基于区间特征根-改进二元语义的储罐区应急救援能力评价

蔡晓明 陈燕才 季仁柱 郭坚 任春燕 郭自强

1河北华北石油工程建设有限公司

2中国石油华北油田分公司第五采油厂

储罐区是油品储运和运输的重要区域，也是联合站、油库、转油站的重点场所，由于原油具有易燃易爆特性，储罐区的安全显得尤为重要。英国邦斯菲尔德油库因912号油罐液位计故障导致高液位报警和开关联锁失效[1]，油品通过顶部排气口产生溢流，遇到明火后在地面形成了油池火，在空中形成蒸气云爆炸，造成43人受伤，经济损失2.5亿英镑。该事故不断反复扩大的原因主要为灾后应急救援能力不足，无法及时对事故进行应急响应[2-4]。因此，开展应急救援能力的评价，对于提高储罐区安全可靠性，保障罐区平稳运行具有重要意义[5-7]。

目前，已有相关学者针对储罐区事故应急救援能力进行了研究。蒋东[8]通过分析临海油库重大事故的致因机理，从人、物、环、管等四个方面建立了评价指标体系，并提出了可行性建议；周宁等[9]利用GIS技术开发了三维油库应急救援系统，可根据现场检测到的信息推测事故发生的后果，并对事故的发展进行演化；周欢[10]将层次分析法和模糊评价相结合，构建了基于保护层的应急救援能力评价体系。以上研究对于储罐区应急救援能力的评估具有重要意义，但关注的重点均在灾中，即事故发生时进行评价，对于事故发生的全过程管理明显不足。因此，根据我国消防安全工作“预防为主，防消结合”的方针，从预防能力、准备能力、响应能力和恢复能力四个方面建立储罐区应急救援评价指标体系[11-12]，采用区间特征根法确定各层次的指标权重，为了有效避免语言评估过程中的不确定性，利用改进的二元语义对储罐区的应急能力进行评价，以期为管理者制定防范措施提供理论依据和实际指导。

1 评价指标体系建立

通过对邦斯菲尔德事故和“7.16”大连油库爆炸事故进行分析，储罐区发生火灾爆炸的直接原因是由某一危险源因素引起，但从整体看，均为危险源突破了保护层（LOPA）后引发了安全事故。因此通过逐层分析保护层失效直到引发事故的全过程，对灾前、灾中和灾后进行评价。参照美国CAR应急能力评价指标体系的相关做法，按照层级和职能属性，根据事故管理周期从预防能力、准备能力、响应能力和恢复能力四个方面建立储罐区应急救援能力评价指标体系（图1），一级指标4个，二级指标23个。

图1 储罐区应急救援能力评价指标体系Fig.1 Evaluation index system of emergency rescue capability in storage tank area

2 指标权重确定

图1中的指标基本全为定性指标，且各指标之间存在耦合协调关系，如危险源辨识能力直接影响应急预案和应急决策，指挥协调能力又影响应急物资和装备的准备情况。在此，采用区间特征根法对各指标的影响权重进行赋值，该方法将传统层次分析法与区间数学方法相结合，可有效解决评价专家对重要因素无法精确评价的问题，无需检验判断矩阵的一致性，可一次构建判断矩阵，方法如下：

（2）根据D-和D+，分别计算系数α、β。

（3）结合公式（1）～（2），得到各层评价指标的权重区间ωi。

（4）取区间两端的算术平均值，确定评价指标的最终权重W 。

将各指标进行归一化处理后，得到W=[W1，W2，…，Wi]T，Wi为第i 级指标的权重。

3 评价模型

3.1 基本原理

二元语义是通过一个二元组语言(sk，σk)表达专家的评估意见，将复杂模糊的语言评估信息转为定量的数字评估信息，其中sk为自然语言评价集中S={s0，s1，…，sk} 的第k 个元素；σk为对应二元语义下的转移数值区间，满足σk=[-0.5，0.5）表示评估结果与短语sk之间的偏差。该方法目前在多属性决策和安全评价领域广泛应用，但在标度转换的过程中，所得到的结果往往与初始定义的语言评价集不一致，造成语义信息的失真和扭曲。在此，参照文献[10]引入复合标度，采用改进的二元语义对应急救援能力进行评价。

3.2 改进二元语义

定义1：假设sk∈S 为一个语言短语，其相应的二元语义形式可利用函数θ 表示。

定义2：定义一组语言评估信息分别为q0，q1，…，qn-1，qk∈S，k 为0 到n-1 的实数，经语言评估信息qk集结得到的结果为实数再通过Δ 函数计算与β 相关的二元语义形式，计算公式为

式中：round 为四舍五入取整运算；a 为等级参数，取值1.4。

2.1.2 一氧化氮(nitric oxide，NO)与NOS NOS具有3种亚型，即正常状态下表达的神经元型NOS和内皮型NOS以及在损伤后诱导表达的诱导型NOS。NO对视网膜的微循环调节起重要作用[15]。NO生成量与NOS活性的改变是造成糖尿病慢性并发症的原因之一，多数情况下，糖尿病早期NO升高，糖尿病晚期NO多降低，表现为初期升高、代偿正常再下降的趋势。氨基胍具有抑制NO生成的作用，可选择性抑制DR的发生。抑制诱导型NOS及其产物的表达可在一定程度上抑制DR并发症的发生[11,16]。

定义3：通过Δ-1函数将(sk，σk)转化为对应数值β ∈

转化后得到

定义4：定义g={(s0，σ0),(s1，σ1)，…，(sn-1，σn-1) }为一组二元语义，计算算术平均值。

定义5：定义二元语义对应的权重向量为ω=[(ω0，r0)，(ω1，r1)，…，(ωn-1，rn-1)]，此处的权重向量取区间特征根法计算得到的权重，则算术平均值计算式为

3.3 储罐区应急救援能力等级及转移数值区间

根据储罐区应急救援能力特点，并参照文献的相关做法，将应急能力分为5个等级（表1）。根据表1 划分的应急救援能力等级，k 的取值为0，1，2，3，4，m+1 为粒度5，则m=4；当应急能力等级为VL（差）时，对应二元语义为(s0，σk)，σk∈[-0.5，0.5），当σk取左边界-0.5时，根据公式（9）计算转移数值区间；当σk取右边界0.5时，根据公式（9）计算转移数值区间因此VL 等级下的转移数值区间为[-1.139 1，-0.656 5）。

表1 应急救援能力等级及转移数值区间Tab.1 Emergency rescue capability level and transfer value range

3.4 评价步骤

具体评价步骤如下：①邀请专家对照评价指标体系对应急能力进行评估，根据公式（5）并结合表1，确定对应的二元语义形式，生成评价矩阵；②根据公式（9）将评价矩阵转为β 值；③根据公式（10）求β 值的算术平均值；④根据公式（11）和经区间特征根法计算的权重，逐层求出值；⑤根据公式（7）将值转为二元语义形式，并对照表1中的能力等级进行评价，得出结论。

4 实例分析

任一联担负着任丘南部油田、南马庄产出液的油气水分离净化、采出水处理、注水任务及冀中南部原油向华北石化公司输送的任务。该站设计处理能力29×104t/a（纯油），2009 年实施增容工程，新建3 座5×104m3外浮顶罐，1 座2.5×104m3外浮顶油罐。2014年实施任二联撤并工程，将2座104m3拱顶储油罐分别改造为混凝除油罐和污水罐，任一联总储油能力最终为22.5×104m3。以该储罐区为例，进行风险评价实例分析。

4.1 评价指标权重确定

邀请5位储罐风险管理及应急响应方面的专家组成专家组（P1、P2、P3、P4、P5），根据现有应急救援的实际情况，结合图1 对各指标进行评价，以一级指标为例，得到区间数判断矩阵D。

故D-和D+分别为：

利用公式（1）求判断矩阵的归一化向量为：x-=(0.340 2，0.231 9，0.309 4，0.118 5)，x+=(0.346 1，0.211 5，0.346 3，0.096 1)，根据公式（2）计算系数α=0.896 6，β=1.081 7，根据公式（3）～（4）计算一级指标的权重向量为W=(0.3507，0.218 4，0.325 8，0.105 1)，以此类推二级评价指标权重结果（表2）。

表2 指标权重结果及专家评价结果Tab.2 Index weight results and expert evaluation results

4.2 应急救援能力评价

以应急恢复能力中的现场封闭、隔离及人员清点D1 为例，将5 位专家的评价结果转为二元语义形式：(s3，0)，(s1，0)，(s2，0)，(s3，0)，(s0，0)，根据公式（9）求β 值，如专家P1的评价结 果(s3，0)，则β=Δ-1(s3，0)=1.4(3-2)-1=0.4，其余专家评价结果的β 值分别为-0.4，0，0.4，-0.96。

即应急恢复能力D 的二元语义形式为(s2，0.441 6)，其余一级指标的二元语义形式见表3。

表3 二元语义评价结果Tab.3 Results of of binary semantics evaluation

4.3 结果分析

5 结论

（1）按照事故管理周期将预防能力、准备能力、响应能力和恢复能力等纳入储罐区应急救援能力评价体系，使应急救援能力的考评体系更加全面，评价结果更能反映客观实际。

（2）将区间特征根法和改进的二元语义相结合，可有效避免信息失真和扭曲，通过实例验证，该模型可真实反映储罐区各部分的应急救援能力水平，可根据评价结果有针对性地对薄弱环节进行改进，为管理者采取防控措施提供理论指导。