多層次灰色評價法對FPSO船火災風險的評估＊

鄭運虎 姜峰

（蘭州理工大學石油化工學院）

多層次灰色評價法對FPSO船火災風險的評估＊

鄭運虎 姜峰

（蘭州理工大學石油化工學院）

針對浮式生產(chǎn)、儲油、卸油船（FPSO船）在多層次、多變量和多種非定量因素影響下缺乏有效定量評估火災風險手段的情況，采用多層次灰色綜合安全評價法，構建火災風險評價指標體系，對FPSO船進行火災風險評估。在計算過程中結(jié)合層次分析法，確定各層指標對應的權重，將風險影響程度進行定量化處理，最終確定評價體系整體安全性良好。多層次灰色評估方法針對少數(shù)據(jù)、小樣本、信息不完全和經(jīng)驗缺乏的不確定性問題具有計算簡便、科學、準確和實用的特點，可為FPSO船在火災風險安全評估方面提供一定的依據(jù)。

層次分析法；多層次灰色評價；白化函數(shù)；權重；FPSO；火災

0 引 言

FPSO（Floading Production Storage＆Offloading）為浮式生產(chǎn)、儲油、卸油船，是一種在海上單點系泊沒有動力的船，通常與鉆油平臺或海底采油系統(tǒng)組成一個完整的采油、原油處理、儲油和卸油系統(tǒng)［1］。隨著FPSO建造技術的快速發(fā)展，F(xiàn)PSO船體越來越大，油氣處理和儲運功能增強，油氣周轉(zhuǎn)周期縮短，處理成本降低，經(jīng)濟效益和社會效益越來越顯著。但是油氣集輸和處理流程復雜、處理量大、中間環(huán)節(jié)多，加之油氣為易燃、易爆物，容易發(fā)生火災、爆炸等嚴重事故。因此，針對FPSO船的實際運營情況，構建火災風險評價指標體系，建立多層次灰色綜合安全評價模型，對FPSO進行火災風險評估很有必要；對提高油氣處理和儲運作業(yè)安全、減少人員傷亡、預防環(huán)境污染等意義重大［2］。

1 多層次灰色評價理論

將評價系統(tǒng)分為三個層次［3］，則各個層次代表的含義可表示為：A代表綜合評價值；B代表一級指標；Bi為二級指標。記B＝｛B1，B2，…，Bm｝；Bi＝｛Bi1，Bi2，…，Bij｝。其中，Bi為B的子集，Bij為Bi的子集，m為一級指標的數(shù)量，j為B中第i個指標所包含的指標個數(shù)。

多層次灰色綜合評價［3-7］的具體步驟如下：

◆理清各個指標層次，建立評價指標模型。

◆制定二級指標Bij的評分等級與評分標準。通過給定性評價指標打分，將定性指標轉(zhuǎn)化為定量指標。

◆確定評價指標Bi與Bij的權重。采用層次分析法確定Bij的與Bi的權重向量分別為Wi＝｛wi1，wi2，…，wij｝和W＝｛w1，w2，…，wm｝。

◆組織評價者按制定的評分標準評分并建立評價樣本矩陣D。設評價者序號為k（k＝1，2…，p），設第k個評價者對評價指標Bij的評分dijk，則評價樣本矩陣D＝（dijk）uij×p。

◆確定評價灰類。確定評價灰類就是要確定評價灰類的等級、灰類的灰數(shù)以及白化權函數(shù)等，設評價灰類序號為e（e＝1，2，…，g）即有g個灰類等級，若將評價灰類取為“優(yōu)”“良”“中”“差”四級，則g＝4。第一灰類e＝1，灰數(shù)1∈［d，∞］，白化權函數(shù)為f1；第二灰類e＝2，灰數(shù)2∈［0，d2，2d2］，白化權函數(shù)為f2；第三灰類e＝3，灰數(shù)3∈［0，d3，2d3］，白化權函數(shù)為f3。第四灰類e＝4，灰數(shù)4∈［0，d4，2d4］，白化權函數(shù)為f4。

◆確定灰色評價系數(shù)。對指標Bij屬于第e個評價灰類的灰色評價系數(shù)為

則屬于各個評價灰類的總灰色評價系數(shù)為

◆計算灰色評價權向量及權矩陣。評價者就指標Bij屬于第e個灰類的灰色評價權為

則Bij對于各評價灰類的灰色評價權向量rij＝｛rij1，rij2…，rijg｝。將隸屬于Bi的各類Bij指標所對應的灰類灰色評價權向量綜合后得綜合評價矩陣Ri。

◆對Bi和B作綜合評價。指標Bi作綜合評價

根據(jù)Li得到指標Bi各評價灰類的灰色評價矩陣R：

由R進一步得出受評項目B的綜合評價結(jié)果向量：B＝W·R＝（b1，b2，…bg）。

◆計算綜合評價值。由于綜合評價結(jié)果B是一個向量，在實際應用中應單值化。將各個灰類等級按”灰水平”賦值，得到各評價灰類等值化向量C＝（C1，C2，…，Cg），進而得出受評項目的綜合評價值A＝B·CT。

2 多層次灰色評價法應用實例

◆收集整理風險因素，建立評價指標模型。某FPSO火災風險因素評估體系由個人素質(zhì)、設備狀況、安全管理和環(huán)境因素四大部分以及各指標對應附屬因素組成，具體評價內(nèi)容見圖1。

◆制定Bij的評分等級與評分標準。將評價元素按不同的標準劃分為4個級別，8個評分標準，實行5分制。以分數(shù)4，3，2，1為界建立4個評價級別，對應于評價灰類等級為“優(yōu)”“良”“中”“差”。介于相鄰級別之間的評分標準為4.5，3.5，2.5和1.5。

◆確定評價指標的權重。為減少主觀因素的影響，利用AHP法計算各層次評價指標權重。AHP法是把復雜問題中各因素劃分成相關聯(lián)的有序?qū)哟危怪畻l理化。根據(jù)一定客觀的判斷，對每一層次中每兩元素相對重要性給出定量表示，確定全部元素的權重。大致步驟如下：①理清層次并建立遞階層次結(jié)構圖，見圖1；②構造判斷矩陣并按表1規(guī)則進行評分并求出判斷矩陣的最大特征根，找出與最大特征根相對應的特征向量，特征向量即為同一層各因素相當于上一層某因素相對重要性的排序權重；③進行層次排序與一致性檢驗。以第一層評價指標為例，計算評價指標Bi（i＝1，…，5）權重向量如下：

圖1 火災風險因素評估模型

W＝［0.209 6，0.548 3，0.184 6，0.057 5］

RI＝0.9；CI＝0.04 098

CR＝0.0 455＜0.1，通過一致性檢驗。

同理可得Bij權重向量：

W1＝（0.2 857，0.254，0.2 698，0.1 905）

W2＝（0.2 333，0.2 333，0.3 001，0.2 333）

W3＝（0.25，0.2 353，0.3 001，0.2 333）

W4＝（0.383，0.3 617，0.2 553）

◆建立評價樣本矩陣，組織5位經(jīng)驗豐富的專業(yè)人士按照評分標準進行評分，求得樣本矩陣D。

◆確定評價灰類。按“優(yōu)”“良”“中”“差”，設定四個評價灰類，其相應的灰數(shù)及白化權函數(shù)如下：第一灰類“優(yōu)”（e＝1），設定灰數(shù)1∈［0，4，∞］，白化權函數(shù)為f1（dijk）；第二灰類“良”（e＝2），灰數(shù)2∈［0，3，6］白化權函數(shù)為f2（dijk）；第三灰類“中”（e＝3），灰數(shù)3∈［0，2，4］白化權函數(shù)為f3（dijk）；第四灰類“差”（e＝4），灰數(shù)4∈［0，1，2］；白化權函數(shù)為f4（dijk）。

第一灰類（e＝1），白化權函數(shù)為：

第二灰類（e＝2）；白化權函數(shù)為：

第三灰類（e＝3）；白化權函數(shù)為：

第四灰類（e＝4）；白化權函數(shù)為：

◆確定灰色評價系數(shù)

對于指標B11屬于第e個評價灰類的灰色評價系

對于指標B11屬于各個評價灰類的總灰色評價系數(shù)為X11，則：

◆計算灰色評價權向量及權矩陣。所有專家就評價指標B11屬于各灰類的灰色評價權向量為r11e，則：

e＝1，r111＝X111／X11；

e＝2，r112＝X112／X11；

e＝3，r113＝X113／X11；

e＝4，r114＝X114／X11；

r11＝（0.53 251，0.41 143，0.05 606，0）；

r12＝（0.5 877，0.38 216，0.03 014，0）；

r13＝（0.54 286，0.4 000，0.05 714，0）；r14＝（0.53 251，0.41 143，0.05 606，0）；r21＝（0.5 738，0.39 406，0.02 956，0）；

r22＝（0.5 115，0.40 555，0.09 295，0）；

r23＝（0.52 112，0.39 437，0.08 451，0）；

r24＝（0.50 228，0.41 627，0.08 145，0）；

r31＝（0.52 605，0.41 708，0.05 687，0）；

r32＝（0.44 679，0.42 555，0.12 766，0）；

r33＝（0.5 115，0.40 555，0.08 295，0）；

r34＝（0.5 879，0.3 819，0.03 018，0）；

r41＝（0.57 638，0.39 406，0.02 956，0）；

r42＝（0.48 216，0.41 069，0.10 715，0）；

r43＝（0.44 679，0.42 555，0.12 766，0）；

隸屬于Bi的各類Bij所對應的灰類灰色評價權向量綜合后得綜合評價矩陣Ri（i＝1，2，3，4，5）。

◆對Bi和B進行綜合評價，對B1作綜合評價，其結(jié)果記為B1

B1＝（0.54 931，0.40 092，0.04 977，0）；

B2＝（0.52 737，0.40 202，0.07 061，0）；

B3＝（0.51 902，0.40 722，0.07 376，0）；

B4＝（0.50 922，0.40 811，0.08 267，0）；

進一步得出受評項目B的綜合評價結(jié)果：

◆計算綜合評價值。

由各評價灰類等值化向量C＝（“優(yōu)”，“良”，“中”，“差”）＝（4，3，2，1），得項目A的綜合評價值為：

計算結(jié)果介于區(qū)間（3，4），項目最終評價等級為“良”，說明FPSO體系綜合防火性能良好。

3 結(jié)束語

針對FPSO船采用多層次灰色綜合安全評價法，進行了火災風險評估。通過對風險因素的收集整理，從個人素質(zhì)、設備狀況、安全管理和環(huán)境因素四大方面構建火災風險評價體系，進而應用多層次灰色評價法對評估內(nèi)容進行多層次分析評估。為減少主觀因素對權重的影響，采用AHP法對評價項目和各項指標進行權重分析，使權重分配更加合理。根據(jù)評價結(jié)果，得知該FPSO船的綜合防火性能良好，與實際情況基本吻合。層次分析法與灰色評估理論的有機結(jié)合將模糊評價因素進行量化處理，解決了多層次、多因素、多變量和非定量化的評估問題。通過在實際中的應用體現(xiàn)出該方法具有簡便、實用、直觀和科學的優(yōu)點，對不確定風險因素的量化處理提供了一種方法。

［1］ 單連政，董本京，劉猛，等.FPSO技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.石油礦場機械，2008，37（10）：26-30.

［2］ 曹鑫，范世東.多層次灰色綜合安全評價法在油港儲運中的應用［J］.武漢理工大學學報，2009，33（4）：26-30.

［3］ 羅帆.多層次灰色評價法在新產(chǎn)品評估中的應用［J］.武漢理工大學學報，2001，25（3）：294-297.

［4］ 李正鋒，葉金福.多成層次灰色評價法在復雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新評估中的應用［J］.世界科技研究與發(fā)展，2007，29（6）：73-77.

［5］ 劉思峰.灰色系統(tǒng)理論與應用［M］.北京：科學出版社，2007.

［6］ 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法［M］.武漢：華中科技大學出版社，2005.

［7］ 周毅，趙曉剛.層次灰色評估法在油庫火災危險評估中的應用［J］.油氣儲運，2012，31（9）：697-700.

1005-3158（2014）03-0034-04

2013-12-02）

（編輯 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.011

國家質(zhì)檢公益項目（201210026，201310152）；甘肅省財政廳高校基本科研項目。

鄭運虎，蘭州理工大學石油化工學院安全工程專業(yè)在讀碩士。通信地址：甘肅省蘭州市蘭州理工大學西校區(qū)石油化工學院研究生院，730050