基于P-ISM的危化品道路運輸事故應急管理研究

趙江平，趙騰飛，楊 震，東 淑，范春雷，任行敏

ZHAO Jiangping1,ZHAO Tengfei1,YANG Zhen1,DONG Shu1,FAN Chunlei2,REN Xingmin2

（1.西安建筑科技大學 資源工程學院，陜西 西安 710055；2.河南天泰工程技術有限公司，河南 鄭州 450046）

(1.College of Resources Engineering,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China;2.Henan Tiantai Engineering Technology Co.,Ltd,Zhengzhou 450046,China)

0 引言

目前，我國化工行業的發展勢頭迅猛，通過道路運輸的危險化學品規模也日益增加，因道路運輸導致事故時有發生，由于危險化學品性質特殊，所以這類事故對生命財產和生態環境會造成很大的危害[1]。

據統計，我國八成以上的危險化學品涉及異地運輸問題，例如液氨的年流動量達80多萬噸，液氯的年流動量達170多萬噸[2]。危險化學品道路運輸事故不同于一般運輸事故，事故往往會衍生出燃燒、爆炸甚至更嚴重的后果，造成經濟損失、人員傷亡、環境污染等一系列的社會問題。如：2017年5月23日6時23分，河北省保定市張石高速保定段（石家莊方向）浮圖峪5號隧道內發生一起重大危險化學品運輸燃爆事故，造成15人死亡，3人中毒燒傷，16名村民輕微受傷，9部車輛、43間民房受損，直接經濟損失4 200萬元[3]。

在信息技術高速發展的今天，雖然各種先進的監控監測設備使用在危險化學品運輸企業和運輸車輛上，但是危險化學品道路運輸事故突發性強、事故影響面廣、事故發生地點難以確定、救援困難等特點，導致事故應急管理依舊困難。

近年來關于危險化學品應急管理的研究有：王琦峰等[4]利用“互聯網+”構建了危險化學品運輸風險的評價指標體系，并且采用了AHP和TOPSIS相結合風險評價的方法，對事故風險提出了相應的對策。唐晨飛等[5]將定位技術應用于車輛監控和應急聯動，使得危險化學品車輛發生事故后，能精準地確定事故發生地周邊的應急資源。郭凌等[6]基于物聯網的思維，將無線傳感等技術應用于危化品物流預警平臺，實現了對危化品車輛的實施監控預警。

雖然當前的研究有著比較豐碩的成果，但是還有著許多需要改進的地方。大部分的研究只是在現代信息技術的基礎上，對危險化學品道路運輸事故的應急管理進行監測監控，沒有從事故發生時事件之間的相互影響關系對此類事故進行分析，無法為事故應急找到更關鍵的管理重點。而解釋結構模型（ISM）能夠對多個事件進行層級劃分，并且能找出事件之間聯系，可以較好解決這個問題。ISM是Warfield[7]于20世紀70年代提出的，此方法近些年來廣泛應用在建筑行業、軌道交通、電力行業、礦山等領域[8-12]，可以把模糊不清的影響關系轉化為清晰直觀的結構關系模型，可以系統地對事故應急管理進行分析研究。

用于ISM分析的因素，需要選取對所研究事故影響比較大的因素，并且要具有科學性、合理性往往比較困難，勞倫斯（Lawrence）[13]在1974年提出了擾動起源論（Perturbation理論）可以準確地篩選出對事故產生影響事件集合。

因此基于現有研究，將擾動起源論與解釋結構模型相結合，從系統的角度出發，通過P理論提取出危險化學品運輸事故中各個階段的基本事件，然后評估出事件之間初始影響關系并統計后，構建出該類事故在兩種界限值情況下ISM模型，可以分析得出應急管理中的關鍵事件，為日后的應急管理確定出重點工作方向。

1 確定危險化學品道路運輸事故的事件集合

根據危險化學品道路運輸事故的起源、發展過程和最終事件的順序，可按時間關系順序形成一般事故模型。見圖1。

圖1 擾動起源論一般事故模型圖

通過對已發生事故調查報告的分析統計，以及相關文獻[14-16]的查閱，搜集到的導致危險化學品運輸事故發生的各類事件41個，采用擾動起源論對事故造成影響的事件進行逐一分析，判斷該因素是否對事故影響較大。以“運輸時天氣條件不佳”這一事件為例，進行擾動論分析，分析過程見圖2。

圖2 運輸時天氣條件不佳的擾動起源論分析圖

“運輸時天氣條件不佳”事件在危險化學品運輸行業會經常出現，分析可見，該事件對于駕駛員的準確操控會造成很大的困難，使得駕駛員對道路環境的判斷有一定的阻礙。濕滑的路面還會降低車輛各種機械性能，不能將駕駛員的操控動作準確的在道路上傳遞。所以“運輸時天氣條件不佳”這一事件對危險化學品運輸事故會造成較大的影響。

經分析可得，導致危險化學品道路運輸事故的關鍵事件有24個：

原始事件（OEi）：原始事件是事故沒有發生以前，就已經客觀存在的事件。是其他事件發生的基礎，會對后續發生的事件產生影響。

OE1：危化品運輸車輛車況不佳；

OE2：危險化學品的裝卸車不符合規定；

OE3：危險化學品車輛超載運輸；

OE4：車輛相關的安全部件出現故障；

OE5：危險化學品車輛的運輸人員疲勞駕駛；

OE6：危險化學品車輛運輸時超速行駛；

OE7：運輸時天氣條件不佳；

OE8：危險化學品車輛的運輸人員未經相關的安全教育，應急救援的意識較弱；

OE9：事發地的政府主管部門有可行性極強的應急救援預案，并且貯備有足夠的應急救援物資；

OE10：運輸單位嚴格按照法律法規進行應急救援演練，從業人員都有較好應急救援意識；

OE11：當地政府定期開展應急救援演練，公眾具備較好安全知識及防范意識。

中間事件（IEi）：中間事件是指事故發生后的的一系列對事故的發展有影響的事件。

IE1：危險化學品車輛翻車；

IE2：危險化學品車輛追尾；

IE3：危險化學品車輛槽罐破損導致介質泄漏；

IE4：危險化學品車輛發生燃燒事故、爆炸事故、中毒事故等；

IE5：事故所在地交通癱瘓，為救援力量的到達造成阻礙；

IE6：危險化學品對當地的道路、農田和水源等造成污染；

IE7：危險化學品運輸的從業人員沒及時匯報事故情況，造成救援不及時；

IE8：專業的應急救援人員和設備第一時間趕到，根據具體情況采取必要的控制措施；

IE9：醫療救護人員到達，并及時的對傷員施救；

IE10：當地政府快速地讓附近居民撤離到安全地帶。

結果事件（REi）：結果事件是指危險化學品運輸事故可能造成的各種后果事件。

RE1：發生導致人員傷亡的事故；

RE2：發生導致經濟損失的事故；

RE3：發生導致生態破壞事故。

2 采用Delpi法得到初始估計矩陣

邀請了危險化學品應急領域的9位專家組成評估組，專家組獲取事件間影響程度的大小是一個非常耗時的過程，具體設計和實施步驟如下：

（1）根據實際生產經驗知識、已發生的事故以及文獻調研，估計出原始事件對中間事件和結果事件的影響關系，中間事件對其他中間事件和結果事件的影響關系，共計需要評判出273個事件影響關系。

（2）每位專家獨立地對每兩個事件間影響程度的大小進行評判。如果一個事件的發生對另一個事件的發生有積極影響，則取值大于0，反之取值小于0。取值越接近1則表示積極影響越大，越接近-1表示消極影響越大,取值為0則表示事件之間沒有影響。

（3）Delphi法是一個循環過程，最終應該就產生影響概率或影響程度達成共識，當單個數值的估計值中不少于四分之三處于這八個區間之一時，認為達成共識。兩個因素之間的影響程度達成共識后，則將專家評判的數值做算術平均，確定為最后的各因素之間影響的最終估計值，形成事件影響關系的初始影響估計值Eij，如表1。

3 危險化學品道路運輸事故ISM模型的構建

3.1 建立鄰接矩陣

鄰接矩陣是事件集中的事件之間是否存在直接聯系的數學表示，根據初始影響估計值，建立鄰接矩陣A=（aij）m×n，其中aij可定義如下：

表1 初始影響估計值Eij

式中：aij表示Ei與Ej之間聯系的結構關系。由此，能計算得出需要的鄰接矩陣。

3.2 可達矩陣的求解

可達矩陣是事件集中的事件通過其他事件后可以產生相互影響的的關系，即事件之間間接關系是否存在。可達矩陣M的元素可定義如下：

由初始影響估計值中的各個影響概率表作為初始數據集，利用開發的事故情景模式分析平臺，進行解釋結構模型的計算，將初始估計矩陣保存為CSV文件，導入事故情景模式分析平臺，如圖3。

圖3 事故情景模式分析平臺

完成初始數據的輸入后，可以選擇合適的模糊算子對原始數據進行可達矩陣的的求解，得出可達矩陣。

由鄰接矩陣A，通過以下系統內部運算可得到可達矩陣M，公式如下：

式中：I是與A同階的單位矩陣，n是所研究的事件個數。

由此構成解釋結構模型如圖4。

圖4中事件的顏色分為白色和灰色，不同顏色的事件之間是消極影響，同一種顏色事件之間的影響是積極的。

對圖4的層級由上向下分析可知，危險化學品泄漏對當地的道路、農田和水源等造成污染（IE6），說明IE6會對三個結果事件直接產生積極影響，此事件導致經濟損失和生態破壞可能性最大。

對結果事件直接產生消極影響事件是IE8、OE9和IE10這三個中間事件，這說明專業的應急救援隊伍和救援設施第一時間到達事故現場，并為傷員提供應急醫療保障，附近居民及時撤離，可以在很大程度上減少人員傷亡、經濟損失和生態的破壞。

圖4 ＞0.42時的解釋結構模型

會對事件IE8、IE9、IE10造成直接消極影響事件是事故發生地交通癱瘓（IE5）、運輸人員沒能及時報告事故情況（IE7），說明這兩種情況的發生對事故的應急救援工作十分不利。

對中間事件IE8、IE9及IE10造成積極影響的事件是OE9和OE11，事故發生地的政府有足夠的應急物資和完善的應急救援預案，對事故發生后的各項應急救援工作的實施有著重要意義。

圖5 ＞0.66時的解釋結構模型

由此構成解釋結構模型如圖5。

圖5表示影響系數前10%的基本事件構建的ISM模型，與影響系數前30%的ISM模型比較，該模型基本事件的層級是5個，層級的減少導致影響關系也更加的簡明，但是事件之間的影響程度也更大。其中原始事件OE9、OE11可以促進中間事件IE9、IE10的發生，這說明事故發生前的應急演練等工作將會直接影響事故發生后的應急救援工作是否及時、高效。

發生燃燒、爆炸或者中毒事故（IE4）這一中間事件可以直接導致三種結果事件的發生，專業的應急救援人員和設備第一時間趕到，根據具體情況采取必要的控制措施，會對結果事件的發生產生直接的抑制影響。

4 結 論

（1）采用擾動起源論分析篩選了24個事件作為解釋結構模型的事件集合，使該方法的事件集選取更加合理和更具科學性；提出了擾動論和解釋結構模型相結合的生產安全事故研究方法，彌補了此類突發性事故難以分析和防范的不足。（2）開發了事故情景模式分析平臺，簡化了ISM的計算過程，可清晰建立出所研究事故的多級遞階模型圖，解釋導致事故發生前后的事件之間影響關系。（3）通過對危險化學品道路運輸事故情景構建，得到了不同界限值情況下的解釋結構模型，有助于決策者從眾多應急相關的事件中找到對事故后果有直接影響的事件，為危險化學品此類事故應急決策提供幫助，并且對事故預防和日常應急管理有一定的參考意義。