基于AHP-TOPSIS的大型航道疏浚施工安全綜合評價

戴鄭翌 鐘煥敏 中交廣州航道局有限公司

我國萬噸級泊位總數(shù)已達2500個以上，其泊位數(shù)30000個以上，為保證船舶進出港的安全要求，需對原航道進行疏浚等改擴工程。通常進行疏浚等工程原航道常處于同運營同施工情況，可能發(fā)生船舶碰撞等重大安全事故，研究港口航道疏浚施工安全影響因素指標體系，探究港口航道疏浚施工過程的安全綜合評價，對避免此類安全事故發(fā)生和提高作業(yè)水平有重要意義。

文章使用AHP法解決TOPSIS法權重不易分配和主觀因素導致的評價誤差問題，再使用TOPSIS法計算評價對象與理想化目標的距離并排序，得到港口航道疏浚施工過程的安全等級，根據(jù)結果分析指標體系中需加強管控與改進的指標，進而有效預防和減少港口航道疏浚施工事故的發(fā)生，研究結果可為港口航道疏浚施工安全評價問題提供研究思路。

1.工程概況

連云港港30萬噸級航道二期工程對原工程航道兩側增深拓寬，進出港區(qū)的船舶均需在本工程航道段航行，施工船舶在工程水域進行施工作業(yè)時需要占用航道，對進出兩港區(qū)船舶的正常航行造成一定的影響。

本標段為LYG-302-H1.3標段，外航道外段疏浚疏浚長度約25.87km，疏浚工程量總計2536.7萬m3，耙吸挖泥船疏浚裝滿艙后，自航運泥到指定的疏浚土傾倒區(qū)拋泥，平均運距9km。施工船舶在施工期間進出場次數(shù)耙吸挖泥船3次，交通船138次，供水船23次，航標船12次。

2.AHP-TOPSIS模型介紹

2.1 基于AHP確定各因素權重

層次分析法(AHP)是一種定性與定量相結合的分析方法，適合解決生產(chǎn)過程中安全評估等多層次性和模糊可變性較強的問題。

2.1.1 判斷矩陣構造

依據(jù)層次結構模型，依據(jù)模糊理論9級標度尺（見表1），比較因素與相鄰因素的重要程度，得到其判斷矩陣B，見式（1）。

表1 標度尺

式中X——第i個因素與第j個因素相對重要性比值

2.1.2 指標權重計算及一致性檢驗

使用AHP 采用算數(shù)平均法得到權重W與最大特征值λ，如式（2）、式（3）所示：

檢驗判斷矩陣一致性，如式（4）：

式中——判斷矩陣B的最大特征值

RI——隨機一致性指標

n——判斷矩陣B的階數(shù)

當CR＜0.1時，視為矩陣B的一致性合理。

2.2 基于TOPSIS判斷模型

逼近理想排序法(TOPSIS)依據(jù)與理想目標接近程度對現(xiàn)有對象進行排序，當現(xiàn)有對象指標為效益型時，最接近正向理想解則為最優(yōu)解，最接近負向理想解則為最差解，成本型指標反之根據(jù)AHP法得到的權重值對各指標進行分配，通過TOPSIS法對已分配權重的指標進行排序，實現(xiàn)對施工過程進行安全評估。

決策矩陣構造如下：

（1）初始評判矩陣。

假定有樣本集={,…A}，其中每個對象有n個指標值，則構成向量：

式中a——第i個樣本中第j個評價指標

（2）評判矩陣標準化。

進行標準化處理消除各指標的量綱，得到標準化矩陣R：

（3）加權決策矩陣。

（4）確定正負理想解距離與相對貼進度。

圖1 工程總平面布置圖

根據(jù)目標是效益型還是成本型，判斷最優(yōu)解是最大值還是最小值，如式（5）所示：

式中J——效益型目標屬

J——成本型目標屬

計算目標與正負理想解的距離：

計算相對貼進度：

2.3 基于AHP-TOPSIS的綜合模型構建

將AHP法所得到各指標的權重W與TOPSIS法的相對貼進度C 綜合，得到目標的綜合評價向量Q為：

式中C——相對貼進度矩陣

W——準則層權重

3.實例分析

3.1 構建評價指標

建立連云港港30萬噸級航道二期工程疏浚施工過程安全評價指標體系需要根據(jù)施工過程中影響因素進行整理分析，使用系統(tǒng)安全理論將其17個影響因素分為人的因素、設備狀態(tài)、工作環(huán)境和管理組織4個方面，最終建立其3級指標評價模型，見表2。

3.2 安全狀態(tài)分級

依據(jù)相關法律規(guī)范將港口航道疏浚施工過程風險狀態(tài)分為重大、較大、一般和較小四個等級，并根據(jù)LYG-302-H1.3標段疏浚施工過程進行安全狀態(tài)打分。

3.3 權重計算

根據(jù)現(xiàn)場管理人員、技術人員和專家評分得到判斷矩陣A-B，B1-C4，B2-C7，B3-C11，B4-C16，計算得到各權重值，λ，CI，RI，CR，見表2。依據(jù)二級與三級指標權重值相乘，既可得到底層指標的最終權重值，如圖2所示。

圖2 底層指標最終權重

表2 A-B判斷矩陣權重值

3.4 AHP-TOPSIS評價模型

連云港港30萬噸級航道二期工程疏浚施工過程中各指標為效益型指標。

3.4.1 人的因素

依據(jù)表2進行現(xiàn)場打分得到人的因素初始判斷矩陣A：

計算得到加權矩陣V:

由式（8）可得正負理想解：

由式（9）可得正負理想解距離：

由式（10）可得正負理想解：

3.4.2 設備狀態(tài)

依據(jù)表2進行現(xiàn)場打分得到設備狀態(tài)初始判斷矩陣A：

計算得到加權矩陣V:

由式（8）可得正負理想解：

由式（9）可得正負理想解距離：

由式（10）可得正負理想解：

3.4.3 工作環(huán)境

依據(jù)表2進行現(xiàn)場打分得到工作環(huán)境初始判斷矩陣A：

計算得到加權矩陣V:

由式（8）可得正負理想解：

由式（9）可得正負理想解距離：

由式（10）可得正負理想解：

3.4.4 組織管理

依據(jù)表2進行現(xiàn)場打分得到工作環(huán)境初始判斷矩陣A：

計算得到加權矩陣V:

由式（8）可得正負理想解：

由式（9）可得正負理想解距離：

由式（10）可得正負理想解：

3.4.5 綜合模型構建

基于AHP法所得得到的二級指標權重W：

基于TOPSIS法所得得到的貼近矩陣C：

根據(jù)公式（11）綜合評價向量

通過計算可知連云港港30萬噸級航道二期工程疏浚施工過程風險等級情況，如表3所示，可知樣本Q=0.8213，處于一般風險級別，與實際現(xiàn)場情況相符，說明AHP-TOPSIS模型對疏浚施工過程風險評估是正確可靠的。

表3 風險等級標準

4.討論分析

構建航道疏浚施工安全評價指標體系，三級指標中安全距離（0.3216）和惡劣天氣（0.2022）所占權重較大，對航道疏浚施工過程安全影響也最大，需加強重視和管控，從分析結果來看，環(huán)境情況和機械設備的因素是疏浚施工風險的主要影響因素，這與一些學者研究成果一致，而組織管理雖然在二級指標中所占權重不大，但其下屬三級指標安全檢查與整改在整體評估系統(tǒng)起較大作用，這也體現(xiàn)了隱患整改對航道疏浚施工安全的重要性。

根據(jù)AHP-TOPSIS模型量化目標對象風險等級，得到處于0-1區(qū)間的量化值，較小、一般、較大和重大四個等級的風險量化結果為大于0.9087、大于0.4922、大于0.0124和小于等于0.0124，連云港港30萬噸級航道二期工程疏浚施工綜合評價為0.8213，處于一般風險級別。

基于航道疏浚施工風險綜合評價模型的結果，提出降低施工風險建議如下：①密切注意附近海域的通航環(huán)境，關注其他船舶的航行動態(tài)，與附近船舶保持安全距離，做好各項應急準備；②注意船舶的定位和作業(yè)精度，收聽天氣預報，風力大于6級停止施工，風力大于8級所有施工船舶應離開施工水域，前往指定避風錨地避風；③施工船舶與交管中心、航道主管部門建立良好溝通機制，每天互通通航、施工信息，并及時根據(jù)通航信息動態(tài)調整當天施工計劃，保障疏浚施工安全；⑤嚴禁駛入其他施工船舶施工警戒區(qū)，避免彼此之間產(chǎn)生干擾。

雖然本研究提出了港口航道疏浚施工的評價指標體系，并使用AHPTOPSIS模型進行較客觀的綜合量化評估，但仍可能因評價人員的主觀因素影響評價結果，同時港口航道疏浚施工是動態(tài)過程，本研究主要對施工某一時刻的狀態(tài)進行評價，缺少動態(tài)性的考慮。

為了更好評估港口航道疏浚施工安全狀態(tài)，后續(xù)研究可以增加合適的評價對象，進行反復驗證，不斷完善底層指標，修正評估模型，提高模型的全面性和準確性。另外，后續(xù)研究可加強對施工過程的動態(tài)風險評估，通過連續(xù)性評估得到港口航道疏浚施工過程完整的風險變化，分析施工過程中風險較大環(huán)節(jié)，控制此環(huán)節(jié)的重點影響因素，從而降低港口航道疏浚的施工風險。

5.結論

（1）本文以連云港港30萬噸級航道二期工程疏浚施工為目標對象，綜合分析人的因素等4個二級指標和從業(yè)資格與專業(yè)能力等17個三級指標，對港口航道疏浚施工建立了安全評價指標體系，得到港口航道疏浚施工過程風險等級標準，其評價結果與實際相符，可依據(jù)評價結果對施工過程提出改進方案，對港口航道疏浚施工及時做出調整。

（2）根據(jù)航道疏浚施工過程中復雜性與不確定性等特點，使用AHP法解決TOPSIS法權重不易分配和主觀因素導致的評價誤差問題，使用TOPSIS法量化計算評價對象與正負理想解的距離，相互結合減小了主觀性帶來的誤差，提高了評價的真實可靠性。

（3）港口航道疏浚施工安全評價AHP-TOPSIS模型能夠有效得到港口航道疏浚施工過程的風險等級，可作為安全管理的理論依據(jù)，為港口航道疏浚施工過程的安全評價提供一種新的模型。