基于ISM和BN的危險品倉儲系統安全風險評估

危險品在存儲和作業過程中，極易發生泄漏、爆炸、火災等重大安全事故，造成嚴重的人員傷亡、財產損失和環境污染等，而且事故波及面大，容易在社會上產生較大不良效應。自“8·12”天津港事故以來，我國政府高度重視危險品的安全儲存工作，危險品存儲管理已成為社會熱點問題。開展危險品儲存環節的風險評價，是預防和控制危險品事故的重要手段。在危險品存儲和作業過程中，由于所涉及的安全風險復雜多變，各種風險因素關系互相影響，進行風險評估需要科學的方法。傳統的風險分析方法大多采用專家打分法和AHP法，但這2類方法存在較大的主觀隨機性。也有學者將危險品倉儲系統分成人、機、環、管4個子系統，基于耦合協調度對危險品倉儲系統風險進行評價。

解釋結構模型（Interpretative Structural Modeling Method，簡稱ISM）能分析影響系統的直接因素以及間接因素，考慮影響要素間的復雜作用關系，對因素間的層次關系進行分析。貝葉斯網絡（Bayesian Network，簡稱BN）模型能降低系統風險分析和評價的隨機性和不確定性，在安全風險分析和評價等領域得到了較好的應用。

筆者擬將兩種方法結合，利用ISM找出影響危險品倉儲系統安全的不同層次原因。在此基礎上構建BN模型，基于BN模型對危險品倉儲系統安全風險進行評估，評估結果可為危險品倉儲日常安全管理作參考。

危險品倉儲系統是在一定的時空范圍內，由危險品和包裝、搬運裝卸、倉儲等設備、人員、組織管理及信息技術等相關要素，構成的具有倉儲物流作業及相關功能的有機整體。將危險品倉儲系統安全風險定義為：危險品倉儲運行過程中，由于風險因素發生異常狀態，導致系統出現事故的不確定性。

扎根理論經過對資料的比較和分析，最終將概述提煉出來并且建立理論體系。扎根理論方法的數據分析和編碼包括3步：對原始資料進行開放性編碼、對主范疇進行主軸性編碼、對范疇和范疇之間進行選擇性編碼，具體見圖1。

數據收集以危險品倉儲行業人員個人訪談和危險品倉儲安全風險管理文本資料為主。

(1）個人訪談。選擇危險品倉儲行業的從業人員和行業專家等進行訪談，訪談的主要題目圍繞“危險品倉儲系統運行過程中，導致安全風險或事故的因素具體有哪些，這些因素是如何影響危險品倉儲安全的”為最大限度擴展理論的樣本范疇，作為原始分析資料。依據理論飽和原則，以16名受訪者作樣本開展訪談。

(2）風險管理的文本資料。在個人訪談中，對受訪者提及的危險品倉儲系統風險事件案例做記錄，最終獲取相關文本資料9份。此外，從應急管理部危險品安全監督管理司以及中國化學品安全協會提供的相關資料中，搜集近年危險品倉儲行業安全事故案例做資料分析。

(1）開放式編碼。分析訪談資料和風險管理相關文本資料，共貼出106個標簽。76個用作模型構建，30個用作理論飽和度檢驗。標簽表征的現象共賦予12個概念，經過范疇化的“組配”后，提煉出7個范疇，見表1。

(2）主軸式編碼。主范疇內涵及其和次要范疇之間邏輯關系見表2。

(3）選擇式編碼。確定“危險品倉儲系統安全風險因素分析”這一核心范疇，以“故事線”的方式描繪行為現象，概括出危險品倉儲系統安全風險因素可以分為人員風險、設備風險、管理風險和環境風險等4個主范疇。

故事線如下：隨著危險品倉儲物流作業量和復雜度增加，安全管理難度增加。安全管理人員由于經驗以及管理水平原因，導致安全管理制度不規范。作業人員由于工作疲勞或者心理疏忽，容易導致不安全行為。不安全行為引發設備設施出現不安全狀態，遭遇不良環境條件，安全風險狀況越來越嚴重。整個故事線為人員因素影響管理因素，管理因素影響環境因素和設備因素，或者人員因素直接影響環境因素和設備設施因素。從故事線可看出，“人員風險”是影響其他風險的根源所在。

(4）理論飽和度檢驗。將剩余的30個的訪談記錄用作理論飽和度檢驗，進行編碼和分析，確定模型概念和范疇完善與否。結果發現，危險品倉儲系統安全風險因素的4個主范疇都未發現新范疇和關系，說明模型中的范疇足夠。至此完成了危險品倉儲系統安全風險因素的構建過程。

ISM模型能直觀地表示各影響因素之間的關聯關系，BN模型能較好地處理不確定性問題，將ISM模型與BN模型相結合用于危險品倉儲系統安全風險評估研究。

ISM模型是一種復雜系統結構模型化技術。該模型將系統分解為若干子系統要素，構成一個多級遞階的結構模型。

(1）建立鄰接矩陣。用鄰接矩陣A來描述系統結構圖，其中矩陣行和列的交叉點代表系統要素間的關系。A矩陣的元素aij=1表示因素Si對Sj有直接影響，否則aij=0。

(2）建立可達矩陣。根據鄰接矩陣A加單位矩陣I，經過計算可得可達矩陣，對可達矩陣的分解可實現系統要素分層。令矩陣A1=(A+I)，表示各節點經長度不大于1的通路可到達程度，由布爾矩陣運算法則證明可得式（1）。

則矩陣A2=(A+I)2，表示各節點經長度不大于2的通路可到達程度，同理可證明：(A+I)k=I+A+A2+A3+?+Ak。

如果矩陣A滿足A1≠A2≠?≠Ar-1=Ar=(A+I)r-1=M，則M即為鄰接矩陣A經運算后的可達矩陣，表現了系統要素間的連接關系。m階可達矩陣，其路徑長度不超過m-1。

(3）各因素級別分配。找出每個要素的可達集M(Si)，即從要素Si出發可以到達的全部要素的集合；前因集A(Si)，即可以到達要素Si的全部元素的集合；再求滿足式（2）條件的要素集合Li。

Li中要素處于有向圖第一級。從原來可達矩陣R中刪去對應Li中要素的行和列，得矩陣R/，對R/同樣操作確定屬于第二級L2的要素。繼續重復操作，依次求出L3,L4，?，把各要素分派到相應級別。

(4）根據層級劃分和因素間關系確定各層級因素間的關系，結構模型構建完成。

BN模型是在Bayes公式的基礎上擴展出的一種不確定性知識表達和推理模型。貝葉斯網絡是由網絡節點V、表示節點間因果關系的有向邊E，以及表示節點間依賴關系的條件概率分布P組成的有向非循環網絡，表示為B=(G,P)。其中，G=(V,E)為有向無環圖。

貝葉斯網絡是一種綜合了定量分析和定性分析的方法，是通過節點、邊、條件概率表表示變量之間關系的概率圖模型。節點代表變量，邊代表變量之間的關系，節點和邊構成網絡模型。網絡參數用條件概率表進行表示，說明變量之間關聯性的局部概率分布。

貝葉斯網絡可以通過由點集和邊集組成的有向無環表示。在貝葉斯網絡中，如果一個節點z指向另一個節點x，那么節點z是節點x的父節點。每個節點及其代表的變量用Xk表示，用Pak表示某個節點Xk的父節點集。這樣，所有變量集的聯合概率分布可表示為式（3）。

貝葉斯網絡參數在無法獲得精確概率值的情況下，可選擇三角模糊數來表達網絡參數的概率值。三角模糊數表示為，其隸屬度函數見式（4）。

三角模糊數A1=(a1,b1,c1)與A2=(a2,b2,c2)的“⊕”運算表示為式（5）。

危險品倉儲系統安全風險評估具體步驟如下：

(1）確定系統安全風險因素S1,S2,…,Sn,以及系統目標因素。

(2）構建ISM模型。以可達矩陣為基礎，按最高集定義確定本層級因素，同時刪除可達矩陣中對應元素的行與列。類似地確定不同層級因素。在級間劃分和可達矩陣關系的基礎上建立結構模型。

(3）建立貝葉斯網絡結構。首先確定系統安全風險因素狀態，設各因素風險等級有3種狀態：j=0忽略，j=1能接受，j=2不接受。然后進行貝葉斯網絡節點轉換，結構模型中各因素轉為貝葉斯網絡節點集V。最后進行貝葉斯網絡有向邊轉換，結構模型因素之間的關系轉為貝葉斯網絡有向邊E。

(4）求出貝葉斯網絡節點的先驗概率以及條件概率分布。

為方便專家評價，引入自然語言變量：非常高、高、偏高、中等、偏低、低和非常低。將專家評判結果轉化為三角模糊概率。自然語言變量與三角模糊數的對應關系見表3。

對于第k名專家評判節點Si的風險等級狀態j，三角模糊概率表示為Pij,k=(aij,k,bij,k,cij,k)。

三角模糊概率均值化，見式（6）。

解模糊，將均值概率轉為最能代表模糊集合的概率值，具體見式（7）。

歸一化，見式（8）。

(5）按照最大隸屬度準則，取最大概率值對應的等級為各因素風險概率等級。通過貝葉斯網絡模型的反向診斷推理能力，可找到事故關鍵影響因素。

某物流公司經營場所由2個倉庫、1個輔助用房、1個辦公用房組成，場地面積12 197.36 m2，已取得?；方洜I儲存許可，主要從事危險品物流倉儲業務。倉庫內儲存?；?2種合計742.187 t?，F市應急局委托第三方安全評價機構對該危險品倉儲企業為進行系統安全風險評估，具體評估過程如下。

(1）根據前文研究，從人員、設備、環境、管理因素4個方面歸納出危險品倉儲系統安全風險因素為12個，具體如表4所示。

(2）進行危險品倉儲系統安全風險因素ISM模型構建。對各風險因素進行分析，設計調查問卷發放給有關專家，匯總專家意見建立危險品倉儲系統安全風險因素鄰接矩陣A后，建立可達矩陣D。

找出每個要素的可達集M(Si)，前因集N(Si)，再求要素集合Li。Li中的要素處于有向圖的第一級見表5。從可達矩陣D中刪除對應Li中要素的行與列，得矩陣D/，對D/同樣處理確定第二級L2要素。重復操作求出L3,L4,?,將各要素放到相應級別。

從表5中可以看出，Li=M(Si)?N(Si)的要素有{S1,S4,S5,S7}，確定為第1級要素。劃去可達矩陣中所對應的行和列，得到第二層因素集{S2,S3,S6,S8,S12}，同理可得第三層要素集合{S9,S11}、最底層要素集合{S10}。

畫出危險品倉儲系統安全風險因素結構模型如圖2所示。

(3）將危險品倉儲系統安全風險因素層次結構模型轉換為貝葉斯網絡結構。

(4）邀請4位專家分別對危險品倉儲系統安全風險因素的貝葉斯網絡根節點S10的每種風險等級狀態給出評判意見。專家意見如表6所示。

設所有專家權重一樣，由表6及式（6）～式（8）得出根節點先驗概率P(S10)=(0.310,0.655,0.035)。同理可得出其他節點的條件概率分布。

(5）將計算獲得的先驗概率和條件概率分布，用軟件Netica做貝葉斯網絡參數學習，得出所有節點在不同風險等級下的概率值。設目標節點風險等級為不接受狀態，反向推理其他節點的概率，具體如表7所示。表中，序號0代表危險品倉儲系統安全風險水平。

(6）確定各企業以及各安全風險因素風險等級。依最大隸屬度準則，可知案例企業安全風險等級為可接受，并且該企業安全風險因素概率等級均為可接受。雖然風險可接受，但沒有處于低風險的安全風險因素，這說明該企業的安全管理工作雖然合格，但還有一定的提升空間。日常的安全管理工作中，應該根據評估結果，仔細地排查人、機、環境和管理中的事故隱患，不斷降低安全風險因素的風險水平。當目標因素0的安全風險概率等級處于不接受時，因素2“安全意識”和因素3“專業技術水平”的概率值發生較大變化，風險等級由能接受轉為不接受。說明“安全意識”和“專業技術水平”對該危險品倉儲企業安全水平影響較大，應加強對這些因素的管理。

安全風險評估是危險品倉儲安全管理中的重要環節，評估結果的準確合理性對于實際安全管理工作的指導有重要價值。提出一種基于ISM和BN模型的危險品倉儲安全風險評估方法，主要結論如下：

(1）基于扎根理論和收集的資料，對危險品倉儲系統安全風險因素進行識別，共賦予12個概念，經過范疇化的“組配”后，提煉出7個范疇，以此為基礎建立危險品倉儲系統安全風險因素體系。

(2）在分析危險品倉儲系統安全風險因素相互關系的基礎上，采用ISM模型建立貝葉斯網絡結構，利用貝葉斯網絡模型進行安全風險定量評估。較之傳統定性評估方法，該方法能使危險品倉儲系統安全風險評估結果更科學準確。

(3）通過案例分析得出：案例危險品倉儲企業安全風險等級為能接受；當其系統安全風險等級設為不接受時，關鍵影響因素為“安全意識”“專業技術水平”，說明“安全意識”和“專業技術水平”對該危險品倉儲企業安全風險水平影響較大，應加強對這些因素的管理。