關于瀝青海上運輸安全評價方法的選擇與評價

（福建省交通規劃設計院，福州 350004）

關于瀝青海上運輸安全評價方法的選擇與評價

■陳佳瑩

（福建省交通規劃設計院，福州 350004）

正確評價我國進口瀝青海上運輸安全體系，是運輸安全重要的問題之一。本文分析了我國高速公路的發展對瀝青需求的增長；進口瀝青海上運輸的特點；現有運輸安全評價方法的優缺點。認為灰色模糊模型結合了灰色性和模糊性的特性，是研究瀝青海上運輸安全最佳方法之一，可以更為客觀地、準確地評價瀝青海上運輸安全體系。

瀝青進口海上運輸 灰色模糊綜合法 安全評價方法 選擇

1 引言

1993年，我國提出國道主干線系統 （五縱七橫），將連接北京與各省會和所有100萬以上人口及絕大部分50萬以上人口的城市。2007年底該系統已經完成，達到預期目標。國道主干線的建設，初步構筑了我國區域和省際間橫連東西、縱貫南北、連接首都的國家公路骨架網絡，形成了國家高速公路網的雛形。

2005年1月，國務院通過了國家高速公路網“7918”規劃，我國將用30年完成8.5萬km的高速公路網建設，構成橫連東西、縱貫南北的公路交通大通道，包括7條首都放射線、9條南北縱向線和18條東西橫向線，簡稱為 “7918網”。 該網可覆蓋10多億人口，把我國人口超過20萬的城市全部連接起來，屆時我國高速公路總里程將達到12萬km左右。事實上2014年我國的高速公路已經完成了10萬公里，以此速度， “7918網”任務將提前結束，我國高速公路總里程將躍居世界第一位[1]。

高速公路的建設，帶動了瀝青材料的發展。瀝青作為高級公路的主要面層材料，是一種很重要的資源。瀝青路面具有提高車速、降低油耗、延長輪胎行駛里程、降低噪音、提高行車舒適性及易于維護等優點。我國的瀝青總生產量較大，但由于油源所屬的特點大多含蠟較高，其性能難以適應快速、重載交通及不同氣候條件的需要，加上生產工藝尚不夠先進，國產瀝青標準距國際標準還有差距。雖然進口中東原油的使用,使國產瀝青的生產能力已經有了很大的改善與發展，但與高速公路的飛躍建設對瀝青需求量相比，仍然有較大的缺口，市場仍處于供不應求的狀況[2]。

因此，迄今為止進口仍然是我國瀝青市場重要的途徑。從2010年開始，國內高速公路開始進入大修周期，道路維修用瀝青將快速增長。據美國工業市場研究公司Freedonia集團的調查顯示，亞太地區2006年瀝青銷售量為3260萬噸，占全球總銷量的32.6%，其中以中國、印度等為代表的發展中國家對瀝青的需求量將會有突飛猛進的增長[3]。當前進口瀝青的途徑主要是以海上運輸為主，航線經過馬六甲海峽，經停的部分國家和地區的政治、軍事環境等仍存在不穩定因素；其次瀝青是一種易污染、需較高溫儲藏的受自身狀態性質約束的材料，海運過程中存在較多安全隱患。另外對于運輸高溫瀝青的船舶，其某些方面管理應等同于甚至高于油輪，但有的海運公司對船舶裝運液態瀝青的管理不嚴格，對運輸安全重視不夠，船員管理較松散；即使有些公司有較完善的管理文件，但船員對此卻不重視，作業過程中較隨便，安全隱患較多。因此，如何正確的分析并評價我國進口瀝青的海上運輸安全，確保運輸安全，是我們需要特別重視的運輸安全問題之一。

2 瀝青的海上運輸特點

桶裝固態運輸方式是傳統的海上運輸瀝青方式，桶裝固態在運輸過程中存在著以下幾個特點：a、所需要的存貯艙容大；b、成本較高且存儲過瀝青的罐體不易再利用還會造成大量的污染；c、瀝青在使用前需要重新加熱到一定溫度，這樣又會產生二次污染。因此，國際上已普遍將桶裝固態運輸方式改為采用液態運輸方式，即采用專門的瀝青運輸船舶來進行大量液態的瀝青運輸。

但是當把瀝青從口岸的煉油廠加壓泵送到運輸船上，或從運輸船上泵排到口岸上的儲存庫中，就必須要將瀝青加熱到一定的溫度，使其降低粘度以保證自由流動的性能。無論是瀝青的熱態存貯、熱態運送，還是在儲罐內預加熱，配油釜內調配等過程，通常要經歷很長一段時間。瀝青受熱過程，其中部分輕質油不斷蒸發，使得瀝青變的更硬更脆，粘結性有所降低。這個過程中瀝青發生了一定程度的老化。另外，瀝青在管道內不斷流動，使瀝青接觸表面積增大，瀝青也會發生一定的氧化反應。

3 瀝青海上進口運輸安全評價方法選擇

基于瀝青海上進口運輸安全具有獨特性與復雜性，難以在評價過程中突破性的建立相較以往具有不同的風險因素與評估安全程度的定量體系，各項主要因素在何種程度才能被認為是安全的，達到何種標準才能稱為安全的運輸，定論顯得十分模糊，當前部分有關定量的區分也只是一種接近的參考數值。由此可以看出進口瀝青海上運輸的安全評價是具有模糊性的。

瀝青海上進口運輸安全評價同時還具有灰色性的特點，即評價因素具有不充分性：瀝青海上進口運輸安全評價的風險因素有很多，各段時期中起到決定性的因素也各有不同，通常可能會使人未注意到當中某些真正的重要因素，并產生對重要風險因素的認識不充分；由于海上運輸環境相對復雜，會受無關因素的干擾，造成評價結論不可靠；由于參評因素的運行環境與影響各有不同，對于相同的影響因素也會得出各不相同的結論評價，從而導致評價結果具有不可靠性；還有就是存在因素難以收集完整，這也是不充分的問題。

因此根據分析可以看到，瀝青海上進口運輸安全的評價同時具有模糊性和灰色性的特征。從瀝青海上進口運輸安全評價的模糊性和灰色性的角度出發，可以得出應該綜合考慮各種評價方法的優缺點，從中適當的選擇適合的評價方法，使得石油海上進口運輸安全的評價更加具有客觀性和準確性。

安全評價是以提高系統安全性為目的，依據科學的步驟和方式，對系統中的各種風險因素、出現事故的可能性及損害等級進行調研并分析論證，為評估系統的總安全度和編制基礎預防措施制度提供科學的依據。

4 灰色模糊評價分析

4.1 灰色理論

灰色系統理論誕生于1982年，由我國著名控制論專家華中科技大學鄧聚龍教授提出[4]，他在國際權威雜志SYSTEMS&CONTROLLETTERS上發表了題為TheControlProblemsofGreySystems(《灰色系統控制問題》)，其中對灰色理論進行了研究與探討。這種理論把所研究的問題的環境看作一個系統，研究的對象是 “部分信息已知，部分信息未知”的 “小樣本”、 “貧信息”不確定系統，并認為這個系統內含有大量完全明確的信息，即白色信息，又含有大量未知或不可知信息，即黑色信息，也含有部分信息明確、部分信息不明確的灰色信息。在灰色系統中，可以把系統信息的不完全情況分為四種：元素信息不完全；結構信息不完全；邊界信息不完全；運行行為信息不完全。它通過對 “部分”已知信息的生成、開發去了解、認識現實世界，實現對系統運行行為和演化規律的正確把握和描述。

灰色系統用灰數、灰色方程、灰色矩陣等來描述，其中灰數是灰色系統中的基本單元。我們把只知道大概范圍而不知其確切值的數稱為灰數。在應用中，灰數實際上指在某一區間或某個一般的數集內取值的不確定數。灰數是灰色集合的重要組成部分。灰色系統理論經過20年的發展，現已基本建立起一門新型學科的結構體系。

4.2 模糊集合

模糊理論是由美國加里福尼業大學著名控制論專家扎德 (Zade.L.A)教授于1965年提出，是研究模糊領域中事物數學化的一門新型學科。所謂 “模糊”一字是譯自英文 “FUZZY”，模糊數學的研究對象本身是模糊的，但發生與否是確定的，不是隨機的，是從中介過渡到非中介的傾向性，其隸屬函數取值為 [0，l]區間，這就拓廣了經典數學 {0，1} (是與否)的二值區間。

模糊集合是模糊數學的基礎，模糊數學是研究和處理模糊性現象的數學方法。模糊數學著重研究 “認知不確定”問題，其研究對象為 “內涵明確，外延不明確"的特點。經典數學是以精確性為特征，然而與精確性相對的模糊性并不是完全消極、無價值的。在經典集合中，只有兩種狀態，一個元素要么屬于這個集合，要么不屬于。它確切的、數量化的描述了 “非此即彼”現象，但現實世界中并非完全如此，這正是可用模糊數學解釋的現象。模糊數學決不是數學編程模模糊糊的東西，它也具有數學的共性：條理分明、一絲不茍、即使描述模糊概念也會描述的很清楚。統計數學將數學的應用范圍從必然現象領域擴大到偶然現象領域，模糊數學則把數學的應用范圍從精確現象擴大到模糊現象的領域[5]。

4.3 灰色模糊評價方法

1994年，我國學者陳大為于提出了灰色模糊集合理論，將灰色集合與模糊集合進行有機結合[6]。模糊數學理論和灰色系統理論是兩種最常用的不確定性系統研究方法，其研究對象都具有某種不確定性，這是兩者的共同點。但由于研究對象在不確定性上的區別，這兩種研究方法各具特色，灰色系統理論與模糊數學理論在處理問題時著眼點不同，灰色系統著重研究內涵不明確，外延明確的問題，而模糊數學則相反。模糊數學著重研究內涵明確，外延不明確的對象，而灰色系統理論則相反，因此兩種方法各有所長，互相補充。所以， “灰色模糊集合”，既是模糊集合的推廣又是灰色集合的推廣。

根據前面對瀝青海上運輸安全評價特點的分析，可以得出我國進口瀝青海上運輸安全評價既存在模糊性又存在灰色性的結論，假設只分析其中一種特性就會忽視另一個特性，這就產生不準確的評價結果。灰色模糊模型結合了灰色性和模糊性的優點特征，是研究瀝青海上運輸風險安全的最佳方法之一。

(1)灰色模糊集合概念

可以看出，空間X={x}上的模糊子集A,當x對于A的隸屬度uA(x)是 [0,1]上的一個模糊集合時，稱為二型模糊集合。

定理1設A是空間X={x}上的模糊子集，或對于A的隸屬度uA(x)是[0,1]上的一個灰數，其點灰度為vA(X)則稱A為X上的灰色模糊子集或灰色模糊集合，簡稱GF集，記作即={(x,uA(x)),(x,vA(x)|x∈X} 式 (1)

定理2式 （2）中的 (A,A~)稱為灰色模糊集的分部表示，其中A稱為的模糊部分，簡稱模部，A~稱為的灰色部分，簡稱灰部。若GF集的灰部A~為經典集合a，則=（A，a）=A，故模糊集合是灰色模糊集合的特例：；若GF集A～的灰部A~為經典集合a,則A～=（a，A~）=A~，故灰色集合是灰色模糊集合的特例。所以，灰色模糊集合既是模糊集合的推廣又是灰色集合的推廣，因而更是經典集合的推廣。

當X為有限集時，可以把A～表示為：

由此定理可知，灰色模糊集合A由數偶 (uA(x),vA(x))所唯一確定[12]。

(2)灰色模糊關系

任一模糊關系，若是灰色的 (即信息不完全的)，則為一 “灰色模糊關系”，其定義如下。

定理3給定空間X={x}與Y={y}，若x與y對模糊關系R的隸屬度uR(x,y)點灰度，vR(x,y)，則稱直積空間X×Y中的灰色模糊集合。

～R={（x,y),uR(x,y),vR(x,y)|x∈X,y∈Y}為X×Y上的灰色模糊關系，簡稱GF關系。灰色模糊關系同樣可以用 “集偶”表示為～R=(R,R~)。

其中R={(x,y),uR(x,y)|x∈X,y∈Y}稱為X×Y上的灰色關系。 式(4)

定理4設～R與～S分別為X×Y與Y×Z上的GF關系，則稱X×Z上的GF關系

～R。～S=(R。S，R~。S~)為GF關系～R與～S的合成。

當X={x}，Y={y}，Z={z}均為有限集時，GF關系及其合成可以用 “GF矩陣”來表示。

設R=[uij]m×n是一個模糊矩陣，若元素 uij有點灰度vij則稱以序偶 (uij,vij)為元素的矩陣

為灰色模糊矩陣，簡稱GF矩陣，記作[(uij,vij)]m×n。

(3)灰色模糊綜合評價

設評價對象的因素集合為X={x1,x2,x3…xm}，對各因素的評價集合為Y={y1,y2,y3…ym}，總評判為直積空間X ×Y上的灰色模糊關系～R，用矩陣表示即

稱為GF評價矩陣，其中uij表示元素 (xi,yi)對模糊關系R的隸屬度 (uRxi,yi),vij則反映獲取信息的充分程度，即uij取值的確定程度，其定義如下：

若未確定各因素的恰當的權重分配，只知道各權重的大概值或近似值，則可將各因素的權重分配看作GF關系矩陣：

最后，～R與～A合成得：～B=～R,～A=(R·A,R~·A~)

最后得出灰色模糊單級綜合評判結果，即單級GF綜合評價，根據以上定理，通過遞推最終進行多級灰色模糊綜合評價。

從以往的研究成果來看，灰色模糊模型在系統內數據較少和不滿足統計要求條件情況下，更具實用性和可行性。但對于一個復雜的評價對象，就會涉及到許多影響因素，在評價過程中就可能遇到兩方面的困難：一是過多的影響因素可能會造成各個因素的權重難以確定，并且即使能夠確定權重，但由于過多的因素使每個因素分配到的權重值都很小，導致最終的評價結果失真，得不到有效和有用的信息；二是因素本身具有一定特性，分屬不同的類別、層次，在同一水平上難以確定出權重。

5 小結

模糊綜合評判值是一種量化的評語級別，灰色綜合評判值反映一個對象相對于最優對象的關聯度大小，可以給出評判對象的相對優劣順序。模糊綜合評判在評判中可能導致一些定量數據丟失信息，而模糊灰色綜合評判可充分利用已有的白化信息，減少人為誤差。

根據上文對瀝青海上運輸安全特點的分析，可以得出我國進口瀝青海上運輸安全評價既存在模糊性又存在灰色性的結論，假設只分析其中一種特性就會忽視另一種特性，這就產生不準確的評價結果。灰色模糊模型結合了灰色性和模糊性的優點特征，是研究瀝青海上運輸風險安全的最佳方法之一。

[1]王振亞.關于我國高速公路管理現狀研究.交通世界，2015(3).

[2]吳粟千.我國進口瀝青采購和運輸方式選擇研究.武漢理工大學碩士學位論文，2003.11.

[3]崔剛，張鋼.基于海上瀝青貨物安全運輸的研究.中國航海，2012 (1).

[4]鄧聚龍.灰理論基礎.華中科技大學出版社，2002.2.

[5]謝維信.工程模糊數學方法.西安電子科技大學出版社，1991.12.

[6]陳大為.灰色模糊集合引論.哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,1994.