隧洞通航风险评价指标体系探究

隧洞通航风险评价指标体系探究

摘要:针对隧洞船舶通航风险影响因素的复杂性、多层次性和不确定性的特点,以乌江构皮滩通航隧洞为例,采用鱼骨图分析法,找出隧洞通航风险的影响因素。应用层次分析法确定各指标的重要程度,结果表明,隶属于人为因素的人员失误仍是是隧洞通航安全问题的主导因素;子因素中改善的重点应集中在防止船舶超速,提升应急管理人员及现场处置人员应急处置能力,严格检查船舶适航与货物适运,确保监管设施设备及通风系统正常高效运营等方面。

关键词:安全管理;通航隧洞;船舶;风险;指标体系

随着《交通强国建设纲要》实施,要求内河水运高质量发展,为此中西部地区多条河流规划提等扩能。受高山峡谷地形限制,通航隧洞这一特殊通航设施将被广泛地采用,例如,长江三峡新通道及乌江二线。然而通航隧洞为典型小断面系数限制性航道,船舶航行阻力大、舵效差,且有船行波和振荡波的反射叠加,对船体产生不对称的横向力,航向控制难度大,操纵性能降低;此外,通航隧洞具有视野背景暗淡、空间密闭、富裕净空尺度有限等特点,导致其船舶通航风险有别于其他航道水域;同时,其内航行船舶发生事故后救援难度较其他水域大;另外,关于通航隧洞的设计和管理目前还没有相关规范标准。关于通航隧洞的研究,有基于舶临界航速对通航隧洞断面经济性进行分析[1];为探究通航隧道尺寸的合理性,利用大比尺物理模型自航船模航行试验对隧洞内的船舶航速、下沉量、航行阻力,以及水位波动等进行了系列研究[2];通过最优化方法及相关分析计算,提出隧洞断面采用曲墙式的形式[3]。相对而言,针对船舶通航风险评价,国内外部分学者的研究[4-7]均集中在港口水域、进港航道、外海水域和锚地等地上水域,未见涉及地下通航水域。为此,考虑在前人研究的基础上,以乌江构皮滩通航隧洞为研究对象,针对隧洞内特殊的通航环境及风险致因因素具有复杂性、多层次性,以及不确定性等一系列特点,从人、机、环、管理4个方面借助鱼骨图对隧洞内船舶通航安全风险进行定性分析,然后结合层次分析法(analytichierarchyprocess,AHP)对其进行定量分析。通过组合方法,找到隧洞内船舶通航安全风险的主要影响因素。

1隧洞通航风险评价指标体系建立

船舶在通航隧洞内航行过程是一个复杂系统,该系统有“人-船-环境-管理”4方面子系统构成,系统中的各因素之间关系错综复杂。通航隧洞较普通航道具有尺度受限、低照度、低空气流动性等复杂通航环境,导致隧洞内影响船舶航行安全的风险源增加且更加复杂。为了更好地评价各影响因素对船舶在隧洞内航行安全的影响程度,参考有关船舶通航安全评价方面取得的研究成果,遵循“科学性与客观性、全面性与代表性、动态性与静态性、可比性与可操作性、定量指标与定性指标、数量精简与操作简便”6结合原则,设计并向乌江海事管理部门、构皮滩枢纽通航管理部门、船员、隧洞设计人员等发放了隧洞通航风险评价指标体系问卷调查表,回收调查表53份,其中有效调查表49份,以船舶航行风险为评价目标对调查的结果进行梳理、分析和总结,最终构建隧洞内船舶通航风险评价指标体系鱼骨图,见图1。

2风险评价指标权重确定

2.1建立层次结构模型。根据二者都是定性分析原理及相似的结构形式,将所绘制的隧洞通航风险致因因素鱼骨图转化为层次结构模型,见图2。整个系统分为3层,总目标层(A层)为船舶通航风险,过渡层(B层)为4个主因素,底层(C层)为4个主因素下面的16个子因素。

2.2构建判断矩阵。采取德尔菲法再次向专家咨询各指标对于上一层级指标的重要程度,回收有效调查问卷51份。根据专家意见比照表1中的评价标度进行两两对比,得出指标间的判断矩阵A0,见式(1)。其中指标重要程度是综合考虑指标对应因素发生后对船舶航行安全的影响机率及危害后果。A0=a11…a1n???an1…ann(1)式中:aij为指标i相对于指标j的重要程度。由此,可得出过渡层及底层指标的判断矩阵见式(2)~(6)。利用和法计算上述判断矩阵的特征值λmax,及其对应的特征向量W~,对W~进行归一化后得到的向量W元素wi即为各指标的权重值。式中:n为判断矩阵的维数。为保证各指标重要度之间的协调性,避免出现矛盾情况,需对判断矩阵A0一致性进行检验,判断矩阵的一致性指标CI及一致性比例CRA为式中:RI为平均随机一致性指标。当CR<0.1时,认为判断矩阵A0一致性可以接受;否则,认为判断矩阵A0不具有一致性,还需要对判断矩阵进行适当调整修正,消除逻辑错误,直至其通过一致性检验。

2.3评价指标综合权重的计算。经计算,目标层A判断矩阵一致性指标CR=0.0621<0.1,过渡层B1、B2、B3判断矩阵一致性指标CR值依次为0.0636,0.0380,0.0462,均小于0.1,通过一致性检验,B4判断矩阵总是一致的。评价指标的综合权重指标见表2。表2评价指标的单层权重及综合权重评价指标单层权重综合权重B1(0.6014)C110.04900.0294C120.55760.3353C130.26860.1616C140.12490.0751B2(0.2731)C210.12670.0346C220.08400.0229C230.04300.0117C240.02470.0067C250.25420.0694C260.46750.1277B3(0.0476)C310.07520.0036C320.18300.0087C330.74180.0353B4(0.0779)C410.18400.0143C420.23180.0181C430.58420.0455由表2可知,人为因素B1是隧洞通航风险的主要致因,这与绝大部分的海事事故与人为因素有关基本一致[8];其次是设备故障B2,这主要是由于通航隧洞特殊的地下环境所造成的。评价指标中C12(超速航行)、C13(应急处置不当)、C26(动力失控)、C14(货物违规装载)、C25(通风系统故障)、C41(监管不到位)这6个指标综合权重均大于0.05,相对较为重要。为此,通航隧洞在设计建造过程中应合理布置监管设施设备及通风系统并保证运行效能,制定严格的通航管理规定,船舶进入通航隧洞前进行严格检查,确保船舶适航、货物适运,及时提醒超速船舶并加大处罚力度,培训应急管理及现场处置人员,定期演习,提升应急处置能力。

3结论

1)该指标体系能够较为全面地凸显隧洞通航的风险所在及对策所向。该指标体系涵盖面较广,层级清晰,可从系统角度对隧洞通航风险水平进行综合评判,精确分析其主要致因,为通航隧洞设计与运营提供技术支撑。2)采用层次分析法明确各指标间的逻辑关系和层次定位,根据评价标度表,建立各级指标的判断矩阵,进而可确定各指标的综合权重,确定各指标的重要程度,在4个主因素中,人为因素仍是隧洞通航风险的主要致因;在15个子因素中C12、C13、C26、C14、C25和C41等6个指标依次影响重大,且权重值均大于0.05。因此,这6个指标是隧洞通航风险的最重要诱因,应优先给予考虑,并严格控制和重点预防。3)隧洞通航风险是不断演化的动态过程,其指标选取和评价标准并非固定不变,因此需根据实际情况不断更新和调整。可根据特定情况,补充、完善或删减指标,指标权重值的确定也应充分考虑实际情况和专家经验。

作者:干伟东 李延伟 乔华倩 单位:交通运输部天津水运工程科学研究所