基于模糊層次分析法的電力基坑氣體環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

宋曉燕，崔鳳慶，陳家聰，夏源利

(1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450001；2.鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450001)

0 引言

電力基坑作為輸電線路施工的基礎(chǔ)工程,長(zhǎng)期處于半封閉狀態(tài),自然通風(fēng)不良,在微生物分解、氧化等作用下,極易造成有毒有害氣體積聚和缺氧,進(jìn)而導(dǎo)致安全事故。由于電力基坑的內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜,安全風(fēng)險(xiǎn)因素眾多且大多無(wú)法量化,因此,采用模糊層次分析法對(duì)各種因素進(jìn)行量化處理以取得電力基坑環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與各因素的耦合關(guān)系,在此基礎(chǔ)上提出基于大數(shù)據(jù)分析的機(jī)器學(xué)習(xí)法對(duì)各種影響因素進(jìn)行有效評(píng)估。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

電力基坑作為半封閉空間,坑內(nèi)的不良?xì)怏w環(huán)境是基坑作業(yè)面臨的固有風(fēng)險(xiǎn)。除此之外,地質(zhì)環(huán)境、大氣環(huán)境、工作人員作業(yè)狀態(tài)、設(shè)備使用狀況以及企業(yè)施工管理情況,都會(huì)對(duì)電力基坑內(nèi)的作業(yè)帶來(lái)不同程度的影響。

1.1 氣體環(huán)境因素

對(duì)于氣體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),作業(yè)前主要從有限空間內(nèi)部存在或產(chǎn)生、作業(yè)時(shí)產(chǎn)生和外部環(huán)境影響三個(gè)方面進(jìn)行辨識(shí)；作業(yè)中則以燃爆、氣體中毒、缺氧窒息三種主要風(fēng)險(xiǎn)為對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2 人為因素

對(duì)于人為因素造成的風(fēng)險(xiǎn),主要從作業(yè)人員(包括人員的健康狀況、參與緊急救援培訓(xùn)及考核情況、人員資質(zhì)情況等)、設(shè)備設(shè)施(包括個(gè)體安全防護(hù)、緊急救援、安全器具等設(shè)備設(shè)施)以及企業(yè)的施工管理流程及執(zhí)行情況三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià),以一票否決項(xiàng)的形式除去人為因素的干擾,確保對(duì)氣體環(huán)境分析的客觀性。

2 電力基坑施工作業(yè)前、作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 評(píng)估指標(biāo)與權(quán)重

2.1.1 作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型

根據(jù)作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,對(duì)周邊環(huán)境、地質(zhì)特點(diǎn)、基坑尺寸、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)間隔時(shí)長(zhǎng)以及天氣情況等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法及相關(guān)資料構(gòu)造出風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)判斷矩陣,計(jì)算得到每個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重(見(jiàn)表1)。

表1 作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估模型指標(biāo)與綜合權(quán)重

在所有指標(biāo)的權(quán)重中,地質(zhì)特點(diǎn)占比最高(0.472),其次為周邊環(huán)境(0.235),因此,在電力基坑施工前需要對(duì)施工地點(diǎn)及周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查和環(huán)境調(diào)研,最大限度地減少施工風(fēng)險(xiǎn)。在天氣情況中,特殊天氣和空氣溫度兩項(xiàng)占比較高,因此,在電力基坑施工過(guò)程中需要密切注意施工作業(yè)當(dāng)天的極端天氣情況和溫度情況。

2.1.2 作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估模型

作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估模型主要考慮電力基坑內(nèi)常見(jiàn)的燃爆、氣體中毒、缺氧窒息三種風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)模糊層次分析法確定的作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估模型指標(biāo)與綜合權(quán)重見(jiàn)表2。

表2 作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估模型指標(biāo)與綜合權(quán)重

作業(yè)中,上述風(fēng)險(xiǎn)因素中起主要作用的都是相應(yīng)氣體的體積分?jǐn)?shù),綜合權(quán)重占比約50 %,因此,在實(shí)際工作過(guò)程中對(duì)基坑內(nèi)的氣體實(shí)施監(jiān)測(cè)是重中之重。作業(yè)行為和作業(yè)人數(shù)在各種風(fēng)險(xiǎn)因素中權(quán)重也較大,說(shuō)明在施工階段規(guī)范施工行為、限制施工人數(shù)、做好監(jiān)管措施和防護(hù)措施,能夠較大程度避免事故發(fā)生。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

以層次分析法中確立的評(píng)價(jià)指標(biāo)和其綜合權(quán)重作為模糊綜合評(píng)價(jià)的因素集合,并在此基礎(chǔ)上建立備擇集和隸屬度矩陣。將備擇集分為四項(xiàng),將基坑內(nèi)的安全風(fēng)險(xiǎn)劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)等級(jí)。建立隸屬度矩陣,將每個(gè)指標(biāo)與備擇集一一對(duì)應(yīng),并確定該指標(biāo)所屬安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在定性指標(biāo)中,通過(guò)典型案例并設(shè)置隸屬度表進(jìn)行定性評(píng)價(jià)；定量的指標(biāo)則采用線性分布的方式確定安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隸屬度。

3 評(píng)估實(shí)施

以某220 kV線路工程為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,該工程項(xiàng)目相關(guān)資料見(jiàn)表3、表4。

表3 作業(yè)前工程項(xiàng)目資料

表4 作業(yè)中項(xiàng)目資料

3.1 作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估

根據(jù)項(xiàng)目資料對(duì)比定性評(píng)價(jià)隸屬表得到評(píng)判矩陣S、R。

作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)D=S×R=[0.071,0.330,0.023,0.612]

根據(jù)最大隸屬度原則,該工程日風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度最大,為0.612,因此,該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 作業(yè)中風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估

根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)建立隸屬度評(píng)判矩陣S1、S2、S3、R1、R2、R3。

燃爆風(fēng)險(xiǎn)D1=S1×R1=[0.752,0.096,0.152,0]

氣體中毒風(fēng)險(xiǎn)D2=S2×R2=[0,0.17,0.137,0.693]

缺氧窒息風(fēng)險(xiǎn)D3=S3×R3=[0,0.5908,0.1772,0.232]

計(jì)算結(jié)果顯示,該工程實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為低燃爆風(fēng)險(xiǎn)、高氣體中毒風(fēng)險(xiǎn)、低缺氧窒息風(fēng)險(xiǎn)。該評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際專(zhuān)家打分法得到的情況一致,說(shuō)明該評(píng)價(jià)模型具有相當(dāng)?shù)目尚哦取?/p>

4 作業(yè)后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估反饋

作業(yè)前、作業(yè)中采取模糊層次分析法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行了評(píng)估,由于定量數(shù)據(jù)較少,定性評(píng)價(jià)較多,受評(píng)判者的主觀經(jīng)驗(yàn)影響較大。因此,作業(yè)后采用機(jī)器學(xué)習(xí)法對(duì)作業(yè)前、作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行校正。

作業(yè)前以預(yù)測(cè)基坑內(nèi)部氣體環(huán)境為主,可采用多元線性回歸算法,計(jì)算得到各個(gè)指標(biāo)對(duì)氣體環(huán)境影響的權(quán)重后,對(duì)作業(yè)前模型內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。作業(yè)中采用支持向量機(jī)算法得到分類(lèi)規(guī)律,以判斷實(shí)際案例所屬風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間,結(jié)合作業(yè)中評(píng)價(jià)結(jié)果共同指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。

5 結(jié)論

該研究立足于電力基坑有限空間風(fēng)險(xiǎn)與基坑內(nèi)氣體環(huán)境的耦合關(guān)系,基于模糊層次分析法對(duì)各種影響因素進(jìn)行評(píng)估,主要結(jié)論如下。

1) 作業(yè)前風(fēng)險(xiǎn)影響因素中,地質(zhì)特點(diǎn)權(quán)重為0.472,周邊環(huán)境為0.235。因此,在項(xiàng)目施工時(shí),進(jìn)行全面的地質(zhì)勘查和合理的線路規(guī)劃是消除施工過(guò)程潛在風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。

2) 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素中各種氣體的體積分?jǐn)?shù)綜合權(quán)重占比約50 %,因此,要保證基坑內(nèi)部的安全,關(guān)鍵是要采取不間斷空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)措施和合適的通風(fēng)措施。

3) 作業(yè)后需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新,去除無(wú)效信息,標(biāo)記特殊情況信息,進(jìn)一步提升模型的準(zhǔn)確性。為了保持評(píng)價(jià)模型的先進(jìn)性,采用機(jī)器學(xué)習(xí)法優(yōu)化已有模型,并在實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中充分落實(shí)基坑內(nèi)實(shí)時(shí)氣體信息收集方案,實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。