基于AHP-熵權(quán)-云模型的水利工程施工安全評(píng)價(jià)研究

溫達(dá)鑫

(晉中市松塔水利水電有限公司,山西 晉中 030600)

0 引 言

近年來,隨著水利工程大規(guī)模的開發(fā)建設(shè),工程項(xiàng)目的監(jiān)管力度也在不斷增加。但實(shí)際工程施工中水利安全事故仍然頻發(fā),水利工程安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的壓力巨大。如何改善水利工程施工現(xiàn)狀,科學(xué)評(píng)價(jià)水利工程施工安全風(fēng)險(xiǎn),實(shí)施有效的安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)監(jiān)管,成為水利工程行業(yè)目前亟待解決的問題。

針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)研究逐年增多,并推廣應(yīng)用于三峽工程、上海地鐵工程等重大項(xiàng)目中。張嵐等［1］采用模糊層次分析法,對(duì)水利水電工程高邊坡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),并建立了科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。魏明華等［2］通過Monte Carlo模擬,對(duì)農(nóng)業(yè)水利工程進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),并用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。薛瑤［3］分析了水利工程全生命周期的風(fēng)險(xiǎn),并提出解決措施。付成華［4］等探索建立了水利水電工程施工重大危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),并計(jì)算出綜合安全指數(shù)。史文濤［5］建立了基于二元決策圖的施工事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。孫開暢等［6］通過PLS-SEM法,構(gòu)建了水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并結(jié)合工程實(shí)際提出對(duì)策建議。鐘登華等［7］采用ANP法,建立水電工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并構(gòu)建了多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

上述研究為我國水利工程安全生產(chǎn)提供了借鑒。但在查閱相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn),目前關(guān)于建筑工程施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)管理的研究較多,且研究趨于成熟,而水利工程安全管理方面的研究“數(shù)、質(zhì)”明顯不足。同時(shí),水利工程安全管理研究較多關(guān)注于施工中某一階段的安全問題,對(duì)施工安全生產(chǎn)全過程的研究較少;關(guān)于水利工程施工安全評(píng)價(jià)的研究也沒有形成系統(tǒng),在影響施工安全的因素分析、建立科學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、定量與定性相結(jié)合的方式計(jì)算指標(biāo)權(quán)重等方面的研究較少。

本文基于現(xiàn)有文獻(xiàn)資料,結(jié)合水利工程項(xiàng)目實(shí)際,建立水利工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用AHP法和熵權(quán)法計(jì)算各級(jí)指標(biāo)權(quán)重。通過組合賦權(quán)的方式求得合理權(quán)重,同時(shí)構(gòu)建水利工程施工安全評(píng)價(jià)云模型,建立標(biāo)準(zhǔn)云圖,并結(jié)合水利工程實(shí)際案例進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

1 水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及模型構(gòu)建

1.1 水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

本文參閱國內(nèi)外關(guān)于水利工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究,在事故致因理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合“人員-物資-管理-環(huán)境”評(píng)價(jià)方法［8］,對(duì)水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了梳理,并充分征求水利工程領(lǐng)域從業(yè)人員、行業(yè)專家的意見建議,通過多次修改和更新,最終以“人員-物資-管理-環(huán)境-技術(shù)”5個(gè)角度,構(gòu)建水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,具體包括5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和26個(gè)二級(jí)指標(biāo)。見表1。

表1 公路項(xiàng)目施工階段成本控制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 組合賦權(quán)

目前,計(jì)算多項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的方法可分為兩類:第一類為主觀賦權(quán)法。該方法是由研究者根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)研究主觀認(rèn)定權(quán)重的方法,主要包括德爾菲法、AHP法、G2法等。第二類為客觀賦權(quán)法。該方法是通過數(shù)學(xué)規(guī)則計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法,主要包括熵權(quán)法、反熵權(quán)法、標(biāo)準(zhǔn)離差法等。因兩類方法各有優(yōu)劣,為使主客觀賦權(quán)得到平衡,本文將熵權(quán)法求得的權(quán)重與AHP法求得的權(quán)重相結(jié)合,進(jìn)行指標(biāo)組合賦權(quán),參考公式如下:

1.3 云模型建立

李德毅［9］通過研究概率統(tǒng)計(jì)和模糊理論,提出了云模型理論,該模型可以在定性和定量研究之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。云圖由3個(gè)參數(shù)決定分布情況,分別是期望Ex、熵En和超熵He。其中,期望Ex表示云圖的最高點(diǎn),熵En表示云圖的離散程度,超熵He表示云圖的厚度。云模型通過數(shù)字特征(Ex、En和He)構(gòu)建,并進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)后,本文對(duì)選取的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)安全等級(jí)從低到高分為5個(gè)等級(jí)。其中,一級(jí)為特別安全,分值區(qū)間為［0,2),標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征為(1,0.33,0.1);二級(jí)為比較安全,分值區(qū)間為［2,4),標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征為(3,0.33,0.1);三級(jí)為安全,分值區(qū)間為［4,6),標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征為(5,0.33,0.1);四級(jí)為比較不安全,分值區(qū)間為［6,8),標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征為(7,0.33,0.1);五級(jí)為特別不安全,分值區(qū)間為［8,10］,標(biāo)準(zhǔn)云數(shù)字特征為(9,0.33,0.1)。

本文邀請(qǐng)水利工程行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜?對(duì)水利工程施工安全評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分,再將其轉(zhuǎn)換為云模型的3個(gè)數(shù)字特征值。分別計(jì)算各一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)云、綜合評(píng)價(jià)云和各評(píng)價(jià)等級(jí)評(píng)價(jià)云的相似度［10］,設(shè)兩朵評(píng)價(jià)云為V1(Ex1,En1,He1)和V2(Ex2,En2,He2),兩者之間的相似度為V(V1,V2),計(jì)算公式如下:

其中,μ的計(jì)算公式如下:

β的計(jì)算公式如下:

隸屬度公式如下:

2 案例分析

2.1 案例背景

J市S水電站工程主要作用為工業(yè)用水、城市用水和發(fā)電工程,同時(shí)承擔(dān)防洪減災(zāi)和抗擊旱情的作用。工程建成后,可為J市提供城市級(jí)工業(yè)用水2 200×104m3,年發(fā)電量349×104kW·h。S水電站的樞紐工程建筑物包括抗洪大壩、泄洪洞和水利發(fā)電站等。工程等別為Ⅲ等,主要水電工程建筑物等級(jí)為現(xiàn)行［1-2］規(guī)定中的3級(jí)、次要水電工程建筑物為規(guī)定中的4級(jí)、臨時(shí)水電工程建筑物為規(guī)定中的5級(jí)。S水電站的樞紐工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇;供水工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

2.2 分析過程

量化分析安全評(píng)價(jià)指標(biāo),包括5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和26個(gè)二級(jí)指標(biāo)。邀請(qǐng)本行業(yè)專家及相關(guān)從業(yè)人員,對(duì)本水利工程項(xiàng)目施工安全評(píng)價(jià)體系中的各項(xiàng)因素進(jìn)行安全等級(jí)打分,計(jì)算得出一級(jí)指標(biāo)權(quán)重及數(shù)字特征值,見表2。

表2 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重及數(shù)值特征值

將工程中人員因素、物資因素、管理因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素、綜合安全的Ex、En、He帶入Matlab軟件,輸出結(jié)果見圖1-圖6。各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度見表3。

圖1 人員因素安全云圖

圖2 物資因素安全云圖

圖3 管理因素安全云圖

圖4 環(huán)境因素安全云圖

圖5 技術(shù)因素安全云圖

圖6 項(xiàng)目綜合安全云圖

表3 各評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬度

2.3 安全評(píng)價(jià)結(jié)果分析

將該水利工程施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)代入Matlab軟件中,得出該施工項(xiàng)目各指標(biāo)的安全評(píng)價(jià)等級(jí)云模型。其中,計(jì)算次數(shù)為10 000次,得到各一級(jí)指標(biāo)和綜合安全因素的安全評(píng)價(jià)隸屬度(表3)?？梢钥闯?S水電站工程項(xiàng)目的綜合安全評(píng)價(jià)等級(jí)為第三級(jí)“安全”。其中,人員因素的安全評(píng)價(jià)等級(jí)為第三級(jí)“安全”;物資因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素安全評(píng)價(jià)等級(jí)為第二級(jí)“比較安全”;管理因素安全評(píng)價(jià)等級(jí)為第五級(jí)“特別不安全”。

因此,該水電站工程項(xiàng)目安全管理工作應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)安全教育和培訓(xùn)、安全監(jiān)督管理制度建立、定期開展安全施工檢查、設(shè)置安全管理機(jī)構(gòu)、健全安全事故應(yīng)急處理機(jī)制等方面。導(dǎo)致管理因素安全評(píng)價(jià)等級(jí)較低的原因可能在于該項(xiàng)目長期處于高強(qiáng)度工作狀態(tài)中,施工人員較少參與安全知識(shí)和安全技能的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。同時(shí),由于該項(xiàng)目屬于市級(jí)重點(diǎn)水利工程項(xiàng)目,項(xiàng)目施工難度大、復(fù)雜性強(qiáng),管理班子制度機(jī)制管理能力有待進(jìn)一步提高。從表3可以看出,該水電站工程項(xiàng)目中人員因素安全評(píng)價(jià)等級(jí)屬于第三級(jí)“安全”,建議進(jìn)一步明確施工人員職能分工,加強(qiáng)人員安全意識(shí)的培養(yǎng)。

3 結(jié) 語

為了綜合全面地評(píng)價(jià)水利工程項(xiàng)目施工安全狀態(tài),本文提出了水利工程施工安全評(píng)價(jià)的主要影響因素,基于“人員-物資-管理-環(huán)境-技術(shù)”的視角,運(yùn)用AHP-熵權(quán)-云模型,建立了安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,實(shí)現(xiàn)了水利工程項(xiàng)目施工安全監(jiān)測檢測等多元信息的有機(jī)融合。

通過主客觀賦權(quán)法,改進(jìn)了安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定方式,不僅規(guī)避了單一權(quán)重計(jì)算方法的弊端,克服了以往計(jì)算過程中的模糊性和隨機(jī)性問題,而且評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際項(xiàng)目狀況保持了高度一致。

在J市S水電站工程項(xiàng)目的應(yīng)用表明,評(píng)價(jià)結(jié)果可以較為準(zhǔn)確地反映該項(xiàng)目的實(shí)際情況。因此,本研究所采用的安全評(píng)價(jià)方法具有科學(xué)性、適用性和可操作性,在實(shí)際水利工程項(xiàng)目中可借鑒使用。