要求[12-13]，集装箱船舶货物运输风险评价的构建需遵循系统性、科学性、符合性、可操作性等准则。

针对船舶内外审机构在对集装箱船舶货物运输审核时考虑的情况和数据合成的需要，确立公司安全管理的分级评价指标集U0(见图1)。

1. 一级指标：针对集装箱船舶货物运输的特点，在分级评价体系中设定3个一级指标，分别为通用要素U1、专属要素U2、扩展要素U3。

2. 二级指标：通用要素U1涉及ISM要素，以ISM条款来命名，这些因素主要针对安全管理体系(Safety Management System，SMS)内容进行归纳聚类，包括9个二级指标；专属要素U2涉及水路危险货物运输和水路常规货物运输的异同点，包括2个二级指标；扩展要素U3涉及当下人们关注的科技发展及安全文化等要素，包括3个二级指标。

3. 三级指标：涉及SMS的具体内容，以《ISM规则》中相应条款的内容为依据，同时考虑到安全标准的规范性、危险货物及常规货物的异同点，共建立了55个关键诊断指数指标。这些指标主要考虑安全管理诊断的关键要素，具体内容见图1。

图1 集装箱船舶货物运输风险的四层指标模型

在使用集装箱运输日常物品时，需按照相关规定对集装箱进行管理，包括检查式核实集装箱的个数、集装箱是否完好、集装箱的封条有无贴好、集装箱储存环境是否良好、高价值货物是否贴好标注并安全储存、计算机侦听状态是否无漏洞等等。在使用集装箱船舶运输危险货物时，不仅要采取措施避免危险货物发生意外，还应对使用的集装箱加强管理，避免因集装箱管理不善而造成事故。集装箱的安全管理的专属性要求主要包括以下几方面。

1. 对集装箱的要求：必须了解和掌握有关包装、装卸、加固等运输环节对危险货物的特殊规定。

2. 集装箱的包装：工作人员必须了解货物在国际上统一规定中的分类、货物的性质、危险程度、海运运输对其特殊要求以及港口是否有特殊要求，并对危险货物进行适当包装。

2 基于云模型的风险评价方法

2.1云

云模型是用语言值表示的某个定性概念与其定量表示之间的不确定转换模型，这种不确定性主要表现在随机性和模糊性2方面。[14-15]

2.1.1云的数字特征

云的数字特征用来反映定性概念的整体特征，即整体定量特性Cloud(Ex,En,He)。数字特征期望、熵、超熵3个数值集成了模糊性和随机性，在定性概念与定量数值间相互转换，完成定性与定量间的相互映射，从而整体表征一个概念。

2.1.2综合云

综合云用于合成2朵或多朵相同类型的子云，生成一朵崭新的高层概念的父云。即为提升概念，将2个或2个以上的相同类型的语言值综合为1个更广义的概念语言值，便于更加全面地概括语言价值观。

2.1.3云变换规则

云滴和一般数值有相通之处，都可进行变换。[12]操作流程均为：先乘除后加减，同级流程从左到右。

2.2评价云

2.2.1指标权重云

为降低单一权重的主观性，尝试采用权重云，结合多个指标的专家打分资料进行运算。[16]权重云可理解为“软权重”，不再是单一的权重值。

首先采用专家咨询打分的方法对评价指标的5个权重等级进行定性分析;随后运用云发生器进行定性定量转换，重复多次，逐级可视化控制专家经验的收敛速度和质量；最后得到该语言值的权重云(见表1)。

2.2.2指标评价云

结合集装箱船舶货物运输风险的各指标因素，对其做出评价，形成评价集。评价采用五级量表的方法，对应的定性语言值范围设定为[0,1]。在云模型中，把定性概念看成语言变量，每个语言值分为几个语言水平，用云模型表示，相邻云的熵和超熵的较小者为较大者的0.618倍，一般取奇数个云模型。

表1 云标尺评价等级及云模型数字特征

在集装箱船舶货物运输风险评价体系中，设定5个风险评语集V，对应的评语云模型见表2。

表2 云标尺评语等级及云模型数字特征

2.2.3目标层评价结果云

基于上述分析，由三级指标逐步获得上一层次评价指标的云模型，直至得到最终的综合评判。设下一指标的综合云为Mi，最终目标层评价为

(1)

式(1)中：Mi为第i个指标对应的评价云；Wi为第i个指标对应的权重云。

3 算例

为分析某船舶运载危险品集装箱的风险程度，结合前述基于云信息的评价模型，以问卷调查的方式采集各指标的评价数据和权重数据，综合求出风险结果。

3.1货物运输风险评价云和权重云

根据收回的10组有效内外审结果统计值，分析通用要素、专属要素和扩展要素指标要素，给出评价的最大值和最小值(见表3)。

分别利用逆向云发生器计算3个数字特征，再利用正向云发生器得到评价指标的实际评价云模型。同样，依据问卷获得各评价指标相互关系的定性定量数据，经计算获得权重云的数字特征。

表3 船舶和设备的维护指标评价

将评价云与权重云进行云运算合成，最终结合综合云模型得出U21和U22评价指标的评价云(见表4和表5)。

表4 “船舶和设备的维护”三级指标综合云模型及云权重

表5 “操作方案的制定”三级指标综合云模型及云权重

同理，通过逆向云生成器可得到13个指标的评价云图，再运用综合云、云变换规则，可分别生成13朵三级指标评价云和2朵二级指标评价云。

3.2货物运输风险评价云合成

根据指标情况，结合三级指标权重和内外审对集装箱船舶货物运输风险相应指标的打分情况，进行评价结果云计算；然后按照云变换规则进行评价级别合成。确立通用要素、专属要素、扩展要素等3方面指标的评价归一化云朵，一级评价结果见表6，其云图见图2。

表6 集装箱船舶货物运输风险评价云模型

(a) 通用要素评价结果云

(b) 专属要素评价结果云

(c) 扩展要素评价结果云

3.3货物运输风险评级结果

结合上述数据，根据式(1)可得出最终目标层的评价云模型为A=(0.588 1,0.060 7,0.014 0)。评价结果云见图3。得出结论：

图3 集装箱船舶货物运输风险评价结果云

1) 该集装箱船舶货物运输风险的评价结果处于“一般安全”与“比较危险”之间，略趋向于“一般安全”。

2) 就评价结果而言，风险大小排序为扩展要素U3gt;专属要素U2gt;通用要素U1,说明当下船舶和公司方面尚未注重内部安全文化的建设和发展，以及员工的职业健康等；日常工作中应加强安全投入，注重科技创新以及信息化、职业健康、安全文化等方面的改善和维护。

3) 通用要素U1的熵和超熵值均小于专属要素U2与扩展要素U3的熵和超熵值，说明船舶文件记录等SMS审核在外审中有较大的确定度，审核有法可依，并且审核人员熟悉ISM规则等安全管理体系，内审结果较为集中，审核人员应继续跟进法律法规的学习及培训。实际表现为船舶记录较为全面，对照标准体系执行效果较优。

4 结 语

1. 评价集装箱船舶货物运输的风险涉及很多指标，且货物种类差异很大，因此确立评价因子时需在考虑特殊性的同时，关注通用性要素。

2. 云模型评价被证明能有效结合评价信息的模糊性和随机性，评价结果保留了这些信息，认为结果能反映风险的特性。

3. 安全管理的发展需要关注安全文化等内容。日常工作中应该加强安全投入，注重科技创新以及信息化、职业健康、安全文化等方面的改善和维护。

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Cloud-Model-BasedAssessmentofCargoTransportationRiskforContainerShips

XULing1,HUShenping1,XUANShaoyong1,WUJianjun1,FUJunjie2

(1. Merchant Marine College，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306, China; 2. Ningbo Maritime Safety Administration，Ningbo 315020, China)

To cope with the fuzziness and randomness in risk assessment of cargo transportation for container ships, the International Management Code for the Safe Operation of Ships and for Pollution Prevention (ISM) and the international organization for standardization (ISO) rules about container cargo transportation security administration are implemented to determine the common, exclusive and extension elements. The weight clouds of the indexes are determined by the data-drive approach of cloud transformation. The resultant cloud is calculated according to the related weight clouds and the index estimate clouds. The overall risk level is obtained through back cloud transformation. Test results show that the evaluation method is more effective and accurate in dealing with problems such as the risk evaluation of container transport.

waterway transportation; container ship; cargo transportation; risk assessment; cloud model

2014-08-25

浙江海事局科研项目(2014-25)；上海海事大学研究生创新基金(GK2013028)；上海海事大学校基金(20120057)

许 玲(1990—)，女，江苏无锡人，硕士，研究方向为风险评价、水上交通安全管理。E-mail:502653635@qq.com

胡甚平(1974—)，男，湖北通城人，教授，博士，研究方向为载运工具运用工程、安全工程、水上交通风险管理。

E-mail: sphu@shmtu.edu.cn

1000-4653(2014)04-0069-05

U695.2; U698

A