熊云峰，陳章蘭，李曉文

(1.集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021；2.福建省船舶與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門(mén) 361021)

0 引言

脆弱性(Vulnerability)源于自然災(zāi)害領(lǐng)域，反映承載體能夠應(yīng)對(duì)災(zāi)害的程度[1]。20 世紀(jì)90年代以來(lái)，脆弱性的概念從科學(xué)領(lǐng)域向社會(huì)學(xué)領(lǐng)域滲透，在公共安全、管理學(xué)、職業(yè)健康、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，脆弱性的概念被不斷修正和完善。從安全科學(xué)與工程擴(kuò)展角度來(lái)說(shuō)，脆弱性是系統(tǒng)在某一擾動(dòng)下發(fā)生的變化程度，以及從擾動(dòng)的不利影響中恢復(fù)正常運(yùn)行的能力[1-3]。根據(jù)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急系統(tǒng)特點(diǎn)，海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性可定義為海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急系統(tǒng)中存在的可能被威脅利用造成損害的薄弱環(huán)節(jié)，是系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各種不利因素影響時(shí)的敏感性與反應(yīng)能力。海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)急能力與鉆井平臺(tái)安全可靠作業(yè)息息相關(guān),只有對(duì)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性作出科學(xué)評(píng)估，及時(shí)指出應(yīng)急系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，才能采取切實(shí)可行的糾正和預(yù)防措施，及時(shí)有效排除系統(tǒng)中隱藏的威脅和不利因素，確保海洋鉆井平臺(tái)安全。因此，如何正確評(píng)估海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性是關(guān)系到海洋鉆井平臺(tái)整體作業(yè)安全的重要研究課題。

目前，關(guān)于海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性評(píng)估的研究成果較少：孟祥坤[4]以南海第7代超深水半潛式平臺(tái)的鉆井系統(tǒng)為研究對(duì)象，提出1套針對(duì)深水半潛式平臺(tái)鉆井作業(yè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法；Paik等[5]建立海洋結(jié)構(gòu)物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理框架，并對(duì)其火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展定量評(píng)估；劉書(shū)杰等[6]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立深水鉆井安全性網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Xue等[7]建立海上鉆井作業(yè)的安全屏障模型；郭恒等[8-9]建立海洋平臺(tái)事故動(dòng)力模型，提出海洋鉆井平臺(tái)事故致因評(píng)價(jià)框架；秦庭榮等[10]提出船舶應(yīng)急脆弱性定義，建立船舶應(yīng)急脆弱性評(píng)估指標(biāo)體系和脆弱性評(píng)估模型；梅丹等[11]提出綜合脆弱性概念，建立艦船電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)綜合脆弱性的評(píng)估模型。綜上，現(xiàn)有研究均沒(méi)有充分考慮不同專(zhuān)家在群評(píng)估中作用的差異性,忽略專(zhuān)家權(quán)重對(duì)指標(biāo)權(quán)重和評(píng)估結(jié)果的重要影響。

本文根據(jù)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急系統(tǒng)顯著復(fù)雜性和模糊性特點(diǎn)，充分考慮評(píng)估專(zhuān)家和評(píng)價(jià)因子權(quán)重信息，運(yùn)用權(quán)重集結(jié)方法和模糊綜合評(píng)估理論，構(gòu)建海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性綜合群評(píng)估模型，旨在為科學(xué)評(píng)價(jià)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性提供新思路。

1 評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)海洋鉆井平臺(tái)的作業(yè)特點(diǎn)、危害因素、突發(fā)事件特征以及平臺(tái)應(yīng)急體系自身功能要求，基于人因工程理論，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性及層次性相結(jié)合的原則，從脆弱性特征要素(包括暴露度、敏感度和適應(yīng)度)和構(gòu)成承載體的組元因素(包括人員、設(shè)備、環(huán)境，管理等)出發(fā)，對(duì)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性影響因子進(jìn)行系統(tǒng)分析，建立海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性綜合評(píng)估評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system for emergency vulnerability of offshore drilling platforms

評(píng)估指標(biāo)體系分為2個(gè)層次：第1層由應(yīng)急人員脆弱性(R)、應(yīng)急設(shè)備脆弱性(S)、應(yīng)急管理脆弱性(G)和外部保障脆弱性(H)4個(gè)單元組成，每個(gè)單元又有若干評(píng)估指標(biāo)；第2層即為評(píng)估目標(biāo)層，由第1層的4個(gè)單元作為第2層的4個(gè)評(píng)估指標(biāo)。其中，R1～R4分別表示人員業(yè)務(wù)能力、心理素質(zhì)、身體素質(zhì)和知識(shí)水平；S1～S7分別表示井控設(shè)備系統(tǒng)、油液輸送系統(tǒng)、檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、消防設(shè)備系統(tǒng)、救生設(shè)備系統(tǒng)、防污染設(shè)備系統(tǒng)和應(yīng)急通信系統(tǒng)；G1～G5分別表示領(lǐng)導(dǎo)重視程度、應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)、應(yīng)急管理制度、應(yīng)急管控預(yù)案、安全教育培訓(xùn)；H1～H4分別表示自然環(huán)境條件、外部物資補(bǔ)償、外部救援力量和災(zāi)后保險(xiǎn)理賠。

2 權(quán)重計(jì)算模型

在對(duì)某個(gè)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行群評(píng)估時(shí)，必須合理確定評(píng)估專(zhuān)家的權(quán)重和評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，才能確保評(píng)估結(jié)論準(zhǔn)確性和可靠性[12]。

目前，專(zhuān)家權(quán)重確定方法一般直接根據(jù)評(píng)估指標(biāo)值，通過(guò)計(jì)算熵權(quán)等方法獲得。確定指標(biāo)綜合權(quán)重的方法為分別由主觀(guān)權(quán)重法(如層次分析法等)和客觀(guān)權(quán)重法(如變異系數(shù)法等)求出指標(biāo)的主、客觀(guān)權(quán)重，通過(guò)線(xiàn)性組合等方法得到指標(biāo)綜合權(quán)重。上述方法均未考慮專(zhuān)家個(gè)體差異性，沒(méi)有充分反映專(zhuān)家權(quán)重對(duì)指標(biāo)權(quán)重重要影響。因此，本文將針對(duì)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性評(píng)估的特點(diǎn)，統(tǒng)籌考慮不同專(zhuān)家學(xué)習(xí)背景、工作經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)能力等方面的差異性，賦予專(zhuān)家合理的權(quán)重；并引入多位專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，然后利用群決策方法對(duì)所有專(zhuān)家給出的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行集結(jié)，得到指標(biāo)綜合權(quán)重，從而提高指標(biāo)權(quán)重的合理性和可信性[13-16]。

2.1 評(píng)估專(zhuān)家權(quán)重

評(píng)估專(zhuān)家基本條件為至少在本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域工作滿(mǎn)3 a、具備本專(zhuān)業(yè)或相關(guān)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)科及以上學(xué)歷、副高級(jí)及以上職稱(chēng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。從專(zhuān)家學(xué)習(xí)背景、工作經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)能力3個(gè)方面給專(zhuān)家評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1～3。

表1 專(zhuān)家學(xué)習(xí)背景評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring standard of experts’ learning background

表2 專(zhuān)家工作經(jīng)驗(yàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Scoring standard of experts’ working experience

表3 專(zhuān)家業(yè)務(wù)能力的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Scoring standard of experts’ professional ability

按照表1～3，對(duì)每位專(zhuān)家進(jìn)行評(píng)分，并計(jì)算出每位專(zhuān)家的總得分。

專(zhuān)家權(quán)重如式(1)所示：

λ=(λt)1×p

(1)

其中λt如式(2)所示：

(2)

式中：λt∈[0,1]為第t個(gè)專(zhuān)家的權(quán)重；Dt表示第t位專(zhuān)家的總得分；p為專(zhuān)家總數(shù)。

2.2 評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重

由p位評(píng)估專(zhuān)家根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和主觀(guān)偏好，運(yùn)用直接賦權(quán)法、層次分析法、熵權(quán)法、差異系數(shù)法、灰關(guān)聯(lián)分析法、成份分析法或組合權(quán)重法等[12-15]，分別給出n個(gè)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量如式(3)所示：

(3)

根據(jù)式(3)，建立由p位評(píng)估專(zhuān)家賦權(quán)的評(píng)估指標(biāo)權(quán)重矩陣WZ如式(4)所示:

(4)

考慮到不同評(píng)估專(zhuān)家的工作相關(guān)性、經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備差異性，給出的評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值不同。為統(tǒng)籌考慮所有專(zhuān)家意見(jiàn)，提高指標(biāo)權(quán)重準(zhǔn)確性，需要對(duì)所有專(zhuān)家給出的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行集結(jié)，獲得評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，如式(5)所示：

W=λWZ=(ωi)1×n

(5)

3 群評(píng)估模型

3.1 確定評(píng)價(jià)因素集和評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系，確定總目標(biāo)(第2層)指標(biāo)集如式(6)所示：

U={R,S,G,H}

(6)

子目標(biāo)(第1層)有4個(gè)指標(biāo)集，如式(7)～(10)所示：

R={R1,R2,R3,R4}

(7)

S={S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7}

(8)

G={G1,G2,G3,G4,G5}

(9)

H={H1,H2,H3,H4}

(10)

將專(zhuān)家對(duì)應(yīng)急脆弱性的評(píng)語(yǔ)分為很低(V1)、較低(V2)、一般(V3)、較高(V4)、很高(V5)5個(gè)等級(jí)，建立評(píng)語(yǔ)集如式(11)所示：

V={V1,V2,V3,V4,V5}

(11)

3.2 構(gòu)建第1層各單元模糊隸屬度矩陣

針對(duì)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性的評(píng)語(yǔ)具有較強(qiáng)模糊性的特點(diǎn)，通過(guò)評(píng)估專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)因素集中的每個(gè)因素對(duì)照評(píng)語(yǔ)集進(jìn)行評(píng)估(即給出評(píng)語(yǔ))，然后對(duì)評(píng)估結(jié)果加以統(tǒng)計(jì)，得出每個(gè)因素屬于各個(gè)評(píng)語(yǔ)的程度(即隸屬度)，從而構(gòu)建模糊隸屬度矩陣[13，15-16]。具體包括以下4個(gè)步驟：

2)由p位專(zhuān)家按照評(píng)語(yǔ)集中的5個(gè)評(píng)語(yǔ)，分別對(duì)第1層第k單元的第i個(gè)評(píng)估指標(biāo)給出自己的評(píng)語(yǔ)。

(12)

3.3 模糊綜合評(píng)估

根據(jù)多級(jí)模糊綜合評(píng)估理論，按照公式(1)～(12)，得到第1層各單元模糊評(píng)價(jià)結(jié)果B1k如式(13)所示：

B1k=W1k°A1k

(13)

式中：W1k為第1層第k單元各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量；°為加權(quán)平均型模糊算子。

按式(14)建立第2層模糊評(píng)估矩陣B：

B=(B11,B12,B13,B14)T

(14)

按式(15)計(jì)算模糊評(píng)估向量C：

C=W2°B

(15)

式中：W2為第2層各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量。

根據(jù)最大隸屬度原則，確定最終評(píng)估結(jié)果，根據(jù)綜合評(píng)估結(jié)論，提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施。

4 模型算例

4.1 確定專(zhuān)家權(quán)重

若由5位專(zhuān)家對(duì)某海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)急脆弱性進(jìn)行群評(píng)估，則首先對(duì)5位專(zhuān)家進(jìn)行編號(hào)，分別為Z1，Z2，Z3，Z4，Z5；然后根據(jù)每位專(zhuān)家學(xué)歷背景、工作經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)能力，按照表1～3進(jìn)行打分，得到5位專(zhuān)家總得分，根據(jù)式(1)求出5位專(zhuān)家權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 專(zhuān)家權(quán)重Table 4 Weights of experts

4.2 確定指標(biāo)權(quán)重

(16)

根據(jù)式(5)對(duì)集結(jié)各位專(zhuān)家給出的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行集結(jié)，從而獲得第1層第1單元指標(biāo)的綜合權(quán)重W11=(0.376,0.259,0.212,0.153)

同理得到第1層其它3個(gè)單元以及第2層各評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重如式(17)所示：

W12=(0.212,0.167,0.204,0.153,0.136,0.050,0.078)
W13=(0.194,0.261,0.203,0.189,0.153)
W14=(0.186,0.327,0.361,0.126)
W2=(0.262,0.238,0.324,0.176)

(17)

4.3 多級(jí)模糊綜合評(píng)估

根據(jù)3.2節(jié)內(nèi)容，可以得到第1層4個(gè)評(píng)估單元的模糊隸屬度矩陣，如式(18)～(21)所示：

(18)

(19)

(20)

(21)

根據(jù)公式(13)～(15)計(jì)算可得式(22)～(23)：

(22)

C=W2°B=(0.193,0.354,0.322,0.125,0.005)

(23)

根據(jù)最大隸屬度原則得到評(píng)估結(jié)論見(jiàn)表5。由表5可知，為提高該海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)急保障能力，主要從該海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)急設(shè)備系統(tǒng)和外部保障系統(tǒng)2方面入手，制訂并實(shí)施預(yù)防與糾正措施：1)加強(qiáng)安全應(yīng)急知識(shí)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，提高全員安全應(yīng)急意識(shí)和各級(jí)管理人員的管理能力。2)強(qiáng)化應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)的職能，健全海洋鉆井平臺(tái)的應(yīng)急管理體系，完善應(yīng)急管控預(yù)案，提高應(yīng)急演習(xí)的實(shí)用性。3)強(qiáng)化平臺(tái)外部環(huán)境的監(jiān)控，進(jìn)一步做好防極端天氣的應(yīng)急管理工作。4)增強(qiáng)與外部救援單位的溝通聯(lián)系，適時(shí)開(kāi)展聯(lián)合救援演習(xí)，提高聯(lián)合應(yīng)急救援能力。

表5 評(píng)估結(jié)論Table 5 Evaluation conclusions

5 結(jié)論

1)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性評(píng)估指標(biāo)體系具有一定合理性，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)評(píng)估需求對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系層次進(jìn)行適當(dāng)增減。

2)根據(jù)專(zhuān)家自身客觀(guān)屬性，運(yùn)用專(zhuān)家打分法建立專(zhuān)家權(quán)重計(jì)算模型；基于專(zhuān)家權(quán)重將各評(píng)估指標(biāo)權(quán)重集結(jié)為評(píng)估指標(biāo)的綜合權(quán)重，不僅反映評(píng)估專(zhuān)家在群評(píng)估中的重要作用，也有效保證群評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3)基于多級(jí)模糊綜合評(píng)估理論，提出新的集結(jié)專(zhuān)家權(quán)重隸屬度確定方法，構(gòu)建海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性群評(píng)估模型。該模型邏輯性強(qiáng)、原理簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，能較好地解決海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性群評(píng)估問(wèn)題。

4)本文主要對(duì)海洋鉆井平臺(tái)應(yīng)急脆弱性群評(píng)估方法進(jìn)行探索，模擬算例比較簡(jiǎn)單，今后將繼續(xù)針對(duì)該評(píng)估法的實(shí)用性和可靠性進(jìn)行深入研究。