基于DEMATEL-ANP+Z-numbers方法的核安全文化評(píng)價(jià)研究

李鵬程,許 倩,王 燁

(南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院,湖南 衡陽(yáng) 421001)

自國(guó)際核安全咨詢組(INSAG)首次提出核安全文化的定義后,核能領(lǐng)域尤其是核電廠安全文化的建設(shè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,推動(dòng)核電廠的安全業(yè)績(jī)不斷提升。我國(guó)的核電廠非常重視核安全文化建設(shè),開展了大量實(shí)踐探索,取得了重要成效。但是,由于核安全文化建設(shè)的復(fù)雜性,可能存在核安全文化要素建設(shè)不良的情況。核電人因事件分析表明,核安全文化是引起人因失誤的重要原因之一。核電廠是一個(gè)復(fù)雜的人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng),為防止出現(xiàn)安全問題,僅靠管理和技術(shù)不夠,還需提高人的行為安全水平,加強(qiáng)核安全文化建設(shè)提高人員的核安全意識(shí)、改善安全思想、規(guī)范安全行為等。因此,如何進(jìn)一步提高核安全文化建設(shè)水平已經(jīng)成為廣受關(guān)注的問題。

在指標(biāo)體系設(shè)計(jì)方面,國(guó)際以及各國(guó)組織機(jī)構(gòu)都有相關(guān)研究,比如國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)從5個(gè)方面構(gòu)建37項(xiàng)具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系①,世界核電運(yùn)營(yíng)者協(xié)會(huì)(WANO)從3個(gè)大類構(gòu)建包含10個(gè)特征和40個(gè)具體屬性的指標(biāo)體系②,美國(guó)核管會(huì)(NRC)采用WANO核安全文化的40個(gè)具體屬性作為指標(biāo)對(duì)核安全文化進(jìn)行評(píng)估③,我國(guó)生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心制定了中國(guó)核設(shè)施的核安全文化檢查指標(biāo)[1]等。此外也有諸多學(xué)者進(jìn)行了探討,如HAN S M選擇了適合核電廠運(yùn)行組評(píng)估的36個(gè)核電廠基本工作單元作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[2],李鵬程等基于人因理論建立核安全文化評(píng)估指標(biāo)體系[3],王亦虹以企業(yè)決策層、管理層和執(zhí)行層為主體,結(jié)合外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境因素建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4],DOS SANTOS GRECCO C H提出一種基于發(fā)展安全文化所需的6個(gè)要素建立能夠預(yù)測(cè)組織安全績(jī)效變化的安全績(jī)效指標(biāo)體系[5],Zwetsloot G基于工藝安全建立與工藝安全文化和工藝安全績(jī)效相關(guān)的14個(gè)維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等[6]。

在評(píng)價(jià)方法方面,DOS SANTOS GRECCO C H等人提出一種提高放射性設(shè)施安全績(jī)效的安全文化評(píng)估模糊模型,利用模糊集理論評(píng)估核安全文化[5]。KHAKPOUR等人提出一種基于模糊推理系統(tǒng)的安全績(jī)效評(píng)估模型來評(píng)估組織的安全績(jī)效[7]。李鵬程等通過調(diào)查和訪談,從人因視角建立詳細(xì)的核安全文化評(píng)估體系,運(yùn)用Z-number進(jìn)行核電廠安全文化評(píng)估[3]。李闖等提出一種基于模糊貼近度的核電組織安全文化評(píng)估方法并進(jìn)行實(shí)證研究[8]。田水承等提出基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)的企業(yè)安全文化模糊綜合評(píng)價(jià)法,運(yùn)用ANP法確定權(quán)重并結(jié)合模糊評(píng)價(jià)法構(gòu)建了評(píng)價(jià)模型[9]。時(shí)照等人開發(fā)了安全文化定量分析系統(tǒng)對(duì)安全文化進(jìn)行在線評(píng)估等[10]。

核安全文化評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,上述文獻(xiàn)針對(duì)核電廠安全文化的指標(biāo)體系設(shè)計(jì)不夠全面和具體,各具體指標(biāo)并非完全獨(dú)立,存在相互影響關(guān)系,使得具體指標(biāo)權(quán)重的確定不夠精確。同時(shí)已有的評(píng)估方法沒有考慮評(píng)估結(jié)果的置信度,從而導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果不夠精準(zhǔn)。因此,建立更為客觀合理的評(píng)估方法對(duì)于更精準(zhǔn)評(píng)估核電廠核安全文化建設(shè)水平具有重要的研究?jī)r(jià)值。

為了克服上述問題,本文通過核電廠安全文化相關(guān)文獻(xiàn)分析并結(jié)合核電廠的特點(diǎn),建立更為合理和具體的核安全文化評(píng)估指標(biāo)體系,構(gòu)建一種DEMATEL-ANP+Z-numbers的綜合評(píng)估方法。DEMATEL-ANP方法考慮了指標(biāo)體系的非獨(dú)立性,Z-numbers方法有效解決專家評(píng)價(jià)的主觀性、模糊性和不確定性以及考慮了評(píng)估結(jié)果的置信度問題,從而有利于提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和精準(zhǔn)度,為核電廠安全文化評(píng)估提供理論指導(dǎo)。

一 核安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)IAEA的《開展安全文化自評(píng)估》④中提到的安全文化冰山模型以及《在核活動(dòng)中培育安全文化》⑤中提到的安全文化通用評(píng)估模型,結(jié)合IAEA的《核電安全:調(diào)試和運(yùn)行》⑥、《核電廠的運(yùn)營(yíng)組織》⑦、《核電項(xiàng)目運(yùn)行前各階段的安全文化》⑧、《核電廠維修的安全文化》⑨以及相關(guān)文獻(xiàn),運(yùn)用合并同類下級(jí)指標(biāo),抽象地進(jìn)行具體分解,減少交叉重復(fù)并以盡可能可測(cè)量的原則來確定指標(biāo)體系,我們建立了核電廠運(yùn)行階段安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的三個(gè)層次,包括一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)。由于冰山模型提出安全文化包括可見的人致表象(Artifacts)以及不可見的價(jià)值觀(Values)和基本假設(shè)(Basic assumptions),人致表象主要包含可見的系統(tǒng)(Systems)和行為(Behaviors),表現(xiàn)為績(jī)效指標(biāo)(Performance indicators)和安全結(jié)果(Safety outcomes),價(jià)值觀主要涉及個(gè)人的行為準(zhǔn)則(Norms)、態(tài)度(Attitudes)與信念(Beliefs),基本假設(shè)主要指對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的共同理解,是做出行為響應(yīng)的基礎(chǔ),能夠?qū)Π踩幕M(jìn)行較好地闡釋。另外,核電廠安全運(yùn)行涉及復(fù)雜的人—系統(tǒng)—環(huán)境,因此,針對(duì)核電廠運(yùn)行階段的安全文化特點(diǎn),本文選取價(jià)值觀、行為、系統(tǒng)和環(huán)境作為一級(jí)指標(biāo),二、三級(jí)指標(biāo)則基于一級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)分。

具體分類為:一級(jí)指標(biāo)(A)包括價(jià)值觀A1、行為A2、系統(tǒng)A3、環(huán)境A4四個(gè)維度;二級(jí)指標(biāo)(B)由決策層價(jià)值觀B1、管理層價(jià)值觀B2、執(zhí)行層價(jià)值觀B3、決策層行為B4、管理層行為B5、執(zhí)行層行為B6、設(shè)備系統(tǒng)B7、責(zé)任體系B8、培訓(xùn)體系B9、管理體系B10、審查制度B11、工作環(huán)境B12、社會(huì)環(huán)境B13共13個(gè)指標(biāo)組成;三級(jí)指標(biāo)(C)共61個(gè),是具體反映核電運(yùn)行安全文化發(fā)展水平的主要因素,見圖1所示。

圖1 核安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

二 核安全文化定量評(píng)價(jià)方法

(一)確定核安全文化指標(biāo)的權(quán)重

由于構(gòu)建的指標(biāo)體系非完全獨(dú)立,或多或少存在相互影響關(guān)系,而決策試驗(yàn)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)法(Decision-making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)能確定指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Network Process,ANP)是針對(duì)非獨(dú)立因素基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的決策方法,該方法考慮到了各因素之間的相互影響,并通過綜合分析獲得權(quán)重。因此,將DEMATEL與ANP結(jié)合既可識(shí)別指標(biāo)之間的影響關(guān)系,又可獲得指標(biāo)權(quán)重。依據(jù)構(gòu)建的核安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)調(diào)查問卷并進(jìn)行調(diào)查。本次共邀請(qǐng)從事核安全文化研究和核電廠有經(jīng)驗(yàn)的安全管理專家12名,發(fā)放問卷24份,包括指標(biāo)體系影響關(guān)系和影響程度調(diào)查12份、指標(biāo)體系相對(duì)重要性調(diào)查12份,回收有效問卷24份。采用SPSSAU進(jìn)行DEMATEL分析,得到指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系,見圖2所示。采用超級(jí)決策(Super Decision,SD)軟件進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算,獲得二、三級(jí)指標(biāo)權(quán)重,結(jié)果見圖3和圖4,并得到最終結(jié)果見表1所示。

表1 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重

圖2 指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型

圖3 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

圖4 三級(jí)指標(biāo)權(quán)重

(二)核安全文化綜合評(píng)價(jià)

由于核安全文化各指標(biāo)所處狀態(tài)水平難以精準(zhǔn)定量評(píng)估,需要專家判斷,而專家評(píng)估存在主觀性、模糊性和不確定性,因此,采用Z-Numbers(Z數(shù))方法可克服上述不足。ADEH L A在2011年提出了Z數(shù)的概念[11],以模糊評(píng)判和置信度的方式來表征不確定、不精確和不完整的信息。Z數(shù)由A和B兩部分組成,記為Z=(A,B),其中第一部分A是對(duì)于不確定變量X的模糊限制,第二部分B是對(duì)于第一部分的可靠性度量。具體步驟包括:

1.確定Z數(shù)方法下的指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)等級(jí)

考慮到評(píng)估的模糊性,將Z-numbers中等級(jí)變量的約束值(或狀態(tài)等級(jí)值)A及其可靠度(或置信度)B用語(yǔ)言變量描述。約束值A(chǔ)選用梯形模糊隸屬度函數(shù),可靠度B選用三角模糊隸屬度函數(shù),并基于7分制語(yǔ)言變量的轉(zhuǎn)化規(guī)則將A部分轉(zhuǎn)化為梯形模糊數(shù)[12];B部分基于5分制語(yǔ)言變量轉(zhuǎn)化規(guī)則[13]轉(zhuǎn)化,分別見表2和表3。比如,如果核電廠安全文化評(píng)估專家對(duì)某三級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果為(一般、非常高),則可(M,VH),利用相應(yīng)隸屬函數(shù)可將其表示為數(shù)值形式為(0.4,0.5,0.5,0.6),(0.7,1,1)。

表2 約束部分語(yǔ)言變量和梯形模糊數(shù)轉(zhuǎn)化規(guī)則

表3 可靠性語(yǔ)言變量與三角模糊數(shù)轉(zhuǎn)化規(guī)則

2.Z數(shù)轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)

本文在經(jīng)典模糊集理論[14]的基礎(chǔ)上,運(yùn)用KANG B等人提出的Z數(shù)和經(jīng)典模糊數(shù)之間的轉(zhuǎn)化方法將Z數(shù)轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)[15]?；舅悸肥?首先將Z數(shù)第二部分(可靠性部分B)通過去模糊化的方式化為精確值a,然后將該精確值以權(quán)重的方式乘以約束限制部分A,最后得到綜合模糊數(shù)。具體操作步驟如下:

步驟一:利用重心法將可靠性部分B轉(zhuǎn)化為確切值。

假設(shè)Z=(A,B)為一個(gè)Z數(shù),其中A是對(duì)于變量X的約束限制,且隸屬函數(shù)為{A=(x,μa)|x∈[0,1]},B是對(duì)于約束限制可靠性的描述,其隸屬函數(shù)為{B=(x,μb)|x∈[0,1]}。本文假設(shè)Z數(shù)的第一部分A為梯形模糊數(shù),表示為A=(a1,a2,a3,a4),Z數(shù)的第二部分B為三角模糊數(shù),記為B=(b1,b2,b3)。采用重心法將可靠性部分化為精確值,見公式(1)[15]:

(1)

對(duì)于三角模糊數(shù),重心計(jì)算公式(2)如下:

(2)

步驟二:將Z數(shù)中約束部分A轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)。

利用公式(2)將可靠性部分B轉(zhuǎn)化為精確值α加乘到約束部分A,轉(zhuǎn)化為不規(guī)則模糊數(shù)。模糊期望近似不變規(guī)則將不規(guī)則模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù),加權(quán)后的Z值(綜合模糊數(shù))見公式(3):

Zα={(x,μAα|μAα(x)=αμA(x),x=[0,1]}

(3)

如果A是一個(gè)梯形模糊數(shù)A=(a1,a2,a3,a4),那么Z的計(jì)算公式(4)如下:

(4)

例如,Z=(A,B),約束部分A為“非常好(VG)”(A=VG),可靠性B為“高”(B=H),由表2和表3可知,Z數(shù)可表示為:

Z=(VG,H)=[(0.8,0.9,1,1);(0.5,0.7,0.9)]

根據(jù)上述公式可得,加權(quán)Zα的值為:

同理可得表2和表3中的所有元素兩兩組合,經(jīng)加權(quán)后得到綜合模糊數(shù),見表4。

表4 Z數(shù)轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)

3.將綜合模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為Z數(shù)的精確值

基于SHEN K等人提出的梯形模糊數(shù)的去模糊化方法[16],將模糊數(shù)Zα=(α1,α2,α3,α4)轉(zhuǎn)化為精確值A(chǔ),公式如下:

(5)

根據(jù)具體指標(biāo)Ci的權(quán)重值W和Z數(shù)的精確值A(chǔ),計(jì)算出考慮指標(biāo)權(quán)重的核安全文化三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)估值R,公式如下:

R=∑ACiWCi

(6)

4.確定核安全文化水平等級(jí)

為了確定核安全文化等級(jí)水平,本文采用10級(jí)評(píng)語(yǔ)建立核安全文化指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即:V={絕對(duì)低、極低、較低、低、中、高、較高、很高、極高、絕對(duì)高}={V1,V2,V3,V4,V5、V6、V7、V8、V9、V10}。結(jié)合區(qū)間0-1,采用三角模糊隸屬度函數(shù)表示核安全文化水平等級(jí),見圖5。最終運(yùn)用最大隸屬度原則確定評(píng)價(jià)結(jié)果的等級(jí)。三角模糊隸屬度函數(shù)表達(dá)式如下所示(以V2為例):

圖5 核安全文化水平等級(jí)的隸屬度函數(shù)

(7)

四 應(yīng)用實(shí)例

以某核電廠為研究對(duì)象,基于前面構(gòu)建的核安全文化指標(biāo)體系設(shè)計(jì)調(diào)查問卷,共18名有經(jīng)驗(yàn)的核電廠人員參與調(diào)查(包括調(diào)試人員、運(yùn)行人員、安全管理人員以及維修人員),回收有效問卷18份,具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析過程如下:

第一,調(diào)查得到核安全文化各具體指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果(A,B)用語(yǔ)言值表示,見表5(由于篇幅有限,只給出部分?jǐn)?shù)據(jù),下同)。

表5 語(yǔ)言描述的評(píng)價(jià)矩陣(部分)

第二,將Z數(shù)轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)。運(yùn)用重心法將可靠性B轉(zhuǎn)化為確切數(shù)α,將可靠性B的確切數(shù)α乘以約束部分A,再轉(zhuǎn)化為綜合模糊數(shù)。將語(yǔ)言值轉(zhuǎn)化為數(shù)值形式,見表6所示。

表6 數(shù)值描述的評(píng)價(jià)矩陣(部分)

第三,將綜合模糊數(shù)去模糊轉(zhuǎn)化為精確數(shù)。運(yùn)用梯形模糊數(shù)的去模糊化方法,將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為精確值,見表7。

第四,各指標(biāo)綜合得分。求取18位參與評(píng)估的人員對(duì)各指標(biāo)評(píng)分的均值,得到未加權(quán)指標(biāo)評(píng)分,見表8?；谑?6),將DEMATEL-ANP方法求得的三級(jí)指標(biāo)權(quán)重(表1)與評(píng)價(jià)指標(biāo)的Z值的精確值相乘得到綜合評(píng)分,見表9,同理可得上級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,見表10。

表8 未加權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊值

表9 三級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得分

表10 一、二級(jí)指標(biāo)以及綜合評(píng)價(jià)得分

第五,利用條形—折線組合圖將指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行顯示,見圖6—圖8所示。圖中“理想得分”是指當(dāng)評(píng)估得分為最高時(shí)的分?jǐn)?shù),“實(shí)際得分”是指對(duì)該核電廠進(jìn)行評(píng)估的實(shí)際得分,該圖可以反映出核安全文化建設(shè)各環(huán)節(jié)與理想的核安全文化建設(shè)各環(huán)節(jié)的差距。

圖6 三級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

第六,由以上結(jié)果可知,該核電廠核安全文化水平綜合評(píng)分為0.671分,由圖5可知,該核電廠的核安全文化水平屬于V6(高)的隸屬度為0.29,屬于V7(較高)的隸屬度為0.71,因此,該核電廠的核安全文化水平處于V7,即核安全文化水平“較高”。另外,由表9和圖6三級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)估得分可知,三級(jí)指標(biāo)綜合得分大部分集中在0.65—0.75之間,但有少部分指標(biāo)得分低于0.60,包括C10(核風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知),C13(質(zhì)疑態(tài)度),C19(謹(jǐn)慎決策),C20(傳遞經(jīng)驗(yàn)),C27(持續(xù)學(xué)習(xí)),C31(人機(jī)界面),C56(信任氛圍),C57(質(zhì)疑氛圍)等,這些指標(biāo)相對(duì)來說是核安全文化指標(biāo)體系中的薄弱點(diǎn),需要重點(diǎn)關(guān)注和提升。同理,由表10和圖7、圖8可知,二級(jí)指標(biāo)中的設(shè)備系統(tǒng)、管理層行為、執(zhí)行層價(jià)值觀等指標(biāo)得分較低,一級(jí)指標(biāo)中相對(duì)來說,行為和價(jià)值觀的得分較低,需要進(jìn)一步提升。

圖7 二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖8 一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

四 結(jié) 論

核安全文化水平的高低對(duì)于確保核電廠的安全運(yùn)行至關(guān)重要,為了更精準(zhǔn)評(píng)估核電廠安全文化水平,本文構(gòu)建了具體的核安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并提出一種混合的DEMATEL-ANP+Z-numbers核安全文化評(píng)價(jià)方法,得到如下結(jié)論:

第一,基于核安全文化冰山模型,結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究,本文建立了以價(jià)值觀、行為、系統(tǒng)、環(huán)境4個(gè)一級(jí)指標(biāo),決策層價(jià)值觀、管理層價(jià)值觀、執(zhí)行層價(jià)值觀、決策層行為、管理層行為、執(zhí)行層行為、設(shè)備系統(tǒng)、責(zé)任體系、培訓(xùn)體系、管理體系、審查制度、工作環(huán)境、社會(huì)環(huán)境共13個(gè)二級(jí)指標(biāo),以及61個(gè)因素為三級(jí)指標(biāo)的核安全文化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,指標(biāo)體系的構(gòu)建全面具體。

第二,傳統(tǒng)方法(如層次分析法)沒有考慮指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系,故構(gòu)建DEMATEL-ANP來確定指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),考慮專家評(píng)估的主觀性、模糊性和不確定性,采用Z-numbers評(píng)價(jià)方法來進(jìn)行定量評(píng)價(jià),兩者綜合提出一種基于DEMATEL-ANP+Z-numbers方法的核安全文化評(píng)價(jià)模型,克服了傳統(tǒng)方法的不足,使評(píng)估結(jié)果更為精準(zhǔn)。

第三,針對(duì)某具體核電廠進(jìn)行應(yīng)用,得出該核電廠核安全文化水平綜合評(píng)分為0.671分,處于“較高”階段,同時(shí)得到該核電廠核安全文化的具體薄弱之處,包括人機(jī)界面、質(zhì)疑態(tài)度、謹(jǐn)慎決策等諸多方面。

盡管本文所建立的方法有諸多優(yōu)點(diǎn),但由于受各種客觀原因的限制,調(diào)查的樣本有限,可能對(duì)指標(biāo)體系的權(quán)重確定和評(píng)估結(jié)果的精確度有一定的影響,但不會(huì)影響總體的趨勢(shì)和分布。

注釋：

①參見Application of the Management System for Facilities and Activities. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2006.

②參見 Traits of a Healthy Nuclear Safety Culture. Atlanta: WANO, 2014.

③參見 Safety Culture Common Language. Maryland: NRC, 2013.

④參見Performing Safety Culture Self-assessments. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2016.

⑤參見Developing Safety Culture In Nuclear Activities-Practical Suggestions to Assist Progress. Vienna: International Atomic Energy Agency, 1998.

⑥參見Safety of Nuclear Power Plants: Commissioning and Operation. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2016.

⑦參見The Operating Organization for Nuclear Power Plants. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2001.

⑧參見Safety Culture in Pre-operational Phases of Nuclear Power Plant Projects. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2012.

⑨參見Safety Culture in the Maintenance of Nuclear Power Plants. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2005.