“一带一路”视角下进口中东石油海上运输脆性风险研究

2018-07-24王家明

统计与信息论坛 2018年7期

丁浩，杨洁，王家明

(1.中国石油大学(华东) 经济管理学院，山东青岛 266580；2.中国石油大学胜利学院，山东东营 257061)

一、引言

工业化的迅速发展使中国石油消费速度不断提高，而现在国内石油资源储产比为11.7，石油储量有限但需求量大，导致石油消费对国际石油供给市场的依赖性较高，2015年中国石油对外依存度首次超过60%[1]。因此，确保中国进口石油供应安全对保障中国经济发展具有重要作用。

能源合作是“一带一路”建设的重点领域，可提高沿线国家的能源利用率并促进当地经济发展。沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特等与中国有石油合作项目的中东国家，都位于“一带一路”沿线，因此“一带一路”地区石油资源丰富、优质，而且易开采、成本低，涵盖大部分世界石油储量排名前15的国家，是稳定的全球石油供给地，也是中国主要的石油进口来源。从能源运输角度分析，“一带一路”地区处于亚欧大陆中心，是全球石油运输的咽喉要地，由于中国进口石油运输近80%选择海上运输方式，因此“一带一路”涵盖了中国进口石油的主要关键路线，其中中国石油进口量的80%需要经过马六甲海峡，接近40%从霍尔木兹海峡通过[2]。

以进口中东石油海上运输为例进行分析，有助于简化对进口石油整体运输风险的认识，对促进石油供应稳定有重要作用。此外，加强对“一带一路”建设中石油进口的研究、确保石油供给安全，是保证中国能源结构稳定的基础，而石油运输环节又是进口石油过程中可控程度相对较高的部分[3]。因此，本文对进口中东石油海上运输过程的脆性风险进行分析，对降低进口石油整体风险有重要贡献。

脆性是复杂系统的固有属性，是系统受到干扰因素影响后，使某环节发生故障而引起其他环节或整个系统受到影响乃至崩溃的属性。脆性风险指的是系统运行过程中突然崩溃的风险，系统脆性风险发生表示系统脆性受到干扰因素的作用而导致的最终结果[4]。Rong Pan-xiang等利用模糊层次分析法对交通系统的脆性风险进行了研究[5]；陈厚忠等利用脆性联系的相关理论对客滚船的航行风险进行分析，并以具体航线为例进行了模型的示范应用[6]；彭丽利用灰色模糊集合的相关理论对中国进口石油海上运输的安全度进行了分析[7]；王尧利用双目标运输网络优化对中国石油进口运输环节的安全状况进行分析并提出了优化对策[8]。

在当前研究中，已有专家学者对运输过程的脆性风险进行分析，但对石油的运输过程进行系统的定量研究较少，同时对进口石油海上运输的研究主要集中在宏观层次，针对其脆性风险的分析更少。因此，本文基于“一带一路”的背景，对中国进口石油海上运输的脆性风险进行分析，在一定程度上弥补了当前研究领域的空白，具有一定的研究价值，同时也为降低进口石油运输风险、保障石油进口安全提供指导。此外，对运输过程脆性风险的研究方法主要有模糊综合评价法、层次分析法、脆性联系理论及贝叶斯网络等，其中贝叶斯网络是在图集中进行概率计算的网络模型，在解决不确定性问题方面有独特优势，它是一种基于先验概率分布条件的定量分析方法，能对风险进行量化处理。因此，本文采用贝叶斯网络模型，对“一带一路”视角下中国进口中东石油海上运输的脆性风险进行研究。

二、基于贝叶斯网络的脆性风险研究方法

贝叶斯网络(Bayesian Network)被广泛用作预测、诊断、推理的有效工具，能表达变量间的因果关系并能进行推理[9]。贝叶斯网络可进行向前预测和向后诊断两种处理[10]：向前预测指的是根据基本事件发生故障的可能性，即先验概率预测结果事件出现的概率大小；而向后诊断则是在结果事件已经发生的前提下，根据贝叶斯网络模型构建的各节点之间的关联程度，找出导致结果事件发生的各原因事件发生的可能性即后验概率，并由此确定使结果事件发生的具体原因。

杨能普等通过构建铁路危险货物运输过程风险的故障树模型，映射为贝叶斯网络，并利用重要度分析法定量评估危险货物的运输风险[11]；Shan Xian等利用模糊贝叶斯网络的方法研究了天然气管道运输的泄漏风险，将故障树结构转为贝叶斯网络后，利用贝叶斯网络的双向推理能力进行敏感性及影响力分析[10]。

基于贝叶斯网络的脆性风险分析模型具体构建过程如下：

1.分析影响脆性风险发生的各方面因素，确定风险发生的影响因子并设计故障树结构。故障树一般包括顶事件、中间事件及底事件(又称基本事件)三方面，通常自上而下建立，即通过设定发生事故为顶事件，分析其产生原因以确定中间事件，并设置影响中间事件的、可进行测量的因素作为基本事件。

2.故障树映射为贝叶斯网络。将故障树中各事件、逻辑关系和贝叶斯网络的各符号建立对应关系后，故障树可映射为贝叶斯网络[11]。

3.通过专家综合评判法与模糊集理论相结合，确定贝叶斯网络中基本事件发生概率。本文选用“很低(VL)、低(L)、中(M)、高(H)、很高(VH)”5个模糊语言来表达基本事件失效的概率大小，这些基本事件所代表的元素对其集合的隶属度变为[0,1]范围内任意一个数值[12]，具体情况如式(1)所示，其中三角模糊数的赋值情况如表1所示。

(1)

选择多名专家对基本事件发生故障的概率打分，归一化处理各专家得分后，计算出每位专家的权重系数，并将专家语言转化为隶属度函数。

模糊数P*可通过中心面积法求得，如式(2)所示：

(2)

通过解模糊来计算基本事件的失效概率P，如式(3)、(4)所示：

(3)

(4)

4.在贝叶斯网络中进行重要度分析。国内外专家学者通常采用结构重要度、概率重要度和关键重要度来研究基本事件导致故障发生的可能性大小，具体如式(5)～(7)所示。

1) 结构重要度

1≤j≠i≤n)-p(T=1|xi=0，

p(xj=1)=0.5,1≤j≠i≤n)

(5)

式中，T为顶事件；xi、xj为基本事件；p(T=1|·)为顶事件发生的条件概率；xi=1或0分别表示基本事件i发生或不发生的状态；p(Xj)=1为基本事件j的发生概率；n为基本事件总数。

2) 概率重要度

(6)

3) 关键重要度

p(T=1|xi=0)]/p(T=1)

(7)

通过上述步骤，可对脆性风险进行预测、预防及诊断。对各基本事件的先验概率、后验概率及重要度进行排序比较后，对评估结果进行分析整合，确定影响脆性风险发生的主要原因事件，并及时采取措施进行风险控制，将有助于降低脆性风险发生的可能性，保障系统运行稳定。

三、脆性风险影响因素分析

中国从中东地区进口石油的海上运输路线主要为波斯湾—霍尔木兹海峡—马六甲海峡—南海—中国[13]。本文按风险涉及对象的类型将进口中东石油海上运输过程中的脆性风险分为以下四类：石油自身运输风险、油轮及其设备风险、海运航线风险及国家应对突发事件的能力。

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(一)石油自身运输风险

当前世界能源治理结构体系不完善，石油出口组织(OPEC)不能决定国际石油价格[14]，发达国家过度干预国际石油合作，使中国在进口石油方面处于劣势。此外，石油为易燃易爆品，海上运输需进行包装安全性检验，防止溢油威胁。“一带一路”建设加强区域能源合作、制定石油供需政策，将有助于稳定油价、降低因油价偏高带来的风险。

(二)油轮及其设备风险

1.油轮及其设备自身风险。油轮及其设备的安全性能过低会造成石油资源的直接损失，严重者甚至带来人员伤亡；而油轮的技术水平高则表示溢油事故发生时能快速反应并采取有效措施进行事故处理[7]，防止危害进一步恶化。“一带一路”建设中石油合作是重点合作项目，油轮的作用更为突出，为此中国已加大了对油轮的建设投入、鼓励支持技术创新，不断提高油轮及其设备的安全性能和技术水平。

2.国家对油轮及其设备的投入度。国家对油轮及其设备的投入主要分为：基础建设投入度、营运费用投入比率、国内承运石油份额及国内油轮运输能力四项[7]。目前，中国油轮吨位普遍偏低、船龄较长，且油船体系大多不满足海运标准[8]，进口石油硬件设备带来的运输风险较高；同时，中国进口石油的承运份额小，石油进口商与邮轮公司关系不稳定，缺少联系与合作，在进口石油方面受限情况严重。“一带一路”建设促进了对油轮的设施建设，提高了与石油出口国家的合作程度，加强了石油进口商与油轮公司的互动，营造了良好合作氛围，不断提升的油轮实力使中国对进口石油的承运份额逐步加大。

(三)海运航线风险

1.航线整体风险。

(1)海运航线及通道容量影响。海运航线越长，运输过程中可能遇到的威胁就越多，脆性风险发生的可能性就越大；通道容量指的是海上运输通道对运输量的承载能力[13]，通道容量越大则海运风险越小。马六甲海峡水深且多流沙、海底地形不规则，对通行油轮的吨位有严格限制，该地区通道容量的限制对石油运输风险的影响作用较大。

(2)自然力影响。海运航线较长，途经地区地形恶劣，如马六甲海峡、印度洋及中国沿海等地海洋环境复杂、气象多变，海上运输常遭受台风、巨浪等灾害影响[8]，人力难以抗衡，威胁度较高；霍尔木兹海峡多岛屿、浅滩及礁石，宽度不等且水速较快，易发生事故造成通道堵塞；马六甲海峡水流平缓且泥沙居多，易产生泥沙淤积区，对通道安全造成严重威胁。

(3)途经地区的地缘政治特点影响。21世纪以来，马六甲海峡附近海盗及恐怖主义事件频发，该海峡泥沙淤积区较多、部分通道狭窄，过往油轮体重大、通过海峡时行动缓慢，最易受到攻击。海盗及恐怖主义袭击对中国石油运输的威胁性很高，中国应加强重视。

2.沿海港口装卸能力。

1)客观因素影响。港口装卸能力对进口石油海运风险的影响主要体现在油船向港口转移石油过程中、储存转运过程中，由于石油燃烧性、腐蚀性的特点导致石油溢油事故时有发生，对石油运输造成严重危害[15]。如2010年大连新港附近因操作不当导致输油管线爆炸，造成人员伤亡及石油损失。

2)主观因素影响。港口人员不安全行为或组织管理不善会导致港口石油储运出现问题，容易造成石油泄漏、火灾及爆炸，对石油运输带来威胁。

3.国家对海运航线的控制防卫能力。中国进口中东石油的航线单一、集中度较高，对整体航线的控制防卫能力作用突出。在中国一般采用军舰对进口石油船队进行护航工作，但中国的军舰实力相对比较薄弱[8]，尤其是在马六甲海峡问题上，中国在护航方面的战略控制能力较差。

(四)应对突发事件的能力

进口中东石油海上运输环节可能发生的故障种类较多，能否针对运输过程中的突发事件及时采取合理措施补救，是进口石油海上运输脆性风险是否发生的重要影响因素。应急能力主要分为两个方面：对石油的存储能力及开辟临时运输航线的能力[7]。当发生不可控的、影响海上运输安全的突发事件导致油轮无法继续前进时，若能就近存储石油，将有效降低石油损耗、减少相关成本；在运输航线出现事故造成堵塞等情况时，若能主动规避风险、开辟出一条临时运输航线，则可以保证石油供应的相对稳定。

四、脆性风险评估

(一)脆性风险评估模型构建

故障树分析法(FTA)是对系统内存在的危险因素进行定性与定量分析的逻辑演绎法，一般用具有一定逻辑关系的图形元素组合形成的树形图来表示[16]。结合对“一带一路”视角下中国进口中东石油海上运输脆性风险影响因素的分析，本文构建了故障树事件设计表，如表2所示。针对脆性风险故障树事件设计，本文通过Visio软件绘图得到故障树结构，如图1所示。

表2 基本事件设计表

图1 中国进口中东石油海上运输脆性风险评估故障树图

将故障树中各事件、逻辑关系和贝叶斯网络模型的各符号建立关系后，故障树可转化为贝叶斯网络，如图2和图3所示，其中T代表故障树中的顶事件，x1,x2,…，xn代表基本事件。利用GeNIe软件，可将故障树映射成贝叶斯网络，如图4所示。

图3 或门图

(二)脆性风险预测

采用调查问卷的方式由专家综合评判，可弥补其他方法数据不完整的缺点，得到较为准确的先验概率。

选择多名专家对基本事件发生故障的概率打分时，每位专家的权重值根据其背景区别，具体赋值方式如表3所示。

本次问卷调查在青岛港进行，共发放20份问卷，收回15份，删除无效问卷后获得有效问卷10份；根据表3对专家情况赋值，权重情况如表4所示，专家观点见表5。

表3 专家权重标准表

图4 中国进口中东石油海上运输脆性风险评估贝叶斯网络图

表4专家权重设计表

专家序号职位工龄学历得分权重1高级工程师25研究生250.162科员18本科150.103主管5硕士110.074安全员13本科130.095主管40本科180.126检验员18大专130.097站长17本科200.138一级工程师10本科160.119技术员6大专90.0610办事员9本科110.07

表5 调查问卷结果表

根据式(1)～(4)，计算进口中东石油海上运输脆性风险中各基本事件的先验概率，计算结果见表6。

表6 专家语言概率转化表

通过GeNIe软件计算得到，进口中东石油海上运输过程脆性风险发生的概率为0.01，其中导致事故发生的直接原因——“海运航线安全性较低”的发生概率为6.37E-03，“石油自身的运输风险较高”为3.00E-03，“应对突发事件的能力弱”发生概率为1.48E-03，“油轮及其设备风险较高”为2.35E-19。因此，应优先考虑采取措施降低海运航线运输风险。

(三)脆性风险预防

对基本事件重要度进行排序，可明确各事件对发生脆性风险的影响程度，针对影响程度高、降低发生概率较为容易的事件采取控制措施，能有效预防中国进口中东石油海上运输脆性风险的发生。

1.重要度计算。根据式(5)～(7)，在GeNIe软件中，可分别计算基本事件的三个重要度，结果见表7。

表7 进口中东石油海上运输脆性风险基本事件重要度计算结果

2.重要度排序。在基本事件先验概率未知的情况下，假设各事件的发生概率都相等，本文将其发生概率均定为0.5，并得到结构重要度排序结果如下所示：

在已知基本事件的先验概率基础上，对各事件进行概率重要度计算并排序：

对各基本事件的关键重要度排序，以便发现降低哪些事件的发生概率比较容易：

3.重要度排序结果分析。由结构重要度排序结果可知，事件“石油自身运输风险大”、“自然力对航线的影响”、“客观因素影响导致沿海港口装卸能力差”及“国家对海运航线的控制防卫能力低”等的结构重要度较高，采取措施降低这些事件的发生概率将有效保障进口中东石油海上运输环节的稳定。此外，“油轮及其设备自身发生故障”及“国家对油轮及其设备的投入度较低”等事件结构重要度较低，表明现阶段这方面产生故障对海运脆性风险发生的影响较小。

概率重要度与关键重要度两者高峰的交集表示影响顶事件发生故障程度较高、降低先验概率较为容易的事件，采取措施降低这些事件发生故障的可能性，将快速有效地降低进口中东石油海上运输脆性风险。

从概率重要度及关键重要度的排序结果发现，概率重要度前8名重要性相同，但其关键重要度略有不同。保障油价稳定、提高国家对海运航线的控制防卫能力、加强对气象海况及途经地区的监测并提高防控能力等，可有效降低进口中东石油海上运输环节脆性风险发生的可能性，保障石油供应稳定。同时，事件“油轮及其设备发生故障的风险高”重要度较低，表示降低这些事件的发生概率对提高进口石油海上运输环节安全性的作用较小且降低难度较大。

(四)脆性风险诊断

利用贝叶斯网络的诊断功能，根据后验概率排序对引起脆性风险发生的原因进行诊断。通过GeNIe软件计算各基本事件的后验概率，如表8所示。

表8 进口中东石油海上运输脆性风险基本事件后验概率

基本事件的后验概率排序结果如下：

Px1>Px22>Px21>Px20>Px11>Px12>Px13>Px15=Px16>Px10>Px14>Px2>Px9>Px17>Px8>Px7>Px3>Px18>Px19>Px6>Px4>Px5若进口中东石油海上运输过程发生脆性风险，最可能的原因是国际石油价格偏高、石油运输过程中应对突发事件的能力弱、国家对海运航线的控制防卫水平低、自然力对海运航线安全性的影响、海盗及恐怖主义袭击等。当海上运输环节发生脆性事故时，可优先检验以上这些事件是否发生，以便节省时间及成本。

五、脆性风险控制措施

根据对进口中东石油海上运输环节脆性风险的评估，本文在此提出降低重要度较高事件的发生概率以降低脆性风险。

(一)建立“一带一路”石油输送合作规划

海运航线的客观因素很难改变，为降低进口中东石油海上运输的脆性风险，中国可通过“一带一路”建设构建石油输送合作规划以分解现有运输风险。

在进口石油运输方式上，中国可利用建设“一带一路”沿线经济带的机会，进一步加大石油管道运输的投入，以减小海上运输的压力、改变过度依赖的劣势。“一带一路”建设通过打通中东与相邻国家的通道，直接经过这些国家将石油运输至中国，通过与巴基斯坦、阿富汗等国建立合作关系，采取陆上运输中东石油的方式，将绕开马六甲海峡，大大缩短运输航线；而通过与沙特阿拉伯、阿联酋及伊朗等国的能源合作，绕开霍尔木兹海峡，也可减弱进口中东石油海上运输环节的脆性风险。

此外，“一带一路”建设加强了与中东地区石油生产国及运输通道途经国家的联系，将大大促进并改善中国与进口中东石油海上运输环节途经地区的地缘政治关系，为降低中国进口石油海上运输环节的脆性风险做出贡献。

(二)加强海军建设提高防卫能力，积极打击海盗及恐怖主义

中国应提高海军的远航作战能力及防卫能力，完善对油轮的保护机制；同时，应加强对危险海域的巡逻，加强对海上环境的检测能力，提高对气象、海况等自然力的重视度，提前做好各种预防措施；提高海军编队在石油进口航线上护航的频率，严厉打击海盗行为；此外，中国应加强国际间合作，充分利用“一带一路”建设，与东盟国家、南海周边国家及新加坡等地加强海事合作、强化海上遇险应急反应制度建设，制定推进海上安全的相关合作项目，促进人力资源培训及技术交流等。

(三)构建港口安全预警系统，提高沿海港口装卸能力

在“一带一路”建设中港口作为石油资源运输的节点，重要度进一步加强，可建立石油储运过程的安全预警系统，针对石油储运的各个环节进行预警，包括港口风险监测、识别、诊断在内的预警分析及包括警情演示系统和应急救援体系在内的对策处理两部分，对各项事故进行实时监测和妥善处理，有效降低港口在转运石油过程中发生风险的概率，提高装卸水平。