隧洞通航風險評價指標體系構建

干偉東，李延偉，喬華倩

(交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456)

隨著《交通強國建設綱要》發(fā)布實施，要求內河水運高質量發(fā)展，為此中西部地區(qū)多條河流規(guī)劃提等擴能。受高山峽谷地形限制，通航隧洞這一特殊通航設施將被廣泛地采用，例如，長江三峽新通道及烏江二線。然而通航隧洞為典型小斷面系數限制性航道，船舶航行阻力大、舵效差，且有船行波和振蕩波的反射疊加，對船體產生不對稱的橫向力，航向控制難度大，操縱性能降低；此外，通航隧洞具有視野背景暗淡、空間密閉、富裕凈空尺度有限等特點，導致其船舶通航風險有別于其他航道水域；同時，其內航行船舶發(fā)生事故后救援難度較其他水域大；另外，關于通航隧洞的設計和管理目前還沒有相關規(guī)范標準。

關于通航隧洞的研究，有基于舶臨界航速對通航隧洞斷面經濟性進行分析[1]；為探究通航隧道尺寸的合理性，利用大比尺物理模型自航船模航行試驗對隧洞內的船舶航速、下沉量、航行阻力，以及水位波動等進行了系列研究[2]；通過最優(yōu)化方法及相關分析計算，提出隧洞斷面采用曲墻式的形式[3]。相對而言，針對船舶通航風險評價，國內外部分學者的研究[4-7]均集中在港口水域、進港航道、外海水域和錨地等地上水域，未見涉及地下通航水域。為此，考慮在前人研究的基礎上，以烏江構皮灘通航隧洞為研究對象，針對隧洞內特殊的通航環(huán)境及風險致因因素具有復雜性、多層次性，以及不確定性等一系列特點，從人、機、環(huán)、管理4個方面借助魚骨圖對隧洞內船舶通航安全風險進行定性分析，然后結合層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)對其進行定量分析。通過組合方法，找到隧洞內船舶通航安全風險的主要影響因素。

1 隧洞通航風險評價指標體系建立

船舶在通航隧洞內航行過程是一個復雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)有“人-船-環(huán)境-管理”4方面子系統(tǒng)構成，系統(tǒng)中的各因素之間關系錯綜復雜。通航隧洞較普通航道具有尺度受限、低照度、低空氣流動性等復雜通航環(huán)境，導致隧洞內影響船舶航行安全的風險源增加且更加復雜。為了更好地評價各影響因素對船舶在隧洞內航行安全的影響程度，參考有關船舶通航安全評價方面取得的研究成果，遵循“科學性與客觀性、全面性與代表性、動態(tài)性與靜態(tài)性、可比性與可操作性、定量指標與定性指標、數量精簡與操作簡便”6結合原則，設計并向烏江海事管理部門、構皮灘樞紐通航管理部門、船員、隧洞設計人員等發(fā)放了隧洞通航風險評價指標體系問卷調查表，回收調查表53份，其中有效調查表49份，以船舶航行風險為評價目標對調查的結果進行梳理、分析和總結，最終構建隧洞內船舶通航風險評價指標體系魚骨圖，見圖1。

圖1 隧洞通航風險致因因素魚骨圖

2 風險評價指標權重確定

2.1 建立層次結構模型

根據二者都是定性分析原理及相似的結構形式，將所繪制的隧洞通航風險致因因素魚骨圖轉化為層次結構模型，見圖2。整個系統(tǒng)分為3層，總目標層(A層)為船舶通航風險，過渡層(B層)為4個主因素，底層(C層)為4個主因素下面的16個子因素。

圖2 隧洞通航風險評價指標體系層次結構

2.2 構建判斷矩陣

采取德爾菲法再次向專家咨詢各指標對于上一層級指標的重要程度，回收有效調查問卷51份。根據專家意見比照表1中的評價標度進行兩兩對比，得出指標間的判斷矩陣A0，見式(1)。其中指標重要程度是綜合考慮指標對應因素發(fā)生后對船舶航行安全的影響機率及危害后果。

表1 評價標度表

(1)

式中：aij為指標i相對于指標j的重要程度。

由此，可得出過渡層及底層指標的判斷矩陣見式(2)～(6)。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中:n為判斷矩陣的維數。

為保證各指標重要度之間的協調性，避免出現矛盾情況，需對判斷矩陣A0一致性進行檢驗，判斷矩陣的一致性指標CI及一致性比例CRA為

(9)

(10)

式中：RI為平均隨機一致性指標。

當CR<0.1時，認為判斷矩陣A0一致性可以接受；否則，認為判斷矩陣A0不具有一致性，還需要對判斷矩陣進行適當調整修正，消除邏輯錯誤，直至其通過一致性檢驗。

2.3 評價指標綜合權重的計算

經計算，目標層A判斷矩陣一致性指標CR=0.062 1<0.1，過渡層B1、B2、B3判斷矩陣一致性指標CR值依次為0.063 6， 0.038 0，0.046 2，均小于0.1，通過一致性檢驗，B4判斷矩陣總是一致的。評價指標的綜合權重指標見表2。

表2 評價指標的單層權重及綜合權重

由表2可知，人為因素B1是隧洞通航風險的主要致因，這與絕大部分的海事事故與人為因素有關基本一致[8]；其次是設備故障B2，這主要是由于通航隧洞特殊的地下環(huán)境所造成的。評價指標中C12(超速航行)、C13(應急處置不當)、C26(動力失控)、C14(貨物違規(guī)裝載)、C25(通風系統(tǒng)故障)、C41(監(jiān)管不到位)這6個指標綜合權重均大于0.05，相對較為重要。為此，通航隧洞在設計建造過程中應合理布置監(jiān)管設施設備及通風系統(tǒng)并保證運行效能，制定嚴格的通航管理規(guī)定，船舶進入通航隧洞前進行嚴格檢查，確保船舶適航、貨物適運，及時提醒超速船舶并加大處罰力度，培訓應急管理及現場處置人員，定期演習，提升應急處置能力。

3 結論

1)該指標體系能夠較為全面地凸顯隧洞通航的風險所在及對策所向。該指標體系涵蓋面較廣，層級清晰，可從系統(tǒng)角度對隧洞通航風險水平進行綜合評判，精確分析其主要致因，為通航隧洞設計與運營提供技術支撐。

2)采用層次分析法明確各指標間的邏輯關系和層次定位，根據評價標度表，建立各級指標的判斷矩陣，進而可確定各指標的綜合權重，確定各指標的重要程度，在4個主因素中，人為因素仍是隧洞通航風險的主要致因；在15個子因素中C12、C13、C26、C14、C25和C41等6個指標依次影響重大，且權重值均大于0.05。因此，這6個指標是隧洞通航風險的最重要誘因，應優(yōu)先給予考慮，并嚴格控制和重點預防。

3)隧洞通航風險是不斷演化的動態(tài)過程，其指標選取和評價標準并非固定不變，因此需根據實際情況不斷更新和調整。可根據特定情況，補充、完善或刪減指標，指標權重值的確定也應充分考慮實際情況和專家經驗。