鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系研究

賈秋璇，董憲偉

(華北理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210)

引言

當(dāng)前，依托經(jīng)濟(jì)與科技迅猛發(fā)展，我國(guó)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)等各個(gè)方面也都得到了飛速發(fā)展，但是鋼鐵企業(yè)再生產(chǎn)過(guò)程中存在生產(chǎn)作業(yè)條件艱苦、工作時(shí)間較長(zhǎng)、生產(chǎn)流程復(fù)雜以及設(shè)備儀器復(fù)雜等特點(diǎn)。目前，鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝及設(shè)備水平隨著科技發(fā)展進(jìn)步得到了不斷提高，但由于整體的安全投入還不足，每年仍有多起事故發(fā)生[1,2]。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在鋼鐵企業(yè)安全管理中必不可少。一個(gè)客觀準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)基于一個(gè)合理、科學(xué)的指標(biāo)體系，因此，構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系尤為重要。

層次分析法于上世紀(jì)70年代提出[3]，經(jīng)過(guò)不斷地應(yīng)用完善，建立了一套完整的評(píng)價(jià)體系，被廣泛應(yīng)用于企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程。曲娜等[4]選用層次分析法建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系并由此來(lái)確定各個(gè)層級(jí)因素的權(quán)重。層次分析法在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的應(yīng)用已日益得到完善。針對(duì)層次分析法具有的主觀性較強(qiáng)、依賴專家經(jīng)驗(yàn)這一特性，近年來(lái)，針對(duì)層次分析法的改進(jìn)研究成為了重點(diǎn)。為改進(jìn)層次分析法使用中存在的不足，張婷婷等[5]建立了結(jié)合層次分析法和集對(duì)分析2種方法的AHP-SPA的煤礦安全評(píng)估模型。依據(jù)得到的權(quán)重和指標(biāo)體系，再結(jié)合所建立的“三位一體”體系，從而使煤礦安全管理效果的動(dòng)態(tài)評(píng)估得到實(shí)現(xiàn)。高西林等[6]應(yīng)用層次分析法和屬性數(shù)學(xué)模型2種方法并使之結(jié)合運(yùn)用，達(dá)到了確定系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和所得指標(biāo)權(quán)重的目的，從而得到了被測(cè)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。辛晶等[7]在構(gòu)建石油化工設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)層次分析模型的基礎(chǔ)上，選取Saaty標(biāo)度法量化安全風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，利用SD軟件對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)進(jìn)行排序。此方法考慮了各個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)產(chǎn)生的相互作用和影響，改進(jìn)了基于線性組合關(guān)系的遞階層次分析模型的不足。靳江紅等[8]采用層次分析法和熵值法組合使用來(lái)確定權(quán)重，以達(dá)到降低主觀性賦權(quán)的目的，并依據(jù)所得指標(biāo)體系和權(quán)重，建立被測(cè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分級(jí)。

該項(xiàng)研究計(jì)劃選用一種將層次分析法與熵權(quán)法結(jié)合計(jì)算權(quán)重的方法，將其應(yīng)用于指標(biāo)體系建立中，提出了一種組合賦權(quán)篩選指標(biāo)的指標(biāo)體系建立方法，并對(duì)所建指標(biāo)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，以期為后續(xù)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及整改提供理論參照。

1 鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)選指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建依據(jù)

通過(guò)瀏覽全國(guó)各省及下屬地級(jí)市應(yīng)急管理局官網(wǎng)，搜索事故調(diào)查報(bào)告，從中篩選鋼鐵企業(yè)事故調(diào)查報(bào)告，對(duì)2017年6月至2021年1月以來(lái)鋼鐵企業(yè)事故進(jìn)行匯總整理，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，由此可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生傷亡人數(shù)較多的類別依次是：機(jī)械傷害、起重傷害、灼燙、高處墜落、中毒和窒息等類別[9]。鋼鐵企業(yè)因其生產(chǎn)工藝特殊性的限制，通常危險(xiǎn)性較大，實(shí)際生產(chǎn)中，常存在防護(hù)層次少，過(guò)于依賴主觀經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題，并且一些企業(yè)在安全設(shè)計(jì)中也會(huì)存在一些問(wèn)題，包括安全管理方面的相關(guān)問(wèn)題。巫志鵬[10]采用多種冶金相關(guān)手段，將其與安全分析方法相結(jié)合，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析等手段得出，我國(guó)鋼鐵企業(yè)存在固有危險(xiǎn)性高的特點(diǎn)，且危險(xiǎn)程度不亞于化工行業(yè)。

1.2 確立預(yù)選指標(biāo)

對(duì)于企業(yè)安全指標(biāo)構(gòu)建設(shè)計(jì)，一般應(yīng)基于科學(xué)性、系統(tǒng)性、層次性、獨(dú)立性、可行性、實(shí)用性以及綜合性等幾個(gè)原則。指標(biāo)體系的構(gòu)建要將理論作為基礎(chǔ)，既要科學(xué)，又需實(shí)用，所建立的指標(biāo)體系需要能夠解決實(shí)際問(wèn)題，符合被測(cè)企業(yè)的實(shí)際情況。并且，在準(zhǔn)確的前提下指標(biāo)選取的數(shù)量不宜過(guò)多。

根據(jù)收集統(tǒng)計(jì)的2017～2020年間鋼鐵企業(yè)事故原因數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)以及法律法規(guī)，同時(shí)考慮到鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的特點(diǎn)，從人員、設(shè)備、環(huán)境和管理4個(gè)方面進(jìn)行分析。通過(guò)分析鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)體系的脆弱性及威脅可以得出其安全風(fēng)險(xiǎn)因素，結(jié)合具體事故及其事故原因，建立鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)選指標(biāo)體系。選取4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，27個(gè)二級(jí)指標(biāo)。預(yù)選指標(biāo)體系如表1所示。

表1 鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)選指標(biāo)體系

2 預(yù)選指標(biāo)篩選

在體系建立過(guò)程中，過(guò)多的指標(biāo)會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果造成消極影響，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選[11]。綜合各種篩選方法，選用計(jì)算指標(biāo)權(quán)重來(lái)進(jìn)行指標(biāo)篩選：

記指標(biāo)體系Z={z1,z2,…,zn}，將λ={λ1,λ2,…,λn}定義為權(quán)重?cái)?shù)集，且λi∈[0,1](i=1,2,…,n)。

設(shè)取舍權(quán)重?cái)?shù)為λch，其中λch∈[0,1]。

當(dāng)λch≥λi時(shí)，將指標(biāo)zi刪除。

2.1 層次分析法確定主觀權(quán)重

運(yùn)用層次分析法對(duì)主觀權(quán)重進(jìn)行確定。

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型

以預(yù)選指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，對(duì)層次分析結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行確定。層次結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 預(yù)選指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖

(2)構(gòu)造判斷矩陣

針對(duì)被選擇的2個(gè)因素xi和xj，以aij表示xi和xj對(duì)Z的相對(duì)重要性之比，其結(jié)果用矩陣A=(aij)m×n表示。運(yùn)用1～9標(biāo)度法對(duì)aij進(jìn)行確定。表2為1～9標(biāo)度的含義。

表2 1～9標(biāo)度表

(3)層次單排序及其一致性檢驗(yàn)

記W為λmax的特征向量在歸一化后的值，其中λmax為判斷矩陣最大特征根。其意義為同一層次元素相較于上一層因素中的某因素，具有的相對(duì)重要性的權(quán)重值。

定義一致性指標(biāo)CI：

(1)

定義一致性比率CR：

(2)

式中：RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

表3所示為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)

一般認(rèn)為一致性比率CR<0.1時(shí)，認(rèn)為A滿足一致性定義，檢驗(yàn)通過(guò)。

(4)層次總排序及其一致性檢驗(yàn)

層次總排序在計(jì)算時(shí)，應(yīng)從最高層次開始依次進(jìn)行。它指代的是計(jì)算得到的某一層中所有因素對(duì)比最高層的相對(duì)重要性的權(quán)重?cái)?shù)值。

層次總排序的一致性比率：

(3)

當(dāng)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為層次總排序通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

基于統(tǒng)計(jì)的事故原因發(fā)生次數(shù)數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)專家意見，構(gòu)造判別矩陣并計(jì)算主觀權(quán)重，使其通過(guò)一致性檢驗(yàn)。主觀權(quán)重結(jié)果見表4。

表4 鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)選指標(biāo)權(quán)重

2.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

(1)判斷矩陣構(gòu)造

構(gòu)造判斷矩陣C=(Cij)m×n。其中，m與n分別指代評(píng)估對(duì)象個(gè)數(shù)以及被評(píng)估對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

(2)熵值計(jì)算

根據(jù)信息論中信息熵的定義，計(jì)算熵值，公式如下：

(4)

其中，

(5)

(3)熵權(quán)計(jì)算

根據(jù)公式(4)，對(duì)各個(gè)指標(biāo)的信息熵進(jìn)行計(jì)算，記為E1,E2,…,En。并對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算：

(6)

以所掌握事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用式(4)～(6)計(jì)算客觀權(quán)重，結(jié)果見上表4。

2.3 組合權(quán)重的確定

(7)

進(jìn)行改進(jìn)，得到兩種改進(jìn)后的計(jì)算公式，其一為：

(8)

ωi=(ωi1+ωi2)/2

(9)

其二為：

ωi=αωi1+(1-α)ωi2(0≤α≤1)

(10)

其中，ωi1,ωi2分別為第i個(gè)指標(biāo)的主觀、客觀權(quán)重，ωi為第i個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重。當(dāng)α=0.5時(shí),式(9)與式(10)等價(jià)，說(shuō)明主客觀權(quán)重地位相同。本文取組合權(quán)重值為主觀權(quán)重與客觀權(quán)重的算術(shù)平均，即：

ωi=0.5ωi1+0.5ωi2

(11)

根據(jù)公式(11)，運(yùn)用所得主客觀權(quán)重值，計(jì)算得出指標(biāo)組合權(quán)重，結(jié)果見上表4。

計(jì)算時(shí)選取取權(quán)數(shù)閾值為0.05[13]，篩選各指標(biāo)的組合權(quán)重，最終得到所建鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，如表5所示。

表5 鋼鐵企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

3 指標(biāo)的有效性與可行性驗(yàn)證

3.1 指標(biāo)的有效性驗(yàn)證

運(yùn)用有效性驗(yàn)證對(duì)所建指標(biāo)體系是否具備有效性進(jìn)行驗(yàn)證：

記安全評(píng)估指標(biāo)體系Z={z1,z2,…,zn}，參加評(píng)估專家人數(shù)為S，專家j對(duì)評(píng)估系統(tǒng)的評(píng)分集為Xj={x1j,x2j,…,xnj}。

定義指標(biāo)zi的效度系數(shù)為：

(12)

(13)

定義安全評(píng)估指標(biāo)體系Z的效度系數(shù)為：

(14)

一般來(lái)說(shuō)，β越小，表明該評(píng)估指標(biāo)體系對(duì)評(píng)估系統(tǒng)更有效。

將篩選后的指標(biāo)體系交給5位鋼鐵企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面專家，由專家對(duì)此指標(biāo)體系進(jìn)行5分制評(píng)定，評(píng)定原則如表6所示。由公式(12)～(14)計(jì)算得出效度系數(shù)β=0.08。結(jié)果表明，篩選后的指標(biāo)體系通過(guò)有效性檢驗(yàn)。

表6 鋼鐵企業(yè)安全評(píng)估指標(biāo)評(píng)定原則

3.2 指標(biāo)的可行性驗(yàn)證

為對(duì)指標(biāo)體系的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)，引入物元可拓評(píng)價(jià)方法對(duì)實(shí)際企業(yè)進(jìn)行評(píng)估。以某鋼鐵企業(yè)為例，運(yùn)用建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表示，該鋼鐵企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，該評(píng)估結(jié)果與該企業(yè)的實(shí)際情況相符，表明該指標(biāo)體系在實(shí)際運(yùn)用時(shí)具有可行性。

4 結(jié)論

(1)基于查閱相關(guān)資料以及事故統(tǒng)計(jì)原因的指標(biāo)選取方法確定預(yù)選指標(biāo)體系。

(2)引入層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的組合權(quán)重計(jì)算方法，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，最終確定了包含4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，21個(gè)二級(jí)指標(biāo)的指標(biāo)體系。

(3)運(yùn)用有效性驗(yàn)證檢驗(yàn)指標(biāo)有效性，所建指標(biāo)體系通過(guò)檢驗(yàn)，表明該方法所建立指標(biāo)體系具有一定的有效性。

(4)結(jié)合物元可拓評(píng)價(jià)方法，以某鋼鐵企業(yè)為例，運(yùn)用所建指標(biāo)體系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與企業(yè)實(shí)際情況相符，表明該指標(biāo)體系具有可行性。