特種設備安全管理評估方法應用及綜述

陳星斌，毛錦榮，周葉平，冷慶虎

（江西省特種設備檢驗檢測研究院，江西南昌 330096）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，人們對美好生活的期望值不斷提高，同時對企業安全生產管理日益重視。特種設備作為國民經濟建設及發展的重要基石，與人民群眾的財產安全緊密相連[1-2]。因此，確保特種設備安全運行，保障人民群眾生命財產安全是當前極其重要的工作和任務。然而，近年來鍋爐、起重機械、電梯、游樂設施等特種設備的安全事故時有發生，給社會造成了較大的負面影響。根據國家市場監管總局發布的數據顯示，截止2018 年底的全國特種設備總量為1394.35萬臺，其中各類特種設備的分類及比例分布具體情況如圖1所示。

圖1 2018 年特種設備數量分類及比例分布

根據相關統計，2018 年全國共發生特種設備事故和相關事故200 余起，死亡220 余人，受傷近70 人，相比上一年，事故減少了十余起、降幅約為8%，并且死亡人數降幅約11%，受傷人數降幅53%。其萬臺特種設備死亡率為0.22（圖2），同比下降27%[3]。

由此可見，雖然特種設備行業的整體事故率持續下降，設備安全管理情況有所改善，但特種設備事故總量的比例仍然較高。所以，積極開展特種設備安全管理工作，對特種設備風險進行有效管理和評估，對于降低事故發生率，避免事故發生和損失具有重要意義。目前，國內外對特種設備安全管理評估方法眾多，但各種方法如何應用、使用狀況及優缺點未作詳細報道，下面通過分析國內外特種設備安全管理評估方法相關應用，列舉和介紹不同評估方法的步驟及優缺點，旨在提高特種設備安全管理評估水平，豐富特種設備安全評估方法，為確保特種設備安全做出積極的貢獻。

圖2 2009—2018 年全國萬臺特種設備死亡率情況

1 常見的安全評估方法應用及探討

風險管理是通過調研、收集資料等方法識別風險、評價風險、分析風險，從而采取相關措施有效地控制風險，這是最經濟、最佳的安全生產保障的科學評估方法[4]。常用于特種設備風險評估方法主要有模糊綜合評價法、層次分析法、灰色關聯分析等，大部分特種設備風險評估采用的方法基本路線如圖3 所示。

1.1 模糊綜合評價法

圖3 風險評估方法基本路線

模糊綜合評價法是定性和定量相結合的綜合性評價方法，這種方法主要是通過隸屬度函數進行定性評價和定量評價的相互轉換[5]。王冰潔采用模糊綜合評價方法對承壓類特種設備進行了風險評價，找到了鍋爐安全運行的關鍵風險因素，并且提出了鍋爐風險管理對策，從而提高了承壓類特種設備風險管理水平[6]。陳力等人[7]通過構建隸屬度函數模型實現了起重機械的安全評估，并且提出了可以程序化產生模糊關系矩陣的隸屬度函數模型，發現該模型具有良好的預測結果。模糊綜合評價法在評價過程中，需要采用不同的評價指標來對評價目標多方面進行評價，通過評價目標設定相應的評價指標，并根據實際情況對評價指標設定相應的權重系數，然后再對評價描述進行無量綱化處理，形成數據評價信息，模糊評價方法的一般步驟為:

（1）確定評價因素集（U）。根據指標的個數，設定含有n（n=1，2，3.......）項指標的模糊評價集合U={u1，u2，u3，.......，un}。

為了明確評價指標的權重值的分配，根據評價對象的屬性再對評價指標進行詳細分解，并進行分等級層處理。

（2）確定評價指標所處的等級。假設評價等級有n（n=1，2，3.......）級，那么評價等級可表示為:V={v1，v2，v3，.......，vn}。

（3）權重值向量的確定（W）。設權重向量集為W={w1，w2，w3，.......，wn}，wn為各項權重值，其中各權重值之和等于1，即wn=1。一般情況下，權重向量已經通過單因素評價值和相應的權重賦值。如果權重向量在未知的條件下，那么可設定M={m1，m2，m3，.......，mn}作為相應的權重模糊矢量，其中mi表示第i 個因素的權重。

（4）構件模糊關系評價矩陣R。從單因素評價出發，為進一步確定被選定的評價集與因素集的隸屬關系，判斷因素集與評價集的合理關系，建立相應的模糊關系矩陣。R 表示模糊關系評價矩陣的隸屬值，R=。在該矩陣中，rmn表示每項指標的隸屬度，滿足

（5）將指標權重與模糊評價矩陣相乘，通過最大隸屬度原則及加權平均原則計算得到最終的模糊綜合評價結果Z，Z=W·R={z1，z2，z3，.......，zn}。其中，Zi表示評價對象對評價等級V的隸屬度。

（6）對評價結果進行分析，最終確定評價狀態。模糊綜合評價方法其優點是可操作性強，對于不確定的問題可以直觀、簡單、方便的解決。而缺點主要是在解決實際問題時往往考慮的評價指標較多，易受主觀分析評價人員主觀因素的影響。

1.2 層次分析法

層次分析法（AHP）是1970 年代美國數學家Satty 等人提出的一種將定量分析與定性分析相結合的多目標決策分析方法[8]。楊振林等人[9]將HAP 方法成功的引用到了特種設備綜合評價當中，并且通過實例驗證了綜合評價結構模型的準確性。福州大學李志毅[10]采用層次分析法對港口門座式起重機金屬結構進行了安全評價，計算出了門座起重的門座具體安全評價值。文獻[11]采用層次分析法對特種設備安全的影響因素進行了分析，通過設置不同等級指標，成功構建了特種設備安全管理層次結構模型。層次分析法的策略主要是把復雜問題分解為多個層次和多個因素，對兩者之間指標的重要程度進行判斷，再建立判斷矩陣，最后通過計算判斷矩陣的最大特征值以及對應特征向量，從而得出不同的權重值。層次分析法主要有以下步驟:

（1）建立階梯層次結構。

（2）構建判斷矩陣，一般按照“1～9”九標度法構造。

（3）判斷矩陣的一致性檢驗。一致性指標CR 值的大小可以直接反映有無邏輯混亂。

以特種設備檢驗質量評價為例，檢驗質量的好壞與眾多因素有關，即涉及到眾多與檢驗質量的因素可以形成指標體系。而這些因素及環節對特種設備檢驗質量的影響占有不同的權重，分析權重后可以方便區分影響特種設備檢驗質量的主要因素和次要因素。根據不同指標所占的權重，可將影響特種設備檢驗質量的指標逐漸分成三個級別，即最高層指標、一級指標和二級指標。

設:最高層級指標為M，一級指標包含4 個子集:

那么，二級指標包含16 個子集，

形成遞階層次結果模型后再對同一層次的各影響因素進行相對重要性的判定，從而得到判斷矩陣。

若判定比較復雜可通過專家咨詢、安全事故統計分析、調查問卷調查等方法來搜集判定所需的相關價值信息[12]。

假設整個檢驗工作質量的評價總分設定分值為100 分，根據實際工作中對機電類特種設備檢驗質量保證影響權重的分析，可對使用、生產、檢驗、監管對應的 A、B、C、D 四個大類16 個指標分別賦予不同的權重分值，用以評價特種設備檢驗質量。確定各指標的權重后，還要依據一致性檢驗公式進行驗證[13]。

其中，當CI=0 時，有完全一致性；當CI 接近于0 時，有滿意的一致性；當CI 越大時，一致性越差；當CR＜0.1 時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性；當CR≥0.1 時，就需要根據實際情況多次的調整判斷矩陣，直到滿足判定條件的要求。

（4）評價因素重要性排序。根據矩陣理論可知，判斷矩陣具有唯一最大特征值λmax。采用方根法計算出近似特征值向量W=(W1，W2，……，Wn)。W 即為評價因素重要性排序。

層次分析法能夠在信息數據較少的情況下通過計算判斷出各要素間的相對重要程度，這種方法比較簡便，且實用性較大。缺點主要是專家評分、指標權重對評價結果的影響較大，需要邀請工作經驗豐富的、數量較多的行業專家和技術人員進行評分。此外，當特征值、特征向量計算過程相對復雜時，難以提供滿意的決策方案。

1.3 灰色關聯分析方法

20 世紀80 年代，國內著名學者鄧聚龍教授通過不斷努力創建了灰色系統理論[14]。灰色系統理論是一門帶有不確定性現象的應用數學學科，主要研究信息部分清楚和部分不清楚。許景順[15]采用灰色關聯分析方法對叉車監管范圍和常見安全事故原因進行了分析，建立了場內機動車輛（叉車）的安全風險評估模型，該模型對加強場內機動車輛安全量化的分級監管及降低事故風險具有顯著意義。蘭州理工大學曹康運用改進的層次分析法（IAHP）和灰色關聯分析方法系統全面的建立了海洋平臺壓力容器安全評價體系，并且通過實例計算，驗證了該評價方法的實用性[16]。灰色系統理論的最重要成果就是灰色關聯分析方法，灰色關聯分析方法的精準度與關聯度密切相關，即灰色關聯度越大，表明兩系統指標變化的態勢越一致，評價對象指標越好。灰色關聯分析方法一般步驟如下:

（1）建立原始序列矩陣。

（2）確定參考數列。參考數列由各個指標的最優值組成。

則標準化后評價矩陣為:

（4）計算差序列和最值差序列為:

（7）評價分析。根據灰色計算出的關聯度的大小，對各評價對象進行排序，計算出的關聯度越大，評價結果越準確。

灰色關聯分析方法是系統發展變化態勢的定量描述和比較分析，能夠定性和定量分析，可以較好地處理服役于復雜環境中特種設備的風險因素，并且該方法具有模糊不確定性和信息不完整性的特點。其評價結果符合實際，具有良好的通用性。其不足之處在于計算過程較為復雜、工作量大，需要不斷改進。

2 結束語

目前，隨著現代科技的不斷進步，我國對特種設備的風險管理評估及相關研究取得了矚目的成績，但總體創新性仍存在不足之處，各方法也都有自己的局限性。另外，根據特種設備安全管理評估研究現狀不難發現，國內對于風險評估的定量分析還需要積極深入的研究。只有通過不斷地完善與深入研究特種設備安全評估方法，同時結合實際應用，才能更好地對特種設備安全進行有效的管理。因此，開展特種設備風險管理評價對于降低事故發生率，避免事故損失具有重要意義，積極歸納研發新的特種設備安全評價方法可以有效提高特種設備安全評價體系的實用性、科學性。