危險貨物集裝箱港口作業(yè)危險性分析及其風(fēng)險評估

白 玉，黃 晨，盧琳琳

(1.天津東方泰瑞科技有限公司，天津 300092；2.交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所，天津 300456)

危險貨物是指具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蝕、放射性等危險特性，在運輸、儲存、生產(chǎn)、經(jīng)營、使用和處置中，容易造成人身傷亡、財產(chǎn)損毀或環(huán)境污染而需要特別防護的物質(zhì)和物品[1]。而集裝箱作為一種具有一定強度、剛度和規(guī)格專供周轉(zhuǎn)使用的大型裝貨容器，用作轉(zhuǎn)運貨物時可以直接在發(fā)貨人裝貨到收貨人卸貨過程中無須將貨物從箱內(nèi)取出換裝[2]，其作為一種標準化生產(chǎn)及運營的物流系統(tǒng)基礎(chǔ)載體，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于危險貨物的公路、水路運輸過程中。

在傳統(tǒng)意義上危險貨物集裝箱港口作業(yè)包括卸船作業(yè)、裝船作業(yè)和堆場堆存作業(yè)，作業(yè)過程中主要作業(yè)活動的工藝流程較為清晰，人機作業(yè)面自動化程度高，研究人員普遍認為危險貨物集裝箱港口作業(yè)危險性要低于公路、鐵路運輸作業(yè)[3]。

在目前的研究中，研究人員運用粗糙集、BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指數(shù)模型、蒙特卡羅、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法對運輸作業(yè)風(fēng)險進行分析評估[4-11]，并側(cè)重在危險貨物特性、運輸線路、交通基礎(chǔ)設(shè)施、運輸車輛技術(shù)狀況等方面建立評估指標體系。這些研究方法均需要收集大量的樣本數(shù)據(jù)和反復(fù)的模擬計算，在作業(yè)過程較為簡單、影響因素較少的運輸領(lǐng)域應(yīng)用起來更為合適。危險貨物集裝箱港口作業(yè)存在作業(yè)量集中、貨物種類多樣化、貨物數(shù)量大、設(shè)備規(guī)模大、人機交叉作業(yè)以及人員素質(zhì)不高等多重影響因素[12]，上述方法的運用需要一個較長的數(shù)據(jù)收集與計算周期，而層級分析法(簡稱AHP)與模糊綜合判定(簡稱FCE)已廣泛的應(yīng)用在港口裝卸作業(yè)風(fēng)險評估上[13-14]，可以較為簡便地對復(fù)雜、模糊的問題進行定量定性分析。因此，本文將運用AHP和FCE提出一種基于風(fēng)險影響因素概率和后果嚴重性的綜合評估方法，該模型基于作業(yè)過程中存在的事故致因要素對風(fēng)險進行量化，從而確定危險貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險程度。

1 技術(shù)方法

本文擬采用的技術(shù)路線如圖1所示，在現(xiàn)有風(fēng)險控制理論的基礎(chǔ)上提出一種基于AHP和FCE的危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險綜合評估方法。該方法在類似港口危險貨物作業(yè)事故案例的統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上使用魚骨圖法體現(xiàn)危險貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險關(guān)鍵影響因素，以此構(gòu)建評估模型指標集，利用AHP解決評估指標的層次結(jié)構(gòu)和權(quán)重分配實現(xiàn)模型的定量評估，最終設(shè)定FCE評判規(guī)則進行應(yīng)用驗證并對評估結(jié)果進行分析，該類方案將適用于解決一系列過程復(fù)雜、不確定因素較多的作業(yè)風(fēng)險評估。

圖1 利用層次分析法和模糊判定原理進行風(fēng)險評估技術(shù)路線圖

1.1 評估指標的篩選方法

安全系統(tǒng)工程理論認為，危險是與安全相對立的一種事故的潛在狀態(tài)，風(fēng)險則蘊含了事故發(fā)生的可能性，事故是危險事件即成的狀態(tài)，危險是風(fēng)險的前提，沒有危險就無所謂風(fēng)險，事故是風(fēng)險演變發(fā)展的必然結(jié)果。危險是客觀存在的，風(fēng)險是可以通過一定手段進行控制的，如控制措施不力或由于其他偶然因素的影響則會引發(fā)事故[15]。風(fēng)險(R)是由事故發(fā)生的概率(L)與事故后果嚴重度(C)來衡量的，即R=(L，C)。對于危險貨物集裝箱港口作業(yè)而言，影響安全的因素有很多，各因素之間相互作用構(gòu)成了一個復(fù)雜的、不確定性的系統(tǒng)風(fēng)險。因此，本文將通過統(tǒng)計分析116例危險貨物集裝箱港口作業(yè)事故案例，利用魚骨圖從事故致因的角度找到對作業(yè)風(fēng)險影響較大的因素，建立多層級的風(fēng)險評估指標集。

1.2 層次分析法

層級分析法(簡稱AHP)是一種對較為模糊或復(fù)雜的決策問題用定性與定量分析相結(jié)合的手段作出決策的簡易方法，特別是將決策者的經(jīng)驗判斷給予量化，它將人們的思維過程層次化，逐層比較相關(guān)因素，逐層檢驗比較結(jié)果的合理性，由此提供較有說服力的依據(jù)，通常用來解決多組方案之間的排序問題[16]，本文使用該方法來為各級評估指標的權(quán)重進行賦值。

文中利用層次分析法計算評估指標權(quán)重，目標層即為模型評估的目標(對象)，指標層通常由影響目標層的若干因素組成，可再分為一級、二級、三級等若干層級。指標層的n個評價因子基于其對于上層因素的影響大小，采用因子間進行兩兩比較的辦法，建立判斷矩陣A=(aij)n×n，并對其做一致性檢驗，利用以下公式開展

(1)

(2)

式中：λmax為判斷矩陣A的最大特征值；n為判斷矩陣A的階數(shù)；RI為隨機一致性指標，其取值可參照表1。

表1 隨機一致性指標

當判斷矩陣A的階數(shù)為1和2時候，1、2階正互反矩陣總是為一致矩陣，故RI=0，此時，定義CR=0。當判斷矩陣A的階數(shù)≥3時候，若CR<0.10，可以判斷矩陣A通過一致性檢驗，否則，要對判斷矩陣A做修正。

當判斷矩陣A通過一致性判定后，計算A的權(quán)向量并進行總體一致性檢驗，利用以下公式開展

(3)

Aω=nω

(4)

式中：ω是歸一化向量，即ω是矩陣A的特征值n的特征向量。

(5)

式中：CR(1)=0，CR(k)為各指標層判斷矩陣的一致性比率，第k指標層通過組合一致性檢驗的條件一般為CR(k)<0.1。

(6)

重大決策問題應(yīng)控制CR*適當?shù)男?，才能認為總體上通過一致性檢驗。

1.3 模糊綜合評判

模糊綜合評判是指通過利用與評估對象有關(guān)的各因素評價結(jié)果，構(gòu)成相應(yīng)的評價矩陣，并利用決定各因素重要性程度的權(quán)重因子作模糊變換，最終得到對評估對象的評估結(jié)果，本文使用該方法對危險貨物集裝箱港口作業(yè)中各項評估指標的具體情況進行評估，以此得到作業(yè)安全風(fēng)險的定量化結(jié)論。

研究中通常將評估對象的影響因素即評估指標設(shè)定為集合U={u1,u2,…,um}，m的數(shù)量由具體的評估指標所決定。為了方便權(quán)重分配和計算，通常按照評估指標的屬性將評估指標分成若干類和多層級，通常將評估對象的n種預(yù)期評估結(jié)果設(shè)定為集合V={v1,v2,…,vn}。使用層次分析法得到權(quán)向量集合ω={a1,a2,…,am}，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定集合U到V的一個模糊映射f：U→V，并設(shè)定模糊矩陣R來表達模糊映射關(guān)系，在此基礎(chǔ)上利用權(quán)向量集合ω與模糊矩陣R合成即可得到評估對象的模糊綜合評估結(jié)果向量B，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合評估對象評語集對評估結(jié)果作定性化處理，利用以下公式開展

(7)

(8)

式中：bj表示評估對象從整體上看對評語集vj的隸屬程度。

2 危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險評估

2.1 明確評估指標體系

2.1.1 危險貨物集裝箱作業(yè)事故致因分析

通過對2005—2018年間中國發(fā)生的116例危險貨物集裝箱港口作業(yè)的直接事故致因進行統(tǒng)計分析(每例事故僅考慮一個最核心因素)，結(jié)果詳見表2。

表2 危險貨物集裝箱港口作業(yè)事故發(fā)生因素明細說明表

由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，這116例事故中事故致因可定義為“人(管理)”、“設(shè)備”、“貨物”、“作業(yè)條件”四大類，其中有60起事故致因統(tǒng)計劃分至“人”的因素，主要強調(diào)由于管理不到位所造成的人員作業(yè)失誤，也可以定義為“管理”因素，最為重要；其次是分別各有23起事故致因統(tǒng)計劃分至“設(shè)備”和“貨物”的因素，主要強調(diào)了設(shè)備本身和貨物危險性的問題，重要度次之；而剩下的“作業(yè)條件”因素強調(diào)的是作業(yè)許可和自然環(huán)境的影響，重要度最低。

2.1.2 基于魚骨圖法的風(fēng)險辨識

魚骨圖是由日本研究人員于20世紀60年代提出的，最初用于造船廠的過程質(zhì)量管理，得名于其圖形外形，因其直觀便于運用等特點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于過程安全分析。結(jié)合表2中的統(tǒng)計分析，魚骨圖中應(yīng)該將“人(管理)”、“設(shè)備”、“貨物”、“作業(yè)條件”作為主要的骨頭，通常港口作業(yè)過程中，“人(管理)”的影響因素主要是由現(xiàn)場作業(yè)人員的數(shù)量、安全素質(zhì)、操作水平、防護水平和安全管理機構(gòu)制度來決定的；“設(shè)備”的影響因素主要是由現(xiàn)場的設(shè)備數(shù)量、貨物的吞吐數(shù)量來決定的，作為行業(yè)慣例將“設(shè)備”因素調(diào)整成“作業(yè)規(guī)?！?；“貨物”的影響因素主要是由貨物本身的理化特性來決定的；“作業(yè)條件”的影響因素主要是由為危險貨物作業(yè)方式、作業(yè)現(xiàn)場的安全防護設(shè)備設(shè)施以及作業(yè)風(fēng)險的警示告知來決定的。此外，結(jié)合中國的危險貨物作業(yè)管理相關(guān)法律法規(guī)，“應(yīng)急能力”和“事故統(tǒng)計”是法定監(jiān)管內(nèi)容，因此最終該魚骨圖擁有六根骨頭，每根骨頭下面的內(nèi)容代表了該類事故致因所包含的具體要素，理論上每一個要素都能夠獨立導(dǎo)致作業(yè)事故的發(fā)生，如圖2所示。

圖2 基于魚骨圖法的危險貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險辨識

綜上，利用魚骨圖中的各個要素構(gòu)建了一個普遍適用的危險貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險評估指標集(表3)。該指標體系包含有6個一級指標和19個二級指標。

表3 危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險評估指標體系指標集

2.2 權(quán)重分配

邀請100名危險貨物集裝箱港口作業(yè)領(lǐng)域的專家參與本次研究工作，專家中年齡在30～40歲之間的為62%，年齡在40～60歲之間的為38%；學(xué)歷為本科的為75%，學(xué)歷為研究生的為25%；研究方向側(cè)重作業(yè)過程的為45%，側(cè)重管理的為55%。通過發(fā)放問卷的形式，專家們對各層次指標進行兩兩重要程度判斷比較，將同一級指標兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，并進行一致性檢驗，直到“通過”來確定層次指標體系中各指標的權(quán)重。

其中一級評估指標體系構(gòu)造判斷矩陣與一致性檢驗結(jié)論如表4～表6所示(為方便計算小數(shù)點后取3位)。

表4 一級評估指標體系構(gòu)造判斷矩陣賦值表

同理可以得出二級各評價指標體系的判斷矩陣，并通過了一致性檢驗，評估模型指標集的權(quán)向量和一致性檢驗結(jié)果如表6所示。

表5 一級評估指標判斷矩陣一致性檢驗

2.3 安全風(fēng)險評估

2.3.1 評估對象情況

本研究評估對象選擇的是中國北方某大型集裝箱碼頭有限公司，該公司擁有6個10萬t級專業(yè)化集裝箱泊位，年均危險貨物吞吐量35 000 TEU(Twenty-feet Equivalent Unit)，其中涉及的危險貨物種類包括第2類(氣體)、第3類(易燃液體)、第4類(易燃固體、易于自燃的物質(zhì))、第5類(氧化物質(zhì)和有機過養(yǎng)化物)、第6.1項(毒性物質(zhì))、第8類(腐蝕性物質(zhì))、第9類(雜項危險物質(zhì)和物品，包括危害環(huán)境物質(zhì))。該公司危險貨物集裝箱港口作業(yè)采取的作業(yè)工藝為“集裝箱船—岸邊集裝箱裝卸橋—運輸車輛(貨主)”，現(xiàn)場碼頭和堆場均不儲存危險貨物集裝箱，裝卸設(shè)備為23臺65 t/66 m的岸邊集裝箱裝卸橋，現(xiàn)場相關(guān)作業(yè)人員550余人，擁有齊全的碼頭安全設(shè)施、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)安全設(shè)施、消防安全設(shè)施和安全標志。

2.3.2 模糊評判過程

設(shè)定評語集合V={好，較好，中等，較差，不可接受}(n=5)，本研究中邀請的100名專家依據(jù)上述公司開展危險貨物集裝箱港口作業(yè)情況，對19個二級風(fēng)險評估指標情況進行評判，利用每個指標得到的評語數(shù)量組成模糊映射關(guān)系和模糊矩陣

根據(jù)模糊矩陣，利用表6中的綜合權(quán)重向量計算得到該公司危險貨物集裝箱港口作業(yè)模糊綜合評估向量為

表6 評估模型指標集總體一致性檢驗一覽表

2.3.3 評估結(jié)果的定量體現(xiàn)及分析

為了更好地定量體現(xiàn)危險貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險程度，為評語集設(shè)定明確的分值集C，并設(shè)計一套安全風(fēng)險程度評語集區(qū)間如表7。利用模糊綜合評估向量對評語集的映射關(guān)系就能定量體現(xiàn)風(fēng)險程度。

表7 綜合評價風(fēng)險程度等級表

集合表7的設(shè)定結(jié)果，可以計算出該公司危險貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險程度定量體現(xiàn)分值。對安全風(fēng)險評估向量B進行歸一化處里得到

評估定量化分值為：

F=B′×C==95×0.14+85×0.295+75×0.338+65×0.185+30×0.042=77.0(取小數(shù)點后一位)

對照表8中的映射關(guān)系可以得出安全風(fēng)險程度為中等。

表8 二級指標層的評估定量化分值

同樣可以得到一級指標層和二級指標層的評估定量化分值(表8)。

通過評估結(jié)果定量分值可以很直觀地得出該公司危險貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險等級為中等。從一級指標的評估結(jié)果來看，6個一級指標中有2個“較好”，3個“中等”，1個“較差”，其中較好的2個指標是“事故統(tǒng)計與預(yù)測”與“作業(yè)條件”，“較差”的指標是“應(yīng)急能力”，針對其二級指標的評估結(jié)果需要對“應(yīng)急人員”和“應(yīng)急裝備”進行立即整改，以改善其風(fēng)險程度。當然從表8中還可以得出，除了“應(yīng)急能力”外，“經(jīng)費保障”這個指標也需要特別關(guān)注，以進一步改善“作業(yè)規(guī)?！钡娘L(fēng)險程度。

3 結(jié)論

本文提出一套危險貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險分析評估方法，并得到以下結(jié)論：

(1)對事故案例進行統(tǒng)計分析并結(jié)合魚骨圖法可以直觀體現(xiàn)事故致因?qū)ψ鳂I(yè)風(fēng)險的影響，有助于發(fā)現(xiàn)危險貨物港口集裝箱作業(yè)的事故規(guī)律，建立系統(tǒng)的評估指標集。

(2)層次分析法和模糊綜合評判法的綜合運用可以解決過程復(fù)雜、不確定因素較多的作業(yè)風(fēng)險評估，簡化數(shù)據(jù)獲取數(shù)量和計算規(guī)模，評估結(jié)果對風(fēng)險控制有直觀的指導(dǎo)性。本次研究建立了一套2個層次6大類19個指標的風(fēng)險評估指標體系，利用層次分析法確定各個指標的影響權(quán)重，利用模糊綜合評判方法建立評估指標和評估結(jié)果之間的模糊映射關(guān)系，實現(xiàn)對評估結(jié)果的定量化體現(xiàn)，提供多層次多維度的結(jié)論來體現(xiàn)被評估對象的風(fēng)險程度。

(3)通過對北方某集裝箱碼頭公司進行了實例應(yīng)用研究，表明本研究提出的及時方法可以較好的適用于危險貨物集裝箱港口作業(yè)過程的安全風(fēng)險識別與評估，通過評估結(jié)果針對性提出風(fēng)險管控措施，從而有效降低作業(yè)過程的安全風(fēng)險。

(4)目前評估過程中存在模糊評判過于主觀的不確定性，主要解決方案是邀請行業(yè)專家配合工作，后續(xù)研究將進一步集中在指標模糊評判規(guī)則的制定，使評估結(jié)果更精準，可適用于普通作業(yè)人員使用。