模糊分析法在海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估中的應(yīng)用

邳 帥

[太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司技術(shù)中心，天津 300000]

模糊分析法在海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估中的應(yīng)用

邳 帥

[太重(天津)濱海重型機(jī)械有限公司技術(shù)中心，天津 300000]

針對(duì)海洋平臺(tái)吊機(jī)的特點(diǎn)，分析了影響吊機(jī)安全的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、環(huán)境等因素，提出了一套完整的平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估體系，并建立了模糊識(shí)別的平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估模型，將模糊分析法運(yùn)用到平臺(tái)吊機(jī)的綜合安全評(píng)估中。結(jié)果表明，模糊分析方法應(yīng)用到海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估合理可行。

平臺(tái)吊機(jī)；安全評(píng)估；模糊評(píng)價(jià)

海洋平臺(tái)吊機(jī)是安裝在海洋平臺(tái)上的一種特殊起重機(jī)，通常由回轉(zhuǎn)體、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等組成，主要用于平臺(tái)設(shè)備在甲板上的就位、平臺(tái)大型設(shè)備維修的協(xié)助、直升飛機(jī)運(yùn)來(lái)物品的起吊等工作，還擔(dān)負(fù)著在平臺(tái)應(yīng)急時(shí)人員撤離平臺(tái)的任務(wù)。

特殊的海洋環(huán)境給海洋吊機(jī)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)，且隨著海上作業(yè)水深的增加，海洋設(shè)備重量的增大，使得吊機(jī)的起升高度更高、起升重量更大、作業(yè)幅度更廣，因此吊機(jī)作業(yè)的安全性成為不容忽視的問(wèn)題。若能對(duì)吊機(jī)的安全性進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，采取相應(yīng)的措施，將是預(yù)防事故發(fā)生的重要手段[1]。

目前最常用的評(píng)估方法有模糊分析法和層次分析法。模糊分析法存在很大的隨機(jī)性和不確定性；層次分析法是一種定性和定量相結(jié)合的分析方法，所以實(shí)踐中通常用層次分析法來(lái)進(jìn)行評(píng)估因素的權(quán)重分析，用模糊理論來(lái)進(jìn)行對(duì)象模型的安全評(píng)估，結(jié)果準(zhǔn)確合理。

與陸地吊機(jī)不同，平臺(tái)吊機(jī)還受到海洋環(huán)境的影響，本文針對(duì)海洋平臺(tái)吊機(jī)的特點(diǎn)，建立了一套完整的海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估體系，采用模糊分析法和層次分析法對(duì)海洋平臺(tái)吊機(jī)進(jìn)行了安全評(píng)估。

2 海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估體系的建立

影響海洋平臺(tái)吊機(jī)的安全因素很多，通過(guò)以往的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，主要分為鋼結(jié)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、人員和環(huán)境因素這四個(gè)方面，由此建立安全評(píng)估體系如圖1。

3 海洋平臺(tái)吊機(jī)綜合評(píng)價(jià)方法

本文采用層次分析法來(lái)確定各因素權(quán)重，應(yīng)用l～9級(jí)標(biāo)度法取值來(lái)得到兩兩判斷矩A=(aij)n×n陣，并采用方根法對(duì)判斷矩陣計(jì)算，計(jì)算其特征向量W=(w1,w2,…wn)T和進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，判斷矩陣的含義如表1。

表1 標(biāo)度定義

圖1 平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估因素

設(shè)任一個(gè)安全因素含有m個(gè)指標(biāo)，每個(gè)因素均有n個(gè)樣本，按c個(gè)級(jí)別的已知指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行識(shí)別，則其特征向量矩陣、標(biāo)準(zhǔn)特征矩陣為：

對(duì)各因素的相對(duì)隸屬度Cij及因素等級(jí)特征值的相對(duì)隸屬度Dih做歸一化處理：

(1)

建立基于權(quán)廣義距離平方和最小的模糊識(shí)別模型為：

(2)

amax、amin為樣本j的最小級(jí)別值與最大級(jí)別值。

由此得到最優(yōu)相對(duì)隸屬度矩陣R=(rij)，評(píng)價(jià)項(xiàng)目權(quán)重向量為W=(w1,w2,…，wn)，評(píng)價(jià)等級(jí)分值向量為D=(1,2,3,4,5)，則綜合評(píng)價(jià)結(jié)果M=W·R·D，最終

(3)

4 實(shí)際算例

本文以某海洋平臺(tái)吊機(jī)為例對(duì)已建立的綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，該類(lèi)型平臺(tái)吊機(jī)廣泛應(yīng)用于海上各種鉆井平臺(tái)、采油平臺(tái)、生活平臺(tái)、海上鋪管鋪纜船、起重船以及其他工程船舶，是平臺(tái)與外界及平臺(tái)內(nèi)部貨物搬運(yùn)的主要工具。主要參數(shù)：主臂長(zhǎng)度：36.57m;回轉(zhuǎn)范圍：360°；主鉤起升負(fù)荷：50t×7.2m；主鉤工作半徑 ：7.2m～36.5m；副鉤起吊能力：10t×39m；副鉤工作半徑：8.5m～39m。

為了對(duì)平臺(tái)吊機(jī)進(jìn)行安全評(píng)估，組織5名評(píng)價(jià)人員根據(jù)其詳細(xì)資料，分別對(duì)建立的評(píng)價(jià)因素體系進(jìn)行打分，打分統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2、表3所示。以鋼結(jié)構(gòu)因素為例進(jìn)行計(jì)算，各因素的相對(duì)權(quán)重如表4至表7所示。

表2 安全等級(jí)劃分

表3 專(zhuān)家打分統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估各因素判斷矩陣

表5 鋼結(jié)構(gòu)各因素判斷矩陣

表6 結(jié)構(gòu)連接各因素判斷矩陣

表7 強(qiáng)度破壞各因素判斷矩陣

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，結(jié)構(gòu)連接、強(qiáng)度破壞的向量矩陣為：

它們所對(duì)應(yīng)的級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)特征矩陣為：

根據(jù)公式(1)可以求得相對(duì)隸屬度矩陣為：

根據(jù)(2)式可得到最優(yōu)相對(duì)隸屬度矩陣為：

根據(jù)(3)式可求出結(jié)構(gòu)連接、強(qiáng)度破壞兩個(gè)因素綜合得分為：

M1=(2.013 2.322 2.096 2.041 2.747)

M2=(2.404 2.066 2.357 2.895 2.274)

同理可得，起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、人員及環(huán)境因素的綜合得分分別為：

由此看出，該海洋平臺(tái)吊機(jī)安全等級(jí)較好，在實(shí)際使用過(guò)程中，該吊機(jī)也未發(fā)生過(guò)安全事故，安全狀況良好，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符。

5 結(jié) 論

(1)將層次分析法用于評(píng)估體系的權(quán)重分析中，建立了海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)價(jià)模型,并利用相對(duì)最優(yōu)隸屬度矩陣來(lái)進(jìn)行模糊識(shí)別,使得模糊評(píng)價(jià)中的評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確合理。

(2)本文建立的評(píng)估體系和安全評(píng)估方法是合理的，它能客觀地反映吊機(jī)各個(gè)方面安全的真實(shí)情況，給出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)其他類(lèi)型吊機(jī)也具有一定適用性，為海洋平臺(tái)吊機(jī)安全評(píng)估打下了良好基礎(chǔ)。

1 徐格寧，江凡. 基于模糊層次綜合法的起重機(jī)安全性評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，10(2)：196-197.

2 俞中建，李振林，李波. 基于模糊綜合評(píng)判的橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2010，6：1-2.

3 胡靜波，倪大進(jìn)，李泉. 安全評(píng)價(jià)方法在起重機(jī)中的應(yīng)用[J].安全技術(shù)，2011，27(8)：6-8.

4 徐格寧，左榮榮，楊恒，李銀德. 基于模糊層次分析的門(mén)座起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，12(1)：235-236.

5 林少芬，李槐賢，陳映秋等. 散貨船模糊綜合安全性評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)方法(四)[J].船舶工程，2000，4：55.

6 馬炎. 船舶機(jī)艙火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[D].天津大學(xué)，2007.

7 張小琴. 基于層次分析法的塔式起重機(jī)安全評(píng)價(jià)研究[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，10(3)：304-305.

8 許開(kāi)立，陳寶智. 人-機(jī)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的模糊數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用[J].中南工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，12(6)：49-53.

(責(zé)任編輯：譚銀元)

On Safety Evaluation of the Offshore Platform Crane based on Fuzzy Synthesized Method

PI Shuai

(TZ binhai Technology Center, Tianjin 300000, China)

According to the characteristic of the offshore platform crane, the safety evaluation indexes are indicated. The safety evaluation model of the offshore crane was established based on the fuzzy recognition pattern. The fuzzy synthesized evaluation method was applied in the safety evaluation of offshore crane. The result indicates that the fuzzy synthesized evaluation method is valid and applicable to offshore crane.

offshore crane; safety evaluation; fuzzy synthesized evaluation

2016-05-20

邳 帥，女，工程師，主要從事船舶海洋工程專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

U653

A

1671-8100(2016)04-0012-04