关于沥青海上运输安全评价方法的选择与评价

2015-01-04

福建交通科技 2015年5期

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

■陈佳莹

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

正确评价我国进口沥青海上运输安全体系，是运输安全重要的问题之一。本文分析了我国高速公路的发展对沥青需求的增长；进口沥青海上运输的特点；现有运输安全评价方法的优缺点。认为灰色模糊模型结合了灰色性和模糊性的特性，是研究沥青海上运输安全最佳方法之一，可以更为客观地、准确地评价沥青海上运输安全体系。

沥青进口海上运输灰色模糊综合法安全评价方法选择

1 引言

1993年，我国提出国道主干线系统（五纵七横），将连接北京与各省会和所有100万以上人口及绝大部分50万以上人口的城市。2007年底该系统已经完成，达到预期目标。国道主干线的建设，初步构筑了我国区域和省际间横连东西、纵贯南北、连接首都的国家公路骨架网络，形成了国家高速公路网的雏形。

2005年1月，国务院通过了国家高速公路网“7918”规划，我国将用30年完成8.5万km的高速公路网建设，构成横连东西、纵贯南北的公路交通大通道，包括7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线，简称为 “7918网”。该网可覆盖10多亿人口，把我国人口超过20万的城市全部连接起来，届时我国高速公路总里程将达到12万km左右。事实上2014年我国的高速公路已经完成了10万公里，以此速度， “7918网”任务将提前结束，我国高速公路总里程将跃居世界第一位[1]。

高速公路的建设，带动了沥青材料的发展。沥青作为高级公路的主要面层材料，是一种很重要的资源。沥青路面具有提高车速、降低油耗、延长轮胎行驶里程、降低噪音、提高行车舒适性及易于维护等优点。我国的沥青总生产量较大，但由于油源所属的特点大多含蜡较高，其性能难以适应快速、重载交通及不同气候条件的需要，加上生产工艺尚不够先进，国产沥青标准距国际标准还有差距。虽然进口中东原油的使用,使国产沥青的生产能力已经有了很大的改善与发展，但与高速公路的飞跃建设对沥青需求量相比，仍然有较大的缺口，市场仍处于供不应求的状况[2]。

因此，迄今为止进口仍然是我国沥青市场重要的途径。从2010年开始，国内高速公路开始进入大修周期，道路维修用沥青将快速增长。据美国工业市场研究公司Freedonia集团的调查显示，亚太地区2006年沥青销售量为3260万吨，占全球总销量的32.6%，其中以中国、印度等为代表的发展中国家对沥青的需求量将会有突飞猛进的增长[3]。当前进口沥青的途径主要是以海上运输为主，航线经过马六甲海峡，经停的部分国家和地区的政治、军事环境等仍存在不稳定因素；其次沥青是一种易污染、需较高温储藏的受自身状态性质约束的材料，海运过程中存在较多安全隐患。另外对于运输高温沥青的船舶，其某些方面管理应等同于甚至高于油轮，但有的海运公司对船舶装运液态沥青的管理不严格，对运输安全重视不够，船员管理较松散；即使有些公司有较完善的管理文件，但船员对此却不重视，作业过程中较随便，安全隐患较多。因此，如何正确的分析并评价我国进口沥青的海上运输安全，确保运输安全，是我们需要特别重视的运输安全问题之一。

2 沥青的海上运输特点

桶装固态运输方式是传统的海上运输沥青方式，桶装固态在运输过程中存在着以下几个特点：a、所需要的存贮舱容大；b、成本较高且存储过沥青的罐体不易再利用还会造成大量的污染；c、沥青在使用前需要重新加热到一定温度，这样又会产生二次污染。因此，国际上已普遍将桶装固态运输方式改为采用液态运输方式，即采用专门的沥青运输船舶来进行大量液态的沥青运输。

但是当把沥青从口岸的炼油厂加压泵送到运输船上，或从运输船上泵排到口岸上的储存库中，就必须要将沥青加热到一定的温度，使其降低粘度以保证自由流动的性能。无论是沥青的热态存贮、热态运送，还是在储罐内预加热，配油釜内调配等过程，通常要经历很长一段时间。沥青受热过程，其中部分轻质油不断蒸发，使得沥青变的更硬更脆，粘结性有所降低。这个过程中沥青发生了一定程度的老化。另外，沥青在管道内不断流动，使沥青接触表面积增大，沥青也会发生一定的氧化反应。

3 沥青海上进口运输安全评价方法选择

基于沥青海上进口运输安全具有独特性与复杂性，难以在评价过程中突破性的建立相较以往具有不同的风险因素与评估安全程度的定量体系，各项主要因素在何种程度才能被认为是安全的，达到何种标准才能称为安全的运输，定论显得十分模糊，当前部分有关定量的区分也只是一种接近的参考数值。由此可以看出进口沥青海上运输的安全评价是具有模糊性的。

沥青海上进口运输安全评价同时还具有灰色性的特点，即评价因素具有不充分性：沥青海上进口运输安全评价的风险因素有很多，各段时期中起到决定性的因素也各有不同，通常可能会使人未注意到当中某些真正的重要因素，并产生对重要风险因素的认识不充分；由于海上运输环境相对复杂，会受无关因素的干扰，造成评价结论不可靠；由于参评因素的运行环境与影响各有不同，对于相同的影响因素也会得出各不相同的结论评价，从而导致评价结果具有不可靠性；还有就是存在因素难以收集完整，这也是不充分的问题。

因此根据分析可以看到，沥青海上进口运输安全的评价同时具有模糊性和灰色性的特征。从沥青海上进口运输安全评价的模糊性和灰色性的角度出发，可以得出应该综合考虑各种评价方法的优缺点，从中适当的选择适合的评价方法，使得石油海上进口运输安全的评价更加具有客观性和准确性。

安全评价是以提高系统安全性为目的，依据科学的步骤和方式，对系统中的各种风险因素、出现事故的可能性及损害等级进行调研并分析论证，为评估系统的总安全度和编制基础预防措施制度提供科学的依据。

4 灰色模糊评价分析

4.1 灰色理论

灰色系统理论诞生于1982年，由我国著名控制论专家华中科技大学邓聚龙教授提出[4]，他在国际权威杂志SYSTEMS&CONTROLLETTERS上发表了题为TheControlProblemsofGreySystems(《灰色系统控制问题》)，其中对灰色理论进行了研究与探讨。这种理论把所研究的问题的环境看作一个系统，研究的对象是 “部分信息已知，部分信息未知”的 “小样本”、 “贫信息”不确定系统，并认为这个系统内含有大量完全明确的信息，即白色信息，又含有大量未知或不可知信息，即黑色信息，也含有部分信息明确、部分信息不明确的灰色信息。在灰色系统中，可以把系统信息的不完全情况分为四种：元素信息不完全；结构信息不完全；边界信息不完全；运行行为信息不完全。它通过对 “部分”已知信息的生成、开发去了解、认识现实世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述。

灰色系统用灰数、灰色方程、灰色矩阵等来描述，其中灰数是灰色系统中的基本单元。我们把只知道大概范围而不知其确切值的数称为灰数。在应用中，灰数实际上指在某一区间或某个一般的数集内取值的不确定数。灰数是灰色集合的重要组成部分。灰色系统理论经过20年的发展，现已基本建立起一门新型学科的结构体系。

4.2 模糊集合

模糊理论是由美国加里福尼业大学著名控制论专家扎德 (Zade.L.A)教授于1965年提出，是研究模糊领域中事物数学化的一门新型学科。所谓 “模糊”一字是译自英文 “FUZZY”，模糊数学的研究对象本身是模糊的，但发生与否是确定的，不是随机的，是从中介过渡到非中介的倾向性，其隶属函数取值为 [0，l]区间，这就拓广了经典数学 {0，1} (是与否)的二值区间。

模糊集合是模糊数学的基础，模糊数学是研究和处理模糊性现象的数学方法。模糊数学着重研究 “认知不确定”问题，其研究对象为 “内涵明确，外延不明确"的特点。经典数学是以精确性为特征，然而与精确性相对的模糊性并不是完全消极、无价值的。在经典集合中，只有两种状态，一个元素要么属于这个集合，要么不属于。它确切的、数量化的描述了 “非此即彼”现象，但现实世界中并非完全如此，这正是可用模糊数学解释的现象。模糊数学决不是数学编程模模糊糊的东西，它也具有数学的共性：条理分明、一丝不苟、即使描述模糊概念也会描述的很清楚。统计数学将数学的应用范围从必然现象领域扩大到偶然现象领域，模糊数学则把数学的应用范围从精确现象扩大到模糊现象的领域[5]。

4.3 灰色模糊评价方法

1994年，我国学者陈大为于提出了灰色模糊集合理论，将灰色集合与模糊集合进行有机结合[6]。模糊数学理论和灰色系统理论是两种最常用的不确定性系统研究方法，其研究对象都具有某种不确定性，这是两者的共同点。但由于研究对象在不确定性上的区别，这两种研究方法各具特色，灰色系统理论与模糊数学理论在处理问题时着眼点不同，灰色系统着重研究内涵不明确，外延明确的问题，而模糊数学则相反。模糊数学着重研究内涵明确，外延不明确的对象，而灰色系统理论则相反，因此两种方法各有所长，互相补充。所以， “灰色模糊集合”，既是模糊集合的推广又是灰色集合的推广。

根据前面对沥青海上运输安全评价特点的分析，可以得出我国进口沥青海上运输安全评价既存在模糊性又存在灰色性的结论，假设只分析其中一种特性就会忽视另一个特性，这就产生不准确的评价结果。灰色模糊模型结合了灰色性和模糊性的优点特征，是研究沥青海上运输风险安全的最佳方法之一。

(1)灰色模糊集合概念

可以看出，空间X={x}上的模糊子集A,当x对于A的隶属度uA(x)是 [0,1]上的一个模糊集合时，称为二型模糊集合。

定理1设A是空间X={x}上的模糊子集，或对于A的隶属度uA(x)是[0,1]上的一个灰数，其点灰度为vA(X)则称A为X上的灰色模糊子集或灰色模糊集合，简称GF集，记作即={(x,uA(x)),(x,vA(x)|x∈X} 式 (1)

定理2式（2）中的 (A,A~)称为灰色模糊集的分部表示，其中A称为的模糊部分，简称模部，A~称为的灰色部分，简称灰部。若GF集的灰部A~为经典集合a，则=（A，a）=A，故模糊集合是灰色模糊集合的特例：；若GF集A～的灰部A~为经典集合a,则A～=（a，A~）=A~，故灰色集合是灰色模糊集合的特例。所以，灰色模糊集合既是模糊集合的推广又是灰色集合的推广，因而更是经典集合的推广。

当X为有限集时，可以把A～表示为：

由此定理可知，灰色模糊集合A由数偶 (uA(x),vA(x))所唯一确定[12]。

(2)灰色模糊关系

任一模糊关系，若是灰色的 (即信息不完全的)，则为一 “灰色模糊关系”，其定义如下。

定理3给定空间X={x}与Y={y}，若x与y对模糊关系R的隶属度uR(x,y)点灰度，vR(x,y)，则称直积空间X×Y中的灰色模糊集合。

～R={（x,y),uR(x,y),vR(x,y)|x∈X,y∈Y}为X×Y上的灰色模糊关系，简称GF关系。灰色模糊关系同样可以用 “集偶”表示为～R=(R,R~)。

其中R={(x,y),uR(x,y)|x∈X,y∈Y}称为X×Y上的灰色关系。式(4)

定理4设～R与～S分别为X×Y与Y×Z上的GF关系，则称X×Z上的GF关系

～R。～S=(R。S，R~。S~)为GF关系～R与～S的合成。

当X={x}，Y={y}，Z={z}均为有限集时，GF关系及其合成可以用 “GF矩阵”来表示。

设R=[uij]m×n是一个模糊矩阵，若元素 uij有点灰度vij则称以序偶 (uij,vij)为元素的矩阵

为灰色模糊矩阵，简称GF矩阵，记作[(uij,vij)]m×n。

(3)灰色模糊综合评价

设评价对象的因素集合为X={x1,x2,x3…xm}，对各因素的评价集合为Y={y1,y2,y3…ym}，总评判为直积空间X ×Y上的灰色模糊关系～R，用矩阵表示即

称为GF评价矩阵，其中uij表示元素 (xi,yi)对模糊关系R的隶属度 (uRxi,yi),vij则反映获取信息的充分程度，即uij取值的确定程度，其定义如下：

若未确定各因素的恰当的权重分配，只知道各权重的大概值或近似值，则可将各因素的权重分配看作GF关系矩阵：

最后，～R与～A合成得：～B=～R,～A=(R·A,R~·A~)

最后得出灰色模糊单级综合评判结果，即单级GF综合评价，根据以上定理，通过递推最终进行多级灰色模糊综合评价。

从以往的研究成果来看，灰色模糊模型在系统内数据较少和不满足统计要求条件情况下，更具实用性和可行性。但对于一个复杂的评价对象，就会涉及到许多影响因素，在评价过程中就可能遇到两方面的困难：一是过多的影响因素可能会造成各个因素的权重难以确定，并且即使能够确定权重，但由于过多的因素使每个因素分配到的权重值都很小，导致最终的评价结果失真，得不到有效和有用的信息；二是因素本身具有一定特性，分属不同的类别、层次，在同一水平上难以确定出权重。