基于ISM 和AHP 的起重機械事故風險因素分析

首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)管理工程學(xué)院 王 濤 呂淑然 王婉青

引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市建設(shè)工程規(guī)模日漸龐大。起重機械設(shè)備吊運施工方法為建筑行業(yè)生產(chǎn)作出了巨大貢獻，在促進建筑業(yè)發(fā)展方面起到關(guān)鍵性作用。但是，這類設(shè)備在進行安裝、吊運、維檢作業(yè)中極易引發(fā)觸電、擠壓碰撞、高處墜落、機體傾翻、物體打擊等事故。起重機械事故具有大型化、群體化、嚴重性等特點，一旦事故發(fā)生，將造成大面積人員重傷和死亡等后果。據(jù)不完全統(tǒng)計，2017 年建筑行業(yè)起重機械事故傷害占比達到10.40%，且近兩年起重傷害事故起數(shù)大幅上升[1]，起重機械事故發(fā)生率較高，事故后果較嚴重。因此，在提升安全生產(chǎn)效益的同時，如何有效遏制此類事故發(fā)生，確保起重機械作業(yè)各個環(huán)節(jié)的安全已成為研究重點。

一些學(xué)者在此研究領(lǐng)域已取得了一些成果。例如：陳新亮[1]采用拉夫堡ConAC 模型，對建筑業(yè)起重設(shè)備事故原因進行調(diào)查和分析；陳文雄[2]利用模糊評價方法建立起重機械安全評價體系，評估起重設(shè)備的安全狀態(tài)以提高安全性能；龔楠[3]通過LM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對起重機械的本質(zhì)安全評價建立模型，并通過數(shù)學(xué)算法和理論獲得各危險因素利用德爾菲法，就人員因素、物料因素、環(huán)境因素、管理因素4 個層面選取了13 個導(dǎo)致起重機械事故發(fā)生的風險因素，如表1 所示。對起重機械安全影響的大小。

表1 起重機械事故風險因素

綜上所述，當前研究大部分集中于事故原因調(diào)查和安全評價模型的構(gòu)建。這些學(xué)者將風險影響因素看作獨立的個體進行分析，缺乏對風險因素內(nèi)在聯(lián)系的研究。從大量起重機械事故案例可以看出，事故的發(fā)生往往是由多種因素相互耦合、疊加及影響所造成的。為了更加深入的分析事故致因機理，從根本上降低事故發(fā)生概率，本文將運用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）和層次分析法（AHP）相結(jié)合的方法，剖析風險因素間的層次關(guān)系并計算出各因素權(quán)重，為施工單位制定有效的預(yù)防手段和措施以減少事故的發(fā)生提供參考。

基于ISM的風險因素分析

1.風險因素確定

通過查閱相關(guān)事故案例報告和文獻[4-7]，

2.建立ISM 模型

解釋結(jié)構(gòu)模型法（Interpretation Structure Model Method，ISM）是系統(tǒng)科學(xué)的一種研究方法，由美國的J.華費爾特教授于1973 年首次提出[8]。該方法的基本思想是首先把要分析的系統(tǒng)拆分成多個子系統(tǒng)，然后分析各因素之間的直接二元關(guān)系，映射到有向圖上，運用布爾邏輯運算，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以層次化的有相拓撲圖形式呈現(xiàn)出來，最后就得到一個多層遞階解釋結(jié)構(gòu)模型。ISM 方法應(yīng)用十分廣泛，包括從國際性能源方面到地區(qū)性經(jīng)濟開發(fā)、企業(yè)事業(yè)單位等領(lǐng)域。它在揭示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、資源設(shè)計與開發(fā)研究等方面具有重要作用[9]。

2.1 建立鄰接矩陣

根據(jù)對影響起重機械事故的風險因素分析，確定各因素之間的邏輯關(guān)系，并得到各風險因素的關(guān)聯(lián)矩陣A即為鄰接矩陣。在起重機械事故的鄰接矩陣中，用數(shù)字“0”和“1”來表示因素之間有無直接影響。本文基于ISM 模型相關(guān)文獻、專家咨詢及事故案例分析三種方式相結(jié)合建立事故的鄰接矩陣，該矩陣是一個13×13 的矩陣，13 個風險因素兩兩比較后得到機械安全的因素間有無直接影響關(guān)系。鄰接矩陣如下。

其中Si為行，Sj為列。

2.2 建立可達矩陣

可達矩陣是指用矩陣形式來描述有向連接圖中各節(jié)點之間，經(jīng)過一定長度的通路后可達到的程度。與鄰接矩陣不同的是，可達矩陣既能反映出各因素之間的直接關(guān)系，又能體現(xiàn)出它們存在的間接影響。通過鄰接矩陣A，計算鄰接矩陣與單位矩陣的和A+I，運用布爾代數(shù)對A+I進行冪運算，直到使得M=（A+I）n+1=（A+I）n≠（A+I）n-1≠…≠（A+I）2≠（A+I）（n為正整數(shù)），M即為可達矩陣。本文利用MATLAB 軟件工具計算求得n=3 時，該模型滿足以上條件?？蛇_矩陣結(jié)果如下。

2.3 風險因素層級劃分

基于可達矩陣對風險因素進行層級劃分，便于更直觀地了解起重機械事故風險因素間的層級關(guān)系。首先要確定各風險因素的可達集R(Si)與前因集N(Si)?？蛇_集指Si可到達的所有系統(tǒng)因素的集合，前因集則指可到達Si的各因素組成的集合。然后根據(jù)求得的可達集和前因集，分別計算它們的交集Ci。若R(Si)=C(Si)，Si為第一層級因素。在可達矩陣中將Si所在的行與列刪除，得到一個新的可達矩陣，重復(fù)以上步驟，直到將所有因素全部劃分到所屬層級。最終求得引起該起重機械事故的風險因素可分為6 個層級，分別為：L1={S2，S5，S10}；L2={S4，S6}；L3={S1，S9}；L4={S3，S11}；L5={S8，S12，S13}；L6={S7}。

根據(jù)層級劃分結(jié)果，經(jīng)分析計算和化簡處理后得到起重機械事故的ISM 模型，如圖1 所示。

圖1 起重機械事故風險因素的ISM模型

在該模型中，風險因素被分為三層，分別為直接因素、間接因素和深層因素，其中第一層直接因素包括安全保護裝置、作業(yè)行為和應(yīng)急預(yù)案。代表這三個因素在不同程度上對起重機械事故形成直接影響關(guān)系；第二層包含了6 個間接因素，分別為起重設(shè)備情況、個人防護用具、安全意識、安全教育培訓(xùn)、身心素質(zhì)、作業(yè)周邊環(huán)境，這些間接因素通過影響直接因素進而對起重機械事故造成影響；第三層為深層因素，也可稱為根本因素，在此模型中包括現(xiàn)場安全標志、法律法規(guī)、氣候條件以及安全管理。其中，氣候條件屬于不可控因素?，F(xiàn)場安全標志、法律法規(guī)和安全管理是規(guī)范起重機械作業(yè)行為的重要手段，企業(yè)應(yīng)重視全方位設(shè)立作業(yè)現(xiàn)場安全標志，嚴格遵守法律法規(guī)，確保安全管理工作的高效進行。

基于AHP方法的風險因素權(quán)重計算

ISM 模型僅對影響該事故風險因素的內(nèi)在聯(lián)系作了定性分析，沒有實際量化的數(shù)據(jù)比較。為了彌補該不足，實現(xiàn)風險因素的定量化分析，本文將結(jié)合層次分析法計算各因素的權(quán)重值，從而得出各風險因素對起重機械事故發(fā)生的影響程度排序，為建筑施工企業(yè)提供一定的參考。層次分析法（AHP）指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進行定性和定量分析的決策方法。AHP 定量分析可以根據(jù)下層因素對上層因素的相對重要性，通過因素間簡單的比較和計算來評價所有因素的權(quán)重并給出一個總排序。

利用畫圖工具建立起重機械事故的層次分析結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 起重機械安全等級評價體系

綜合圖2 指標評價體系和ISM 模型結(jié)果，層次分析法的計算步驟由于其普適性本文將不再贅述。首先本文采用1-9 尺度法對各指標進行兩兩比較，通過邀請精通設(shè)備安全的專家打分的方法構(gòu)建判斷矩陣。構(gòu)建的管理因素判斷矩陣如表2 所示。

表2 管理因素判斷矩陣

對該判斷矩陣進行一致性檢驗，要求一致性比例小于0.1 則稱判斷矩陣的一致性符合要求。經(jīng)計算，管理因素一致性比例為0.0265<0.1。對起重機械安全體系的權(quán)重為0.4668。按照同樣的方法可構(gòu)建人員因素、物料因素、環(huán)境因素的判斷矩陣，得出起重機械安全每一個風險因素所占權(quán)重，如表3 所示。

表3 風險因素的綜合指標權(quán)重

根據(jù)ISM 模型和表3 中風險因素的綜合指標權(quán)重占比可以得出：

（1）在影響起重機械事故的風險因素中，安全管理、作業(yè)行為、安全教育培訓(xùn)所占權(quán)重較大。因此，企業(yè)和相關(guān)部門應(yīng)著重加強起重機械安全管理，規(guī)范機械操作員工的學(xué)習和培訓(xùn)工作；其次，在影響該起重機械事故的直接因素中，作業(yè)行為所占比重較大（0.1735），應(yīng)急預(yù)案所占比重較?。?.0780），所以企業(yè)在加強安全管理的同時，要把工作重心應(yīng)多放在規(guī)范人員作業(yè)行為上，針對性地采取預(yù)防措施，以便在最短時間內(nèi)最大效率解決起重機械系統(tǒng)的安全問題。

（2）深層因素包括安全管理、法律法規(guī)、現(xiàn)場安全標志和氣候條件。所以企業(yè)要在全體員工中樹立安全管理理念，積極創(chuàng)新探索利于加強起重機械安全管理的可行策略；嚴格遵守法律法規(guī)，杜絕一切違章操作；切實重視現(xiàn)場安全標志、警告牌的設(shè)置；做好暴雨、暴雪等惡劣天氣的預(yù)防工作。

（3）企業(yè)及相關(guān)部門應(yīng)對安全管理、作業(yè)行為、安全教育培訓(xùn)這三個因素加以重視。起重機械作業(yè)不僅要加強對現(xiàn)場操作環(huán)節(jié)及人員專業(yè)素質(zhì)的管理，同時，還要對起重機械設(shè)備的安拆、運行、維檢保養(yǎng)全過程實時監(jiān)管，全方位安全管理。此外，綜合考慮施工現(xiàn)場實際情況及企業(yè)需求，加大安全投入，明確各部門職能及主體責任，適時修正起重機械安全相關(guān)規(guī)范，最大程度保證施工過程的安全。此方法有助于更好的識別風險因素間的層次關(guān)系，為分析過程提供了理論依據(jù)，對預(yù)防起重機械事故起到了關(guān)鍵作用。

結(jié)論

（1）起重機械安全管理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其風險因素涉及人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、管理缺陷、惡劣天氣環(huán)境等情況，本文利用ISM 模型將影響起重機械安全的風險因素劃分為直接因素、間接因素和深層因素，實現(xiàn)了風險因素的定性分析。

（2）為了定量化的計算出各風險因素對事故發(fā)生的影響程度，本文運用AHP 層次分析法計算了起重機械事故所有風險因素的權(quán)重。結(jié)果顯示，安全管理的權(quán)重占到0.2115，影響程度最大，其次為作業(yè)行為，權(quán)重為0.1735，安全教育培訓(xùn)也在0.1 以上，達到0.1221。

（3）通過解釋結(jié)構(gòu)模型模型（ISM）與AHP 層次分析法的有機結(jié)合，既明確了各因素間邏輯關(guān)系及相對重要性，同時還給出了各因素的綜合權(quán)重。這種定性和定量相結(jié)合的分析方法增加了分析結(jié)果的可靠性，對建立起重機械安全長效機制具有重要意義。