危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)危險(xiǎn)性分析及其風(fēng)險(xiǎn)評估

白 玉，黃 晨，盧琳琳

(1.天津東方泰瑞科技有限公司，天津 300092；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456)

危險(xiǎn)貨物是指具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蝕、放射性等危險(xiǎn)特性，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、生產(chǎn)、經(jīng)營、使用和處置中，容易造成人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損毀或環(huán)境污染而需要特別防護(hù)的物質(zhì)和物品[1]。而集裝箱作為一種具有一定強(qiáng)度、剛度和規(guī)格專供周轉(zhuǎn)使用的大型裝貨容器，用作轉(zhuǎn)運(yùn)貨物時(shí)可以直接在發(fā)貨人裝貨到收貨人卸貨過程中無須將貨物從箱內(nèi)取出換裝[2]，其作為一種標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及運(yùn)營的物流系統(tǒng)基礎(chǔ)載體，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于危險(xiǎn)貨物的公路、水路運(yùn)輸過程中。

在傳統(tǒng)意義上危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)包括卸船作業(yè)、裝船作業(yè)和堆場堆存作業(yè)，作業(yè)過程中主要作業(yè)活動(dòng)的工藝流程較為清晰，人機(jī)作業(yè)面自動(dòng)化程度高，研究人員普遍認(rèn)為危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)危險(xiǎn)性要低于公路、鐵路運(yùn)輸作業(yè)[3]。

在目前的研究中，研究人員運(yùn)用粗糙集、BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、指數(shù)模型、蒙特卡羅、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法對運(yùn)輸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析評估[4-11]，并側(cè)重在危險(xiǎn)貨物特性、運(yùn)輸線路、交通基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸車輛技術(shù)狀況等方面建立評估指標(biāo)體系。這些研究方法均需要收集大量的樣本數(shù)據(jù)和反復(fù)的模擬計(jì)算，在作業(yè)過程較為簡單、影響因素較少的運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用起來更為合適。危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)存在作業(yè)量集中、貨物種類多樣化、貨物數(shù)量大、設(shè)備規(guī)模大、人機(jī)交叉作業(yè)以及人員素質(zhì)不高等多重影響因素[12]，上述方法的運(yùn)用需要一個(gè)較長的數(shù)據(jù)收集與計(jì)算周期，而層級分析法(簡稱AHP)與模糊綜合判定(簡稱FCE)已廣泛的應(yīng)用在港口裝卸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估上[13-14]，可以較為簡便地對復(fù)雜、模糊的問題進(jìn)行定量定性分析。因此，本文將運(yùn)用AHP和FCE提出一種基于風(fēng)險(xiǎn)影響因素概率和后果嚴(yán)重性的綜合評估方法，該模型基于作業(yè)過程中存在的事故致因要素對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，從而確定危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)程度。

1 技術(shù)方法

本文擬采用的技術(shù)路線如圖1所示，在現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)控制理論的基礎(chǔ)上提出一種基于AHP和FCE的危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評估方法。該方法在類似港口危險(xiǎn)貨物作業(yè)事故案例的統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上使用魚骨圖法體現(xiàn)危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵影響因素，以此構(gòu)建評估模型指標(biāo)集，利用AHP解決評估指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)和權(quán)重分配實(shí)現(xiàn)模型的定量評估，最終設(shè)定FCE評判規(guī)則進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證并對評估結(jié)果進(jìn)行分析，該類方案將適用于解決一系列過程復(fù)雜、不確定因素較多的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估。

圖1 利用層次分析法和模糊判定原理進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)路線圖

1.1 評估指標(biāo)的篩選方法

安全系統(tǒng)工程理論認(rèn)為，危險(xiǎn)是與安全相對立的一種事故的潛在狀態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)則蘊(yùn)含了事故發(fā)生的可能性，事故是危險(xiǎn)事件即成的狀態(tài)，危險(xiǎn)是風(fēng)險(xiǎn)的前提，沒有危險(xiǎn)就無所謂風(fēng)險(xiǎn)，事故是風(fēng)險(xiǎn)演變發(fā)展的必然結(jié)果。危險(xiǎn)是客觀存在的，風(fēng)險(xiǎn)是可以通過一定手段進(jìn)行控制的，如控制措施不力或由于其他偶然因素的影響則會(huì)引發(fā)事故[15]。風(fēng)險(xiǎn)(R)是由事故發(fā)生的概率(L)與事故后果嚴(yán)重度(C)來衡量的，即R=(L，C)。對于危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)而言，影響安全的因素有很多，各因素之間相互作用構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的、不確定性的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文將通過統(tǒng)計(jì)分析116例危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)事故案例，利用魚骨圖從事故致因的角度找到對作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)影響較大的因素，建立多層級的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)集。

1.2 層次分析法

層級分析法(簡稱AHP)是一種對較為模糊或復(fù)雜的決策問題用定性與定量分析相結(jié)合的手段作出決策的簡易方法，特別是將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷給予量化，它將人們的思維過程層次化，逐層比較相關(guān)因素，逐層檢驗(yàn)比較結(jié)果的合理性，由此提供較有說服力的依據(jù)，通常用來解決多組方案之間的排序問題[16]，本文使用該方法來為各級評估指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行賦值。

文中利用層次分析法計(jì)算評估指標(biāo)權(quán)重，目標(biāo)層即為模型評估的目標(biāo)(對象)，指標(biāo)層通常由影響目標(biāo)層的若干因素組成，可再分為一級、二級、三級等若干層級。指標(biāo)層的n個(gè)評價(jià)因子基于其對于上層因素的影響大小，采用因子間進(jìn)行兩兩比較的辦法，建立判斷矩陣A=(aij)n×n，并對其做一致性檢驗(yàn)，利用以下公式開展

(1)

(2)

式中：λmax為判斷矩陣A的最大特征值；n為判斷矩陣A的階數(shù)；RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，其取值可參照表1。

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)

當(dāng)判斷矩陣A的階數(shù)為1和2時(shí)候，1、2階正互反矩陣總是為一致矩陣，故RI=0，此時(shí)，定義CR=0。當(dāng)判斷矩陣A的階數(shù)≥3時(shí)候，若CR<0.10，可以判斷矩陣A通過一致性檢驗(yàn)，否則，要對判斷矩陣A做修正。

當(dāng)判斷矩陣A通過一致性判定后，計(jì)算A的權(quán)向量并進(jìn)行總體一致性檢驗(yàn)，利用以下公式開展

(3)

Aω=nω

(4)

式中：ω是歸一化向量，即ω是矩陣A的特征值n的特征向量。

(5)

式中：CR(1)=0，CR(k)為各指標(biāo)層判斷矩陣的一致性比率，第k指標(biāo)層通過組合一致性檢驗(yàn)的條件一般為CR(k)<0.1。

(6)

重大決策問題應(yīng)控制CR*適當(dāng)?shù)男。拍苷J(rèn)為總體上通過一致性檢驗(yàn)。

1.3 模糊綜合評判

模糊綜合評判是指通過利用與評估對象有關(guān)的各因素評價(jià)結(jié)果，構(gòu)成相應(yīng)的評價(jià)矩陣，并利用決定各因素重要性程度的權(quán)重因子作模糊變換，最終得到對評估對象的評估結(jié)果，本文使用該方法對危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)中各項(xiàng)評估指標(biāo)的具體情況進(jìn)行評估，以此得到作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的定量化結(jié)論。

研究中通常將評估對象的影響因素即評估指標(biāo)設(shè)定為集合U={u1,u2,…,um}，m的數(shù)量由具體的評估指標(biāo)所決定。為了方便權(quán)重分配和計(jì)算，通常按照評估指標(biāo)的屬性將評估指標(biāo)分成若干類和多層級，通常將評估對象的n種預(yù)期評估結(jié)果設(shè)定為集合V={v1,v2,…,vn}。使用層次分析法得到權(quán)向量集合ω={a1,a2,…,am}，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定集合U到V的一個(gè)模糊映射f：U→V，并設(shè)定模糊矩陣R來表達(dá)模糊映射關(guān)系，在此基礎(chǔ)上利用權(quán)向量集合ω與模糊矩陣R合成即可得到評估對象的模糊綜合評估結(jié)果向量B，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合評估對象評語集對評估結(jié)果作定性化處理，利用以下公式開展

(7)

(8)

式中：bj表示評估對象從整體上看對評語集vj的隸屬程度。

2 危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評估

2.1 明確評估指標(biāo)體系

2.1.1 危險(xiǎn)貨物集裝箱作業(yè)事故致因分析

通過對2005—2018年間中國發(fā)生的116例危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)的直接事故致因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(每例事故僅考慮一個(gè)最核心因素)，結(jié)果詳見表2。

表2 危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)事故發(fā)生因素明細(xì)說明表

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，這116例事故中事故致因可定義為“人(管理)”、“設(shè)備”、“貨物”、“作業(yè)條件”四大類，其中有60起事故致因統(tǒng)計(jì)劃分至“人”的因素，主要強(qiáng)調(diào)由于管理不到位所造成的人員作業(yè)失誤，也可以定義為“管理”因素，最為重要；其次是分別各有23起事故致因統(tǒng)計(jì)劃分至“設(shè)備”和“貨物”的因素，主要強(qiáng)調(diào)了設(shè)備本身和貨物危險(xiǎn)性的問題，重要度次之；而剩下的“作業(yè)條件”因素強(qiáng)調(diào)的是作業(yè)許可和自然環(huán)境的影響，重要度最低。

2.1.2 基于魚骨圖法的風(fēng)險(xiǎn)辨識

魚骨圖是由日本研究人員于20世紀(jì)60年代提出的，最初用于造船廠的過程質(zhì)量管理，得名于其圖形外形，因其直觀便于運(yùn)用等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于過程安全分析。結(jié)合表2中的統(tǒng)計(jì)分析，魚骨圖中應(yīng)該將“人(管理)”、“設(shè)備”、“貨物”、“作業(yè)條件”作為主要的骨頭，通常港口作業(yè)過程中，“人(管理)”的影響因素主要是由現(xiàn)場作業(yè)人員的數(shù)量、安全素質(zhì)、操作水平、防護(hù)水平和安全管理機(jī)構(gòu)制度來決定的；“設(shè)備”的影響因素主要是由現(xiàn)場的設(shè)備數(shù)量、貨物的吞吐數(shù)量來決定的，作為行業(yè)慣例將“設(shè)備”因素調(diào)整成“作業(yè)規(guī)模”；“貨物”的影響因素主要是由貨物本身的理化特性來決定的；“作業(yè)條件”的影響因素主要是由為危險(xiǎn)貨物作業(yè)方式、作業(yè)現(xiàn)場的安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施以及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的警示告知來決定的。此外，結(jié)合中國的危險(xiǎn)貨物作業(yè)管理相關(guān)法律法規(guī)，“應(yīng)急能力”和“事故統(tǒng)計(jì)”是法定監(jiān)管內(nèi)容，因此最終該魚骨圖擁有六根骨頭，每根骨頭下面的內(nèi)容代表了該類事故致因所包含的具體要素，理論上每一個(gè)要素都能夠獨(dú)立導(dǎo)致作業(yè)事故的發(fā)生，如圖2所示。

圖2 基于魚骨圖法的危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識

綜上，利用魚骨圖中的各個(gè)要素構(gòu)建了一個(gè)普遍適用的危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)集(表3)。該指標(biāo)體系包含有6個(gè)一級指標(biāo)和19個(gè)二級指標(biāo)。

表3 危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系指標(biāo)集

2.2 權(quán)重分配

邀請100名危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)領(lǐng)域的專家參與本次研究工作，專家中年齡在30～40歲之間的為62%，年齡在40～60歲之間的為38%；學(xué)歷為本科的為75%，學(xué)歷為研究生的為25%；研究方向側(cè)重作業(yè)過程的為45%，側(cè)重管理的為55%。通過發(fā)放問卷的形式，專家們對各層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩重要程度判斷比較，將同一級指標(biāo)兩兩比較構(gòu)造判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，直到“通過”來確定層次指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。

其中一級評估指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣與一致性檢驗(yàn)結(jié)論如表4～表6所示(為方便計(jì)算小數(shù)點(diǎn)后取3位)。

表4 一級評估指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣賦值表

同理可以得出二級各評價(jià)指標(biāo)體系的判斷矩陣，并通過了一致性檢驗(yàn)，評估模型指標(biāo)集的權(quán)向量和一致性檢驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表5 一級評估指標(biāo)判斷矩陣一致性檢驗(yàn)

2.3 安全風(fēng)險(xiǎn)評估

2.3.1 評估對象情況

本研究評估對象選擇的是中國北方某大型集裝箱碼頭有限公司，該公司擁有6個(gè)10萬t級專業(yè)化集裝箱泊位，年均危險(xiǎn)貨物吞吐量35 000 TEU(Twenty-feet Equivalent Unit)，其中涉及的危險(xiǎn)貨物種類包括第2類(氣體)、第3類(易燃液體)、第4類(易燃固體、易于自燃的物質(zhì))、第5類(氧化物質(zhì)和有機(jī)過養(yǎng)化物)、第6.1項(xiàng)(毒性物質(zhì))、第8類(腐蝕性物質(zhì))、第9類(雜項(xiàng)危險(xiǎn)物質(zhì)和物品，包括危害環(huán)境物質(zhì))。該公司危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)采取的作業(yè)工藝為“集裝箱船—岸邊集裝箱裝卸橋—運(yùn)輸車輛(貨主)”，現(xiàn)場碼頭和堆場均不儲(chǔ)存危險(xiǎn)貨物集裝箱，裝卸設(shè)備為23臺(tái)65 t/66 m的岸邊集裝箱裝卸橋，現(xiàn)場相關(guān)作業(yè)人員550余人，擁有齊全的碼頭安全設(shè)施、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)安全設(shè)施、消防安全設(shè)施和安全標(biāo)志。

2.3.2 模糊評判過程

設(shè)定評語集合V={好，較好，中等，較差，不可接受}(n=5)，本研究中邀請的100名專家依據(jù)上述公司開展危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)情況，對19個(gè)二級風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)情況進(jìn)行評判，利用每個(gè)指標(biāo)得到的評語數(shù)量組成模糊映射關(guān)系和模糊矩陣

根據(jù)模糊矩陣，利用表6中的綜合權(quán)重向量計(jì)算得到該公司危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)模糊綜合評估向量為

表6 評估模型指標(biāo)集總體一致性檢驗(yàn)一覽表

2.3.3 評估結(jié)果的定量體現(xiàn)及分析

為了更好地定量體現(xiàn)危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)程度，為評語集設(shè)定明確的分值集C，并設(shè)計(jì)一套安全風(fēng)險(xiǎn)程度評語集區(qū)間如表7。利用模糊綜合評估向量對評語集的映射關(guān)系就能定量體現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)程度。

表7 綜合評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)程度等級表

集合表7的設(shè)定結(jié)果，可以計(jì)算出該公司危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)程度定量體現(xiàn)分值。對安全風(fēng)險(xiǎn)評估向量B進(jìn)行歸一化處里得到

評估定量化分值為：

F=B′×C==95×0.14+85×0.295+75×0.338+65×0.185+30×0.042=77.0(取小數(shù)點(diǎn)后一位)

對照表8中的映射關(guān)系可以得出安全風(fēng)險(xiǎn)程度為中等。

表8 二級指標(biāo)層的評估定量化分值

同樣可以得到一級指標(biāo)層和二級指標(biāo)層的評估定量化分值(表8)。

通過評估結(jié)果定量分值可以很直觀地得出該公司危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)等級為中等。從一級指標(biāo)的評估結(jié)果來看，6個(gè)一級指標(biāo)中有2個(gè)“較好”，3個(gè)“中等”，1個(gè)“較差”，其中較好的2個(gè)指標(biāo)是“事故統(tǒng)計(jì)與預(yù)測”與“作業(yè)條件”，“較差”的指標(biāo)是“應(yīng)急能力”，針對其二級指標(biāo)的評估結(jié)果需要對“應(yīng)急人員”和“應(yīng)急裝備”進(jìn)行立即整改，以改善其風(fēng)險(xiǎn)程度。當(dāng)然從表8中還可以得出，除了“應(yīng)急能力”外，“經(jīng)費(fèi)保障”這個(gè)指標(biāo)也需要特別關(guān)注，以進(jìn)一步改善“作業(yè)規(guī)模”的風(fēng)險(xiǎn)程度。

3 結(jié)論

本文提出一套危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析評估方法，并得到以下結(jié)論：

(1)對事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合魚骨圖法可以直觀體現(xiàn)事故致因?qū)ψ鳂I(yè)風(fēng)險(xiǎn)的影響，有助于發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)貨物港口集裝箱作業(yè)的事故規(guī)律，建立系統(tǒng)的評估指標(biāo)集。

(2)層次分析法和模糊綜合評判法的綜合運(yùn)用可以解決過程復(fù)雜、不確定因素較多的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估，簡化數(shù)據(jù)獲取數(shù)量和計(jì)算規(guī)模，評估結(jié)果對風(fēng)險(xiǎn)控制有直觀的指導(dǎo)性。本次研究建立了一套2個(gè)層次6大類19個(gè)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，利用層次分析法確定各個(gè)指標(biāo)的影響權(quán)重，利用模糊綜合評判方法建立評估指標(biāo)和評估結(jié)果之間的模糊映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對評估結(jié)果的定量化體現(xiàn)，提供多層次多維度的結(jié)論來體現(xiàn)被評估對象的風(fēng)險(xiǎn)程度。

(3)通過對北方某集裝箱碼頭公司進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用研究，表明本研究提出的及時(shí)方法可以較好的適用于危險(xiǎn)貨物集裝箱港口作業(yè)過程的安全風(fēng)險(xiǎn)識別與評估，通過評估結(jié)果針對性提出風(fēng)險(xiǎn)管控措施，從而有效降低作業(yè)過程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4)目前評估過程中存在模糊評判過于主觀的不確定性，主要解決方案是邀請行業(yè)專家配合工作，后續(xù)研究將進(jìn)一步集中在指標(biāo)模糊評判規(guī)則的制定，使評估結(jié)果更精準(zhǔn)，可適用于普通作業(yè)人員使用。