基于IAHP的變電站施工現(xiàn)場安全評估及靈敏度分析

葛江北，張亞鵬，熊織明，徐國慶，苗峰顯，戴成浩，蘆 珅

(1.國家電網有限公司交流建設分公司，北京 100052；2.上海送變電工程有限公司，上海 200235)

變電站工程施工具有工期長、工序復雜、立體交叉作業(yè)頻繁、施工流動性大等特點，施工安全風險大，存在較多的安全隱患[1-2]。因此，研究變電站施工現(xiàn)場的安全評估方法，并分析其對應的改進措施，對于減少現(xiàn)場施工事故、保證施工安全、促進電力建設行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展有重要意義。

目前，對于輸變電工程建設評估已有一定的研究，但多集中于工程項目后評價[3-4]、風險評估[5-6]和質量評價[7]，對工程安全評估尤其是現(xiàn)場施工安全評估研究較少。目前的評估多將輸變電工程視為一個整體，其評估結果往往只適用于變電站整體情況的分析。而實際上，變電站的建設往往由不同單位完成，各單位的安全管理、技能能力等均存在一定的差異，同時變電站的安全管理是一個持續(xù)時間較長的過程，始終處于動態(tài)變化中，人們對其評估往往有較明確的諸如“較好”、“較差”之類的直觀印象，而非精確的量化數(shù)據(jù)。目前的研究對此均缺乏足夠的關注。

基于此，本文首先分析變電站施工現(xiàn)場安全的影響因素，采用能夠綜合反映定性和定量特性的區(qū)間層次分析法(Interval Analytic Hierarchy Process, 簡稱IAHP)，建立基于各影響因素的多層次結構模型，并基于邊際指標值對各指標值進行靈敏度分析，最后通過案例分析，驗證所提方法的適用性，為變電站及相關類似建設工程現(xiàn)場安全評估和改進提供方法支持。

1 變電站施工現(xiàn)場安全影響因素分析

變電站是電力建設工程中的重要組成部分，往往存在施工環(huán)境較差、施工流動性大、交叉作業(yè)頻繁、作業(yè)量大等特點，現(xiàn)場安全因素多而復雜，同時帶有部分隱蔽性。從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，需要將安全影響因素進行層層分解，形成層次分明的有機整體。

(1)施工安全組織。從組織體系角度出發(fā)，為履行安全職責，施工現(xiàn)場需要明確具體的安全目標和安全管理職責；成立專門的安全管理組織機構，配備安全相關管理人員；現(xiàn)場安全管理要有明確的法規(guī)、管理制度依據(jù)，并做好安全管理策劃；需保證充足的安全管理投入，如人員投入，費用投入等。

(2)施工安全措施。從施工安全角度出發(fā)，對于現(xiàn)場管理人員和作業(yè)人員，需開展安全教育培訓及相關交底；現(xiàn)場需按要求編制施工方案、作業(yè)票，做好“一方案、一措施、一張票”相關工作；要結合工程實際，及時開展風險管理及隱患排查相關工作；在具體作業(yè)時，做好現(xiàn)場作業(yè)安全相關工作，如強化現(xiàn)場安全文明施工布置，做好人員行為管理等。

(3)職業(yè)健康及應急管理?，F(xiàn)場工作不僅要保證安全，同時應滿足職工職業(yè)健康相關要求；同時成立應急工作組和應急救援隊伍，做好應急相關工作。

2 基于IAHP的變電站現(xiàn)場安全評估

變電站施工現(xiàn)場安全影響因素多而復雜，且其大部分指標難以精確量化，如風險管理及隱患排查情況等。但對于現(xiàn)場的這些情況，往往可以根據(jù)專家的經驗對其作出大概的判斷，如好、較好、較差等。這本質上是一種模糊判斷。IAHP在層次分析法(Analytic Hierarchy Process, 簡稱AHP)的基礎上[8]，在判斷矩陣構造時，采用區(qū)間數(shù)替代點值用于表達不確定的主觀判斷，將定性與定量相結合以處理各種決策因素，綜合利用了數(shù)學方法和專家決策的優(yōu)點，對于變電站建設現(xiàn)場的安全評估具有很好的借鑒性。

2.1 IAHP方法

AHP的核心思想是通過建立清晰的層次結構來分解復雜問題。AHP將定性和定量相結合以處理各種決策因素，具有靈活、系統(tǒng)、簡潔的優(yōu)點，在經濟、社會等諸多領域中取得廣泛應用。

由于信息的不完備，AHP在實際兩兩比較中往往會出現(xiàn)不確定的主觀判斷，IAHP法在層次分析法的基礎上，在進行權重的判斷時采用區(qū)間數(shù)，有效表達了在對各影響因素判定時相對重要性的不確定及主觀判斷，具有更好的適用性。

IAHP方法的詳細步驟如下。

(1)構建問題的多層次結構模型；

(2)構造判斷矩陣；

(3)進行判斷矩陣一致性檢驗；

(4)求解權重；

(5)指標值的確定及歸一化處理；

(6)目標值計算。

2.2 變電站施工現(xiàn)場安全評估的多層次結構模型

變電站施工往往包含不同的施工單位，如電氣施工單位、土建施工單位等。因此，在進行變電站施工現(xiàn)場安全評估時以單個施工單位作為評估對象，對其現(xiàn)場安全進行評估。

2.2.1 多層次結構模型的構造

基于變電站施工現(xiàn)場安全影響因素的分析，考慮指標的系統(tǒng)性和層次性，對影響現(xiàn)場安全的指標進行分類，將其分解為三層指標。第一層為目標層即施工現(xiàn)場安全綜合評價值O，將其分解為準則層即施工安全組織N1、施工安全措施N2、職業(yè)健康及應急管理M3，將準則層再進行細化分解構成第三層指標層，構建的多層次結構模型如圖1所示。

2.2.2 構造判斷矩陣

在IAHP中，采用區(qū)間數(shù)進行判斷矩陣的構造，記區(qū)間數(shù)為a=[a-，a+]。對于該區(qū)間數(shù)，區(qū)間的中點，可以理解為隨機變量在判斷區(qū)間標度內的均值，即判斷的一個基數(shù)，而以區(qū)間的寬度表示判斷的模糊性和不確定性。對于區(qū)間數(shù)的上界和下界，則可依據(jù)表1取對應的標度。

以A表示構造的互反判斷矩陣，記為

A=(aij)n×n=([aij-,aij+])n×n=(A-,A+)

(1)

2.2.3 進行判斷矩陣一致性檢驗

對區(qū)間數(shù)矩陣A，計算其實數(shù)指標k，m：

(2)

若k≤1≤m，則可以認為判斷矩陣具有較好的一致性；否則，即認為該判斷矩陣的一致性相對較差，應反饋至專家重新進行判斷，直到得到滿意的一致性[9]。

表1 比例標度定義

圖1 施工現(xiàn)場安全評估多層析結構模型

2.2.4 求解權重

對于區(qū)間數(shù)判斷矩陣，可采用區(qū)間數(shù)特征根法(IEM)求解其權重[10]，其步驟如下。

(1)求A-，A+最大特征值對應的具有正分量的歸一化特征向量x-，x+。

(2)權重向量ω=[kx-,mx+]。

以ωMO為指標層M相對目標O的權重；以ωMN為指標層M對準則層N的權重，以ωNO為準則層N對目標層O的權重。則可得：

ωMO=ωMNωNO=[ωMN1,ωMN2,ωMN3]ωNO

(3)

對于區(qū)間數(shù)a=[a-，a+]和b=[b-，b+]，ab=[min{a-b-,a-b+,a+b-,a+b+},max{a-b-,a-b+,a+b-,a+b+}]，特別的，當a，b為非負數(shù)區(qū)間數(shù)時，ab=[a-b-,a+b+]。

此時得到的權重仍為區(qū)間數(shù)，可采用基于可能度矩陣的方法即可得到其對應的點值的權重?？赡芏染仃嚇嬙旆椒ㄈ缦耓11]：

P=[pij]n×n=[p(ωi≥ωj)]n×n

(4)

(5)

計算可能度矩陣P的排序向量ω′=[ω1′，…，ωi′，…，ωn′]T，公式如下：

(6)

通過式(6)，即得到區(qū)間向量對應的點值向量。

2.2.5 指標值的確定及歸一化處理

(1)指標值的確定。對于指標層的各指標，如職業(yè)健康管理M9，很難采用精確的數(shù)字對其量化。但專家往往可以通過經驗對其作出大致的判定，如好、比較好、很差之類的。此時可采用區(qū)間數(shù)對其進行量化，以表達對各指標判定的不確定性。構建各指標的模糊區(qū)間如表2所示。

表2 模糊區(qū)間

若n個專家對某指標打分，則認為該指標最終得分：

(7)

此時得到的指標值M為區(qū)間數(shù)，則取區(qū)間數(shù)的中間值作為該指標的得分，即：

M=[(M′-)+(M′+)]/2

(8)

(2)歸一化處理。對n個施工單位進行評價，所有指標均為正比性指標，即指標值越大，其最終目標值越高，直接將其歸一化即可，指標Mi歸一化后標記為mi。

2.2.6 目標值計算

求得各指標的歸一化值后，將其與對應的權重相乘并求和即得到對應的目標值。如施工單位j的施工現(xiàn)場安全綜合評價值Oj為

(9)

3 基于邊際指標值的靈敏度分析

對于各施工單位，采用基于IAHP的評估方法，可得到其對應的綜合評價值，從而對其進行評估排序。排序的目的在于通過比較優(yōu)劣，對于表現(xiàn)不夠優(yōu)秀的施工單位應督促其進行整改，已達到相應要求。

在進行整改時，總有一些相對重要的或相對次要的改進措施。采用基于邊際指標值的靈敏度分析方法，分析對應的關鍵性指標，為現(xiàn)場安全指標的改善提供方法支持。

表3 專家評估

邊際指標值的定義如下。

文獻[12]給出了邊際指標值得詳細計算方法，本文中主要用到了正比型指標，其計算如下：

(10)

b=Cq-Cp+(mpm-mqm)*ωm

式中ωn——指標Mm的權重；mpm，mqm——Mpm和Mqm歸一化后的值。

4 案例分析

以某變電站為例，對三家施工單位進行施工現(xiàn)場的安全評估。記三個施工單位分別為施工單位1、施工單位2、施工單位3。

4.1 指標值計算

邀請五位專家對三家單位各指標進行評估，其評價結果如表3所示。按之前方法進行計算，可得各單位指標值如表4所示。將其進行歸一化，可得各施工單位歸一化指標如表5所示。

構造判斷矩陣，并經過一致性校驗。構造判斷矩陣如下。

施工現(xiàn)場安全綜合評價O的屬性判斷矩陣：

(11)

N1的屬性判斷矩陣：

(12)

表4 各單位指標值

表5 歸一化指標值 分

表6 區(qū)間數(shù)權重

表7 靈敏度分析 分

N2的屬性判斷矩陣：

(13)

N3的屬性判斷矩陣：

(14)

則，計算可得指標層M對目標層O的權重如表6所示。

基于可能度矩陣，得：

ωMO=[0.073 8,0.073 8,0.073 8,0.108 3,0.111 8,0.139 1,0.126 4,0.147 4,0.05,0.106 4]

(15)

則計算可得：

O1=0.338 4；O2=0.340 5；O3=0.332 1。

則，排序為：O2≥O1≥O3。三個施工單位中，施工單位2的現(xiàn)場安全評估值最高，施工單位3的現(xiàn)場安全評估值最低。

4.2 靈敏度分析

以施工單位2為標桿，對施工單位1和施工單位3進行指標靈敏度分析，對于某一指標，若5位專家均評為“好”，可得其值為92.5分，若5位專家均評為“差”，可得其值為32.5分。則可知，對某一指標，其合理取值范圍為[32.5,92.5]?？傻闷潇`敏度指標如表7所示。

由此可以看出，對于施工單位1，除了指標M1、指標M4、指標M9不是其敏感指標，其余均為其敏感指標。施工單位1可通過加強組織機構及人員建設、做好安全制度執(zhí)行和安全工作策劃、加強一方案一張票管理、強化現(xiàn)場作業(yè)安全等多種方式迅速提高其自身的現(xiàn)場安全評估值。

對于施工單位3，敏感指標為指標M5、指標M7、指標M10。施工單位3提高其自身的現(xiàn)場安全評估值最為快捷的方式為強化現(xiàn)場培訓和交底、加強風險管理和隱患排查工作、做好現(xiàn)場應急管理工作。而諸如指標M6施工方案及作業(yè)票管理，雖然其權重較大，但由于施工單位3指標M6的得分本身已較高，因此其改善空間很小，反不如改善其敏感指標效果明顯。

5 結語

本文將IAHP評估方法應用于變電站現(xiàn)場的安全評估中，核心在于分解現(xiàn)場安全關鍵指標，構建合理的區(qū)間數(shù)判斷矩陣，將模糊的定性指標定量化，從而對施工現(xiàn)場的安全評估有很好的適應性。通過靈敏度分析，可以得出施工單位迅速提高其評估指標值的改善措施，對施工現(xiàn)場安全水平的提高有一定的借鑒和指導意義。

本文所運用的方法本質是一種基于模糊區(qū)間數(shù)的多層次結構評估方法，對于輸變電工程質量、管理評估等具有類似結構和特性的問題均具有適用性，同樣可采用該方法進行建模評估。