層次分析法在安全評價中的應用

賀連芝 張爭艷

（武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081）

層次分析法在安全評價中的應用

賀連芝 張爭艷

（武漢科技大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081）

文章分析了安全評價層次模型的建立與分析方法，由此將復雜的安全評價因素分類排序評價從而為決策層做出正確的決策提供理論參考。

層次分析法；生產安全；安全評價

（一）前言

“安全第一，預防為主”是我國的安全生產方針，尤其是在工廠和企業中更要把安全放在首位。為了減少和控制危害，減少和消除事故，防止事故造成損失，就要對工程和系統進行安全評價。

所謂安全評價是指以實現工程、系統安全為目的，應用安全系統工程的原理和方法，對工程、系統中存在的危險、有害因素進行識別與分析，判斷工程、系統發生事故和急性職業危害的可能性及其嚴重程度，提出科學、合理、可行的安全對策措施建議，作出評價結論的活動。

目前，綜合性的安全評價方法也已經發展了許多種類，其中的層次分析法適用領域比較廣闊。在此用層次分析法做為對工廠生產過程的安全評價的方法。

層次分析法(The analytic hierarchy process)簡稱AHP，是由Thomas L.Staaty 最先發明的用于解決包含多項標準時的復雜問題，在這個過程中，決策者需要判斷各項評判標準的重要性、決策變量相對于評判標準的優先極。應用層次分析法可以給出各個標準的權重，各個決策變量相對于每項標準的優先級，量化決策變量，從而為決策提供依據。

（二）安全評價層次模型的建立與分析

層次分析法的主要思想是通過將復雜問題分解為若干層次和若干因素，對兩兩指標之間的重要程度作比較判斷，建立判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征值以及對應特征向量，得出不同方案重要性程度的權重，為最佳方案的選擇提供依據。

建立模型前，要建立生產過程的安全評價系統指標體系，由于危險因素種類繁多，因此主要從人的行為，物的狀態，環境的影響三方面考慮進行危險因素的分類。從人的行為來說，主要是員工素質的高低，而員工素質又包括是否持證上崗，違章作業率高低和安全意識是否很強；從物的狀態來說，主要是指機械設備設施的安全，即裝置是否安裝齊全，是否有標志安全的設施和對設備設施的維修保養到位程度；而環境即人們工作時的噪聲粉塵等污染物是否超標，作業空間是否讓人體感到舒適，還有設備運行的環境是否開闊。

1.建立層次分析結構模型

對問題所涉及的因素進行分類，通常可分為目標層、準則層、指標層、方案層等，然后構建一個各因素之間相互聯結的層次結構模型，再對各層次的各因素進行賦權，最后逐層計算相對權數，直到方案層各方案的相對權數，得到各方案的優劣次序。在此模型中，目標層為工廠生產過程的安全，即系統所要達到的總目標；準則層是衡量目標是否能實現的標準，具體為機械設備設施安全，員工素質和環境；指標層則是隸屬于準則層的各因素。

如圖1為層次分析結構模型圖。

圖1 層次分析結構模型圖

2.建立判斷矩陣

層次分析法的信息來源主要是人們對于每一層次中各單元的相對重要性給出一定的判斷。判斷矩陣表示針對上層次某元素、本層次與之有關元素之間相對重要性的比較。

一般對單一準則來說，兩個方案進行評比總能判斷出優劣，應用1～9標度法（見表1），對不同情況的評比給予數量標度。

表1 1～9標度的含義

圖2 A-B的判斷矩陣

構造形式的A-B的判斷矩陣如圖2所示。根據主觀判斷所構造的判斷矩陣確定受到專家知識水平和個人偏好的影響，構造的判斷矩陣很難滿足一致性條件。因此，為保證可信度和準確性，必須進行一致性檢驗。

3.層次單排序

用和法進行層次單排序的步驟如下：

（1）將判斷矩陣的每一列元素作歸一化處理：

所得的W=(W1,W2,…,Wn)T即為所求的特征向量，亦即判斷矩陣的層次單排序結果，由上述公式得到 A-B判斷矩陣的特征向量為W= (0.230,0.648,0.122)最大特征值。

（4）計算判斷矩陣的最大特征值λmax

設n階判斷矩陣為B，其中：W=(W1,W2,…,Wn)T為 B的特征向量。

則求得max=3.008

（5）一致性檢驗

在此用以下的一致性指標來檢驗判斷的一致性：

此外判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI之比稱為隨機一致性比率，記作CR，即：

當CR＜0.10時，便認為判斷矩陣具有滿意的一致性。

在此模型中，n=3，則CI= 0.004，查表得RI= 0.58，則CR=0.007＜0.100，由此可知，該判斷矩陣具有較高的一致性，其層次單排序是可以接受的。

由以上公式與方法得出各層次單排序表如下表2所示。

表2 安全評價各層指標權重計算表

4.層次總排序

利用同一層次中所有層次單排序的結果，就可計算針對上一層次而言，本層次所有元素相對重要性的數值，即層次總排序。

層次 B對其上層次 A已經完成排序，其特征向量為W=(W1,W2,…,Wn)T，而層次C對層次B各元素B1,B2,… ,Bn來說，單排層結果分別為Wj=(Wj,Wj,…,Wj)T，其中j=1,2,…,m，

12n則總排序結果依次按如下公式計算，則得層次總排序如下表3所示。

表3 層次總排序計算表

5.總排序的一致性檢驗

無論是單排序還是總排序都要進行一致性檢驗，總排序的一致性檢驗從上到下逐層進行，過程如下：

設CI為層次總排序一致性指標；RI為層次總排序平均隨機一致性指標；CR為層次總排序隨機一致性比率。

則

式中iCI為與iW對應的C層次中判斷矩陣的一致性指標；

式中iRI為與iW對應的 C層次中判斷矩陣的平均隨機一致性指標；

由此方法計算此例中的CR= 0. 025＜0.10，則認為層次總排序的計算結果具有完全滿意的一致性。

最后，運用層次分析法對生產過程中的安全評價進行分析和計算完畢后，可以看出層次分析法將復雜和繁瑣的評價過程以逐層和遞進的方法對問題系統分析。

（三）結論

層次分析法安全評價模型采用比較語言分析，易于準確進行量化，用單準則兩兩比較易于實現，而且完整的層次分析結構較好地體現了層次分析法思維連續性，整個過程清晰明了。應用層次分析法，對生產過程中的各種危險因素做到全面合理的評價，將評價指標從定性描述轉化為定量分析，將復雜的系統層次化，從評價分析結果判斷生產過程中系統發生事故的可能性及其嚴重程度，從而提出科學、合理、可行的安全對策措施建議。

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1008-1151(2011)05-0093-02

2011-02-17

賀連芝（1987－），女，武漢科技大學在讀碩士研究生，研究方向為安全系統工程。