基于層次分析法（AHP）的公路水運(yùn)工程淘汰目錄評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建與應(yīng)用
——以危及生產(chǎn)安全的施工工藝、設(shè)備和材料為例

■王 興

（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全中心，福州 350001）

近年來(lái)，全國(guó)公路水運(yùn)工程建設(shè)規(guī)模持續(xù)呈現(xiàn)高位運(yùn)行態(tài)勢(shì)，但施工中存在著一些不符合技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展的要求，以及危及施工現(xiàn)場(chǎng)安全和工程結(jié)構(gòu)安全的落后工藝工法、施工設(shè)備、工程材料，部分施工工藝甚至極具危險(xiǎn)性。對(duì)這些重大危險(xiǎn)源（工序）缺乏有效的辨識(shí)，未從源頭上對(duì)這些危險(xiǎn)源進(jìn)行禁止，導(dǎo)致施工過(guò)程難以管控，甚至屢次發(fā)生安全生產(chǎn)事故[1]。《安全生產(chǎn)法》第三十八條指出“國(guó)家對(duì)嚴(yán)重危及生產(chǎn)安全的工藝、設(shè)備實(shí)行淘汰制度”。2020 年10 月，交通運(yùn)輸部聯(lián)合應(yīng)急管理部正式印發(fā)了關(guān)于發(fā)布《公路水運(yùn)工程淘汰危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料目錄》的公告（〔2020〕年第89 號(hào)令）（以下簡(jiǎn)稱 《淘汰目錄》）。目錄出臺(tái)后，各地區(qū)、各相關(guān)行業(yè)積極響應(yīng)，筆者所在單位受交通運(yùn)輸部安全與質(zhì)量監(jiān)督管理司委托完成了第一批目錄編制工作，并于2021 年10 月啟動(dòng)了第二批目錄的編制工作?！短蕴夸洝方梗ㄏ拗疲┎糠治ｋU(xiǎn)性較大的工藝的同時(shí)，還需考慮有成熟的替代工藝可供選擇，且該替代工藝不應(yīng)大幅增加相關(guān)方的成本。基于此，筆者在對(duì)第一批已發(fā)布的《淘汰目錄》和第二批征集到的淘汰目錄進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，利用層次分析法（AHP）原理，對(duì)淘汰目錄中危及工程結(jié)構(gòu)安全耐久的目錄開(kāi)展篩選及評(píng)價(jià)工作，以期為精準(zhǔn)篩選、客觀評(píng)價(jià)的目錄構(gòu)建提供參考。

1 淘汰目錄的梳理與分類(lèi)

交通運(yùn)輸部印發(fā)了關(guān)于《開(kāi)展〈公路水運(yùn)工程淘汰危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料目錄〉（第一批）實(shí)施情況調(diào)研及第二批目錄征集等工作的通知》（交辦安監(jiān)函〔2021〕1367 號(hào)），向全國(guó)34 個(gè)省級(jí)單位（含長(zhǎng)航系統(tǒng)和中交集團(tuán)）開(kāi)展目錄征集工作，共收到12 個(gè)單位提供的目錄272 條。上述目錄內(nèi)容均通過(guò)“基層征集、調(diào)研分析、技術(shù)論證、專(zhuān)家評(píng)審、省廳公示等程序，完成了本地區(qū)《目錄》試點(diǎn)應(yīng)用工作。

通過(guò)對(duì)第一批已發(fā)布的《淘汰目錄》和第二批征集到的淘汰目錄進(jìn)行梳理，其大致分為危及施工現(xiàn)場(chǎng)安全、危及工程結(jié)構(gòu)安全耐久、影響施工標(biāo)準(zhǔn)化推行（個(gè)別項(xiàng)）三大類(lèi)目錄。其中，（1）危及施工現(xiàn)場(chǎng)安全的目錄項(xiàng)目包括：卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼筋調(diào)直工藝、人工挖孔樁手搖井架出渣工藝、基樁人工挖孔工藝等；（2）危及工程結(jié)構(gòu)安全耐久的目錄項(xiàng)目包括：空心板、箱型梁氣囊內(nèi)模工藝，水泥穩(wěn)定類(lèi)基層、墊層拌合料“路拌法”施工工藝、非數(shù)控孔道壓漿設(shè)備等；（3）影響施工標(biāo)準(zhǔn)化推行的目錄項(xiàng)目包括：“直接鑿除法”樁頭處理工藝等。

篩選過(guò)程中發(fā)現(xiàn)征集到的目錄涉及方面廣，風(fēng)險(xiǎn)范圍大，特別是第二批征集到的目錄中，影響結(jié)構(gòu)安全方面的目錄內(nèi)容對(duì)公路水運(yùn)工程的投入使用往往會(huì)造成巨大影響。基于此，本文依托層次分析法[2]和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法[3]的原理構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，并以“冷拉熱軋帶肋鋼筋工藝”為例開(kāi)展評(píng)價(jià)，以克服以往研究方法的不全面，力圖在精準(zhǔn)且不大幅增加施工難度與成本的基礎(chǔ)上開(kāi)展危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備、材料目錄的篩選工作，推廣“四新技術(shù)”，打造本質(zhì)安全。

2 層次分析法（AHP）在目錄評(píng)價(jià)篩選中的應(yīng)用

2.1 層次分析法（AHP）介紹

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)的、層次化的分析方法。這種方法的特點(diǎn)就是在對(duì)復(fù)雜決策問(wèn)題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無(wú)結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問(wèn)題提供簡(jiǎn)便的決策方法[4]。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重的確定

本研究通過(guò)大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)以及全國(guó)調(diào)研的基礎(chǔ)上，將危及結(jié)構(gòu)安全的落后工藝淘汰評(píng)價(jià)指標(biāo)細(xì)分為質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、工程結(jié)構(gòu)安全及功能影響、政策影響、替代工藝成熟性、替代工藝普遍適用性等5個(gè)方面22 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1 所示。

表1 危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料的評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.3 評(píng)價(jià)體系各層次權(quán)重的確定

確定了影響淘汰落后工藝篩選22 個(gè)因素，對(duì)其分別建立評(píng)價(jià)集{不重要，較不重要，一般，較重要，重要}。假設(shè)A 層中因素Ak與下一層因素B1、B2、B3、Bn有聯(lián)系，則構(gòu)造判斷矩陣如下。

構(gòu)造矩陣中，B 是對(duì)于Ak而言，Bm對(duì)Bn的相對(duì)重要性的數(shù)值表示Bmn=，通常Bm對(duì)Bn的重要程度取1～9 及其倒數(shù)，具體含義如表2 中的重要程度劃分所示。

表2 構(gòu)造矩陣中Bm 對(duì)Bn 的重要程度劃分及含義

本文中的權(quán)重指標(biāo)由編制組成員、協(xié)作單位和相關(guān)專(zhuān)家共同確定。采用問(wèn)卷調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、查閱分析報(bào)告等形式，對(duì)每一個(gè)因素建立評(píng)價(jià)集E={很低，低，中等，較高，高}；并根據(jù)淘汰落后工藝工作的要求，對(duì)其建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集，獲得影響因素22 個(gè)。根據(jù)各個(gè)影響因素得到其權(quán)重值矩陣，賦值分別為1、3、5、7、9。

應(yīng)用Matlab 軟件對(duì)矩陣進(jìn)行計(jì)算得到A=[1 1 7/5 7/9 1;1 1 7/5 7/9 1；5/7 5/7 1 5/9 5/9；9/7 9/7 9/5 1 9/7；1 1 7/5 7/9 1][V，D]=eig（A），其特征向量為：

可見(jiàn)，相對(duì)權(quán)重重要性越高，其權(quán)重值越大，對(duì)方案的影響也越大。利用特征值法（EM）求判斷矩陣A 的特征值，即AW=λmaxW，其中W=（W1，W2，…，WN）T為判斷矩陣A 的最大特征值的特征向量。其中，λmax為矩陣最大特征值，n 為矩陣階數(shù)。采用Matlab 函數(shù)值法得出λmax=4.96，相對(duì)應(yīng)特征向量W 中的坐標(biāo)，同時(shí)經(jīng)過(guò)歸一化處理，得到各因素的權(quán)重值，其特征向量及權(quán)重值如表3 所示。判斷矩陣一致性檢驗(yàn)中隨機(jī)一致性指標(biāo)CR =CI/RI，當(dāng)CR＜0.1（CI≤0.1RI）時(shí)，可以認(rèn)為滿足一致性要求。由于λmax=4.96，CR＜0.1RI，滿足一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，5 個(gè)因素的權(quán)重值可以接受。同理可得B1、B2、B3、B4、B5的特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值，如表4～8 所示。形成計(jì)算結(jié)果，危及生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重和重要性排序如表9 所示。

表3 目標(biāo)層A 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

表4 準(zhǔn)則層B1 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

表5 準(zhǔn)則層B2 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

表6 準(zhǔn)則層B3 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

表7 準(zhǔn)則層B4 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

表8 準(zhǔn)則層B5 特征向量各坐標(biāo)值和權(quán)重值

3 案例分析

根據(jù)目錄征集情況，以“冷拉熱軋帶肋鋼筋工藝”為例，利用上述方法開(kāi)展評(píng)價(jià)分析。

3.1 實(shí)例簡(jiǎn)介

冷拉熱軋帶肋鋼筋工藝是指先張法預(yù)制構(gòu)件施工過(guò)程中，為了使熱軋帶肋鋼筋屈服強(qiáng)度提升至滿足設(shè)計(jì)要求，而采用卷?yè)P(yáng)機(jī)等施加超過(guò)原鋼筋屈服點(diǎn)強(qiáng)度的拉應(yīng)力，強(qiáng)行拉伸鋼筋的一種工藝方法。

3.2 實(shí)例計(jì)算

按照上述指標(biāo)得到風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重的數(shù)值，形成矩陣如下：

A=（0.062 0.04 0.029 0.029 0.04 0.054 0.069 0.054 0.023 0.07 0.03 0.01 0.03 0.06 0.047 0.033 0.114 0.007 0.069 0.054 0.054 0.023）

H=（0.8 0.8 0.9 0.8 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.8 0.4 0.4 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 0.7 0.9 0.7 0.8 0.9）

利用Matlab 軟件對(duì)矩陣進(jìn)行計(jì)算得到：E=A×HT=0.7572，淘汰指數(shù)在0.6～0.8 區(qū)間，淘汰指數(shù)為較高，建議淘汰。

3.3 實(shí)例分析

分析冷拉熱軋帶肋鋼筋工藝淘汰原因如下：采用卷?yè)P(yáng)機(jī)等施加拉應(yīng)力張拉鋼筋，往往超過(guò)其屈服強(qiáng)度，操作易發(fā)生物體打擊，生產(chǎn)方式存在安全風(fēng)險(xiǎn)；不同批次鋼筋的冷拉率存在差異性，冷拉質(zhì)量較難控制；另外，《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTS 202-2011）等相關(guān)規(guī)范已刪除鋼筋冷拉率的指標(biāo)，冷拉率的檢測(cè)、判定存在困難，可替代施工工藝、設(shè)備和材料如：精軋螺紋鋼、鋼絞線預(yù)應(yīng)力筋工藝等。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目錄編制的要求，結(jié)合公路水運(yùn)工程的相關(guān)特點(diǎn)，提出了落后工藝篩選和評(píng)價(jià)方法，給出了影響結(jié)構(gòu)安全的落后工藝評(píng)價(jià)篩選的層次權(quán)重和量化評(píng)價(jià)方法，研究方法對(duì)淘汰落后工藝的客觀評(píng)價(jià)、篩選具有一定的意義，對(duì)建設(shè)工程等行業(yè)的淘汰落后工藝工作同樣具有借鑒和參考價(jià)值。