基于組合權(quán)重的有限空間作業(yè)風(fēng)險物元評價

江幸 劉國新 葉方琪

(1.武漢理工大學(xué)安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院 武漢 430070;2.深圳市城市公共安全技術(shù)研究院 廣東深圳 518048)

0 引言

有限空間是指工人可以實際進入作業(yè)的密閉場所，因其出口狹窄，自然通風(fēng)不良，易造成氧氣濃度下降、有毒有害及易燃易爆物質(zhì)積聚，進而對作業(yè)人員的生命健康構(gòu)成風(fēng)險。有限空間事故的主要原因為缺氧窒息和有毒氣體急性中毒，特點為夏季多發(fā)，發(fā)生地點多樣，盲目施救易造成事故的擴大化[1]。據(jù)統(tǒng)計，僅2020年上半年，全國共發(fā)生20起有限空間作業(yè)較大事故，有17起是中毒和窒息事故，占有限空間作業(yè)較大事故總量的85%，有11起是因盲目救援導(dǎo)致傷亡擴大，事故升級。因此，對工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)情況進行評價，對確保企業(yè)日常安全生產(chǎn)工作的正常進行，保障企業(yè)員工生命健康具有重要意義。

近年來，我國許多學(xué)者對有限空間作業(yè)風(fēng)險因素進行了研究，前人的研究方法為有限空間作業(yè)風(fēng)險評估提供了廣闊的思路，同時也存在一定的局限性。層次分析法采用專家群體判斷計算權(quán)重導(dǎo)致結(jié)論主觀性較強；構(gòu)建事故樹容易將影響系統(tǒng)故障的重大事件遺漏，并且分析結(jié)果受限于分析人員的專業(yè)領(lǐng)域。為了提高對工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)風(fēng)險評估結(jié)論的真實性與可靠性，采用物元分析模型來代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一的分析方法，運用熵權(quán)法和層次分析法耦合確定各指標(biāo)組合權(quán)重，進而對工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)風(fēng)險進行綜合評價。

1 物元分析模型評價步驟

1.1 物元

設(shè)某事物N具有特征X，其量值為U，則由N、X、U構(gòu)成有序的三元組R=[NXU]來描述事物的基本元，簡稱物元。事物的名稱N，特征X和量值U稱為物元R的三要素[2]。假設(shè)待評估的事物具有n多個特征，則X=[x1x2…xn]；每個特征分別對應(yīng)量值組成向量U=[u1u2…un]表示特征向量的量值；Ri=[Nxiui]表示該事物在某個特征及對應(yīng)量值下的分物元；則該事物的物元模型可用式(1)表示：

(1)

1.2 確定經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元

1.2.1 確定經(jīng)典域

假設(shè)工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)的安全評估等級共分為m個等級，同時一級指標(biāo)評價因素集為X={xi，i=1，2,…，n}，則在j(j=1，2,…，m)等級的有限空間經(jīng)典域Rj物元可表示為：

(2)

(3)

1.2.2 確定節(jié)域

將待評估有限空間各等級下對應(yīng)指標(biāo)量值域進行排序，選取最大值及最小值作為有限空間安全評估等級節(jié)域物元記為Rc，表示如下：

(4)

(5)

1.2.3 建立待評物元

結(jié)合有限空間作業(yè)事故案例，根據(jù)對待評估有限空間相關(guān)指標(biāo)參數(shù)的分析，通過專家對各項評價指標(biāo)進行實測或評分建立待評估物元Rt如下：

(6)

式中，T表示待評估對象，Xt表示具體指標(biāo)，Ut表示對應(yīng)指標(biāo)的具體測量參數(shù)。

1.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)的建立

關(guān)聯(lián)度是事物與因素之間關(guān)聯(lián)性的一種度量，并且通過結(jié)合“距離”這一概念，可以將不相容的事物進行量化。相關(guān)函數(shù)是表示評價等級屬于被評價物程度大小的函數(shù)；結(jié)合關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)函數(shù)計算可得出待評價事物對某安全評價等級的隸屬程度；如運用關(guān)聯(lián)函數(shù)計算某待評估事物第i個指標(biāo)的數(shù)值域?qū)儆诘趈個等級的關(guān)聯(lián)度函數(shù)如下：

(7)

式中，kj(xi)表示第i個指標(biāo)與第j個等級之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)值即隸屬程度；ui為待評估物元的量值；|uji|表示第i個指標(biāo)在第j個等級下的經(jīng)典域范圍；uci表示第i個指標(biāo)的節(jié)域范圍。ρ是表示距離的函數(shù)，即指標(biāo)值到經(jīng)典域或節(jié)域的距離；令有界區(qū)間X0=[a，b]，將|X0|=|b-a|定義為X0的模；ρ(X，X0)表示X0上任意一點X到區(qū)間[a，b]的距離；可用如下表達式進行計算：

(8)

則Rt(如人員因素)關(guān)于等級j的綜合關(guān)聯(lián)度Kj(Rt)可由如下公式進行計算，進而求出待評估事物關(guān)于各安全等級的綜合關(guān)聯(lián)度。

(9)

根據(jù)最大隸屬度原則，待評估事物的安全等級可由如下公式判別：

Lt={max(Kt)，t=1，2，…，j}

(10)

2 確定組合權(quán)重

2.1 確定主、客觀權(quán)重

運用層次分析法(AHP)計算指標(biāo)的主觀權(quán)重，層次分析法是由美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代提出的一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法；通過邀請專家進行主觀賦權(quán)構(gòu)建判斷矩陣進而進行權(quán)重計算。運用熵權(quán)法來確定客觀權(quán)重；熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，能夠根據(jù)樣本數(shù)據(jù)中提供的信息量來計算評價指標(biāo)變異性的大小，從而確定指標(biāo)權(quán)重值的一種客觀求權(quán)方法[3]；限于篇幅，層次分析法和熵權(quán)法計算步驟不作贅述。

在多個指標(biāo)的綜合評價中，根據(jù)各指標(biāo)的現(xiàn)實意義可將指標(biāo)分為正向指標(biāo)(效益型指標(biāo))和逆向指標(biāo)(成本型指標(biāo))以及接近某一特定值則達到最好效果的適度指標(biāo)，因此在計算權(quán)重時須將指標(biāo)同趨勢化，即逆向指標(biāo)與適度指標(biāo)的正向化[4]，此外為了消除評價指標(biāo)量綱對結(jié)果的影響，還應(yīng)將各評價指標(biāo)作無量綱化處理。

逆向指標(biāo)正向化：

(11)

適度指標(biāo)正向化：

(12)

指標(biāo)無量綱化處理：

(13)

2.2 計算組合權(quán)重

(14)

(15)

(16)

3 工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)風(fēng)險影響因素分析

基于人、機、環(huán)、管安全綜合管理4要素及相關(guān)文獻[5—7]中的有關(guān)內(nèi)容，結(jié)合事故調(diào)查報告，總結(jié)了2017—2020年全國有限空間作業(yè)事故92起；結(jié)合專家組建議篩選了15項指標(biāo)分別為硫化氫濃度、可燃氣體濃度、一氧化碳濃度、氧氣體積分數(shù)、作業(yè)時間、作業(yè)人數(shù)、作業(yè)人員培訓(xùn)率、空間可容納人數(shù)、勞動防護用品完好率、危險警示標(biāo)識覆蓋率、應(yīng)急設(shè)備物資有效率、臺賬信息完成率、應(yīng)急預(yù)案演練(主觀)、安全管理人員占比、作業(yè)審批流程(主觀)，構(gòu)建評價模型(圖1)。

圖1 工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)評價層次結(jié)構(gòu)模型

4 應(yīng)用實例

4.1 待評價企業(yè)概況

選取深圳市某家光學(xué)器材生產(chǎn)廠家為評價對象。據(jù)調(diào)查該廠家共有14個有限空間，9名有限空間作業(yè)人員，作業(yè)頻次為3次/周；經(jīng)風(fēng)險辨識，該廠有限空間風(fēng)險類型包括：窒息、中毒、高處墜落、淹溺等。

4.2 評價等級劃分

依據(jù)相關(guān)文獻[8—9]將有限空間作業(yè)風(fēng)險評估等級分為安全、較安全、較危險和危險4個等級，結(jié)合式(2)—(3)確定風(fēng)險等級臨界值劃分見表1。

表1 指標(biāo)因素風(fēng)險等級劃分

4.3 計算權(quán)重

邀請專家組運用1—9標(biāo)度法進行賦權(quán)并構(gòu)建的判斷矩陣計算權(quán)重，根據(jù)一致性指標(biāo)計算結(jié)果CR=[0.035 8 0.001 4 0.015 3 0.009 1 0.006 9]T，通過一致性檢驗。以收集的事故調(diào)查報告資料為原始數(shù)據(jù)，確定指標(biāo)性質(zhì)，通過計算熵權(quán)值確定客觀權(quán)重；并結(jié)合式(14)—(16)計算各指標(biāo)組合權(quán)重結(jié)果如表2、表3所示。

表2 準(zhǔn)則層權(quán)重

表3 指標(biāo)層權(quán)重

4.4 關(guān)聯(lián)度計算

根據(jù)表1中各安全等級評分范圍，結(jié)合該廠有限空間調(diào)查情況和式(7)—(8)可計算二級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果見表4。

表4 指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

基于各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果結(jié)合式(9)進行計算可得出綜合關(guān)聯(lián)度見表5。

表5 綜合關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果

4.5 評估結(jié)果分析

根據(jù)最大隸屬度原則，結(jié)合式(10)，max{-0.101 2，0.021 2，-0.067 2，-0.468 1}=0.021 2；即該企業(yè)有限空間作業(yè)風(fēng)險評價等級為“較安全”；要觀察作業(yè)過程中的危險狀態(tài)，加強作業(yè)過程監(jiān)視。各指標(biāo)風(fēng)險等級分布情況為：安全={C10，C14};較安全={C1，C2，C4，C9}；較危險={C3，C5，C6，C8，C12，C13};危險={C7，C8，C11，C15}。針對上述結(jié)果提出改進措施如下:

(1)嚴(yán)格遵循“先通風(fēng)、再檢測、后作業(yè)”的作業(yè)原則，氣體檢測前應(yīng)確保氣體監(jiān)測儀器安全有效，作業(yè)過程中應(yīng)持續(xù)檢測，一旦出現(xiàn)氣體濃度超標(biāo)應(yīng)立即停止作業(yè)，撤出作業(yè)人員，并使用有限空間作業(yè)通風(fēng)機再次進行通風(fēng)。

(2)建立并嚴(yán)格執(zhí)行有限空間作業(yè)現(xiàn)場負責(zé)人、監(jiān)護人員、作業(yè)人員、應(yīng)急救援人員安全培訓(xùn)教育制度、作業(yè)審批制度，并完善企業(yè)有限空間臺賬信息。

(3)企業(yè)日常安全管理工作應(yīng)確保應(yīng)急設(shè)備物資安全有效，對過期或失效的物資設(shè)備及時進行維修或更換，企業(yè)應(yīng)確保每年進行一次有限空間應(yīng)急預(yù)案演練以確保突發(fā)情況下應(yīng)急工作的正常開展。

5 結(jié)論

(1)依據(jù)文獻資料及近幾年有限空間事故統(tǒng)計結(jié)果，從安全管理4要素出發(fā)，列舉了影響工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)的15項指標(biāo)。

(2)將物元分析法應(yīng)用于工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)風(fēng)險評價，采用主、客觀權(quán)重相結(jié)合的方法確定綜合權(quán)重，同時運用歐氏距離函數(shù)確定主、客觀權(quán)重的偏好系數(shù)，綜合考慮決策者的主觀偏好及數(shù)據(jù)的客觀價值，使所得權(quán)重更加符合實際情況。

(3)物元分析方法將評價區(qū)間由[0，1]擴展到實數(shù)集R，較傳統(tǒng)分析方法能更為精確的描述事物屬于評價區(qū)間的程度，在得到綜合評價等級的同時能夠針對隱患較大的指標(biāo)提出相應(yīng)的整改建議，對于企業(yè)的日常安全管理或是監(jiān)管部門的安全檢查工作有一定的效用。

(4)物元評價模型豐富了對企業(yè)有限空間作業(yè)進行評估的方法，具有一定的可行性；但由于有限空間種類眾多，危險有害因素復(fù)雜，無法一一列舉，故在實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合企業(yè)自身特點對評價指標(biāo)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和補充。