油库安全风险评估模型选取及效果研究*

王其磊

(中国人民警察大学 河北廊坊 065000)

*基金项目：河北省重点研发计划(17215604,19275416D)。

0 引言

随着国内成品油使用量不断加大，油库数量与规模快速发展的同时，油库安全问题也变得尤为突出，各类风险逐渐增多。油库作为储存油品的重要基地，储存的油品具有易燃易爆等危险特性，一旦发生泄漏、燃烧、爆炸等，外部救援和灭火装备几乎无效，除了会造成油库人员伤亡、设备损坏等情况外还会造成周围环境严重的污染与腐蚀等重大社会危害。分析发现油库安全影响因素众多，同时这些因素之间还存在着一定的联系，如何通过多源数据分析，充分考虑定量与定性因素，确立油库安全影响因素及建立油库安全风险指标体系对于油库安全风险评估机制起着至关重要的作用[1]。

目前对风险评估的方法很多[2-3]，主要集中在利用各类数学模型如熵权法、层次分析法与突变理论等对具体研究问题进行分析评估，并对评估结果进行验证。也有部分学者研究了如何对油库进行安全评估，如李婷婷[4]对油库安全事故中内部与外部影响因素进行了分析，并对安全评估中存在的问题进行了探讨研究，有利于指导油库安全评估方法的改进。王好一等[5]利用蝴蝶结与贝叶斯网络模型，分析事故致灾原因及影响度，并推导事故发生概率，从而有效预防事故的发生。虽然目前的研究取得一定进展，安全度评估主要以油品种类、器材设施等物的因素，罐体结构安置与分布等技术设计因素，操作人员失误、管理规则等人为因素，雷电等自然及环境等因素为主。这些因素评估与检测指标筛选易受主观影响，缺乏科学的理论和方法。赋权定量分析也依赖于评估者的专业知识水平及矩阵修正准确性。

本文主要依据相关国家标准规范、专家经验与实地评估等，利用熵权与模糊物元模型，建立油库风险评估动态模型，对环境因素、人为因素、管理因素、设备因素及技术等多源数据进行区分赋权，减少主观因素，增加客观计算精度，并以某油库区为列，分析油库区安全风险指数及可能存在的问题，从而有利于油库安全存在问题的整改，有利于降低油库安全风险。

1 风险评估指标

本文主要基于事故发生的可能性、管理缺陷及应急体系建设等方面入手，把影响因素概括为环境、人员、管理与设备4个方面，建立4个层次评估指标体系。本着精确、全面、实用的准则，不仅要满足规范标准的要求，建立指标体系要客观地反映安全评估各因素的构成及内在联系，并且能够把各评估指标划分为一个有序的层次使之条理化,同时考虑评估指标数据的可获得性及风险评估机制实用价值最大化。

环境因素A作为主要以油库选址与建造决定的风险因素影响巨大，本文主要从自然灾害、库区布局及工作环境等维度选取指标。人员因素B作为主要以工作人员素质决定的风险因素，选取人员业务水平与个人素质为主要维度指标。管理因素C是油库安全生产的基本保障，选取管理体系与消防体系两个维度指标,可以有效降低事故发生率，并在事故发生后及时有效地开展救援。设备因素D是以油库设备完善与合理为主要评估指标，选取建构筑物、储油与设施设备作为维度指标，可以有效根据情况进行日常管理与维护，定期对老旧设备进行优化。

本文主要借鉴相关学者在安全评估研究方面的成果, 根据油库的相关生产信息，在综合分析与调查研究的基础上,征求专家建议与实际作业情况，确立多层因素集指标，如表1所示。

表1 油库安全风险评估指标体系

2 熵权与模糊物元模型

2.1 熵权指标权重

有效确定油库风险评估指标权重至关重要，利用熵权函数模型结合信息的效用值对评价指标进行客观赋值，确定权重。评价过程主要是通过对影响油库安全的各因素进行有效区分与排序，确定熵值大小，综合运用所获信息的有序程度，进行计算分析。评估指标权重值的确定主要采用X={Xij}m×n作为初始计算矩阵，其中m为评估体系中评估对象数量，n为评估对象中评估指标数量。为了便于计算，有效降低数据指标量纲、数量级及优劣程度差异，对选择确定的数据指标进行归一化处理：

(1)

分析可知，式中0≤yij≤1，计算后可得归一化数据矩阵：

Y=(Yij)m×ni=1,2,…，m;j=1,2,…，n

(2)

显然，根据上式可得第j项指标的熵值为：

(3)

式中，常数k取 1 /lnm，其主要与评估对象数量m有关，对j项指标熵值ej效用值进行确定，当体系有序度较高时，ej值趋向于0，综合评估效用值较高，当体系有序度较底时，ej值趋向于1，综合评估效用值较底。据此可得：

评估体系指标效用值，即指标熵值ej与1之间的差值hj：

hj=1-ejj=1,2,…，n

(4)

信息效用价值作为熵值法的核心，效用价值的高低对于评估结果的重要性有重要影响，因此利用熵值法特点，估算各指标权重，分析后可得第j项指标的权重为:

(5)

2.2 模糊物元模型构建

在多目标决策体系中，为了有效区分各因素影响，评估模型以有序三元组R(M,c,v)作为描述事物的基本元构建模糊物元[6]，其中M为评估对象，c为M特征指标，v为c的具有模糊性量值。当评估对象M有n个特征c1,c2,…，cn和相应的模糊量值v1,v2,…，vn，假设以R为n维模糊物元, 当有m个评估对象，每个对象具有n维模糊量值的物元，混合表达便组成m个对象n维复合模糊物元，记作Rmn, 即有：

(6)

式中，Mi为第i个对象，i=1,2,…，m；cj为第j项特征，j=1,2,…，n；Xij为第i个项目第j项特征对应的模糊量值，即隶属度。有效确定各评估指标的模糊量值，分析各指标从优隶属关系，对于评估体系指标有重大影响。由于评估时各指标量纲的特征值有所不同，且特征值差别对评估结果影响较小。对比分析发现，各评估指标特征值的大小对于优良率影响重要，但趋向各有不同，主要通过指标性质决定，为明确各指标优良性结合隶属度关系，分别采用如下公式：

(7)

(8)

复合熵值模糊物元以m个对象n维模糊物元的模糊量值Xij的隶属度关系作为计算依据进行从优隶属度原则计算，得到相应的复合物元：

(9)

2.3 贴近度计算

贴近度作为衡量油库安全风险评估指标的重要依据，其值的大小，决定了评估对象与评估标准值之间的差异度。采用欧氏贴近度ρHj数学模型，结合指标数据对评估对象贴近度进行分析计算，根据计算结果进行多个评估对象的优劣排序，由此构建复合模糊物元贴近度计算公式：

(10)

式中：M为评估对象，ρHj为贴近度。

模糊物元矩阵RρH中的第j个贴近度计算公式为：

(11)

将油库安全风险评估各评估指标的熵权值和标准化值进行对比分析，其计算公式为：

(12)

式中，Zj为第j个评估对象的综合评估值。

3 评估实例构建

3.1 评估对象确定

为了对不同油库区的安全风险进行有效评估，分析不同油库的安全风险评估指标，选取不同库区进行比较研究，以便验证上述风险评估模型。根据指标体系选取3个油库区进行综合评定，对油库区安全风险状况进行决策排序。

选取沿海地区，不同区域的3个油库作为评估对象，按照人员、环境、设备与管理4个方面的30个评估指标为基础，分别选取浙江舟山(P1)、福建漳州(P2)、广东汕头(P3)3个1990年左右建成的油库项目作为评估对象。

3.2 风险比较分析

结合模糊物元模型与熵权计算权重方法，以上述3个油库作为案例进行安全风险评估，依据定量与定性相结合，将油库情况的具体测定值作为定量指标值，专家评估组结合数据打分后的加权平均作为定性指标值。评估完成后，利用判断矩阵式(7)或式(8)对评估指标值进行归一化处理，处理完成后，根据式(3)与式(5)对评估对象的评估指标进行熵值与熵权处理。然后对计算后的值导入式(9)得到相应指标的函数隶属度。熵值与熵权计算结果见表2。观察表2中数据发现油库的固定消防设施、设施设备的合理与破损度、工人巡查及技术水平在油库风险评估中所占权重较大，这与油库在选址后加强自身防灭火与监督的设计是一致的。但由于各指标具有一定的耦合关系，且各因素均具有一定风险，因此对各评估指标均应具有相同的重视程度。

表2 评估指标熵及熵权值

为了对油库区安全风险进行比较分析，本文结合油库安全风险评估体系，按照优、良、中、差的标准进行项目评定，按式(11)与式(12)对相应项目贴近度计算，见表3与表4所示。

表3 评估标准

表4 计算后所得评估结果

表4给出了3个油库区的安全风险评估贴近度计算结果与综合评估效果。比较可得：P1油库区评估为优，贴近度计算结果为0.216，小于0.022 7，而P2与P3油库区贴近度计算结果均小于0.132 1，评估为良。分析发现这3个油库区的整体安全水平较高，优良率达到100%，风险较低。该评估结果与安全检查结果基本一致，较好地反映了油库区的安全水平。但比较研究后可得：在油库建成后，应结合评估结果与指标权重，在注重设备运行本身的监督检查、工人操作等常见问题的同时，加强消防安全管理，制定合理的政策，减少突发性事故。

4 结论

(1)总结油库安全事故各主要因素，分析了油库安全风险指标体系的构成，结合熵权法与物元模型的评估方法构建评估模型，该方法降低了评估过程主观性，提高了客观准确度，利于对油库安全形成系统化评估体系，并通过实例验证了所建立的评估模型的准确性。

(2)对比指标体系与熵权计算结果发现：油库区在选址后风险更多存在于设备的运行、人工操作等日常维护中，因此在对油库的安全管理，应在有效评估与设备改进的基础上加强安全风险意识，改善监督机制，切实提高人员素质与科技水平，才能消除各类风险隐患。