鄭運(yùn)虎 姜峰

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院）

多層次灰色評價(jià)法對FPSO船火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的評估＊

鄭運(yùn)虎 姜峰

（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院）

針對浮式生產(chǎn)、儲油、卸油船（FPSO船）在多層次、多變量和多種非定量因素影響下缺乏有效定量評估火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)手段的情況，采用多層次灰色綜合安全評價(jià)法，構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，對FPSO船進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。在計(jì)算過程中結(jié)合層次分析法，確定各層指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重，將風(fēng)險(xiǎn)影響程度進(jìn)行定量化處理，最終確定評價(jià)體系整體安全性良好。多層次灰色評估方法針對少數(shù)據(jù)、小樣本、信息不完全和經(jīng)驗(yàn)缺乏的不確定性問題具有計(jì)算簡便、科學(xué)、準(zhǔn)確和實(shí)用的特點(diǎn)，可為FPSO船在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)安全評估方面提供一定的依據(jù)。

層次分析法；多層次灰色評價(jià)；白化函數(shù)；權(quán)重；FPSO；火災(zāi)

0 引 言

FPSO（Floading Production Storage＆Offloading）為浮式生產(chǎn)、儲油、卸油船，是一種在海上單點(diǎn)系泊沒有動(dòng)力的船，通常與鉆油平臺或海底采油系統(tǒng)組成一個(gè)完整的采油、原油處理、儲油和卸油系統(tǒng)［1］。隨著FPSO建造技術(shù)的快速發(fā)展，F(xiàn)PSO船體越來越大，油氣處理和儲運(yùn)功能增強(qiáng)，油氣周轉(zhuǎn)周期縮短，處理成本降低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益越來越顯著。但是油氣集輸和處理流程復(fù)雜、處理量大、中間環(huán)節(jié)多，加之油氣為易燃、易爆物，容易發(fā)生火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故。因此，針對FPSO船的實(shí)際運(yùn)營情況，構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，建立多層次灰色綜合安全評價(jià)模型，對FPSO進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估很有必要；對提高油氣處理和儲運(yùn)作業(yè)安全、減少人員傷亡、預(yù)防環(huán)境污染等意義重大［2］。

1 多層次灰色評價(jià)理論

將評價(jià)系統(tǒng)分為三個(gè)層次［3］，則各個(gè)層次代表的含義可表示為：A代表綜合評價(jià)值；B代表一級指標(biāo)；Bi為二級指標(biāo)。記B＝｛B1，B2，…，Bm｝；Bi＝｛Bi1，Bi2，…，Bij｝。其中，Bi為B的子集，Bij為Bi的子集，m為一級指標(biāo)的數(shù)量，j為B中第i個(gè)指標(biāo)所包含的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

多層次灰色綜合評價(jià)［3-7］的具體步驟如下：

◆理清各個(gè)指標(biāo)層次，建立評價(jià)指標(biāo)模型。

◆制定二級指標(biāo)Bij的評分等級與評分標(biāo)準(zhǔn)。通過給定性評價(jià)指標(biāo)打分，將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。

◆確定評價(jià)指標(biāo)Bi與Bij的權(quán)重。采用層次分析法確定Bij的與Bi的權(quán)重向量分別為Wi＝｛wi1，wi2，…，wij｝和W＝｛w1，w2，…，wm｝。

◆組織評價(jià)者按制定的評分標(biāo)準(zhǔn)評分并建立評價(jià)樣本矩陣D。設(shè)評價(jià)者序號為k（k＝1，2…，p），設(shè)第k個(gè)評價(jià)者對評價(jià)指標(biāo)Bij的評分dijk，則評價(jià)樣本矩陣D＝（dijk）uij×p。

◆確定評價(jià)灰類。確定評價(jià)灰類就是要確定評價(jià)灰類的等級、灰類的灰數(shù)以及白化權(quán)函數(shù)等，設(shè)評價(jià)灰類序號為e（e＝1，2，…，g）即有g(shù)個(gè)灰類等級，若將評價(jià)灰類取為“優(yōu)”“良”“中”“差”四級，則g＝4。第一灰類e＝1，灰數(shù)1∈［d，∞］，白化權(quán)函數(shù)為f1；第二灰類e＝2，灰數(shù)2∈［0，d2，2d2］，白化權(quán)函數(shù)為f2；第三灰類e＝3，灰數(shù)3∈［0，d3，2d3］，白化權(quán)函數(shù)為f3。第四灰類e＝4，灰數(shù)4∈［0，d4，2d4］，白化權(quán)函數(shù)為f4。

◆確定灰色評價(jià)系數(shù)。對指標(biāo)Bij屬于第e個(gè)評價(jià)灰類的灰色評價(jià)系數(shù)為

則屬于各個(gè)評價(jià)灰類的總灰色評價(jià)系數(shù)為

◆計(jì)算灰色評價(jià)權(quán)向量及權(quán)矩陣。評價(jià)者就指標(biāo)Bij屬于第e個(gè)灰類的灰色評價(jià)權(quán)為

則Bij對于各評價(jià)灰類的灰色評價(jià)權(quán)向量rij＝｛rij1，rij2…，rijg｝。將隸屬于Bi的各類Bij指標(biāo)所對應(yīng)的灰類灰色評價(jià)權(quán)向量綜合后得綜合評價(jià)矩陣Ri。

◆對Bi和B作綜合評價(jià)。指標(biāo)Bi作綜合評價(jià)

根據(jù)Li得到指標(biāo)Bi各評價(jià)灰類的灰色評價(jià)矩陣R：

由R進(jìn)一步得出受評項(xiàng)目B的綜合評價(jià)結(jié)果向量：B＝W·R＝（b1，b2，…bg）。

◆計(jì)算綜合評價(jià)值。由于綜合評價(jià)結(jié)果B是一個(gè)向量，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)單值化。將各個(gè)灰類等級按”灰水平”賦值，得到各評價(jià)灰類等值化向量C＝（C1，C2，…，Cg），進(jìn)而得出受評項(xiàng)目的綜合評價(jià)值A(chǔ)＝B·CT。

2 多層次灰色評價(jià)法應(yīng)用實(shí)例

◆收集整理風(fēng)險(xiǎn)因素，建立評價(jià)指標(biāo)模型。某FPSO火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素評估體系由個(gè)人素質(zhì)、設(shè)備狀況、安全管理和環(huán)境因素四大部分以及各指標(biāo)對應(yīng)附屬因素組成，具體評價(jià)內(nèi)容見圖1。

◆制定Bij的評分等級與評分標(biāo)準(zhǔn)。將評價(jià)元素按不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分為4個(gè)級別，8個(gè)評分標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行5分制。以分?jǐn)?shù)4，3，2，1為界建立4個(gè)評價(jià)級別，對應(yīng)于評價(jià)灰類等級為“優(yōu)”“良”“中”“差”。介于相鄰級別之間的評分標(biāo)準(zhǔn)為4.5，3.5，2.5和1.5。

◆確定評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。為減少主觀因素的影響，利用AHP法計(jì)算各層次評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。AHP法是把復(fù)雜問題中各因素劃分成相關(guān)聯(lián)的有序?qū)哟危怪畻l理化。根據(jù)一定客觀的判斷，對每一層次中每兩元素相對重要性給出定量表示，確定全部元素的權(quán)重。大致步驟如下：①理清層次并建立遞階層次結(jié)構(gòu)圖，見圖1；②構(gòu)造判斷矩陣并按表1規(guī)則進(jìn)行評分并求出判斷矩陣的最大特征根，找出與最大特征根相對應(yīng)的特征向量，特征向量即為同一層各因素相當(dāng)于上一層某因素相對重要性的排序權(quán)重；③進(jìn)行層次排序與一致性檢驗(yàn)。以第一層評價(jià)指標(biāo)為例，計(jì)算評價(jià)指標(biāo)Bi（i＝1，…，5）權(quán)重向量如下：

圖1 火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素評估模型

W＝［0.209 6，0.548 3，0.184 6，0.057 5］

RI＝0.9；CI＝0.04 098

CR＝0.0 455＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)。

同理可得Bij權(quán)重向量：

W1＝（0.2 857，0.254，0.2 698，0.1 905）

W2＝（0.2 333，0.2 333，0.3 001，0.2 333）

W3＝（0.25，0.2 353，0.3 001，0.2 333）

W4＝（0.383，0.3 617，0.2 553）

◆建立評價(jià)樣本矩陣，組織5位經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人士按照評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，求得樣本矩陣D。

◆確定評價(jià)灰類。按“優(yōu)”“良”“中”“差”，設(shè)定四個(gè)評價(jià)灰類，其相應(yīng)的灰數(shù)及白化權(quán)函數(shù)如下：第一灰類“優(yōu)”（e＝1），設(shè)定灰數(shù)1∈［0，4，∞］，白化權(quán)函數(shù)為f1（dijk）；第二灰類“良”（e＝2），灰數(shù)2∈［0，3，6］白化權(quán)函數(shù)為f2（dijk）；第三灰類“中”（e＝3），灰數(shù)3∈［0，2，4］白化權(quán)函數(shù)為f3（dijk）；第四灰類“差”（e＝4），灰數(shù)4∈［0，1，2］；白化權(quán)函數(shù)為f4（dijk）。

第一灰類（e＝1），白化權(quán)函數(shù)為：

第二灰類（e＝2）；白化權(quán)函數(shù)為：

第三灰類（e＝3）；白化權(quán)函數(shù)為：

第四灰類（e＝4）；白化權(quán)函數(shù)為：

◆確定灰色評價(jià)系數(shù)

對于指標(biāo)B11屬于第e個(gè)評價(jià)灰類的灰色評價(jià)系

對于指標(biāo)B11屬于各個(gè)評價(jià)灰類的總灰色評價(jià)系數(shù)為X11，則：

◆計(jì)算灰色評價(jià)權(quán)向量及權(quán)矩陣。所有專家就評價(jià)指標(biāo)B11屬于各灰類的灰色評價(jià)權(quán)向量為r11e，則：

e＝1，r111＝X111／X11；

e＝2，r112＝X112／X11；

e＝3，r113＝X113／X11；

e＝4，r114＝X114／X11；

r11＝（0.53 251，0.41 143，0.05 606，0）；

r12＝（0.5 877，0.38 216，0.03 014，0）；

r13＝（0.54 286，0.4 000，0.05 714，0）；r14＝（0.53 251，0.41 143，0.05 606，0）；r21＝（0.5 738，0.39 406，0.02 956，0）；

r22＝（0.5 115，0.40 555，0.09 295，0）；

r23＝（0.52 112，0.39 437，0.08 451，0）；

r24＝（0.50 228，0.41 627，0.08 145，0）；

r31＝（0.52 605，0.41 708，0.05 687，0）；

r32＝（0.44 679，0.42 555，0.12 766，0）；

r33＝（0.5 115，0.40 555，0.08 295，0）；

r34＝（0.5 879，0.3 819，0.03 018，0）；

r41＝（0.57 638，0.39 406，0.02 956，0）；

r42＝（0.48 216，0.41 069，0.10 715，0）；

r43＝（0.44 679，0.42 555，0.12 766，0）；

隸屬于Bi的各類Bij所對應(yīng)的灰類灰色評價(jià)權(quán)向量綜合后得綜合評價(jià)矩陣Ri（i＝1，2，3，4，5）。

◆對Bi和B進(jìn)行綜合評價(jià)，對B1作綜合評價(jià)，其結(jié)果記為B1

B1＝（0.54 931，0.40 092，0.04 977，0）；

B2＝（0.52 737，0.40 202，0.07 061，0）；

B3＝（0.51 902，0.40 722，0.07 376，0）；

B4＝（0.50 922，0.40 811，0.08 267，0）；

進(jìn)一步得出受評項(xiàng)目B的綜合評價(jià)結(jié)果：

◆計(jì)算綜合評價(jià)值。

由各評價(jià)灰類等值化向量C＝（“優(yōu)”，“良”，“中”，“差”）＝（4，3，2，1），得項(xiàng)目A的綜合評價(jià)值為：

計(jì)算結(jié)果介于區(qū)間（3，4），項(xiàng)目最終評價(jià)等級為“良”，說明FPSO體系綜合防火性能良好。

3 結(jié)束語

針對FPSO船采用多層次灰色綜合安全評價(jià)法，進(jìn)行了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評估。通過對風(fēng)險(xiǎn)因素的收集整理，從個(gè)人素質(zhì)、設(shè)備狀況、安全管理和環(huán)境因素四大方面構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，進(jìn)而應(yīng)用多層次灰色評價(jià)法對評估內(nèi)容進(jìn)行多層次分析評估。為減少主觀因素對權(quán)重的影響，采用AHP法對評價(jià)項(xiàng)目和各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析，使權(quán)重分配更加合理。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，得知該FPSO船的綜合防火性能良好，與實(shí)際情況基本吻合。層次分析法與灰色評估理論的有機(jī)結(jié)合將模糊評價(jià)因素進(jìn)行量化處理，解決了多層次、多因素、多變量和非定量化的評估問題。通過在實(shí)際中的應(yīng)用體現(xiàn)出該方法具有簡便、實(shí)用、直觀和科學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，對不確定風(fēng)險(xiǎn)因素的量化處理提供了一種方法。

［1］ 單連政，董本京，劉猛，等.FPSO技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.石油礦場機(jī)械，2008，37（10）：26-30.

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［6］ 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

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1005-3158（2014）03-0034-04

2013-12-02）

（編輯 李娟）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.03.011

國家質(zhì)檢公益項(xiàng)目（201210026，201310152）；甘肅省財(cái)政廳高?；究蒲许?xiàng)目。

鄭運(yùn)虎，蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院安全工程專業(yè)在讀碩士。通信地址：甘肅省蘭州市蘭州理工大學(xué)西校區(qū)石油化工學(xué)院研究生院，730050