建立船舶风险评估模型探讨

船舶风险评估指标与模型建立
上海海事大学 郑士君 中国船级社 余疆
内
容
摘
要
结合科研工作与生产实践对船舶风险评估所采用的方法与模型进行了探索性研究，采用船舶安全评 估与工程评估分析理论及方法，结合船舶风险评估的特点，选择适用于船舶定量风险评估的理论方法， 建立了层次分析法与模糊综合评估法相结合的风险评估模型。 关键词：船舶风险、综合安全评估、层次分析法
其中 100,80,60,40,20 对应的各级评语等级如下表 18 所示: 表 18
100 80 60 40 20
评估等级
无风险(安全状况很好，安全) 较小风险 (安全状况较好，安全) 中等风险(安全状况一般，一般安全) 较大风险（安全状况较差，不安全） 很大风险（安全状况很差，不安全）
单因素评判矩阵由隶属度表得到。可以表示为: R=(rij)n×m 在建立模糊评判模型时， 通常采用专家调查和集值统计方法相结合来构造单因素评判矩 阵，专家调查法是首先制作专家打分调查表，通过专家评判给分，即专家对每一具体评价对 象的每一项指标，根据专家的经验和看法进行认定，在打分表对应等级处打勾，再通过专家 调查表的汇总，得到各个因素对应等级的频数，经过归一化处理即可得到各个因素对应等级 的隶属度，从而得到单因素评判矩阵。 4．船舶风险评估模型 根据前面所讲，根据因素集U，评判集V,及因素权重分配向量A，和单因素模糊评判矩阵 R，则评判对象的模糊综合评判结果B是V上的模糊子集，即
V＝{V1，V2，V3，…, Vm }
其中元素 Vj(j=1,2 ,3 ,…，m)是若干可能做出的评判结果，模糊综合评判的目的就在于 通过对评判对象综合考虑所有的影响因素，能够从评判集 V 中获得一个最佳的评判结果。 本文将船舶承保风险的评价等级 V 分为五个等级，即:
V＝{V1，V2，V3，…, Vm }= {100,80,60,40,20}
航道 0.630 港口 0.370
表 15
指标 权重
公司管理评估指标权重表
船上管理 0.715 岸上管理 0.285
表 16
指标 权重
管理评估指标权重表
公司管理 0.53 海事等职能部门管理 0.47
表 17
指标 权重
船舶承保风险综合评估指标权重表
船员素质 0.240 船舶、货物 0.405 航行环境 0.125 管理 0.230
j =1 n
(2)
第二步，所得到的乘积(5-2)分别开n次方；
u i = n u ij
(i=1,2,3,…，n)
T
(3)
由各个ui组成(u1，u2,…，un) 。 第三步，将方根向量归一化即得排序权向量w；
wi =
ui
n ∑ u i i =1
(4)
W＝（W1，W2，...，Wn） ，即为 A 的特征向量的近似值，也是各评价因素的相对 权重的近似值。 第四步，判断矩阵的一致性检验。 在实际评估中评估者只能对 A 进行粗略的判断。 这可能会产生判断矩阵不一致性的错 误。 造成这种情况的原因主要有两个， 一是专家在进行两两比较时的价值取向和定级技巧， 二是重要性等级赋值的非等比性。为了检验判断矩阵 A 的一致性（相容性） ，根据 AHP 的原理，可通过计算一致性指标（简写 CI）进行判断：
CI =
λmax − n
n −1
（5）
判断矩阵的最大特征值 λ max 为：
λmax = ∑
i =1
n
(BW)i
nWi
（6）
对判断矩阵 A 有，当 λ max ＝n 时，由 CI＝0，矩阵 A 完全一致；当 λ max ≥n 时，CI 的 值大于零，矩阵 A 稍有不一致； 就越大。 随着判断矩阵维数 n 的增大，判断的一致性就越差，维数 n 对矩阵的一致性造成一定 的影响。萨迪（Saaty）建议取一致性指标（CI）对平均随机性指标均值（RI）之比，即一 致性比率（CR）作为一致性检验的判别式
在模糊综合评判的三个基本要素中，因素集U是由影响评判对象的各个因素所组成的集 合，它可表示为： U={U1, U2,U3,…，Un } 其中元素 Ui(i =1,2 ,3 ,…,n)是若干影响因素。 如图 4-1,本文对评估指标体系进行了分层， 经低层次评判得到的下一层次的综合评判向量继续参与上一层的评判，因而，在每一层次的 评判中，该层次中的各指标集即为当前的因素集 U。 评判集是由对评判对象可能作出的评判结果所组成的集合，可以表示为:
3．船舶评估指标隶属度 在普通集合理论中，对任何一个元素或者属于某集合U，或者不属于这一集合。然而， 在模糊集合理论中，由于存在模糊性，论域中的元素对于一个模糊子集的关系就不再是“属 于”和“不属于”那么简单的关系，其对该模糊集的隶属程度的大小即隶属度，取值在0到1 之间。在进行模糊评判的时候，如何建立各个因素对应各个评判等级的隶属程度的大小，是 整个评判能否进行的关键。
6 1.26
7 1.36
8 1.41
矩阵维数 n RI
9 1.46
10 1.49
11 1.52
12 1.54
13 1.56
14 1.58
15 1.59
对每个判断矩阵 A 求 CR，当 CR<0.1 时，认为此判断矩阵 A 有满意的一致性，即评判 较为合理，否则，需要重新评审来确定判断矩阵数据。 依照上述方法，运算得到各位专家评价各指标在该层次中的权重值，将同一指标各专家 的评价值权重相加，结果除以专家人数，即可得该指标最后在该层次所占的权重值。通过调 查表(2)调查，并经计算得出船舶承保风险各指标的权重如下面各表所示，而且满足：
指标 权重
船载货物评估指标权重表
货物积载 0.493 货物系固 0.265 货物属性 0.242
表 9
指标 船龄
船舶、货物评估指标权重表
船级 船舶主要设备 船舶状态 船载货物
权重
0.106
0.121
0.306
0. 347
0.120
表 10
指标 权重
气象评估指标权重表
风 0.650 雾 0.350
表 11
若元素Ai与Aj比较得aij ，则元素Aj与Ai比较的判断为1/aij ,例如Ai比Aj明显重要 aij=5,则aji＝1/5。 按上述原理制作并发出专家调查表(2)，要求专家根据判断尺度表，在表头标明的判 断准则下，两两比较指标的相对重要性，并将比较结果填写在两指标的交叉位置上。调查结 束后将表收回作计算处理。 （2）其次，计算指标权重 这一步要解决在准则CK下，n个元素A1，A2，...，An排序权重的计算问题，并进行一致 性检验。 对于A1，A2，...，An通过两两比较得到判断矩阵A,解特征根问题 Aw＝λmaxw (1)
所得到的w经正规化后作为元素A1，A2，...，An在准则CK下排序权重，这种方法称排序 权向量计算的特征根方法。这种方法计算精度较高，要求评定因素分析严格，但因其计算方 法较为复杂，大大增加计算工作量，而实际上只能获取对判断矩阵的粗略估计，因此计算其 精确的特征值是没有必要的。实践证明，在实际应用中采用求和法或求根法来计算特征值的 近似值已经能够满足计算指标权值的要求。 本课题对船舶承保的风险评估研究主要采用求根法来计算特征值的近似值w，其步骤如 下： 第一步，A的元素按行相乘； u ij = ∏ a ij
∑a
i =1
n
i
=1
ai ≥0
(8)
表 3
指标 权重
技术素质评估指标权重表
安全意识 0.524 知识和技能素质 0.476
表 4
指标 权重
身心素质评估指标权重表
生理素质 0.350 心理素质 0.650
表 5
指标 权重
船员素质评估指标权重表
技术素质 0.278 身心素质 0.129 能力素质 0.412 0.181
职业德素质
表 6
指标 权重 主机 0.312 副机 0.153
船.142 锚机 0.048 控制、监测系统 0.038 通导设备 0.079 安全与应急设备 0.204
表 7
指标 权重
船体状态评估指标权重表
船体结构 0.802 防腐系统 0.198
表 8
B= A ο R 本评估模型为四级评估。 因素集U={U1, U2,U3，U4 }，其中U1={U11, U12,U13，U14 }，
（9）
U2={U21, U22,U23，U24，U25 }，U12={U121, U122 }，…，如下表，其中a代表权重。
1．船舶风险评估方法与程序 IMO从二十世纪初以来，一直采用传统的工作方法去制定和修改保障船舶航行安全的国 际公约，这种方法的被动性一直困扰着航运界。1993年英国首先提出综合安全评估(Formal Safety Assessment)方法，是一种关于工程技术与工程运行管理中由于制定合理的规则和提 供风险控制的综合性、程序化和系统性的分析方法。1997年IMO通过了《IMO制定安全规则过 程中应用FSA暂行指南》。在船舶工程设计、航运安全管理和制定船舶检验规范中应用FSA 的目的在于通过风险评估和费用收益评估，尽可能全面、合理地使规范、设计、营运、检验 的各个方面有效地提高海上安全(包括保护人命、健康、海洋环境和财产)的程度。 FSA适用于:船舶工程中与安全相关的技术设计的评估；规范与规则的制定和修改过程； 航运管理体系中对于与保障船舶安全营运有关的， 特别是涉及人为因素的管理(如规章制度、 人员组织、使用与培训、船舶维护与保养等)的评估。 FSA 评估步骤：危险识别；风险评估；提出降低风险措施的风险控制方案；风险控制方 案所产生的费用与受益评估；为决策提供建议。 依据评估模型建立的一般方法， 建立模糊综合评判模型的程序为:评估指标体系的确定； 各评估指标权重的确定；各评估指标隶属度的确定；模型建立与应用。其评估顺序如图1所 示。
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