基于多元聯(lián)系數(shù)的水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估

左恒奕

(貴州水投水務(wù)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550002)

水電工程施工環(huán)境受水文、地質(zhì)、地形等條件影響，交叉作業(yè)多，施工作業(yè)中涉及風(fēng)險(xiǎn)因素不確定且復(fù)雜，難以定量分析作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，未能及時采取有效預(yù)控措施，造成安全事故多而易發(fā)。因此，通過定量分析水電工程高危作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)狀況，預(yù)測其變化趨勢，指導(dǎo)水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控，對提高水電工程作業(yè)安全水平具有重要意義。

水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)研究是安全管理中的重要內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行系列研究。張靜等[1]采用問卷調(diào)查和因子分析等方法，歸納影響施工作業(yè)非安全行為的關(guān)鍵因素，為施工企業(yè)和政府安全管理部門制定安全規(guī)章提供科學(xué)依據(jù)；鐘登華等[2]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析法，建立ANP結(jié)構(gòu)模型，對風(fēng)險(xiǎn)因素影響程度進(jìn)行排序；鄭霞忠等[3]建立水電工程高危作業(yè)SEM模型，定量描述了風(fēng)險(xiǎn)因素間的關(guān)聯(lián)程度；徐天寶等[4]引入事故樹分析法，構(gòu)建水電工程建設(shè)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)事故樹模型，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率值，揭示風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)因子間數(shù)學(xué)關(guān)系；肖堯等[5]運(yùn)用CSRAM法，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素概率分布，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的定量分析；Qien.k等[6]考慮在風(fēng)險(xiǎn)變化的影響條件下，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分析及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

上述成果對水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素及因素間相互關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估提供了參考。但在風(fēng)險(xiǎn)評估過程中未能同時考慮評估系統(tǒng)中確定和不確定特性；同時，風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果多為靜態(tài)現(xiàn)狀分析，對風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)變化的研究相對單一。風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估的研究中，集對分析理論的多元聯(lián)系數(shù)已在煤礦、航空等學(xué)科領(lǐng)域中初步應(yīng)用，但在水電工程領(lǐng)域研究應(yīng)用的報(bào)道相對較少。鄭僑宏等[7]通過五元聯(lián)系數(shù)建立礦工不安全行為風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估模型；施志堅(jiān)等[8]對航空維修系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時，引入多元聯(lián)系數(shù)，利用集對勢評判系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢；萬俊強(qiáng)等[9]建立基于博弈論和多元聯(lián)系數(shù)SPA風(fēng)險(xiǎn)評估模型，評估分析空中管制安全系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)等級及趨勢變化。上述研究工作中驗(yàn)證了多元聯(lián)系數(shù)在風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估中應(yīng)用的可行性，為后續(xù)研究提供了參考依據(jù)。

鑒于此，本文引入集對分析理論，運(yùn)用組合賦權(quán)法和五元聯(lián)系數(shù)建立風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估模型，通過態(tài)勢函數(shù)對水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢進(jìn)行靜態(tài)分析，同時，綜合正向演化和負(fù)向演化得到全偏聯(lián)系數(shù)，對風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢進(jìn)行動態(tài)預(yù)測，結(jié)合水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的靜態(tài)和動態(tài)分析，以期為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控提供理論依據(jù)。

1 多元聯(lián)系數(shù)集對分析

1.1 集對分析與聯(lián)系度

集對分析是通過聯(lián)系數(shù)分析處理研究系統(tǒng)中確定和不確定問題的數(shù)學(xué)方法[10]。實(shí)際應(yīng)用建立待評價對象和理想方案的2個集合并構(gòu)成集對，分別從同異反角度計(jì)算聯(lián)系度，定量分析不確定系統(tǒng)的同一性、差異性、對立性。

設(shè)定待評價對象和理想方案為集合A、B并構(gòu)成集對H，即H=(A,B)。若集對H中存在N個特征總數(shù)，其中集合間共有特性數(shù)為S，對立特性數(shù)為P,F為既不共有也不對立的特性數(shù)，即F=N-S-P，集對的聯(lián)系度μ表示為：

(1)

式中S/N——集合間的同一度，記作a；F/N——集合間的差異度，記作b；P/N——集合間的對立度，記作c；?a,b,c∈[0，1]，且a+b+c=1；i，j——標(biāo)記符號，其中i為差異標(biāo)記符號，i∈[-1,1]，j為對立標(biāo)記符號，j=-1。

1.2 五元聯(lián)系數(shù)與偏聯(lián)系數(shù)

聯(lián)系數(shù)是定量分析研究系統(tǒng)中評估對象在聯(lián)系狀態(tài)下的數(shù)學(xué)函數(shù)。聯(lián)系數(shù)μ中，a,b,c,j為宏觀參數(shù)，i為微觀參數(shù)，擴(kuò)展bi部分，即可表示多元聯(lián)系數(shù)。

μ=a+b1i1+b2i2+…+bnin+cj

(2)

當(dāng)n=3時，即為五元聯(lián)系數(shù)表達(dá)式，一般簡記為：

μ=a+bi+cj+dk+el

(3)

式中 ?a,b,c,d,e∈[-1，1]；i∈[0,1]；j=0；k∈[-1,0]；l=-1；a+b+c+d+e=1。

多元聯(lián)系數(shù)的偏聯(lián)系數(shù)為聯(lián)系數(shù)表達(dá)式的求導(dǎo)形式，定量刻畫了聯(lián)系數(shù)的變化趨勢，其中五元聯(lián)系數(shù)的偏聯(lián)系數(shù)為：

?μ=?a+i?b+j?c+k?d

(4)

2 基于多元聯(lián)系數(shù)的水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢分析模型

2.1 水電施工企業(yè)高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

為了解水電工程高危作業(yè)的安全現(xiàn)狀，加強(qiáng)水電工程高危作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管控，針對水電工程施工條件復(fù)雜、事故多發(fā)易發(fā)、高危作業(yè)影響因素多等特征，結(jié)合GB/T 33000—2016《企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范》[11]，通過現(xiàn)場調(diào)研和問卷調(diào)查，分析總結(jié)水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成因素，建立企業(yè)影響、安全管理、施工人員行為、現(xiàn)場作業(yè)相關(guān)因素四大方面、包含20個二級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，評估體系見圖1。

圖1 水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)組合權(quán)重的確定

2.2.1熵值法計(jì)算權(quán)重

熵值法通過衡量評價指標(biāo)系統(tǒng)中各指標(biāo)因素所包含有效信息量大小，以此為依據(jù)確立指標(biāo)的權(quán)值[12]。熵值法中熵值的大小表明事件發(fā)生的概率和有序程度，事件發(fā)生概率和有序度越大則系統(tǒng)的熵值越大，熵值越大包含的有效信息量越少，權(quán)重也越小；反之，熵值越小權(quán)重越大。

根據(jù)熵的計(jì)算原理，在水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系中，一級指標(biāo)層j下的二級評價指標(biāo)i的熵值表達(dá)式為：

(5)

評估指標(biāo)i的權(quán)值計(jì)算式為：

(6)

2.2.2序關(guān)系分析(G1)法計(jì)算權(quán)重

專家對評價指標(biāo)集{a1,a2,…am}進(jìn)行分析時，依據(jù)相關(guān)評價準(zhǔn)則進(jìn)行指標(biāo)間重要度比較，若認(rèn)為某一評價指標(biāo)ai在評價體系中的重要度大于aj時，記作ai>aj。利用G1法對水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估因素集{x1,x2,…xm}進(jìn)行序關(guān)系排列，即

(7)

(8)

(9)

2.2.3組合賦權(quán)法確立權(quán)重

結(jié)合熵值法和G1法對水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，綜合考慮了權(quán)重確立的主觀性和客觀性，既發(fā)揮了專家的知識經(jīng)驗(yàn)，又可以充分利用客觀的數(shù)據(jù)信息。因此，本文將融合熵值法和G1法，確立水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)組合權(quán)重。

(10)

式中θ——G1法確立的權(quán)重在組合權(quán)重中的比重。

為保證參數(shù)θ選取的客觀性，本文利用變異系數(shù)法[13]求解，計(jì)算公式為：

(11)

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評估的同異反評估模型

考慮到水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估的復(fù)雜性與不確定性，在構(gòu)建水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評語集過程中，參考已有文獻(xiàn)的研究[14]，將風(fēng)險(xiǎn)評語集U分為低風(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)五類狀態(tài)等級。

根據(jù)上述風(fēng)險(xiǎn)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，由N位風(fēng)險(xiǎn)評估專家對評估指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級劃分，風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果記作R=Nij/N(Nij表示風(fēng)險(xiǎn)評估中將風(fēng)險(xiǎn)因素i劃分為等級j的專家人數(shù))?？紤]評估過程中的不確定性，引入評估指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)系數(shù)，建立基于五元聯(lián)系數(shù)的水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估同異反評估模型，識別各評估指標(biāo)與風(fēng)險(xiǎn)等級的相符程度。

μ+=a+bi+cj+dk+el

(12)

式中?a,b,c,d,e∈[-1，1]，且a+b+c+d+e=1，依次為五元聯(lián)系數(shù)的同分量、偏同分量、臨界分量、偏反分量、反分量，依次對應(yīng)上述水電工程高危作業(yè)不安全行為風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)；i∈[0,1]；j=0；k∈[-1,0]；l=-1。

考慮到水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估因素權(quán)值對評估結(jié)果的影響，根據(jù)本文建立的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法，式(12)可表示為：

μ+=wj·R·ET=

(13)

2.4 風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)勢及趨勢分析

2.4.1水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢分析

為進(jìn)一步分析水電工程高危作業(yè)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)狀況與理想?yún)⒄占g的相互關(guān)系，根據(jù)集對勢的定義，確立水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估的五元聯(lián)系數(shù)集對勢：

shi(μ+)=a/c(c≠0)

(14)

當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級處于同勢區(qū)，表明水電工程高危作業(yè)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)程度與理想風(fēng)險(xiǎn)參照集間態(tài)勢一致；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級處于均勢區(qū)，表明水電工程高危作業(yè)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)程度與理想風(fēng)險(xiǎn)參照集處于“勢均力敵”的態(tài)勢，風(fēng)險(xiǎn)處于“低風(fēng)險(xiǎn)”和“高風(fēng)險(xiǎn)”相互變化階段中；當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級處于反勢區(qū)，表明水電工程高危作業(yè)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)程度與理想風(fēng)險(xiǎn)參照集處于對立態(tài)勢，此時，管理部門立即采取措施，加大風(fēng)險(xiǎn)控制力度，降低風(fēng)險(xiǎn)等級，并促使風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢向同勢區(qū)變化。

通過比較五元聯(lián)系數(shù)中聯(lián)系分量大小關(guān)系，同時對比五元聯(lián)系數(shù)系統(tǒng)同勢態(tài)勢表，確定水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢勢級?；谄疚慕o出部分相關(guān)同勢態(tài)勢，見表2。

表2 部分五元聯(lián)系數(shù)同勢態(tài)勢

基于五元聯(lián)系數(shù)的系統(tǒng)同勢態(tài)勢表中，同勢勢級共分為65級別[15]，勢級的大小表明實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)與風(fēng)險(xiǎn)等級中“低風(fēng)險(xiǎn)”的相符程度，勢級越小則水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估越接近理想評估標(biāo)準(zhǔn)等級，同時，指標(biāo)體系中處于同勢區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)越多表明系統(tǒng)處于同勢區(qū)的程度越高。

2.4.2水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)趨勢預(yù)測

根據(jù)集對分析理論，集對勢實(shí)現(xiàn)了水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)在宏觀層次上的風(fēng)險(xiǎn)評估，而偏聯(lián)系數(shù)刻畫了微觀層面上評估系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，兩者共同組成了對研究對象在宏觀與微觀層次上的數(shù)學(xué)描述。在微觀層次上，水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)狀況會同時存在趨向正方向發(fā)展和負(fù)方向發(fā)展的矛盾運(yùn)動，偏聯(lián)系數(shù)中偏正聯(lián)系數(shù)和偏負(fù)聯(lián)系數(shù)的實(shí)現(xiàn)了對態(tài)勢發(fā)展的定量分析。

偏正聯(lián)系數(shù)刻畫了評估系統(tǒng)中態(tài)勢向較高層次演化的過程，體現(xiàn)了聯(lián)系數(shù)的正向變化趨勢，其計(jì)算式為：

?+μ=?+a+i+?+b+j+?+c+k+?+d

(15)

偏負(fù)聯(lián)系數(shù)刻畫了評估系統(tǒng)中態(tài)勢向較低層次演化的過程，體現(xiàn)了聯(lián)系數(shù)的負(fù)向變化趨勢，其計(jì)算式為：

?-μ=?-a+i-?-b+j-?-c+k-?-d

(16)

全偏聯(lián)系數(shù)是綜合了聯(lián)系數(shù)正向和負(fù)向變化，反映了系統(tǒng)中矛盾運(yùn)動的發(fā)展趨勢，其計(jì)算式為：

?μ=?+μ+?-μ

(17)

3 實(shí)例分析

3.1 工程資料

以四川省某水電工程為例，該水電工程壩高295 m，裝機(jī)容量300萬kW?，F(xiàn)對該水電工程施工作業(yè)的安全現(xiàn)狀，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估，以驗(yàn)證本文所提出方法的有效性。根據(jù)所建立的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，向一線作業(yè)人員、技術(shù)人員、安全管理人員、安全管理方面專家四類人員共發(fā)放35份問卷。考慮到四類人員的學(xué)術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)等影響評估條件的差異，結(jié)合評估者的工作年限、職稱、對安全理論的熟悉程度及對該水電項(xiàng)目的了解程度等情況，對四類評估人員賦權(quán)：

3.2 評估風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢及趨勢

根據(jù)各類人員對本水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度的五級風(fēng)險(xiǎn)評語集，結(jié)合熵值法和G1法計(jì)算得到各指標(biāo)組合權(quán)重，利用式(5)—(14)計(jì)算水電工程高危作業(yè)五元聯(lián)系數(shù)表達(dá)式并進(jìn)行態(tài)勢分析，結(jié)果見表3。

表3 水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)系數(shù)及計(jì)算

各類評價指標(biāo)的五元聯(lián)系數(shù)中的聯(lián)系分量a、b、d、c、e大小關(guān)系見表3，結(jié)合五元聯(lián)系數(shù)系統(tǒng)態(tài)勢表，綜合各類評價指標(biāo)后的水電工程高危作業(yè)總風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)勢關(guān)系μ+=0.329+0.223i+0.214j+0.132k+0.102l，其中a>e，a>b，b>c，c>d，d>e，為同勢1級，處于強(qiáng)同勢區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)等級為低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。各類一級指標(biāo)中，“安全管理”“施工人員行為”“現(xiàn)場作業(yè)相關(guān)因素”風(fēng)險(xiǎn)等級均為低風(fēng)險(xiǎn)，態(tài)勢結(jié)果分別為：同勢19級、同勢3級、同勢1級，均為強(qiáng)同勢，表明實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)較好；“企業(yè)影響”風(fēng)險(xiǎn)等級為中等風(fēng)險(xiǎn)，態(tài)勢為同勢61級，為微同勢，表明風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)一般，管理者應(yīng)該針對企業(yè)影響層面采取有效措施，保證本水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度維持在較低水平。

利用式(15)—(17)計(jì)算水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)趨勢分析中的正偏聯(lián)系數(shù)、負(fù)偏聯(lián)系數(shù)、全偏聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表4。

表4 水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)偏聯(lián)系數(shù)值

結(jié)合偏聯(lián)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，整體系統(tǒng)處于負(fù)向發(fā)展趨勢，且四類一級指標(biāo)均處于負(fù)向發(fā)展趨勢，表明本水電工程高危作業(yè)系統(tǒng)存在變差、風(fēng)險(xiǎn)不斷增加的情況。

綜合表3、4計(jì)算結(jié)果，著重分析反勢區(qū)、均勢區(qū)、同勢區(qū)末端的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)?！鞍踩幕諊焙汀安僮鬟`規(guī)”處于反勢區(qū)，發(fā)展趨勢分別呈正向和負(fù)向趨勢，“操作違規(guī)”存在變差的情況，管理者應(yīng)針對這兩項(xiàng)指標(biāo)立即組織人手，采取措施，降低其風(fēng)險(xiǎn)程度；“知覺與決策能力”處于均勢區(qū)，呈正向發(fā)展趨勢，管理者應(yīng)采取必要措施，促使這些指標(biāo)向同勢區(qū)轉(zhuǎn)化；“安全生產(chǎn)投入”“施工作業(yè)安全”“技術(shù)保障措施”態(tài)勢結(jié)果分別為同勢62級、同勢65級、同勢50級，均處于同勢區(qū)末端，發(fā)展趨勢中三者分別呈正向、負(fù)向、負(fù)向發(fā)展趨勢，管理者也應(yīng)重視同勢區(qū)末端的這些指標(biāo)，采取措施促使其向同勢區(qū)的前端轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論

a)本文通過五元聯(lián)系數(shù)建立水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢評估模型，全面剖析風(fēng)險(xiǎn)的動靜情況，靜態(tài)分析水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)程度，動態(tài)預(yù)測水電工程高危作業(yè)的變化趨勢。同時考慮到僅在正向演化假設(shè)下系統(tǒng)態(tài)勢評估的片面性，綜合正向和負(fù)向偏聯(lián)系數(shù)，綜合評估預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢，為水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控提供理論指導(dǎo)。

b)通過實(shí)例分析，研究的水電工程高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估等級為較低風(fēng)險(xiǎn)，評估系統(tǒng)整體呈負(fù)向發(fā)展趨勢，存在情況變差的風(fēng)險(xiǎn)。二級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中“操作違規(guī)”“施工作業(yè)安全”和“技術(shù)保障措施”情況較為突出，風(fēng)險(xiǎn)程度較高且風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)呈負(fù)向發(fā)展趨勢，后續(xù)水電工程高危作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施編制中需重點(diǎn)關(guān)注。