基于AHP和VPRS的輸變電施工風(fēng)險(xiǎn)灰色綜合評(píng)價(jià)研究

秦　偉

(廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510620)

據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年上半年，全國發(fā)生電力人身傷亡責(zé)任事故29起，死亡(失蹤)37人，重傷1人。其中，電力建設(shè)人身傷亡事故9起，死亡(失蹤)17人，造成重大社會(huì)影響和人身財(cái)產(chǎn)損失。電力建設(shè)傷亡事故主要集中在觸電、高處墜落、起重機(jī)械傷害、物體打擊和坍塌等事故[1-2]。面對(duì)嚴(yán)峻的電力建設(shè)安全生產(chǎn)形勢(shì)，要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，需全面系統(tǒng)分析輸變電工程安全生產(chǎn)影響因素與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。因此，探索出簡(jiǎn)單有效的輸變電工程安全評(píng)價(jià)方法顯得尤為重要。

國內(nèi)施工安全評(píng)價(jià)研究主要集中在建筑施工安全上，而輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面，黃世國等[3]從人、機(jī)和環(huán)境3個(gè)維度構(gòu)建了施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。張健等[4]用分叉樹對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析，結(jié)合層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。王朋等[5]在構(gòu)建三級(jí)施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)基礎(chǔ)上，用變精度粗糙集與層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。在施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面，倪明楊[6]利用物元理論構(gòu)建施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。林陵娜等[7]采用調(diào)查研究法篩選施工安全關(guān)鍵因素，構(gòu)建基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論的施工安全狀態(tài)識(shí)別模型。黃國忠等[8]針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全因素的灰色特性，建立灰色歐幾里德理論安全評(píng)價(jià)模型。楊莉瓊等[9]對(duì)施工安全進(jìn)行定量分析，構(gòu)建二元決策圖安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。翟越等[10]用BIM虛擬施工技術(shù)構(gòu)建多維數(shù)字化施工安全評(píng)價(jià)模型。王友國等[11]在大型工程項(xiàng)目中用Gray-Shapley理論構(gòu)建施工安全評(píng)價(jià)模型。安磊等[12]構(gòu)建故障樹風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。姚俊偉等[13]用層次分析法對(duì)輸變電工程進(jìn)行安全性后評(píng)價(jià)。潘華等[14]建立輸變電工程三角模糊綜合評(píng)價(jià)模型。高楊楊等[15]結(jié)合三角模糊數(shù)，構(gòu)建輸變電工程安全評(píng)價(jià)云模型。

上述施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型較少考慮施工安全風(fēng)險(xiǎn)較強(qiáng)的非線性、模糊性及定性指標(biāo)偏多等問題。鑒于此，筆者結(jié)合變精度粗糙集(VPRS)與層次分析法(AHP)確定指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論構(gòu)建輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)多層次灰色評(píng)價(jià)模型；并結(jié)合輸變電工程施工實(shí)例對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證模型的科學(xué)合理和可操作性。

1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

輸變電工程施工現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜多變，各安全風(fēng)險(xiǎn)因素相互影響，評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理選擇直接影響施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。施工現(xiàn)場(chǎng)具有人員流動(dòng)性大，施工技術(shù)條件和環(huán)境復(fù)雜，露天作業(yè)、高空作業(yè)、特種作業(yè)多等特性。在大量文獻(xiàn)資料研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工實(shí)例和電力施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)，遵循安全風(fēng)險(xiǎn)的全面系統(tǒng)性、層次科學(xué)性和可操作性原則，采用事故致因與人機(jī)工程學(xué)理論分別從人員因素、設(shè)備因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素和管理因素5個(gè)維度對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納總結(jié)，構(gòu)建輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1　輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2　指標(biāo)權(quán)重的確定

2.1　變精度粗糙集理論

變精度粗糙集是在粗糙集上經(jīng)過預(yù)置近似精度因子β(0.5<β≤1)擴(kuò)充得到，有利于消除施工安全指標(biāo)在專家打分決策時(shí)的分類誤差，有效解決屬性間不確定性關(guān)系或無函數(shù)的數(shù)據(jù)分類問題。設(shè)條件屬性集為C，決策屬性集為D，有C,D?A，A為有限屬性集。當(dāng)所有評(píng)分對(duì)象集合為U時(shí)，若集合Z與集合P分別隸屬于集合U與集合C，則可將Z劃分3個(gè)區(qū)間：

(1)

(2)

(3)

其中，E(P)為基于P的條件類，表示等價(jià)類集合。令打分的對(duì)象(施工項(xiàng)目)數(shù)量為card(U)，則P相對(duì)于D的變精度粗糙集分類質(zhì)量(quality of classification)QoC為：

(4)

QoC的數(shù)值在一定程度上體現(xiàn)了條件屬性間的重要性，可以用來構(gòu)建判斷矩陣以確定施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)在施工安全中的重要度。γβ(P,D)為P在正確分類率β條件下，劃入決策屬性D的數(shù)量，其數(shù)值大小同D對(duì)于P的重要度成正比。因此，QoC可用于表示條件類P相對(duì)決策屬性D的重要性。

2.2　變精度粗糙集模型

針對(duì)施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用變精度粗糙集理論構(gòu)建指標(biāo)權(quán)重確定模型。令Pi表示指標(biāo)體系中第i(i=1,2,…,n)個(gè)指標(biāo)，且各指標(biāo)間相對(duì)獨(dú)立；群決策Pki相對(duì)于Dk的重要性可以通過專家對(duì)各樣本及相關(guān)指標(biāo)打分得到，即：

(5)

構(gòu)造層次分析的矩陣集合B={B1,B2,…,Bm}，其中Bk為判斷矩陣，取決于第k個(gè)專家的打分。

(6)

其中，bkij為第k個(gè)專家確定出的指標(biāo)體系Pi相對(duì)于Pj的重要程度，即：

由于bkij×bkjh=bkih，所以Bk是完全一致判斷矩陣。變精度粗糙集計(jì)算過程中的判斷結(jié)果可以有效解決判斷矩陣不一致的問題。條件屬性Pki特征值可以通過幾何平均法得到：

(8)

(9)

歸一化處理后可得出判斷矩陣Bk中指標(biāo)權(quán)向量為：

(10)

(11)

在群決策表的基礎(chǔ)上，結(jié)合層次分析法與變精度粗糙集理論對(duì)輸變電施工安全指標(biāo)從主觀和客觀兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，設(shè)對(duì)應(yīng)權(quán)重分別為Ok和Sk。B表示m個(gè)專家判斷矩陣的集合；Bk跟其他判斷矩陣之間相似性反映出第k個(gè)專家的客觀權(quán)重大小，相似性越低則專家權(quán)重越低。

bkj=(bk1j,bk2j,…,bknj)

(12)

vec(Bk)=(bk1,bk2,…,bkn)

(13)

那么專家i*與專家j*之間的相似性定義為：

(14)

其中，0

(15)

因此，將第k個(gè)專家的客觀權(quán)重定義為：

(16)

(17)

3　多層次灰色評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

灰色系統(tǒng)研究的是不確定性以及“部分信息缺失”的小樣本數(shù)據(jù)系統(tǒng)。多層次灰色評(píng)價(jià)模型綜合定量計(jì)算與定性分析，能有效解決系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)缺乏和定性指標(biāo)偏多的問題，采用變精度粗糙集模型確定指標(biāo)權(quán)重，再運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論來確定安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的白化權(quán)矩陣和白化權(quán)向量，最后對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.1　確定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及層次指標(biāo)權(quán)重

對(duì)于定性指標(biāo)采用專家打分法進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分值為1～5。然后采用集對(duì)分析模型確定施工安全指標(biāo)權(quán)重，其權(quán)重集用A來表示，即一級(jí)指標(biāo)權(quán)重集為A=(a1，a2，a3，a4，a5)，二級(jí)指標(biāo)權(quán)重集為Al=(Al1，Al2，…，Aln)，其中l(wèi)=1,2,…,5。

3.2　確定指標(biāo)灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量

(1)建立評(píng)價(jià)樣本矩陣。有P位專家對(duì)施工安全定性評(píng)價(jià)指標(biāo)打分，且第W位專家對(duì)指標(biāo)Pij的打分為dijw，則構(gòu)建評(píng)價(jià)樣本矩陣為D。

(18)

(2)確定評(píng)價(jià)對(duì)象灰類。根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)將評(píng)價(jià)灰類劃分為5類，相應(yīng)灰數(shù)和白化權(quán)函數(shù)為：

第一灰類“低風(fēng)險(xiǎn)”，灰數(shù)設(shè)定為?1∈[0,1,2]，對(duì)應(yīng)白化函數(shù)f1(dijw)的表達(dá)式為：

(19)

第二灰類“較低風(fēng)險(xiǎn)”，灰數(shù)設(shè)定為?2∈[0,2,4]，對(duì)應(yīng)白化函數(shù)f2(dijw)的表達(dá)式為：

(20)

第三灰類“中等風(fēng)險(xiǎn)”，灰數(shù)設(shè)定為?3∈[0,3,6]，對(duì)應(yīng)白化函數(shù)f3(dijw)的表達(dá)式為：

(21)

第四灰類“較高風(fēng)險(xiǎn)”，灰數(shù)設(shè)定為?4∈[0,4,8]，對(duì)應(yīng)白化函數(shù)f4(dijw)的表達(dá)式為：

(22)

第五灰類“高風(fēng)險(xiǎn)”，灰數(shù)設(shè)定為?5∈[0,5,10]，對(duì)應(yīng)白化函數(shù)f5(dijw)的表達(dá)式為：

(23)

(3)灰色評(píng)價(jià)系數(shù)計(jì)算。定性指標(biāo)Pij的第e個(gè)評(píng)價(jià)灰類的灰色評(píng)價(jià)系數(shù)xije為:

(24)

那么評(píng)價(jià)項(xiàng)目各個(gè)評(píng)價(jià)灰類的總灰色評(píng)價(jià)系數(shù)xij為：

(25)

(4)確定指標(biāo)灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量。記評(píng)價(jià)指標(biāo)Pij的第e個(gè)灰色評(píng)價(jià)權(quán)為rije，則:

rije=xije/xij

(26)

那么評(píng)價(jià)指標(biāo)Pij的灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量rij為：

rij=(rij1,rij2,rij3,rij4,rij5)

(27)

3.3　確定指標(biāo)灰色評(píng)價(jià)權(quán)矩陣

全部指標(biāo)灰色評(píng)價(jià)權(quán)矩陣Rk為：

3.4　多層次綜合評(píng)價(jià)

(1)設(shè)Gk表示指標(biāo)Pk屬于各灰類灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量，gke(e=1,2,…,5)表示指標(biāo)Pk的第e個(gè)灰類的灰色評(píng)價(jià)權(quán)，則有：

Gk=Ak·Rk=(gk1,gk2,…,gk5)

(29)

(2)依據(jù)Pk的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Gk得到Pk屬于各評(píng)價(jià)灰類灰色評(píng)價(jià)權(quán)矩陣R：

G=A·R=(g1,g2,…,g5)

(30)

按最大隸屬度原則，ge所得最大值即為Pk的評(píng)價(jià)灰類。為完善評(píng)價(jià)結(jié)果，將低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)賦值為1、2、3、4、5，得到各評(píng)價(jià)灰類等級(jí)值化向量C=(1,2,3,4,5)，最終得到施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)Z為：

Z=G×CT

(31)

4　實(shí)例應(yīng)用

4.1　工程實(shí)例背景

廣東某220 kV輸變電工程本期新建主變壓器2×240 MVA，規(guī)劃220 kV出線4回，110 kV出線6回，10 kV出線20回， 無功補(bǔ)償容量電容器2×(6×10 020) kvar，主接線采用雙母線接線。根據(jù)所構(gòu)建的輸變電工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，邀請(qǐng)5位經(jīng)驗(yàn)豐富的電力建設(shè)工程專家對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行打分，具體評(píng)分值如表1所示。

表1　施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)值

4.2　確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)變精度粗糙集模型確定指標(biāo)權(quán)重的步驟，先由專家組現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工安全指標(biāo)進(jìn)行打分，依據(jù)打分值構(gòu)建要素評(píng)價(jià)決策表，其中近似精度因子β取值0.2，經(jīng)計(jì)算得到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重A=(0.272 8,0.150 5,0.196 9,0.167 5,0.222 2)，詳細(xì)計(jì)算過程可參考文獻(xiàn)[5]。

同理，計(jì)算得到施工安全二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，分別為A1=(0.364 0,0.323 3,0.232 8)；A2=(0.385 4,0.320 9,0.340 9)；A3=(0.362 1,0.331 1,0.360 1)；A4=(0.310 4,0.323 6,0.347 5)；A5=(0.374 0,0.275 0,0.340 2)。

4.3　多層次灰色評(píng)價(jià)

根據(jù)專家評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)和多層次灰色評(píng)價(jià)模型的計(jì)算步驟，得到施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量矩陣R：

二級(jí)灰色綜合評(píng)價(jià)：

G1=A1×R1=(0.364 0,0.323 3,0.232 8)×

(0.047 4,0.168 9,0.228 5,0.250 0,0.225 2)

G2=A2×R2=

(0.000 0,0.199 0,0.313 5,0.309 2,0.225 5)

G3=A3×R3=

(0.028 7,0.243 1,0.313 5,0.260 0,0.208 0)

G4=A4×R4=

(0.052 7,0.202 6,0.281 5,0.247 0,0.197 6)

G5=A5×R5=

(0.117 8,0.275 1,0.239 2,0.198 4,0.158 7)

一級(jí)灰色綜合評(píng)價(jià)：

G=A×R=

(0.056 3，0.224 3，0.272 6，0.249 8，0.201 8)

Z=G×CT=3.33

在輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)五大影響因素中，從一級(jí)指標(biāo)權(quán)重角度來分析，可以看出人員因素最為重要，說明在施工中要重視人的安全影響因素。結(jié)合變精度粗糙集與層次分析法確定一級(jí)指標(biāo)重要度排序結(jié)果為：人員因素>管理因素>技術(shù)因素>環(huán)境因素>設(shè)備因素，與文獻(xiàn)[9]一致，驗(yàn)證了權(quán)重模型的科學(xué)性與有效性。

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果得出輸變電施工安全風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為3.33主要集中在中等風(fēng)險(xiǎn)。由此可以判斷該輸變電工程項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等偏高，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)控制，重點(diǎn)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)人員管控，做好安全交底、技術(shù)交底和任務(wù)交底，防范高空作業(yè)和人員觸電事件，保障輸變電工程施工安全。

5　結(jié)論

施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定，結(jié)合了變精度粗糙集與層次分析法，使施工安全指標(biāo)權(quán)重更加貼合實(shí)際，提高了輸變電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。筆者綜合變精度粗糙集與層次分析法，利用灰色多層次綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)輸變電工程施工項(xiàng)目實(shí)例進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得出項(xiàng)目施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等偏高，人員因素對(duì)施工安全影響最大，驗(yàn)證了模型的可操作性與科學(xué)合理性。

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