基于集對分析法的水利工程安全人因分析

，，，，

(1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443000；2. 武漢市漢陽市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北武漢430000；3. 貴州省水投水務(wù)集團(tuán)有限公司，貴州貴陽550002；4. 福建省水利水電工程局有限公司，福建泉州362000)

近年來，中國高度重視水利工程施工安全管理，加強(qiáng)了水利工程安全管理力度，但事故總起數(shù)與傷亡人數(shù)依舊偏高[1]。統(tǒng)計(jì)中國近10 a間的火災(zāi)、交通、煤礦等事故，得出人因事故占總事故發(fā)生率的88%[2]。這表明人的因素已成為誘發(fā)事故的最主要因素之一[3]。因此，基于人因因素開展水利工程安全評價(jià)，對科學(xué)認(rèn)識水利工程安全水平、預(yù)防控制事故發(fā)生具有重要意義。

人因分析作為水利工程施工安全評價(jià)的重要內(nèi)容，眾多學(xué)者對此進(jìn)行了深入研究。Jan K Wachter等[4]通過分析安全事故數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)了人對減少事故發(fā)生的重要性；Zheng等[5]建立HFACS模型揭示水利工程事故中人因致因機(jī)理；王崗等[6]通過研究水利工程施工作業(yè)過程中各因素與施工環(huán)境的聯(lián)系，運(yùn)用多級可拓理論構(gòu)建了水利工程施工環(huán)境評價(jià)指標(biāo)與安全等級的關(guān)聯(lián)函數(shù)；孫志禹等[7]運(yùn)用實(shí)證貝葉斯方法，研究了水利工程中人因事故引發(fā)的人員傷亡概率問題；孫開暢等[8]基于人因分析分類系統(tǒng),識別水利工程高危作業(yè)人因因素，通過引入認(rèn)知地圖理論，識別和分析事故中的關(guān)鍵人因因素；宋四新等[1]提出適用于水電工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析的HFACS模型，建立了結(jié)構(gòu)方程模型分析事故涉及人因因素之間的影響程度；鄭霞忠等[9]基于Euclid理論，從作業(yè)人員等4個(gè)方面建立了水利工程施工安全熵評價(jià)模型，分析水利工程施工安全水平。

上述研究從多個(gè)角度闡述了水利工程安全事故中的人因因素，對分析事故誘發(fā)機(jī)理具有重要意義，但在水利工程施工安全評價(jià)中，上述研究較少考慮評價(jià)過程中的模糊、隨機(jī)、中介和信息不完全等這些不確定性因素。鑒于此，筆者同時(shí)考慮水利工程施工安全評價(jià)中的確定性和不確定性因素，采用集對分析法，同時(shí)在指標(biāo)權(quán)重確定過程中引入?yún)^(qū)間數(shù)學(xué)理論建立客觀的權(quán)重值，對水利工程施工安全現(xiàn)狀水平及安全態(tài)勢進(jìn)行分析，以期為水利工程施工安全管理工作提供指導(dǎo)建議。

1 水利工程HFACS模型建立

HFACS模型是調(diào)查和分析安全事故中人因失誤的系統(tǒng)性工具，其基于Reason的瑞士奶酪模型，將事故致因的多重因果性自下而上依次表示為組織影響、不安全行為的監(jiān)督、不安全行為的前提和不安全行為4個(gè)層次，可以同時(shí)考慮到安全事故中的直接因素和潛在因素[10]。

針對水利工程施工的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，根據(jù)文獻(xiàn)分析[7-8]和現(xiàn)場調(diào)研，結(jié)合《企業(yè)施工安全標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范》等安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，綜合考慮事故致因分析的合理性。應(yīng)用HFACS模型分析事故中人因因素，根據(jù)水利工程施工安全管理、施工作業(yè)和技術(shù)措施等特點(diǎn)，對原框架進(jìn)行修改，使其滿足本行業(yè)法律法規(guī)和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系。調(diào)整后的水利工程HFACS 模型共包括 5 類事故致因，23個(gè)人因因素，模型結(jié)構(gòu)見圖 1。

圖1 改進(jìn)后的水利工程事故HFACS模型

2 集對分析評價(jià)方法

2.1 集對分析法

安全評價(jià)方面集對分析法常被用來解決致因因素的確定性和不確定性問題[11-12]。集對分析法中把客觀事物之間的聯(lián)系視為一個(gè)確定不確定性的系統(tǒng)，通過2個(gè)相關(guān)集合構(gòu)建集對，建立同、異、反聯(lián)系度，對集對中元素特征的同一性、差異性、對立性進(jìn)行分析[13-14]。依據(jù)水利工程人因分類系統(tǒng)模型建立的指標(biāo)體系，將水利工程安全管理涉及到的人因因素評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)記作集合X，實(shí)際得分記作集合Y，組成集對記作：H=(X,Y)，分解兩集合間的聯(lián)系，得到N項(xiàng)特性聯(lián)系，S為兩集合共有特征,P表示兩集合相互對立的特征，將剩下的特性計(jì)作F，將水利工程施工評價(jià)中涉及到的指標(biāo)間聯(lián)系度表示為：

(1)

由于實(shí)際問題中研究對象的復(fù)雜性，聯(lián)系度表達(dá)式通常根據(jù)具體問題會進(jìn)行不同層次擴(kuò)展，建立為一種多元聯(lián)系數(shù)表達(dá)聯(lián)系度公式，見式(2)：

(2)

式中wk——特征的權(quán)重。

2.2 集對勢

2.3 安全等級劃分

根據(jù)均分原則，設(shè)置水利工程安全等級U={Uj,j=1,2,3}，見表2。

2.4 悲觀勢

表1 集對勢等級分析

表2 安全等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 指標(biāo)綜合權(quán)重的確立

在運(yùn)用集對分析的過程中，指標(biāo)權(quán)重確立的科學(xué)與否關(guān)系到評價(jià)結(jié)果的客觀性。由于專家的自身經(jīng)驗(yàn)及知識儲備的差異性，會使得某些指標(biāo)權(quán)重的確立存在不確定性；同時(shí)在傳統(tǒng)的AHP法中會依據(jù)專家在專業(yè)領(lǐng)域中的威望確立專家權(quán)重，使得在決策過程中不能體現(xiàn)專家客觀認(rèn)識度[15]。為保證指標(biāo)權(quán)重確立的客觀性，考慮到區(qū)間數(shù)學(xué)理論在解釋不確定性問題中的優(yōu)勢，在指標(biāo)權(quán)重確立的過程中，運(yùn)用區(qū)間數(shù)來建立區(qū)間判斷矩陣，根據(jù)數(shù)據(jù)的差異性和相似性，確立專家置信度，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得到指標(biāo)的綜合權(quán)重。基于區(qū)間數(shù)學(xué)理論計(jì)算指標(biāo)權(quán)值的具體步驟如下。

a) 確定專家的置信度:

(3)

式中ri——第i位專家的置信度；λi、ηi——在進(jìn)行歸一化處理后，第i位專家和其他專家的評判結(jié)果間的相似性水平、差異性水平。

b) 確定指標(biāo)主觀權(quán)重：

(4)

c) 確定指標(biāo)客觀權(quán)重：

(5)

式中ωt2——專家對第t項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重；bdt——計(jì)算中間變量值；gt——專家主觀權(quán)重值的ωt1可靠度。

d) 確定指標(biāo)綜合權(quán)重：

(6)

4 應(yīng)用實(shí)例

以四川省內(nèi)某水利工程為例，為評估該水利工程安全管理現(xiàn)狀狀況，結(jié)合本文建立的水利工程HFACS 模型涵蓋 5 類事故致因，23 類人因因素，采用不確定型AHP法確立各個(gè)因素權(quán)值，應(yīng)用集對分析理論評價(jià)該水利工程的安全管理現(xiàn)狀。

4.1 指標(biāo)賦權(quán)

運(yùn)用區(qū)間數(shù)學(xué)理論，由4位專家針對該水利工程23類指標(biāo)權(quán)重值進(jìn)行評判，4位專家的置信水平依次為0.253 1、0.247 3、0.249 5、0.250 1。根據(jù)式(3)—(6)計(jì)算指標(biāo)的綜合權(quán)重見表3。

計(jì)算各指標(biāo)綜合權(quán)重ωt=(0.063，0.072，0.045，0.036，0.039，0.042，0.033，0.033，0.033，0.030，0.030，0.030，0.045，0.027，0.027，0.048，0.075，0.069，0.058，0.087，0.030，0.030，0.040)

4.2 聯(lián)系度計(jì)算

通過調(diào)查問卷的形式對該水利工程進(jìn)行等級評定，根據(jù)集對分析模型中“同、異、反”3 種不同情況，對問卷中23 項(xiàng)指標(biāo)設(shè)置“好”“一般”“差”3 個(gè)選項(xiàng)，向水利工程管理層、技術(shù)員、安全員、水利工程監(jiān)管部門、參與工程建設(shè)的專家及驗(yàn)收人員發(fā)放了 100份問卷(表4)。

表4 各級指標(biāo)問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

運(yùn)用 SPSS 軟件對調(diào)查問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行信度檢驗(yàn)，得到Cronbachα值為0.813，表明問卷數(shù)據(jù)具有可信度。歸一化處理后得到矩陣R。

將ωt和R代入式(2)進(jìn)行計(jì)算，得到水利工程事故人因聯(lián)系度μ=0.653+0.251i+0.092j。

4.3 集對分析評價(jià)

a) 集對勢分析。通過集對分析法計(jì)算得到該水利工程的同一度a=0.653，差異度b=0.251，對立度c=0.092。由表1可以看出，該水利工程集對勢同一趨勢為主，但同一趨勢較弱，為弱同勢。差異度b=0.251表明部分指標(biāo)有變壞趨勢，需要對表中部分指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

b) 聯(lián)系度分析。在聯(lián)系度計(jì)算式中，當(dāng)i=1時(shí)，此時(shí)μ=0.812，根據(jù)表2可知此時(shí)的安全狀態(tài)為“好”，當(dāng)i=-1時(shí)，此時(shí)μ=0.310,安全狀態(tài)為“一般”。此水利工程聯(lián)系度μ∈[0.310,0.812]，處于“一般”與“好”等級間，這表明該水利工程安全管理中的人因管理工作較好。

c) 悲觀勢分析。根據(jù)聯(lián)系度表達(dá)式，在最不利情況下悲觀勢為1.903，表明該水利工程安全現(xiàn)狀處于“安全”等級。

d) 不確定性分析。系統(tǒng)的不確定性由差異度決定，差異度b值與系統(tǒng)不確定性有同趨性，此水利工程差異度b=0.251。表明此水利工程的不確定性較高，雖從總體來看，安全狀況較好，但仍需對某些人因因素及時(shí)排查整改。

5 結(jié)論

水利工程安全管理現(xiàn)狀評價(jià)是工程安全管理中的重要環(huán)節(jié)，結(jié)合HFACS模型構(gòu)建水利工程安全管理中的人因因素，應(yīng)用集對分析理論將安全評價(jià)等級轉(zhuǎn)化為同、異、反聯(lián)系數(shù)，在水利工程安全管理現(xiàn)狀評價(jià)的過程中，可以較好考慮水利工程安全管理系統(tǒng)的確定和不確定性問題，保證水利工程施工安全評價(jià)結(jié)果的客觀真實(shí)。

運(yùn)用集對分析中集對勢、聯(lián)系度、不確定性和悲觀勢對評價(jià)進(jìn)行定量分析，解決了HFACS 模型只能定性分析問題的局限，不僅更加客觀地從整體上把握水利工程人因安全現(xiàn)狀，還可以分析安全管理的未來趨勢，彌補(bǔ)了確定性評價(jià)結(jié)果的單一性。