安全风险及评估方法

安全风险及评估方法 第四章 安全风险及评估方法 4.1风险概念[16] 危险的出现概率、发生何种事故及其发生概率、导致何种损失及其概率都是不确定的。这种事故形成过程中的不确定性，就是广义上的风险，可写为: 4-1) R=(H,P,L) ( 式中，R为风险(Risk);H为危险(HazaRd);P为危险发生的概率(PRobability);L为危险发生导致的损失(Loss)。 在工业系统，风险是指特定危害事件发生的概率与后果的结合。风险是描述系统危险程度的客观量，又称风险度或危险性。风险R具有概率和后果的二重性，风险可用损失程度c和发生概率p的函数来表示: R=f(p，c) (4-2) 4.2风险评价概述 4.2.1风险评价的作用及意义 风险评价也称安全评价。风险评价是以实现系统安全为目的，运用安全系统原理和方法对系统中存在的风险因素进行辨识与分析，判断系统发生事故和职业危害的可能性及其严重程度，从而为制定防范措施和管理决策提供科学依据。 安全评价的目的是查找、分析和预测工程、系统存在的危险、有害因素及危险、危害程度，提出合理可行的安全对策措施，指导危险源监控和事故预防，以达到最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益。 安全评价对于生产经营单位安全生产方面的作用表现在以下几个方面: 全过程和全方位安全控制——安全评价可以帮助企业对生产设施系统地从、设计、制造、运行、储运和和维修等全过程进行安全控制; 提高生产经营单位的安全管理水平; 合理控制安全成本。 4.2.2风险评价原理 一是相关原理——生产技术系统结构的特征和事故的因果关系是相关原理的基础。相关是两种或多种客观现象之间的依存关系。相关分析是对因变量和自变量的依存关系密切程度的分析。系统危险性通常不能通过试验进行分析，但可以利用事故发展过程中的相关性进行评价。系统与子系统、系统与要素、要素与要素之间都存在着相互制约、相互联系的相关关系，只有通过相关分析才能找出它们之间的相关关系，正确地建立相关数学模型，进而对系统危险 性作出客观、正确的评价。 二是类推和概率推断评价原理——类推评价是指已知两个不同事件间的相互联系规律，则可利用先导事件的发展规律来评价迟发事件的发展趋势。其前提条件是寻找类似事件。如果两种事件有些基本相似时，就可以揭示两种事件的其他相似性，并认为两种事件是相似的。如果一种事件发生时经常伴随着另一事件，则可认为这两种事件之间存在着某些联系，即相似关系。 三是概率推断原理——系统事故的发生时一个随机事件，任何随机事件的发生都有着特定的规律，其发生概率是一客观存在的定值。所以，可以用概率来预测现在和未来系统发生事故的可能性大小，以此来评价系统的危险性。 四是惯性原理——任何系统的发展变化都与其历史行为密切相关。历史行为不仅影响现在，而且还会影响到将来，即系统的发展具有延续性，该特性称为惯性。惯性表现为趋势外推，并以趋势外延推测其未来状态。惯性还表现为延续性。利用系统发展具有惯性这一特征进行评价通常要以系统的稳定性为前提。但由于系统的复杂性，绝对稳定的系统是不存在的。 4.3风险评价方法概述 4.3.1定性评价法 定性评价法主要是根据经验和判断对生产系统的工艺、设备、环境、人员、管理等方面的状况进行定性的评价。 1、安全检查表法 安全检查表法是在对危险源系统进行充分分析的基础上，分成若干个单元或层次，列出所有的危险因素，确定检查项目，然后编制成表，按此表进行检查，检查表中的回答一般都是“是/否”。这种方法的突出优点是简单明了，现场操作人员和管理人员都易于理解与使用。编制表格的控制指标主要是根据有关、规范、法律条款，控制措施主要是根据专家的经验。缺点是只能进行定性的分析。 2、预先危险性分析法 预先危险性分析师在开发初期阶段或设计阶段对系统中存在危险类别、危险产生条件、事故后果等概略地进行分析的方法。它的突出优点有:由于系统开发时就做危险性分析，从而使得关键和薄弱环节得到加强，使得设计更加合理，系统更加紧固;在产品加工时采取更加有针对性的控制措施，使得危险部位的质量得到有效控制，最大限度地降低因产品质量造成危险的可能性和严重度;通过预先危险性分析，对于实际不能完全控制的风险还可以提出消除危险或将其减少到可接受水平的安全措施或替代方案。 预先危险性分析是一种应用范围较广的定性评价方法。它需要由具有丰富知识和实践经验的工程技术人员、操作人员和安全管理人员经过分析、讨论实施。 此外，还有失效模式和后果分析、危险可操作性研究、事件树分析法、故障树分析法、人的可靠性分析方法等都属于定性评价方法。 4.3.2半定量评价法 半定量评价法包括概率风险评价方法(LEC)、打分的检查表法、MES法等。这种方法大都建立在实际经验的基础上，合理打分，根据最后的分值或概率风险与严重度的乘机进行分级。由于其可操作性强，且还能依据分值又一个明确的级别，因而也广泛用于地质、冶金、电力等领域。因化工、煤矿、航天等行业的系统复杂、不确定性因素太多，对于人员失误的概率估计困难，难以应用。 打分的检查表法的操作顺序同上面所述的检查表法，但在评价结果时不是用“是/否”来回答，而是根据标准的严与宽给出标准分，根据实际的满足情况打出具体分，即安全检查表的结果一栏被分成两栏，一栏是标准分，一栏是实得分。由于有了具体数值，就可以实现半定量评价。 这种评价计分法是把安全检查表所有的评价项目根据实际检查结果分别给予“优”、“良”、“可”、“差”等定性等级的评定，同事赋予相应的权重(4、3、2、1)，累计求和，得出实际评价值，即: n S,f? g (4-3) , ,ii i1式中，为评价等级的权重系数;为在总N项中取得某一评价等级的项数和;n为评价等fgii 级数。 根据实际，在最高目标值(N项都为“优”时的S值S)与最低目标值(N项都为“差”max 时的S值S)之间分成若干等级，根据实际的S值所属的等级来确定系统的实际安全等级。 min 4.3.3定量评价法 定量评价法是根据一定的算法和规则对生产过程中的各个因素及相互作用的关系进行赋值，从而算出一个确定值的方法。若规则明确、算法合理，且无难以确定的因素，则此方法的精度较高，且不同类型评价对象间有一定的可比性。 美国道(DOW)化学公司的火灾、爆炸指数法，英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法，日本的六阶段风险评价方法和我国化工厂危险程度分级方法，我国易燃、易爆、有毒危险源 评价方法均属此类。 4. 4其他评价方法 4.4.1层次分析法[17] 层次分析法(AHP)是美国数学家A.L.Saaty在20世纪70年代提出的，是一种定性分析和定量分析相结合的评价方法，其在风险评价中运用灵活、易于理解，而且具有一定的精度。其评价的基本思路是:把复杂的风险问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断以决定评价诸因素相对重要性总的顺序。AHP体现了人们的决策思维的基本特征，即分解、判断、综合。 适用层次分析法解决问题，大体可以分为四个步骤，即建立问题的递阶层次结构，构造两两比较判断矩阵，由判断矩阵计算被比较元素相对权重，计算各层元素的组合权重。 (1)建立问题的递阶层次结构 这是AHP种最重要的一步。首先，把复杂问题分解成称之为元素的各组成部分，把这些元素按属性不同分成若干组，以形成不同层次。以同一层次的元素作为准则，对下一层次的某些元素起支配作用，同时它又受上一层次元素的支配。这种从上至下的支配关系形成了一个递阶层次，处于最上面的层次通常只有一个元素，一般是分析问题的预定目标或理想结果;中间的层次一般是准则、子准则;最低一层包括评价的方案。层次之间元素的支配关系不一定是完全的，即可以存在这样的元素，它并不支配下一层次的所有元素。一个典型的层次可以用图4-1表示出来。 方案风险水平 技术风险 非技术风险 项目外风险 政自经设施其组计其 治然济计工他织划他 风风风风风风风风风 险 险 险 险 险 险 险 险 险 方案1 方案2 方案3 图4-1 递阶层次结构示意图 层次数与风险问题的复杂程度和所需要分析的详尽程度有关。每一层次中的元素一般不超过九个，因为一层中包含过多的元素会给两两比较判断带来困难。一个好的层次结构对于解决问题是极为重要的，层次结构建立在评价者对所面临的问题具有全面深入的认识基础上，如果在层次的划分和确定层次之间的支配关系上举棋不定，最好重新分析问题，弄清问题各部分相互之间的关系。有时一个复杂问题仅仅用递阶层次形式表示是不够的，需要采用更复杂的结构形式，如循环层次结构、反馈层次结构等，这些结构是在递阶结构基础上的扩展形式。 (2)构造两两比较判断矩阵 在建立递阶层次结构以后，上、下层次之间元素的隶属关系就被确定了。假定以上一层次的元素C作为准则，对下一层次的元素A，A，„，A有支配关系，我们的目的是在准则Ck12nk之下按它们相对重要性赋予A，A，„，A相应的权重。在这一步中，要反复回答问题:针12n 对准则C，两个元素A和A哪一个更重要，重要多少,需要对重要多少赋予一定数值，这kij 里使用1,9的比例标度，它们的意义见表4-1。 表4-1 项目风险评价分值表 分值 定义 1 i因素与j因素同样重要 3 i因素比j因素略重要 5 i因素比j因素稍重要 7 i因素比j因素重要得多 9 i因素比j因素重要得很多 2,4,6,8, i与j两因素比较结果处于以上结果的中间 倒数 j与i两因素比较结果是i与j两因素重要性 比较结果的倒数 1,9的标度方法是将思维判断数量化的一种好方法。首先，在区分事物的差别时，人们总是用相同、较强、强、很强、极端强的语言。而且，心理学实验表明，大多数人对不同事物在相同属性上差别的分辨能力在5,9级之间，采用1,9的标度能反映多数人的判断能力。当然，根据问题的特点也可以采用其他类型的标度方法，如0,1的标度、指数型的标度等。 例如，准则是技术风险，子准则可分为设计风险和施工风险。如果认为施工风险比设计风险明显重要，它们的比例标度取5。而设计风险对于施工风险的比例标度则取1/5。比较n个元素得到两两比较判断矩阵A，A=(a)。 ijn×n ，，aa？？a11121n,,aa？？a,,21222n ,,A,？？？？？ ,, ,,？？？？？,, aa？？a,,n1n2nn，， 判断矩阵A具有如下性质:a>0;a=1/a;a=1。 ijijjiii (3)计算单一准则下元素的相对权重 这一步要解决在准则C下，n个元素A，A，„，A排序权重的计算问题，并进行一致性检k12n 验。对A，A，„，A通过两两比较得到的判断矩阵A解特征根: 12n Aω=λω (4-4) max 所得到的ω经正规化后作为元素A，A，„，A在准则C下排序权重，这种方法称排序权向12nk 量计算的特征根方法。λ存在且惟一，ω由正分量组成，除了差一个常数倍外，ω是惟一max 的。λ和ω的计算可采用幂法，步骤为: max 111T1) 设初值向量ω，可假定ω=( ，，„，)。 00nnn 2) 对于k=1,2，„，计算，式中ω为经归一化所得到的向量。 ,,A,k-1kk,1 3) 对于事先给定的计算精度，若max|ω-ω|<ε成立则计算停止，否则继续计算新ki(k-1)i 的，式中ω表示ω的第i个分量。 ,kikk n,,1kiki,,4) 计算，。 ,,,maxkinn,,1i(,1)ki,kj,,j1 在精度要求不高的情况下，可以用近似方法计算λ和ω，有两种方法: max 一是和法——A的元素按列归一化;将A的元素按行相加;所得到的每行和向量归一化，得 n,A，，i,排序权向量ω;计算λ，式中(Aω)i表示Aω的第i个元素。 ，,max,maxn,,,1ii 二是根法——A的元素按行相加;所得到的乘机分别开n次方;将方根向量归一化，即得排序权向量ω;按λ公式计算λ。 maxmax n,,maxCI在得到λ后，需要进行一致性检验:计算一致性CI，，式中n为判断矩阵,maxn1, I。 的阶数;平均随机一致性指标R 平均一致性指标是多次(500次以上)重复进行随机判断矩阵特征值的计算之后取算术平均数得到的。表4-2为许树柏【18】得出的1,15阶重复计算1000次的平均随机一致性指标。 表4-2 平均随机一致性指标 阶数 1 2 3 4 5 6 7 8 RI 0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41 阶数 9 10 11 12 13 14 15 RI 1.46 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58 1.59 (4)计算各层元素的组合权重 为了得到递阶层次结构中每一层次所有元素相对于总目标的相对权重，需要把第三步的计算结果进行适当的组合，并进行总的判断一致性检验。这一步骤是由上而下逐层进行的。最终计算得出最低层次元素，即评价方案优先顺序的相对权重和整个递阶层次模型的判断一致性检验。对于递阶层次组合判断的一致性检验，需要类似地逐层计算CI和RI。当每层的随机 CI一致性比率时，认为层次分析排序的结果有满意的一致性，即权系数的分CR,,0.10RI 配是合理的;否则，要调整判断矩阵的元素取值，重新分配权系数的值。 此外，层次分析法具有适用性、简洁性、实用性、系统性等的优点，但是其也具有一定的局限性:层次分析法的应用主要是针对那种方案大体确定的评价问题，一般来说她只能从已知 方案中优选，而不能生成方案;层次分析法得出的结果是粗略的方案排序。对于那种有较高定量要求的评价问题，需要层次分析法与其他评价方法结合起来使用;使用层次分析法进行评价的主管成分很大。 4.4.2模糊综合评价法 模糊综合评价是以模糊数学为基础的。模糊集合的概念是1965由美国学者L.A.Zadeh首次提出的，对模糊行为和活动建立模型。模糊数学的优势在于:它为现实世界中普遍存在的模糊、不清晰的问题提供了一种充分的概念化结构，并以数学的语言去分析和解决它们。它特别适合用于处理那些模糊、难以定义的并难以用数字描述而易于用语言描述的变量。 模糊综合评价法综合考虑所有风险因素的影响，得出科学的评价结果，其评价步骤如下: (1)建立因素集 因素集是影响评价对象的各种风险因素组成的一个普通集合，U={u，u，„，u}。式中，U12m是因素集，u(i=1,2，„，m)代表各风险因素。这些因素，通常都具有不同程度的模糊性。i 因素集中的因素，可以使模糊的，也可以是非模糊的，因此，因素集本身应是一个普通集合。 (2)建立备择集 备择集是评价者对评价对象可能作出的各种总的评价结果所组成的集合。通常用大写字母V表示，即V={v，v，„，v}。各元素v(i=1,2，„，n)，即代表各种可能的总评价结果。12ni 模糊评价的目的，就是在综合考虑所有风险因素的基础上，从备择集中，得出一最佳的评价结果。显然，v对V的关系也是普通集合关系。因此，备择集也是一个普通集合。 i (3)建立权重集 在因素集中，各风险因素的重要程度不一样。为了反映各风险因素的重要程度，对各个风险因素u(i=1,2，„，m)应赋予一个相应的权数a(i=1,2，„，m)。由各权数所组成的集ii 合:A={a，a，„，a}，称为因素权重集，简称权重集。 12m 通常，各权数a(i=1,2，„，m)应满足归一性和非负性条件: i m a,1; a?0(i=1,2，„，m) (4-5) i,ii,1 它们可视为各风险因素u(i=1,2，„，m)对“重要程度”的隶属度。各个权数，一般由人i 们根据实际问题的需要主观地确定，也可按确定隶属度的方法来加以确定。 (4)构造模糊评价矩阵 单独从一个风险因素出发进行评价，以确定评价对象对备择集元素的隶属程度，便称为单因素模糊评价。设评价对象按因素中第i个因素u进行评价，对备择集中第j个元素V的隶ij 属度为R，则按地i个因素u评价的结果，可用模糊集合表示为:R=(r，r，„，r)，ijiii1i2inR称为单因素评价集。 i R称为单因素评价矩阵。 将各单因素评价集的隶属度为行组成的矩阵为R， rr？r，，11121n,,rr？r21222n,,R, ,,？？？？,, ,,rr？rm1m2mn，， 从单因素评价矩阵R可以看出:R的第i行，反映了第i个风险因素影响评价对象取各个备择元素的程度;R的第j列，则反映了所有风险因素影响评价对象取第j个备择元素的程度。 m 因此，可用各列元素之和R来反映所有风险因素的综合影响，。但是，这样做R,rj,jij,1i 并未考虑各风险因素的重要程度。如果R的各项综合相应因素的权数a(i=1,2，„，m)，i 便能合理地反映所有风险因素的综合影响。因此，模糊综合评价，可表示为B=A?R，即 r r ... r ，，11121n,,r r ... r 21222n,,B=(,,,„)*=(,,„) (4-6) aabaabbm131n22,,... ... ... ... ,,r r ... r m1m2mn，， B称为模糊综合评价集;b(j=1,2，„，n)称为模糊综合评价指标，简称评价指标。b的jj含义是:综合考虑所有风险因素的影响时，评价对象对备择集中第j个元素的隶属度。 (5)评价指标的处理 得到评价指标b(j=1,2，„，n)之后，便可根据以下三种方法确定评价对象的具体结果。 j 最大隶属度法——取与最大的评价指标maxb对应的备择元素v为评价结果， jL V={v|v?maxb}。最大隶属度法仅考虑最大评价指标的贡献，而舍去其他指标所提供的信jLL 息，这是很可惜的;另外，当最大的评价指标不止一个时，用最大隶属度法便很难决定具体的评价结果，因此，通常采用加权平均法。 加权平均法——取以b为权数，对各个备择元素v加权平均的值为评价结果，即 jj n bv,jj,1j (4-7) V,n b,j,1j n 如果评价指标b已归一化，则。如果评价对象是数量值，则按最大隶属度发或V,bvj,jj,1j 加权平均法取值，此值便是对该对象模糊综合评价的结果。如果评价对象是非数量值，则只能用最大隶属度法。 模糊分布法——这种方法直接把评价指标作为评价结果或将评价指标归一化，用归一化的评价指标作为评价结果。归一化的具体做法如下: n 先求各评价指标之和，即b=b+b+„+b=，再用b除原来的各个评价指标:B’=b12n,jj,1 n (b/b,b/b,„,b/b)=(b’,b’,„,b’)，有=1。各个评价指标具体反映了评价对象在b'12n12n,jj,1 所评价的特性方面的分布状态，使评价者对评价对象有更深入的了解，并能做出各种灵活的处理。 4.5小结 风险评估是进行安全责任保险费率研究的基础，对于风险评估方法的选择，由于本文力求取得量化的结果，所以拟采用层次分析法与模糊综合评价法相结合，并运用MATLAB进行建模定量计算。 参考文献 【16】罗云，樊运晓，马晓春.风险分析与安全评价.北京:化学工业出版社，2004. 87-88 【17】郭振华，熊华，苏燕.工程项目保险.北京:经济科学出版社，2004.266-284 【18】许树柏.层次分析法原理.天津:天津大学出版社，1988