跨海大桥危险化学品运输安全风险辨识与评价研究
2022-01-13李学盛高级工程师杰工程师汪圣华高级工程师朱建淼高级工程师波高级工程师
李学盛高级工程师 牟 杰工程师 汪圣华高级工程师 朱建淼高级工程师 贾 波高级工程师
(1.浙江省应急管理科学研究院，浙江 杭州 310031；2.浙江省安全工程与技术研究重点实验室，浙江 杭州 310031)
0 引言
目前我国每年在道路上运输的危险货物约2亿吨，覆盖各类危险化学品130余种。近年来，危险化学品运输过程中的事故比例明显升高，据不完全统计，我国发生的危化品事故中77%发生在运输阶段，危化品物流已经成为危化品全生命周期中安全风险最高的一环。其中，跨海大桥作为道路运输系统中的特殊路段，由于建设投资巨大、结构形式复杂、自然环境迥异，容易引发危险化学品运输的交通事故，且事故造成的影响不仅带来伤亡事故，还会对桥梁产生重大影响。如何确保跨海大桥路段危险化学品运输过程风险可控，确保桥梁安全运营尤为重要。
目前，国内外对于危险品运输风险评估的研究主要集中于道路运输及其事故对沿线居民的影响。西方发达国家相关研究最早可追溯到20世纪60年代，北美和欧洲的政府机构开展诸多研究并制定相应法规，如美国交通部在2007年开展全国性危险货物运输线路安全与安保风险分析工作；欧洲国际公路运输危险货物协定(Autorisation Dangerous Road，ADR)要求基于道路结构、极端天气、地震、人口居住区、环境敏感区、事故后果等因素进行综合风险评价，并对所有可能出现危险货物的公路运输均进行详细的规范和限制，如Fabiano B引入道路特征、天气状况和交通条件等因素建立危险货物道路运输风险评估模型。
我国关于危险品道路运输安全风险评估研究起步较晚，国内一些学者主要通过对事故案例及数据统计分析，研究事故成因、评估分析模型以及提出应对及预防对策。如肖建华等通过统计不同时段国内外危化品运输事故，对危险化学品事故影响因素、致因规律、存在问题进行研究，并提出相关预防建议与政策；胥耀铭等从我国危化品事故现状角度，探讨了安全风险监督管理改进方案和应急救援体系建设等；陈文瑛等以2016-2018年发生的447起事故数据作为训练样本，通过EM算法进行参数学习，提出一种基于贝叶斯网络的危险化学品道路运输事故风险预测模型。上述研究事故样本主要基于一般道路危化品运输，对跨海大桥危化品运输安全风险辨识与评价具有一定的参考作用，但仍需进一步考虑跨海大桥在结构、环境等方面的差异。
本文通过辨识分析跨海大桥危险化学品运输安全风险主要影响因素，建立相应的安全风险评估指标体系，并采用模糊综合评价法构建风险评估模型，最后以某跨海大桥为例进行验证分析，可为同类跨海大桥危化品运输安全风险管控提供参考借鉴。
1 安全风险影响因素分析
跨海大桥危险化学品运输安全风险与一般道路相比，有诸多相似之处，也具有其自身特点。首先是道路局部环境多变，跨海大桥一般地处江海水域，局部自然环境存在较大的不确定性；其次是事故后果严重，跨海大桥事故可能造成桥体结构破坏，导致更为严重的多米诺事故；再是事故应急救援难，救援涉及水上、空中等多种救援队伍，需要多方整体协调。通过事故分析和对某跨海大桥的调研，得到跨海大桥危险化学品运输风险的主要因素包括危险化学品、车辆状态、驾驶人员、跨海大桥环境和安全管理5个方面。
(1)危险化学品。危险化学品的种类、数量和运输特点决定其可能造成事故风险大小、类型上的差别，从而导致不同的事故伤害，影响因素主要包括运输危险化学品类别、数量以及运输承载体类别等。
(2)车辆状态。运输车辆状态会影响事故发生的可能性，一旦运输车辆因故障发生事故，容易导致所运输危险化学品意外泄露和释放，影响因素主要包括保养情况、运行里程以及相关安全控制设备完好性等。
(3)驾驶人员。车辆驾驶员负责操作运输工具和第一时间处理意外，若驾驶操作失误，或由于缺乏专业知识技能延误应急处置，极易导致重大事故发生，影响因素主要包括过往违规行为频率、疲劳程度、驾驶技术以及身体和心理素质。
(4)跨海大桥环境。跨海大桥环境的不确定性和恶劣程度，会导致车辆驾驶风险和事故概率的增加，影响因素主要包括跨海大桥长度、桥面车流量以及恶劣天气情况等。
(5)安全管理。安全管理是规范车辆驾驶人员行为、车辆过桥行驶要求以及现场处置的重要手段，影响因素主要包括驾驶人员培训、大桥安全管理机构专业性、安全管理制度有效性以及相关监测与应急处置技术等。
2 运输安全风险评价模型
2.1 建立评价指标体系
通过对跨海大桥危险化学品运输安全风险主要影响因素的分析，结合各影响因子，建立三层评价指标体系，见表1。
表1 风险评价指标
根据表1确定的评价指标体系，建立多层因素集：H
={A
,A
,A
,A
,A
}；A
={A
,A
,A
}；A
={A
,A
,A
}；A
={A
,A
,A
,A
}；A
={A
,A
,A
}；A
={A
,A
,A
,A
}。2.2 确定指标权重及排序
采用层次分析法计算指标体系权重，逐层求出每个因素相对于上一层目标的相对权重，具体步骤：通过对同一层次风险因素之间相对重要性比较，构造成对比较判断矩阵P
=(p
)×，p
是元素A
与A
相对重要性的比例标度，按1-9标度法取值对A
计算矩阵最大特征根及其对应的特征向量W
=(ω
1,ω
2,…ω
)，并做一致性检验，各因素权重ω
。以表1指标体系中准则层因素权重为例，计算结果，见表2。
表2 准则层因素权重
注：λ
为判断矩阵最大值；CI为一致性指标；CR为一致性比例得到判断矩阵特征向量，即准则层权重向量W
=(ω
,ω
,ω
,ω
,ω
)=(0.
484,0.
219,0.
058,0.
097,0.
141)。同理计算得到因素层各指标权重向量：W
=(0.
637,0.
258,0.
105)，W
=(0.
268,0.
117,0.
614)，W
=(0.
467,0.
278,0.
095,0.
16)，W
=(0.
101,0.
226,0.
674)，W
=(0.
479,0.
298,0.
099,0.
124)。综合2层指标权重，即可得到因素层各指标对跨海大桥危险化学品运输安全风险影响程度综合排序，见表3。
从表3综合权重排序来看，对跨海大桥危险化学品运输安全风险影响前五的因素依次为危险化学品类别A
、安全控制设备完好性A
、运输危险化学品数量A
、驾驶人员培训A
和恶劣天气情况A
，符合历史事故统计和客观判断分析。
表3 风险评价指标权重排序
2.3 模糊综合评价模型
(1)建立评价集并确定隶属度。评价集是可能做出的各种安全评价结果等级组成的集合，将跨海大桥危险化学品运输安全风险评价分为4级，V
={υ
,υ
,υ
,υ
}={严重；较严重；一般；较小}，等级加权值和分值区间设立，见表4。
表4 评价集加权值和分值区间
(2)建立评价指标模糊评判矩阵。采用专家调查法对各因素指标的风险等级隶属度进行评价。请专家通过考评及现场调研，对各指标按照表4进行打分，依次统计专家针对各指标给出的评价等级，计算评价指标A
属于各评价等级υ
的隶属度r
=p
/p
，其中p
表示υ
等级相对应的专家频数。由此得到上述评价因素集的模糊评判矩阵R
。(3)逐层进行指标评价。因素层指标权重与其对应的模糊综合评判矩阵相乘可得准则层指标隶属度评价矩阵，见式(1)。
X
=W
·R
(1)
同理可得目标层评价矩阵，见式(2)。
Y
=W
·X
(2)
(4)模糊综合评价。结合上述目标层评价矩阵Y
与评价集权向量V
={0.
9,0.
7,0.
5,0.
2}，对跨海大桥危险化学品运输安全风险进行综合评价，见式(3)。S
=Y
·V
(3)
根据模糊综合评价结果S
，对照表4可得最终风险等级。3 实例分析
某跨海大桥全长48km，跨4座岛屿，翻9个涵洞，穿2个隧道，是国内最大岛陆联络工程，其主体工程皆位于海上，所处海域地势开阔，具有海洋性气候的基本特征，年平均风速在4.7～6.9m/s。大桥按高速公路标准设计，双向四车道，设计行车速度为100km/h，日均车流量约3万余辆次，日均危化品运输车流量约0.5万余辆次。采用上述模糊综合评价模型对该大桥危化品运输进行安全风险评价。
3.1 建立综合评判矩阵
基于评估指标的模糊性，根据该跨海大桥危化品运输现状，邀请桥梁管理人员、危化品运输人员、安全生产领域专家，对各风险指标按照表4分值进行评价打分，建立模糊综合评判矩阵。以危险化学品风险A
因素指标为例，评判矩阵如下：
3.2 指标隶属度评价矩阵
结合因素权重集，计算各指标隶属度评价矩阵。如危险化学品风险A
指标评价结果：X
=W
·R
=(0.
19,0.
30,0.
35,0.
16)同理计可得准则层各指标评价结果：
X
=(0.
04,0.
16,0.
26,0.
54)X
=(0.
02,0.
11,0.
19,0.
68)X
=(0.
27,0.
41,0.
21,0.
11)X
=(0.
11,0.
18,0.
35,0.
36)基于上述指标评价结果，结合准则层指标因素权重，计算得到目标层评估结果：
Y
=W
·X
=(0.
14,0.
25,0.
31,0.
30)3.3 模糊综合评价结果
结合评语集进行加权计算得到最终模糊综合评价结果：
S
=Y
·V
=(0.14,0.25,0.31,0.30)·(0.9,0.7,0.5,0.2)=0.52对照评语集分值区间可知，该跨海大桥危化品运输安全风险等级为一般。
4 防控对策
从指标体系构建和重要性分析结果，防控跨海大桥危险化学品运输风险，首先需要对危险化学品运输类别进行严格管控。本文所分析某跨海大桥位于环杭州湾化工产业集聚区，危化品运输潜在需求巨大，因此后期对于危化品准运类别应重点管理和监控。其次，保持运输车辆安全控制设备完好性，严格按照要求对相关运输车辆的安全附件和监测监控设备进行检查。第三，对于危险化学品运输数量需要进行重点关注，不能发生超载、混装等现象。第四，对驾驶人员培训需要严格按照相关规章制度进行，并不定时进行员工技能和安全意识方面的抽查，一旦发现不称职情况，坚决予以处理。第五，对天气状况特别是恶劣天气要进行提前预报，并确保告知相关危化品运输车辆驾驶员/管理人员，提前做好预案以及限行限速对策。
5 结论
通过对典型跨海大桥危化品事故分析和某跨海大桥危险化学品运输的调研，从自然条件、运输条件等相关特点，对跨海大桥危险化学品运输安全风险影响因素进行辨识，建立评价指标体系，并采用层次分析法分析跨海大桥危险化学品运输安全风险影响因素的排序，影响前五的因素分别为运输的危险化学品类别、安全控制设备完好性、运输危险化学品数量、驾驶人员培训和恶劣天气情况；采用模糊综合评价法建立跨海大桥危险化学品运输安全风险评估模型，并对某跨海大桥进行实际评估，结果显示该大桥危险化学品运输的安全风险等级为一般，并以影响因素的重要性提出相关控制措施。
