AHP方法在塔機(jī)安全性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

胡文巖，孫齊超

（中核華興達(dá)豐機(jī)械工程有限公司，上海 200333）

1 研究背景

影響塔機(jī)工程安全的因素有多種，如管理、技術(shù)和環(huán)境等，因此，如何進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的過程。目前，有不少評(píng)價(jià)方法應(yīng)用到塔機(jī)工程中，比較簡單的方法有安全檢查表法和專家評(píng)議法。這些方法雖然簡單直觀，但是評(píng)價(jià)效果受決策專家的素質(zhì)和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)影響，有很大的主觀性，也無法量化安全程度，評(píng)價(jià)周期長[1]。因此，需要建立一種綜合評(píng)價(jià)方法對塔機(jī)工程進(jìn)行合理評(píng)估，有利于預(yù)防塔機(jī)事故，對塔機(jī)工程優(yōu)化管理和項(xiàng)目方案的決策提供指導(dǎo)。

目前綜合評(píng)價(jià)方法有層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、模糊方法和灰色綜合評(píng)價(jià)法等。徐格寧等[1]把AHP 方法和模糊評(píng)價(jià)方法結(jié)合起來，應(yīng)用到橋式起重機(jī)綜合安全評(píng)價(jià)中，能夠評(píng)價(jià)出整機(jī)的安全級(jí)別，并分析各因素對系統(tǒng)安全的貢獻(xiàn)程度；歐陽蒙[2]運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)原理建立塔機(jī)的安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了一種降低建筑機(jī)械事故發(fā)生率的安全措施，供行業(yè)參考。潘友杰[3]也運(yùn)用了模糊評(píng)價(jià)方法，建立了塔機(jī)安全性評(píng)價(jià)模型，并給出安全實(shí)施步驟；鄧錚強(qiáng)等[4]利用GA-BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開展了施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)和預(yù)測研究，對施工升降機(jī)安全評(píng)價(jià)工作提供一定參考；張小琴[5]分析了人、機(jī)、環(huán)境、管理等影響塔機(jī)安全的因素，建立了AHP 分析模型。金久富[6]使用AHP 方法應(yīng)用到了塔機(jī)安拆綜合評(píng)價(jià)中，孫齊超等[7]對AHP 方法在塔機(jī)安全性評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對應(yīng)用中可能存在的問題進(jìn)行探討，并給出了一些建議，為塔機(jī)安全評(píng)價(jià)提供了參考。

也有一些較復(fù)雜的方法應(yīng)用塔機(jī)安全評(píng)價(jià)中，周劍學(xué)等[8]在塔機(jī)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究應(yīng)用了模糊貝葉斯方法，于家碩等[9]采用熵權(quán)法-多維云模型進(jìn)行起重機(jī)安全評(píng)價(jià)，王建兒等[10]在起重機(jī)安全評(píng)價(jià)中引入用熵權(quán)法（EWM）、關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則重要性賦權(quán)法（CRITIC）和博弈論。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中有難度，不便于推廣，對于一般的評(píng)價(jià)也未必需要復(fù)雜的方法去解決。

AHP 方法在塔機(jī)安全評(píng)估方面的應(yīng)用較為廣泛，不需要復(fù)雜的理論和計(jì)算，得到研究者的青睞。然而在實(shí)際應(yīng)用中，一些注意事項(xiàng)可能會(huì)被忽略。本文結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，分析AHP 方法在實(shí)際工程中的適用性，并對塔機(jī)安全性評(píng)價(jià)工作提出一些建議，為管理、規(guī)劃和項(xiàng)目方案決策提供參考。

2 AHP方法在塔機(jī)工程中的適用性

2.1 AHP綜合評(píng)價(jià)模型的特點(diǎn)和實(shí)施流程

AHP 綜合評(píng)價(jià)體系包括三部分，如圖1 所示，最下面一層是評(píng)價(jià)層（方案層），指的是需要評(píng)價(jià)的個(gè)人、單位（組）、機(jī)構(gòu)或者方案，中間層是準(zhǔn)則層，即安全指標(biāo)，包括可量化指標(biāo)和非量化指標(biāo)；第一層是目標(biāo)層，通過交叉比較對評(píng)價(jià)層進(jìn)行權(quán)重劃分，進(jìn)而評(píng)價(jià)出最優(yōu)的一項(xiàng)作為目標(biāo)。

圖1 AHP綜合評(píng)價(jià)模型

AHP 方法是通過行業(yè)的專家或者有經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)者進(jìn)行打分，結(jié)果形成判斷矩陣，再進(jìn)一步求解判斷矩陣的特征值和特征向量，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后，便可以得到評(píng)價(jià)層次上每個(gè)元素相對于決策層的權(quán)重。通過加權(quán)方法即可求解出每一個(gè)評(píng)價(jià)層次元素相對于總目標(biāo)層的權(quán)重比例，權(quán)重比例最大的即可視為最佳方案或最優(yōu)目標(biāo)。

AHP 方法實(shí)施流程是構(gòu)建準(zhǔn)則層判斷矩陣A和決策層判斷矩陣B。根據(jù)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，采用兩兩比較的方法，逐層確定各因素的相對重要性，建立判斷矩陣。假設(shè)該系統(tǒng)由m個(gè)準(zhǔn)則層單元和n個(gè)決策層單元組成。對于準(zhǔn)則層，所有指數(shù)成對比較，得到準(zhǔn)則層單元的判斷矩陣A。對于決策層，比較不同的決策層單元以確定其相對重要性，得到判斷矩陣Bj（j=1，2，…，m）。

AHP 方法重要性對比可選擇可量化指標(biāo)，也可選擇非量化指標(biāo)，進(jìn)而從主觀和客觀2 個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。常用方法是采用1～9 標(biāo)度法對決策判斷進(jìn)行量化，指標(biāo)交叉對比時(shí)權(quán)重劃分如表1 所示，可對專家的主觀判斷進(jìn)行客觀量化，構(gòu)造出準(zhǔn)則層比較矩陣和決策層的判斷矩陣。

表1 判斷矩陣的標(biāo)度及其含義

從圖1 可以看出，準(zhǔn)則層指標(biāo)應(yīng)相互獨(dú)立，且與決策層密切相關(guān)，評(píng)價(jià)層至少應(yīng)有2 個(gè)候選目標(biāo)或者方案，否則沒有評(píng)價(jià)的必要性。

計(jì)算判斷矩陣A和Bj（j=1，2，…，m）的最大特征值及其對應(yīng)的特征向量WA和Wj（j=1，2，…，m），利用式（1）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

式中，CI為一致性指標(biāo)，λmax為最大特征值，n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，RI的值可通過表2 中矩陣隨機(jī)一致性指數(shù)查出。CR為一致性比率。當(dāng)CR＜0.1 時(shí)，即認(rèn)為判斷矩陣滿意的一致性，否則需要重新打分，對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

表2 1～9階矩陣隨機(jī)一致性指數(shù)

特征向量Wj（j=1，2，…，m）組成矩陣WB

AHP 計(jì)算的決策層單元的權(quán)重向量為

以文獻(xiàn)[6]為例，對某公司4 個(gè)安拆班組進(jìn)行考核，如圖2 所示，即決策層有4 個(gè)單元，而考核指標(biāo)有5 個(gè)，分別從技術(shù)、客戶滿意度、管理、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境等5 個(gè)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。那么判斷矩陣A 為5 階方陣。判斷矩陣Bj（j=1，2，3，4，5）均為4 階方陣。

圖2 AHP塔機(jī)安拆評(píng)價(jià)模型

為更合理地打分，針對一級(jí)指標(biāo)可以細(xì)分為多個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為參考，如技術(shù)全面性可以用安全可靠性、安超熟練度、技術(shù)復(fù)雜程度和作業(yè)故障率來衡量。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加清晰，結(jié)果更加公正。

還可利用AHP 評(píng)估模型進(jìn)一步進(jìn)行靈敏度分析，通過改變某個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，分析目標(biāo)層的權(quán)重變化，可以得出目標(biāo)層單元對準(zhǔn)則層不同指標(biāo)單元的依賴程度，進(jìn)而更好的判斷個(gè)把握不同決策單元的特點(diǎn)，并針對其特點(diǎn)實(shí)施改進(jìn)策略。

2.2 AHP評(píng)價(jià)方法適用性

如文獻(xiàn)[11]提出的一種AHP 模型（圖3），準(zhǔn)則層考慮8 個(gè)指標(biāo)，前5 個(gè)為成本指標(biāo)，剩余3 個(gè)為效益指標(biāo)，利用AHP 方法對決策層中傳統(tǒng)塔機(jī)還是半自動(dòng)塔機(jī)方案進(jìn)行安全評(píng)估，綜合考慮了安全、成本和效益3 個(gè)方面，當(dāng)決策方案不唯一時(shí)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)出一種合理的方案。

圖3 AHP方案決策模型

該應(yīng)用強(qiáng)調(diào)決策者直覺判斷的重要性及決策過程中選擇方案比較的一致性。決策者根據(jù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，因此，AHP 方法很好地符合決策者的主觀行為，其優(yōu)點(diǎn)是將有形和無形因素以系統(tǒng)的方式組織起來，為新施工技術(shù)實(shí)施相關(guān)的決策問題提供了一種結(jié)構(gòu)化并且相對簡單的解決方案。AHP 方法適用于具有定性或兼有定量決策的分析方法，操作簡單，不需要大量的調(diào)查測試數(shù)據(jù)，便可定性分析，具有一定的科學(xué)性。主要應(yīng)用于存在多種相互矛盾的方案或者決策時(shí)難以篩選的問題。

AHP 方法作為主觀方法，還可以結(jié)合基于數(shù)據(jù)的客觀評(píng)價(jià)方法進(jìn)行主、客觀綜合評(píng)價(jià)。比如文獻(xiàn)[12]提出了一種AHP 和變異系數(shù)法結(jié)合的方法，用于交通事故抽樣指標(biāo)的權(quán)重分配中。既有AHP 評(píng)價(jià)，又融合基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的變異系數(shù)法，結(jié)果既體現(xiàn)決策者的主觀意愿，又根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行權(quán)重分配，效果更佳。而文獻(xiàn)[1]針對復(fù)雜的起重機(jī)系統(tǒng)中存在邊界模糊，無法定量描述的因素，把模糊的思想加入到AHP 分析中，有效彌補(bǔ)了評(píng)價(jià)指標(biāo)的模糊性和隨機(jī)性的缺陷，評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理和客觀。

3 塔機(jī)安全性評(píng)價(jià)應(yīng)用建議

AHP 方法可以應(yīng)用任何行業(yè)中，也適用于塔機(jī)行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。決策層和準(zhǔn)則層可以根據(jù)實(shí)際靈活制定，也可以組合客觀評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。然而在評(píng)價(jià)過程中，需要注意一些事項(xiàng)。

1）制定明確的決策層，如文獻(xiàn)[11]從2 個(gè)方案中評(píng)價(jià)出綜合性更好的一項(xiàng)；文獻(xiàn)[7]對公司不同的安拆工程班組進(jìn)行綜合績效評(píng)估，決策層是4 個(gè)工程班組。在準(zhǔn)則層中，不僅要考慮安全，也要從成本和效益方面出發(fā)，考慮人、機(jī)、環(huán)境、管理等因素，提出重要性指標(biāo)，更能體現(xiàn)綜合性，這樣評(píng)選的方案不會(huì)為了安全太保守，也不會(huì)太激進(jìn)。

2）評(píng)價(jià)者在評(píng)價(jià)過程中的作用是極其重要的。盡量選擇有專業(yè)素養(yǎng)的專家進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)工作也不以某個(gè)專家的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，而是采用專家小組形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，可對不同專家結(jié)果同樣采用權(quán)重的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終結(jié)果會(huì)更具權(quán)威性。

3）指標(biāo)數(shù)量選取要適當(dāng)，并非越多越好。如果無關(guān)緊要的指標(biāo)太多，會(huì)增加評(píng)價(jià)難度，也會(huì)對評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度有影響。指標(biāo)之間要相對獨(dú)立，等級(jí)分明，每層之間不存在因果關(guān)系，應(yīng)具有可比性和可行性，方便比較和操作。

4）AHP 方法仍具有一定的主觀性。AHP 聯(lián)合客觀評(píng)價(jià)方法（如模糊方法和灰色綜合評(píng)價(jià)方法）進(jìn)行分析，既體現(xiàn)出決策者的偏好，又能體現(xiàn)客觀事實(shí)，依據(jù)量化指標(biāo)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果更具有綜合性。而客觀方法是以數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)的方法，需要收集可靠的數(shù)據(jù)，或者制定可靠的置信區(qū)間（模糊區(qū)間）。

5）評(píng)價(jià)工作固然重要，而實(shí)際的安全管理和執(zhí)行力更應(yīng)該落到實(shí)處，這樣才能使評(píng)價(jià)工作發(fā)揮出重要的作用。安全管理必須引起領(lǐng)導(dǎo)、各級(jí)管理人員、操作人員和維修人員的高度重視，做到責(zé)任劃分明確、獎(jiǎng)罰分明，注重安全意識(shí)，提高專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，使用、維修、保養(yǎng)工作按嚴(yán)格按照程序進(jìn)行。持之以恒，保持居安思危的憂患意識(shí)，這樣才能做到“預(yù)防為主”，才能夠杜絕事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

1）通過綜述多個(gè)安全評(píng)價(jià)方法，AHP 方法在塔機(jī)安全評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用較廣泛，操作簡單，能從主觀和客觀兩個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。進(jìn)一步對AHP 方法的特點(diǎn)和適用性進(jìn)行分析，并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，對安全評(píng)價(jià)工作提出一些建議。

2）安全評(píng)價(jià)是均衡成本、效益和安全的一種綜合方法?？蔀榘踩芾砗蜎Q策提供一種合理的方案。而安全評(píng)價(jià)只是塔機(jī)工程的安全的輔助手段，其安全性更應(yīng)該落實(shí)到執(zhí)行的每一步，意識(shí)上高度重視，行為上嚴(yán)格按照規(guī)章制度操作，不斷學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，提高專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平，才能最大程度杜絕事故的發(fā)生。