基于模糊綜合層次分析法的吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險評估

劉香芝 李成帥 王康

摘 要：由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)會受到風(fēng)、海流、作業(yè)船運動、海浪等多重載荷的作用，導(dǎo)致吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)事故頻發(fā)。為客觀評價吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險，首先運用層次分析法建立風(fēng)險評估指標(biāo)體系，計算指標(biāo)權(quán)重，確定主要風(fēng)險因素；然后進(jìn)行模糊綜合評判，運用加權(quán)平均法對評估結(jié)果進(jìn)行處理，確定作業(yè)風(fēng)險等級，分析結(jié)果可為提高吸力式基礎(chǔ)作業(yè)安全提供一定參考價值。

關(guān)鍵詞：吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)；模糊綜合層次分析法；風(fēng)險評估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.094

吸力式基礎(chǔ)作為浮式海洋平臺和各類采油設(shè)施的錨固基礎(chǔ)是目前應(yīng)用范圍最廣、適用水深最深的定位系統(tǒng)。目前，國外在深水吸力式基礎(chǔ)海上安裝施工技術(shù)方面已經(jīng)非常成熟，應(yīng)用水深最大已超過2500m，而吸力式基礎(chǔ)在我國海上油氣田開發(fā)工程中的應(yīng)用還停留在淺海，技術(shù)相對落后，[1]并且深水基礎(chǔ)的設(shè)計與安裝更是剛剛起步，關(guān)于吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險評估更是鮮有報道。吸力式基礎(chǔ)安裝過程中面臨的安全問題，不但關(guān)系到現(xiàn)場作業(yè)人員的安全，更是直接關(guān)系到整個項目的成敗，由于影響吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)的評價指標(biāo)眾多，且各影響因素間相互關(guān)聯(lián)，具有較大的模糊性。為此本文以某吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)為例，運用模糊綜合評估法對吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險進(jìn)行了綜合評估。

1 吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

吸力式基礎(chǔ)安裝常規(guī)作業(yè)過程包括：裝船運輸、吸力式基礎(chǔ)下水、吸力式基礎(chǔ)貫入設(shè)備對接、吸力式基礎(chǔ)準(zhǔn)確定位和方位角調(diào)整、吸力式基礎(chǔ)貫入、吸力式基礎(chǔ)貫入設(shè)備回收等多個環(huán)節(jié)[2]，作業(yè)工藝復(fù)雜，風(fēng)險因素較多。本文結(jié)合歷史事故案例、業(yè)內(nèi)專家“頭腦風(fēng)暴”法，進(jìn)行風(fēng)險辨識，構(gòu)建吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險評估指標(biāo)體系，如圖1所示。

其中，吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險為目標(biāo)層，環(huán)境因素、裝備因素、工藝因素、管理因素為準(zhǔn)則層，水深、海流等23個因素為指標(biāo)層，

2 吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)的模糊綜合層次分析

2.1 層次分析法確定權(quán)重

首先，將同一層次的風(fēng)險指標(biāo)因素兩兩比較重要性構(gòu)造判斷矩陣。重要性標(biāo)度采用T. L.Saaty提出的九點標(biāo)度法，若兩因素比較同等重要，標(biāo)度值取1；若兩因素相比較，一個因素比另一個因素重要性不斷增強，則標(biāo)度值不斷增大，最大值取9。[3]如采用專家評估法，對準(zhǔn)則層4個因素兩兩比較重要性，見表1。

則判斷矩陣為：

（1）

然后，計算判斷矩陣的組大特征值對應(yīng)的特征向量，將特征向量做歸一化處理，作為權(quán)重。

由于專家評估法存在較大的主觀性，因此構(gòu)造的判斷矩陣很難出現(xiàn)嚴(yán)格一致的情況，這就需要對矩陣的一致性進(jìn)行檢驗，其檢驗公式為：[4]

（2）

式中，CR為隨機一致性比率，CI為一致性指標(biāo)，為最大特征根，n為比較矩陣階數(shù)，RI為平均隨機一致性指標(biāo)，RI值參見表2。

當(dāng)CR<0.1時認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則，需要將結(jié)果反饋給專家，對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

借助于MATLAB軟件，求得指標(biāo)層判斷矩陣的最大特征值為4.08，一致性比率CR=0.03<0.1滿足一致性要求，準(zhǔn)則層4個因素的權(quán)重為：W=[0.24 0.45 0.11 0.20]。

同理可得指標(biāo)層權(quán)重集為：WU1=[0.21 0.29 0.13 0.37]；WU2=[0.08 0.25 0.22 0.12 0.18 0.15 ] WU3=[0.10 0.25 0.20 0.30 0.15] ；WU4=[0.15 0.19 0.14 0.12 0.16 0.10 0.08 0.06]。

2.2 模糊綜合評判

2.2.1 建立指標(biāo)集U與評價集V

指標(biāo)集一般用表示，ui=（i=1，2，3，…，n）表示第i個元素。根據(jù)研究需要，本文選取的評價集分為5個等級：V=（很高，較高，一般，較低，很低），對應(yīng)的分值為V=（1，3，5，7，9），對應(yīng)的分值區(qū)間為V=（[0，2]，（2，4]，（4，6]，（6，8]，（8，10]）。故每個因素分為5個風(fēng)險等級，根據(jù)評判結(jié)果在每個等級的隸屬度與對應(yīng)分值乘積的加和所在區(qū)間來判斷風(fēng)險等級。

2.2.2 建立模糊關(guān)系矩陣R

對指標(biāo)集U中的第i個因素ui進(jìn)行評價時，對評判集V中第j個元素vj的隸屬度為rij，則按第i個因素ui的評價結(jié)果，可得模糊關(guān)系矩陣Ri=（ri1，ri2，….rin）。

2.2.3 模糊綜合評價

將指標(biāo)集的權(quán)重矩陣Wi和模糊關(guān)系矩陣Ri進(jìn)行乘法運算，得到模糊綜合評價集Bi。[3]根據(jù)加權(quán)平均法對模糊綜合評價集進(jìn)行分析[5]，以確定評價體系所處的風(fēng)險等級，[5]即：

（3）

3 吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險綜合評價實例分析

本文以某海域吸力式基礎(chǔ)作業(yè)工程為實例，運用模糊綜合層次分析法，對該吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)進(jìn)行綜合評估。

3.1 確定權(quán)重值及模糊關(guān)系矩陣

參考專家意見，確定準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各因素的相對重要度，構(gòu)建判斷矩陣，運用層次分析法計算各因素權(quán)重，應(yīng)用Matlab軟件進(jìn)行輔助計算。根據(jù)專家決策法對各因素指標(biāo)進(jìn)行打分，確定模糊關(guān)系矩陣。各指標(biāo)因素值及模糊隸屬度見表3。

3.2 模糊綜合評價

根據(jù)表3可得到各因素的權(quán)重矩陣Wi和模糊關(guān)系矩陣Ri，將兩者進(jìn)行乘法運算，得到模糊綜合評價集Bi。

（4）

同理，計算得到各因素的模糊評判集如下：B2=[0.05 0.11 0.47 0.28 0.09]；B3=[0.18 0.32 0.33 0.13 0.04]；B4=[0.14 0.23 0.38 0.23 0.02]。將上述單模糊綜合評價的結(jié)果作為多因素模糊綜合評價矩陣的行向量，組成二級模糊綜合評價矩陣R，與準(zhǔn)則層權(quán)重向量W相乘，計算得到吸力樁安裝作業(yè)風(fēng)險的模糊綜合評判結(jié)果，如式（5）。

（5）

最后運用加權(quán)平均法對模糊綜合評價集進(jìn)行分析，依據(jù)公式（3）得：

（6）

根據(jù)計算分析計算，對照風(fēng)險等級區(qū)間可知該吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險等級為“一般”，即表示該吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)可以實現(xiàn)，但仍需要采取進(jìn)一步的改進(jìn)措施以提高作業(yè)安全性。結(jié)合權(quán)重分析可知，對吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)影響最大的因素是“裝備因素”，因此作業(yè)單位應(yīng)加強對設(shè)備采購的管理，以保障作業(yè)安全。

4 結(jié)論

針對吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)過程中的風(fēng)險隱患，從環(huán)境因素、裝備因素、工藝因素、管理因素4個方面構(gòu)建評估指標(biāo)體系，結(jié)合業(yè)多位內(nèi)專家意見，采用專家決策法，建立判斷矩陣和模糊關(guān)系矩陣，運用層次分析法確定各風(fēng)險因素權(quán)重，確定主要風(fēng)險因素，運用模糊綜合法對吸力式基礎(chǔ)安裝作業(yè)風(fēng)險程度進(jìn)行整體把握。可為現(xiàn)場作業(yè)人員在進(jìn)行安全管理時提供理論依據(jù)，也為后來人的相關(guān)研究提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：劉香芝（1988-），女，日照莒縣人，碩士研究生，助教，研究方向：海洋油氣安全技術(shù)。