集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險云評價方法

許 玲, 胡甚平, 軒少永, 吳建軍, 傅俊杰

(1. 上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306； 2. 寧波海事局， 浙江 寧波 315020)

集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險云評價方法

許 玲1, 胡甚平1, 軒少永1, 吳建軍1, 傅俊杰2

(1. 上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306； 2. 寧波海事局， 浙江 寧波 315020)

為合理評價集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險程度，需解決風(fēng)險評價過程中的模糊性和隨機(jī)性定量化問題。將《國際安全管理規(guī)則》與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織體系貫徹實施于集裝箱貨物運輸安全管理工作中，確定通用要素、專屬要素、擴(kuò)展要素的集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價體系。運用云變換的數(shù)據(jù)驅(qū)動法確定每個評價指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重云，并將其與集裝箱船舶內(nèi)外審評價結(jié)果生成的云圖結(jié)合，最終根據(jù)云交換規(guī)則對其進(jìn)行定量評價。結(jié)果表明，運用該評價方法可以合理評價和診斷集裝箱船舶貨物運輸?shù)娘L(fēng)險程度。

水路運輸； 集裝箱船舶; 貨物運輸; 風(fēng)險評價; 云模型

水路運輸具有運價低廉、載貨多的特點，承擔(dān)著我國進(jìn)出口貿(mào)易中90%的貨運量。近年來，隨著集裝箱箱體的密閉性和標(biāo)準(zhǔn)化不斷增強(qiáng)，集裝箱裝卸和周轉(zhuǎn)效率不斷提升，以及適箱貨物不斷增多，集裝箱運輸業(yè)得到了飛快發(fā)展。不過，集裝箱的密閉性和集裝箱貨物運輸特點使得集裝箱船有著與其他種類船舶不同的風(fēng)險。比如，危險貨物集裝箱極易造成人員傷亡、環(huán)境污染等不可逆的傷害和損失；集裝箱船舶的運輸操作流程和風(fēng)險影響因素比較復(fù)雜。因此，對集裝箱船舶進(jìn)行風(fēng)險評估是當(dāng)今亟待解決的安全問題之一。

隨著安全系統(tǒng)工程學(xué)問世，很多行業(yè)開始高度重視對安全管理和安全(風(fēng)險)評價方法的研究。最早引入安全學(xué)科的是預(yù)先危險性分析[1](Preliminary Hazard Analysis, PHA)安全評價方法，但僅僅停留在粗略的危險性分析層面；后來又對事件樹分析方法[2](Event Tree Analysis, ETA，靜態(tài)微觀分析)和事故樹分析方法[3](Fault Tree Analysis, FTA，歸納分析)進(jìn)行了深入研究。此外，國內(nèi)常用的系統(tǒng)安全(風(fēng)險)評價方法還有安全檢查表[4](Safety Check List, SCL)、故障假設(shè)[5](What…if)、影響和危險度分析[6](Failure Mode Effects and Criticality Analysis, FMECA)、典型危險指數(shù)評價法、危險性與可操作性研究[7](Hazard and Operability Study, HAZOP)、作業(yè)條件危險性評價[8](Likelihood Exposure Frequency Consequence, LEC)、系統(tǒng)可靠性分析(System Reliability Analysis, SRA)等。ABIANO等[9]提出了危險貨物運輸評價方法與決策手段，將事故后果評估方法運用到危險貨物運輸火災(zāi)、泄露、爆炸事故方面。BUBBICO[10]提出了液化石油氣道路運輸風(fēng)險分析方法，引用F-N曲線對液化石油氣道路運輸風(fēng)險進(jìn)行分析，為有關(guān)運輸部門和個人提供了風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)。THOMSON[11]認(rèn)為在危險貨物密集度較高的狀態(tài)下，進(jìn)行事故調(diào)查和預(yù)防，以及控制手段和決策，應(yīng)該適合交換專家之間的信息和觀點，建立合作組織，不僅可以遏制危險貨物運輸重大事故發(fā)生，還可以促進(jìn)國際公約的發(fā)展。

結(jié)合安全管理各指標(biāo)對航運公司的分級進(jìn)行評價，應(yīng)用云模型解決風(fēng)險評價中的模糊性和隨機(jī)性問題，使評價結(jié)果更傾向于人們的判斷。

1 集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價體系

根據(jù)《國際安全管理(International Safety Management, ISM)規(guī)則》與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization, ISO)體系的特征與要求[12-13]，集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價的構(gòu)建需遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、符合性、可操作性等準(zhǔn)則。

針對船舶內(nèi)外審機(jī)構(gòu)在對集裝箱船舶貨物運輸審核時考慮的情況和數(shù)據(jù)合成的需要，確立公司安全管理的分級評價指標(biāo)集U0(見圖1)。

1. 一級指標(biāo)：針對集裝箱船舶貨物運輸?shù)奶攸c，在分級評價體系中設(shè)定3個一級指標(biāo)，分別為通用要素U1、專屬要素U2、擴(kuò)展要素U3。

2. 二級指標(biāo)：通用要素U1涉及ISM要素，以ISM條款來命名，這些因素主要針對安全管理體系(Safety Management System，SMS)內(nèi)容進(jìn)行歸納聚類，包括9個二級指標(biāo)；專屬要素U2涉及水路危險貨物運輸和水路常規(guī)貨物運輸?shù)漠愅c，包括2個二級指標(biāo)；擴(kuò)展要素U3涉及當(dāng)下人們關(guān)注的科技發(fā)展及安全文化等要素，包括3個二級指標(biāo)。

3. 三級指標(biāo)：涉及SMS的具體內(nèi)容，以《ISM規(guī)則》中相應(yīng)條款的內(nèi)容為依據(jù)，同時考慮到安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性、危險貨物及常規(guī)貨物的異同點，共建立了55個關(guān)鍵診斷指數(shù)指標(biāo)。這些指標(biāo)主要考慮安全管理診斷的關(guān)鍵要素，具體內(nèi)容見圖1。

圖1 集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險的四層指標(biāo)模型

在使用集裝箱運輸日常物品時，需按照相關(guān)規(guī)定對集裝箱進(jìn)行管理，包括檢查式核實集裝箱的個數(shù)、集裝箱是否完好、集裝箱的封條有無貼好、集裝箱儲存環(huán)境是否良好、高價值貨物是否貼好標(biāo)注并安全儲存、計算機(jī)偵聽狀態(tài)是否無漏洞等等。在使用集裝箱船舶運輸危險貨物時，不僅要采取措施避免危險貨物發(fā)生意外，還應(yīng)對使用的集裝箱加強(qiáng)管理，避免因集裝箱管理不善而造成事故。集裝箱的安全管理的專屬性要求主要包括以下幾方面。

1. 對集裝箱的要求：必須了解和掌握有關(guān)包裝、裝卸、加固等運輸環(huán)節(jié)對危險貨物的特殊規(guī)定。

2. 集裝箱的包裝：工作人員必須了解貨物在國際上統(tǒng)一規(guī)定中的分類、貨物的性質(zhì)、危險程度、海運運輸對其特殊要求以及港口是否有特殊要求，并對危險貨物進(jìn)行適當(dāng)包裝。

2 基于云模型的風(fēng)險評價方法

2.1云

云模型是用語言值表示的某個定性概念與其定量表示之間的不確定轉(zhuǎn)換模型，這種不確定性主要表現(xiàn)在隨機(jī)性和模糊性2方面。[14-15]

2.1.1云的數(shù)字特征

云的數(shù)字特征用來反映定性概念的整體特征，即整體定量特性Cloud(Ex,En,He)。數(shù)字特征期望、熵、超熵3個數(shù)值集成了模糊性和隨機(jī)性，在定性概念與定量數(shù)值間相互轉(zhuǎn)換，完成定性與定量間的相互映射，從而整體表征一個概念。

2.1.2綜合云

綜合云用于合成2朵或多朵相同類型的子云，生成一朵嶄新的高層概念的父云。即為提升概念，將2個或2個以上的相同類型的語言值綜合為1個更廣義的概念語言值，便于更加全面地概括語言價值觀。

2.1.3云變換規(guī)則

云滴和一般數(shù)值有相通之處，都可進(jìn)行變換。[12]操作流程均為：先乘除后加減，同級流程從左到右。

2.2評價云

2.2.1指標(biāo)權(quán)重云

為降低單一權(quán)重的主觀性，嘗試采用權(quán)重云，結(jié)合多個指標(biāo)的專家打分資料進(jìn)行運算。[16]權(quán)重云可理解為“軟權(quán)重”，不再是單一的權(quán)重值。

首先采用專家咨詢打分的方法對評價指標(biāo)的5個權(quán)重等級進(jìn)行定性分析;隨后運用云發(fā)生器進(jìn)行定性定量轉(zhuǎn)換，重復(fù)多次，逐級可視化控制專家經(jīng)驗的收斂速度和質(zhì)量；最后得到該語言值的權(quán)重云(見表1)。

2.2.2指標(biāo)評價云

結(jié)合集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險的各指標(biāo)因素，對其做出評價，形成評價集。評價采用五級量表的方法，對應(yīng)的定性語言值范圍設(shè)定為[0,1]。在云模型中，把定性概念看成語言變量，每個語言值分為幾個語言水平，用云模型表示，相鄰云的熵和超熵的較小者為較大者的0.618倍，一般取奇數(shù)個云模型。

表1 云標(biāo)尺評價等級及云模型數(shù)字特征

在集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價體系中，設(shè)定5個風(fēng)險評語集V，對應(yīng)的評語云模型見表2。

表2 云標(biāo)尺評語等級及云模型數(shù)字特征

2.2.3目標(biāo)層評價結(jié)果云

基于上述分析，由三級指標(biāo)逐步獲得上一層次評價指標(biāo)的云模型，直至得到最終的綜合評判。設(shè)下一指標(biāo)的綜合云為Mi，最終目標(biāo)層評價為

(1)

式(1)中：Mi為第i個指標(biāo)對應(yīng)的評價云；Wi為第i個指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重云。

3 算例

為分析某船舶運載危險品集裝箱的風(fēng)險程度，結(jié)合前述基于云信息的評價模型，以問卷調(diào)查的方式采集各指標(biāo)的評價數(shù)據(jù)和權(quán)重數(shù)據(jù)，綜合求出風(fēng)險結(jié)果。

3.1貨物運輸風(fēng)險評價云和權(quán)重云

根據(jù)收回的10組有效內(nèi)外審結(jié)果統(tǒng)計值，分析通用要素、專屬要素和擴(kuò)展要素指標(biāo)要素，給出評價的最大值和最小值(見表3)。

分別利用逆向云發(fā)生器計算3個數(shù)字特征，再利用正向云發(fā)生器得到評價指標(biāo)的實際評價云模型。同樣，依據(jù)問卷獲得各評價指標(biāo)相互關(guān)系的定性定量數(shù)據(jù)，經(jīng)計算獲得權(quán)重云的數(shù)字特征。

表3 船舶和設(shè)備的維護(hù)指標(biāo)評價

將評價云與權(quán)重云進(jìn)行云運算合成，最終結(jié)合綜合云模型得出U21和U22評價指標(biāo)的評價云(見表4和表5)。

表4 “船舶和設(shè)備的維護(hù)”三級指標(biāo)綜合云模型及云權(quán)重

表5 “操作方案的制定”三級指標(biāo)綜合云模型及云權(quán)重

同理，通過逆向云生成器可得到13個指標(biāo)的評價云圖，再運用綜合云、云變換規(guī)則，可分別生成13朵三級指標(biāo)評價云和2朵二級指標(biāo)評價云。

3.2貨物運輸風(fēng)險評價云合成

根據(jù)指標(biāo)情況，結(jié)合三級指標(biāo)權(quán)重和內(nèi)外審對集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險相應(yīng)指標(biāo)的打分情況，進(jìn)行評價結(jié)果云計算；然后按照云變換規(guī)則進(jìn)行評價級別合成。確立通用要素、專屬要素、擴(kuò)展要素等3方面指標(biāo)的評價歸一化云朵，一級評價結(jié)果見表6，其云圖見圖2。

表6 集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價云模型

(a) 通用要素評價結(jié)果云

(b) 專屬要素評價結(jié)果云

(c) 擴(kuò)展要素評價結(jié)果云

3.3貨物運輸風(fēng)險評級結(jié)果

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，根據(jù)式(1)可得出最終目標(biāo)層的評價云模型為A=(0.588 1,0.060 7,0.014 0)。評價結(jié)果云見圖3。得出結(jié)論：

圖3 集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價結(jié)果云

1) 該集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險的評價結(jié)果處于“一般安全”與“比較危險”之間，略趨向于“一般安全”。

2) 就評價結(jié)果而言，風(fēng)險大小排序為擴(kuò)展要素U3gt;專屬要素U2gt;通用要素U1,說明當(dāng)下船舶和公司方面尚未注重內(nèi)部安全文化的建設(shè)和發(fā)展，以及員工的職業(yè)健康等；日常工作中應(yīng)加強(qiáng)安全投入，注重科技創(chuàng)新以及信息化、職業(yè)健康、安全文化等方面的改善和維護(hù)。

3) 通用要素U1的熵和超熵值均小于專屬要素U2與擴(kuò)展要素U3的熵和超熵值，說明船舶文件記錄等SMS審核在外審中有較大的確定度，審核有法可依，并且審核人員熟悉ISM規(guī)則等安全管理體系，內(nèi)審結(jié)果較為集中，審核人員應(yīng)繼續(xù)跟進(jìn)法律法規(guī)的學(xué)習(xí)及培訓(xùn)。實際表現(xiàn)為船舶記錄較為全面，對照標(biāo)準(zhǔn)體系執(zhí)行效果較優(yōu)。

4 結(jié) 語

1. 評價集裝箱船舶貨物運輸?shù)娘L(fēng)險涉及很多指標(biāo)，且貨物種類差異很大，因此確立評價因子時需在考慮特殊性的同時，關(guān)注通用性要素。

2. 云模型評價被證明能有效結(jié)合評價信息的模糊性和隨機(jī)性，評價結(jié)果保留了這些信息，認(rèn)為結(jié)果能反映風(fēng)險的特性。

3. 安全管理的發(fā)展需要關(guān)注安全文化等內(nèi)容。日常工作中應(yīng)該加強(qiáng)安全投入，注重科技創(chuàng)新以及信息化、職業(yè)健康、安全文化等方面的改善和維護(hù)。

[1] 翁躍宗.廈門港水域船舶交通環(huán)境的預(yù)先危險性分析[J].中國航海,2003(3):48-50.

[2] 金朝光,林焰,紀(jì)卓尚.基于模糊集理論事件樹分析方法在風(fēng)險分析中應(yīng)用[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2003,43(1):97-100.

[3] 伍愛友,王從陸,肖國清.事故樹分析方法在建筑物火災(zāi)人員傷亡中的應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2005,15(5):92-95.

[4] 王長申,孫亞軍,杭遠(yuǎn).安全檢查表法評價中小煤礦潛在突水危險性[J].采礦與安全工程學(xué)報,2009,26(3):297-303.

[5] 王子玲,許愛強(qiáng),牛雙誠.基于多故障假設(shè)的診斷策略研究與應(yīng)用[J].工程設(shè)計學(xué)報, 2009,16(4):281-285.

[6] 李春華.基于FMECA的糧油產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯鏈的研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2008.

[7] 王若青,胡晨.HAZOP安全分析方法的介紹[J].石油化工安全技術(shù),2003,19(1):19-22.

[8] 石永國,傅忠清,鄭敏.LEC評價法在非煤礦山安全評價中的應(yīng)用[J].黃金,2009,30(9):33-36.

[9] ABIANO B F, CURRO F, PALAZZI E. A Framework for Risk Assessment and Decision-Making Strategies in Dangerous Good Transportation[C]. Hazardous Materials,2002：1-15.

[10] BUBBICO R. Risk Analysis for Road and Rail Transport of Hazardous Materials: A GIS Approach[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2004(17):483-488.

[11] THOMSON B J. International Cooperation in Hazardous Materials Accident Prevention[C]. Loss Prevention in the Process Industries,1999:217-255.

[12] LI Deyi,HAN Jiawei,SHI Xuemei,etal. Knowledge Representation and Discovery Based on Linguistic Atoms[J]. Knowledge-Based System,1998,10(7):431-440.

[13] 國際船舶安全營運和防止污染管理規(guī)則(ISM規(guī)則)[S].

[14] ISO 9003-1993. 質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)[S].

[15] 許玲. 基于變權(quán)云模型的集裝箱船舶貨物運輸風(fēng)險評價研究[D]. 上海：上海海事大學(xué)，2014.

[16] 王小潔.基于云模型的我國石油海洋運輸安全評價研究[D].青島：中國海洋大學(xué),2012.

Cloud-Model-BasedAssessmentofCargoTransportationRiskforContainerShips

XULing1,HUShenping1,XUANShaoyong1,WUJianjun1,FUJunjie2

(1. Merchant Marine College，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306, China; 2. Ningbo Maritime Safety Administration，Ningbo 315020, China)

To cope with the fuzziness and randomness in risk assessment of cargo transportation for container ships, the International Management Code for the Safe Operation of Ships and for Pollution Prevention (ISM) and the international organization for standardization (ISO) rules about container cargo transportation security administration are implemented to determine the common, exclusive and extension elements. The weight clouds of the indexes are determined by the data-drive approach of cloud transformation. The resultant cloud is calculated according to the related weight clouds and the index estimate clouds. The overall risk level is obtained through back cloud transformation. Test results show that the evaluation method is more effective and accurate in dealing with problems such as the risk evaluation of container transport.

waterway transportation; container ship; cargo transportation; risk assessment; cloud model

2014-08-25

浙江海事局科研項目(2014-25)；上海海事大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(GK2013028)；上海海事大學(xué)校基金(20120057)

許 玲(1990—)，女，江蘇無錫人，碩士，研究方向為風(fēng)險評價、水上交通安全管理。E-mail:502653635@qq.com

胡甚平(1974—)，男，湖北通城人，教授，博士，研究方向為載運工具運用工程、安全工程、水上交通風(fēng)險管理。

E-mail: sphu@shmtu.edu.cn

1000-4653(2014)04-0069-05

U695.2; U698

A