老龄VLCC海上储油风险的多层模糊综合评价

李源， 秦北辰， 朱发新

（1.浙江海洋大学 港航学院，浙江 舟山316022；2.江苏百盛工程咨询有限公司，南京210004；3.苏交科集团股份有限公司，南京210017）

0 引 言

与新建陆上储油设施的模式相比，老龄VLCC（Very large crude carrier，VLCC，载重20～30万t间的超大型油轮；老龄VLCC，船龄15年以上的VLCC）用于海上储油，具有初始投资较低、建设周期较短、配置相对灵活、陆地污染较轻等明显优势[1]。但是，老龄VLCC海上储油的风险客观存在（尽管有些呈显性，有些呈隐性）。预测老龄VLCC海上储油发生风险的可能性，判定事故造成后果的严重程度，寻求提高风险的应对和降低风险的能力，并减少因事故而产生的人员伤亡、经济损坏及环境污染，对于储油企业实施风险管理、监督和决策具有现实意义。

1 风险与风险评价

1.1 风险

结合诸多说法，风险是指某一有害事故发生的可能性和事故后果的组合[2-3]。

老龄VLCC海上储油风险，指在某一特定条件下，导致老龄VLCC海上储油系统中人员、财产、环境受到伤害的可能性及其伤害的程度。含义包括两方面：一是伤害发生的概率；二是主体遭受伤害的程度[3-5]。

1.2 老龄VLCC海上储油风险因素的主要表现

根据相关资料和对国内某老龄VLCC海上储油基地的调查，归纳了具有代表性的风险因素，择要列于表1中。

表1 某老龄VLCC海上储油各级风险因素表

1.3 风险评价

风险评价就是在风险事件发生前、后或过程中，量化分析、评价该风险事件对人员安全、经济等方面造成的影响及可能性的过程，亦即通过一定的模型或技术对某一事件带来的影响和损失的可能程度[6]。

2 综合评价方法

2.1 综合评价的目的

综合评价，就是对受到多个因素制约的事物或对象做出一个总的评价。即根据所给的条件，针对评价对象的全体，采用一定的方法给每个评价对象赋予一个评价值，再据此择优或排序的一种评价方法[7]。

综合评价的目的是：通过对若干评价对象按照一定意义进行排序，从中选出最优或最劣的对象。通过综合评价和比较，使每一个评价对象都能够找到自身的差距，便于及时采取措施进行控制、改造[8-9]。

2.2 主要综合评价方法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、数据包络分析法、人工神经网络评价法、灰色综合评价法、模糊综合评定法、模糊神经网络评价法等[10]。

各种综合评价方法的整体思路大致相近，本文采用“AHP+模糊综合评价”方法。

2.2.1 层次分析法

层次分析法是对一些较为复杂、模糊的问题做出评价、决策的方法，它特别适用于难以完全定量分析的问题。运用这种方法，将定性与定量相结合，可以将复杂的问题分解成若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，可以得出不同方案的权重，为最佳方案的选择提供依据[11]。

层次分析法的基本思路是：首先建立多层次的结构模型；然后对同一层级的要素进行比较，根据判断尺度确定其相对的重要度，并据此建立判断矩阵；再通过一定的数学处理，进而确定各要素的相对重要度（即权重）。

2.2.2 模糊综合评价法

从多方面对事物进行评价，难免带有模糊性和主观性。模糊综合评价法通过模糊数学的方法对风险进行综合评价，具有系统性和模糊性的特点。使用该方法，将使得评价的结构尽量客观，得到较好的实际效果。

对于这种多指标、多层次的综合评价，可以采用多级模糊综合评价模型。模糊综合评价法可以用来对多因素、多指标进行全面的定量评价[12]。

3 老龄VLCC海上储油风险的AHP+模糊综合评价应用

3.1 评价过程示意图

评价过程的大致步骤如图1所示。

3.2 建立评价对象的因素集

用U表示因素集，Ui表示影响因素（i=1，2，…，m），m为评价因素的个数，因素集表示方式为

为便于权重分配、评议，可按评价因素的属性分成若干类。每一类都视为单一评价因素，为第一级评价因素，其下可设置第二、第三级评价因素，依此类推。

将表1中 老 龄VLCC 海上储油的风险因素的四大类型，作为一级评价指标，具体风险因素各大类的前3项作为二级评价指标，建立因素集。

图1 基于AHP的老龄VLCC海上储油风险模糊综合评价过程图

3.3 确定评价对象的评价集

评价集用V表示，Vj为评判元素，n为评级个数，表示方式为

每一评价等级对应一个模糊子集（论域上的模糊集合）。

老龄VLCC海上储油风险危险程度分为非常危险、比较危险、临界状态、比较安全和非常安全等5个等级。数学表述为

3.4 确定评价因素的权重向量

3.4.1 权重概述

权重是以某种数量形式对比、权衡被评价事物总体中诸因素相对重要程度的指标。在进行模糊综合评价时，权重对最终的评价结果会产生很大的影响，不同的权重有时会得到完全不同的结论[13]。

用A表示权重集，ai表示第i个因素的权重，表示方式为：

3.4.2 建立层级结构模型

根据表1所列各级风险因素，建立老龄VLCC海上储油风险层级结构模型如图2所示。

图2 老龄VLCC海上储油风险层级结构模型

3.4.3 构建判断矩阵

第2层对第1层的判断矩阵：

x12=6表示U1与U2对总目标的重要程度为6：1，其余依次类推。

设人员风险的判断矩阵为A1，环境风险的判断矩阵为A2，船体风险的判断矩阵为A3，管理风险的判断矩阵为A4。第3层对第2层的判断矩阵分别为：

3.4.4 计算权向量并进行一致性检验

1）处理矩阵数据。

先对判断矩阵的每一列向量进行归一化处理，得到

再对得到的矩阵按行求和并归一化处理，得到权向量：

其中：0.506、0.067、0.323、0.104分别为人员风险、环境环境、船体风险、管理风险所对应的权重。

此时计算最大特征根的近似值λmax：

2）进行组合一次性检验。

组合一致性检验逐层进行，分别计算出各层的一致性比率。若共有s层，则第k层对第1层（假设只要一个因素）的组合求向量满足：w（k）=w（k）w（k-1），k=3，4，…，s。

一致性指标的算式为

若C.I.=0，表明A一致；C.I.越大，代表A的不一致程度越高。则有：

不难看出，C.R.＜0.1，满足一致性检验。

3）第3层对第2层判断矩阵的数学处理和一致性检验。略去矩阵数据处理过程，仅介绍一致性检验的结果。二级评价指标各项权重如图3所示。

图3 第三层评价指标各项权重示意图

通过计算，得到：

由于C1.R1.＜0.1，通过一致性检验。

3.5 进行单因素模糊评价

单独从一个因素出发进行评价，以确定评价对象对评价集合V的隶属程度，称为单因素模糊评价或一级模糊综合评价。等级模糊子集构建后，要对被评价对象从每个因素ui上逐个进行量化，即确定从单因素来看被评价对象对各等级模糊子集的隶属度[12-14]。

在确定某VLCC隶属关系时，邀请相关管理、技术人员和有关评价专家15人为咨询对象，以问卷调查的形式让其对综合评价系统第3层各风险因素进行评价，依据危险等级对评价对象打分。为便于后续的数据处理，将调查的结果统计、整理列表，如表2所示。

进行一级模糊运算，表3中的数据建立单因素评判矩阵：

对判断矩阵归一化，得到R1′（R2′、R3′、R4′略）：

表2 某老龄VLCC海上储油危险等级一览表

进行模糊综合评价，评价模型为

式中，“⊗”表示广义的合成运算。

将单因素评判矩阵乘以相应的权重集，得到模糊综合评判集Di，其中Di=（i=1，2，…，n）为每个模糊综合评价指标，则模糊综合评判集Di为

“平均加权”算子，将W1、R1′数据代入评价模型（25）得

再分别求出D2、D3和D4：

3.6 评价结果分析

在完成一级模糊综合评价后，仍需对指标di进行二级模糊综合评价。承一级模糊评价结果，构建二级模糊综合评价矩阵，R对应为

结合式（11），得出二级评判向量D：

对评价集各等级分向量按百分制分别取值，设V=（V1，V2，···，VN）为分数集，N 的取值同评语集的等级（危险等级的总数N为5），其中VJ表示第J集评语的分数，以100为满分，用等差打分法可得：

将计算出的风险因素对于评价集V的隶属度排序如表3所示。

根据最大隶属度原则，综合评判后，可以得出以下结论：总隶属度为57.42，说明隶属程度一般，该老龄VLCC目前海上储油的风险状况集中于“临界状态”，略微偏向于“比较安全”的状态，但潜在危险程度较高，不可以掉以轻心。

另外，由式（11）可以看出：“人员风险”的比重高达0.506。由图3可以看出，“机械故障”、“操作失误”、“高温”及“工作流程不规范”方面的风险占比均较高，需要加强这些方面的防范管理，为后续的风险控制与决策打下基础。

表3 风险因素对于评价集V的隶属度 %

4 结 语

我国老龄VLCC海上储油的风险评估起步较晚，能够参考的资料少之又少，加之老龄VLCC海上储油面临的环境复杂、多变，风险因素亦多样、多变，风险因素的取值较难。尽管风险评价的方法很多，但有些定量评价对数据的取值要求较高、处理难度也较大，也不一定能够取得好的效果。

单纯的定量评价方法很难对VLCC海上储油风险作出准确、客观的评价。“AHP+模糊综合评判法”能够对此过程进行量化，使老龄VLCC海上储油风险的定性评价精细化、明朗化，使定性分析与定量评价真正统一起来，对评价风险对象的评判更加客观准确，使风险的评价更具操作性，其评价结果更加科学合理。