改進(jìn)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)在工程爆破安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

趙珂劼，張義平，池恩安,2，雷 振,3，黃勝松

(1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州新聯(lián)爆破工程有限公司，貴州 貴陽 550002； 3.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽 550003)

0 引 言

爆破工程是高危行業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國爆破在內(nèi)的爆炸傷亡事故占總傷亡事故的40%以上[1]。因此，在施工前往往要進(jìn)行工程爆破安全評(píng)價(jià)，對工程爆破進(jìn)行安全評(píng)估，目的是為了降低重大事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。安全評(píng)價(jià)是安全系統(tǒng)工程中的一個(gè)重要組成部分，是一種有效的管理方法[2-3]。

AHP和模糊綜合評(píng)價(jià)法在工程爆破安全評(píng)價(jià)的應(yīng)用十分廣泛。王丹丹等采用AHP分析拆除爆破施工中影響安全的主要因素[4]；張黎明等將模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用在巖土爆破安全評(píng)價(jià)中，對巖土爆破施工安全的模型進(jìn)行分析，得出爆破施工的安全等級(jí)[5]。本文采用改進(jìn)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法對工程爆破的施工過程進(jìn)行劃分，建立一個(gè)多層次的評(píng)價(jià)模型來確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，最后應(yīng)用于貴安新區(qū)某大型項(xiàng)目工程爆破的安全評(píng)價(jià)。

1 改進(jìn)AHP

1.1 AHP原理

AHP是20世紀(jì)70年代初美國運(yùn)籌學(xué)家薩特教授提出，是一種對事物進(jìn)行性質(zhì)評(píng)價(jià)和數(shù)量相結(jié)合的全面分析的方法。此方法首先對研究目標(biāo)進(jìn)行分層處理，一般分為三層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層;其次通過兩兩元素比較構(gòu)造判斷矩陣，再計(jì)算每一個(gè)元素的相對權(quán)重，并利用一致性檢驗(yàn)驗(yàn)證判斷矩陣的正確性;最后通過計(jì)算結(jié)果對各指標(biāo)進(jìn)行排序，得到指標(biāo)的權(quán)重，以此來分析，解決問題。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊綜合評(píng)價(jià)是眾多綜合評(píng)價(jià)方法中最基本的方法之一，其基本思想是采用模糊數(shù)學(xué)的思想將不確定的安全信息定量化，從而實(shí)現(xiàn)多因素的定量評(píng)價(jià)[6]。模糊的安全信息是通過不同的專家憑借經(jīng)驗(yàn)確定，因此具有相對的主觀性。

2 改進(jìn)AHP的模糊綜合評(píng)價(jià)

2.1 改進(jìn)AHP及其步驟

改進(jìn)AHP能夠?qū)⒂?jì)算過程變得簡單化，它是在傳統(tǒng)的AHP的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，首先利用“三標(biāo)度法”構(gòu)造比較矩陣來代替之前的“九標(biāo)度法”，在進(jìn)行兩兩比較時(shí)，使用2、0、1三個(gè)數(shù)來描述甲比乙重要，乙比甲重要，甲和乙一樣重要的問題。顯然這樣的描述比起傳統(tǒng)的AHP要容易很多[7]。接著計(jì)算出擬優(yōu)一致矩陣，最后將計(jì)算出的特征值向量按照大小進(jìn)行排序，得到各因素組合權(quán)重。最終得到的結(jié)果不需要一致性檢驗(yàn)，符合了科學(xué)簡單性原則。

改進(jìn)的AHP的具體步驟如下所述[8]。

1) 步驟一，同傳統(tǒng)AHP一樣，建立層次結(jié)構(gòu)模型。

2) 步驟二，三標(biāo)度(2、0、1)構(gòu)造比較矩陣Aij。

3) 步驟三，根據(jù)式(1)變換構(gòu)造真正的判斷矩陣B。

(1)

4) 步驟四，按式(2)計(jì)算最優(yōu)傳遞矩陣C。

(2)

式中：?i,j;k=1，2，…，n。

5) 步驟五，根據(jù)式(3)計(jì)算得到經(jīng)過一致性調(diào)整后的判斷矩陣a*。

(3)

6) 步驟六，按照式(4)計(jì)算a*即可求得各指標(biāo)的權(quán)重向量wj。

(4)

2.2 與模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)合

1) 確定評(píng)判對象的因素集合。U={U1,U2,…,Un},其子因素集合為Ui={ui1,ui2,…,uim}。

2) 根據(jù)改進(jìn)AHP構(gòu)建權(quán)重向量。U對應(yīng)的權(quán)重向量為A=(a1,a2,…,an)i=1,2,…,n。

Ui對應(yīng)的權(quán)重向量為Ai=(ai1,ai2,…,aij,…,aim)j=1,2,…,m。

3) 確定評(píng)語等級(jí)V=(v1,v2,…,vn),本文采用評(píng)語集為安全狀況良好、較好、中等、較差、很差5個(gè)等級(jí)來進(jìn)行分級(jí)，即n=5。

4) 進(jìn)行單因素模糊評(píng)價(jià)，可得單因素評(píng)價(jià)矩陣

5) 構(gòu)建一級(jí)、二級(jí)模糊變換。

a：一級(jí)模糊綜合評(píng)判。Ui對應(yīng)的權(quán)重向量為Ai=(ai1,ai2,…,aij,…,aim),可得到的結(jié)果為Bi=AiRi。

b：二級(jí)模糊綜合評(píng)判。根據(jù)一級(jí)模糊綜合評(píng)判可得

3 工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

某工程位于貴安新區(qū)大學(xué)城范圍內(nèi)，需爆破的范圍大致有1個(gè)集中爆區(qū)，總方量為30萬m3，工期約為4個(gè)月。根據(jù)現(xiàn)場施工調(diào)查，其四鄰環(huán)境有：爆區(qū)東南側(cè)緊靠思孟路、棟青路，爆區(qū)西北側(cè)緊靠思楊路，都僅有10 m；爆區(qū)西南側(cè)距離東盟小鎮(zhèn)最近在建樓房180 m，爆區(qū)東南側(cè)距離最近在建樓房150 m，爆區(qū)東北側(cè)不考慮待拆板房及高壓線，環(huán)境較為復(fù)雜，必須嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)、爆破飛石，確保安全。

根據(jù)現(xiàn)有部分地勘資料顯示該區(qū)巖性以石灰?guī)r為主。該爆破區(qū)域表面植被多為草本植物，山體坡度較為平緩， 經(jīng)現(xiàn)場勘查，從附近祼露的巖石來看，山體巖石為石灰?guī)r，巖石較致密，巖體表面局部風(fēng)化。

3.2 權(quán)重計(jì)算

結(jié)合本工程特點(diǎn)，構(gòu)造工程爆破安全評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)，根據(jù)圖1和三標(biāo)度法，由相關(guān)的專家根據(jù)每個(gè)因素的兩兩比較判斷進(jìn)行賦值，可得它們的判斷矩陣，見表1～5。

圖1 工程爆破安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Safety evaluation index system for engineering blasting

3.3 指標(biāo)權(quán)重值確定

由表1～5可得各因素的權(quán)重向量。

1)U對應(yīng)的因素權(quán)重向量：

A=(0.055,0.564,0.263,0.118)

2)Ui對應(yīng)的因素權(quán)重向量：

A1=(0.222,0.222,0.556)，

A2=(0.055,0.564,0.263,0.118)，

A3=(0.105,0.637,0.258)，

A4=(0.472,0.123,0.282,0.123)

表1 一級(jí)判斷矩陣A-B數(shù)值表Table 1 First order judgment matrix A-B numerical table

表2 一級(jí)判斷矩陣B1-C數(shù)值表Table 2 First order judgment matrix B1-C numerical table

表3 一級(jí)判斷矩陣B2-C數(shù)值表Table 3 First order judgment matrix B2-C numerical table

表4 一級(jí)判斷矩陣B3-C數(shù)值表Table 4 First order judgment matrix B3-C numerical table

表5 一級(jí)判斷矩陣B4-C數(shù)值表Table 5 First order judgment matrix B4-C numerical table

3.4 模糊綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算

在上文中將評(píng)語等級(jí)劃分為5級(jí)，即V={良好,較好，中等，較差，很差}。先結(jié)合多位專家對現(xiàn)場實(shí)情和《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2014)對貴安新區(qū)工程爆破的每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分評(píng)定，然后計(jì)算得到各個(gè)指標(biāo)的隸屬度。隸屬度評(píng)價(jià)結(jié)果見表6～9。

表6 爆區(qū)環(huán)境因素隸屬度(R1)Table 6 Membership degree of environmental factors (R1)

表7 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)因素隸屬度(R2)Table 7 Membership degree in design factor ofblasting parameters (R2)

表8 施工質(zhì)量因素隸屬度(R3)Table 8 Membership degree of constructionquality factor (R3)

表9 安全管理因素隸屬度(R4)Table 9 Safety management factor membership (R4)

1) 一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。

2) 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。

將結(jié)果進(jìn)行歸一化處理得D=(0.4,0.24,0.21,0.16,0)。

3) 求系統(tǒng)總得分。

對各種等級(jí)按百分制給分，見表10。則f=95×0.4+80×0.24+65×0.21+50×0.16+35×0.00=78.85。

根據(jù)系統(tǒng)總得分判斷該工程安全狀況級(jí)別為較好。最后得出工程爆破施工安全的影響因素的指標(biāo)順序?yàn)椋貉b藥、起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性、爆區(qū)氣象水文情況、安全檢查。

表10 安全等級(jí)百分制Table 10 Safety grade percentile

表11 安全等級(jí)Table 11 Security level

3.5 應(yīng)用分析

隨著安全評(píng)價(jià)理論的深入研究，安全評(píng)價(jià)的方法有很多，大致可以分為定性安全評(píng)價(jià)和定量安全評(píng)價(jià)。定性安全評(píng)價(jià)方法如安全檢查表法，雖然簡單易學(xué)，容易掌握，但是只能作定性的評(píng)價(jià)，無法量化危險(xiǎn)和有害因素，很難分析整個(gè)項(xiàng)目的安全狀況[9]；定量評(píng)價(jià)法如事故樹，通過演繹分析得出事故發(fā)生的原因，直接找出發(fā)生事故的主要原因，但是在分析各基本事件時(shí)，很難找到基本事件的概率，無法確定頂上事件發(fā)生的概率[10]。

因此，將改進(jìn)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用到工程爆破安全評(píng)價(jià)中，可以定性和定量相結(jié)合的分析，在定性的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算得到各個(gè)因素的權(quán)重和工程的安全等級(jí)，便于施工管理。

4 結(jié) 論

1) 改進(jìn)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法比其他的安全評(píng)價(jià)方法更加簡便、科學(xué)，更加符合工程爆破的特點(diǎn)。

2) 運(yùn)用三標(biāo)度法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的九標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，在進(jìn)行兩兩比較時(shí)專家更容易判斷，結(jié)果不需要將結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，減少了多次調(diào)整判斷矩陣的必要，簡化了計(jì)算過程，并且計(jì)算精度提高了。通過計(jì)算權(quán)重，得出工程爆破施工安全的影響因素的指標(biāo)順序?yàn)椋貉b藥、起爆網(wǎng)絡(luò)的可靠性、爆區(qū)氣象水文情況、安全檢查。

3) 改進(jìn)AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用于工程爆破安全評(píng)價(jià)，對貴安新區(qū)某工程爆破項(xiàng)目的案例分析，得出該工程的安全系統(tǒng)得分為78.85，安全狀況為較好，施工項(xiàng)目部根據(jù)分析結(jié)果，提高全體施工人員的安全意識(shí)，加強(qiáng)重點(diǎn)工序和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的安全管理，確保施工安全。