基于IAHP的變電站施工現場安全評估及靈敏度分析

葛江北，張亞鵬，熊織明，徐國慶，苗峰顯，戴成浩，蘆 珅

(1.國家電網有限公司交流建設分公司，北京 100052；2.上海送變電工程有限公司，上海 200235)

變電站工程施工具有工期長、工序復雜、立體交叉作業頻繁、施工流動性大等特點，施工安全風險大，存在較多的安全隱患[1-2]。因此，研究變電站施工現場的安全評估方法，并分析其對應的改進措施，對于減少現場施工事故、保證施工安全、促進電力建設行業健康穩定發展有重要意義。

目前，對于輸變電工程建設評估已有一定的研究，但多集中于工程項目后評價[3-4]、風險評估[5-6]和質量評價[7]，對工程安全評估尤其是現場施工安全評估研究較少。目前的評估多將輸變電工程視為一個整體，其評估結果往往只適用于變電站整體情況的分析。而實際上，變電站的建設往往由不同單位完成，各單位的安全管理、技能能力等均存在一定的差異，同時變電站的安全管理是一個持續時間較長的過程，始終處于動態變化中，人們對其評估往往有較明確的諸如“較好”、“較差”之類的直觀印象，而非精確的量化數據。目前的研究對此均缺乏足夠的關注。

基于此，本文首先分析變電站施工現場安全的影響因素，采用能夠綜合反映定性和定量特性的區間層次分析法(Interval Analytic Hierarchy Process, 簡稱IAHP)，建立基于各影響因素的多層次結構模型，并基于邊際指標值對各指標值進行靈敏度分析，最后通過案例分析，驗證所提方法的適用性，為變電站及相關類似建設工程現場安全評估和改進提供方法支持。

1 變電站施工現場安全影響因素分析

變電站是電力建設工程中的重要組成部分，往往存在施工環境較差、施工流動性大、交叉作業頻繁、作業量大等特點，現場安全因素多而復雜，同時帶有部分隱蔽性。從系統論的角度出發，需要將安全影響因素進行層層分解，形成層次分明的有機整體。

(1)施工安全組織。從組織體系角度出發，為履行安全職責，施工現場需要明確具體的安全目標和安全管理職責；成立專門的安全管理組織機構，配備安全相關管理人員；現場安全管理要有明確的法規、管理制度依據，并做好安全管理策劃；需保證充足的安全管理投入，如人員投入，費用投入等。

(2)施工安全措施。從施工安全角度出發，對于現場管理人員和作業人員，需開展安全教育培訓及相關交底；現場需按要求編制施工方案、作業票，做好“一方案、一措施、一張票”相關工作；要結合工程實際，及時開展風險管理及隱患排查相關工作；在具體作業時，做好現場作業安全相關工作，如強化現場安全文明施工布置，做好人員行為管理等。

(3)職業健康及應急管理。現場工作不僅要保證安全，同時應滿足職工職業健康相關要求；同時成立應急工作組和應急救援隊伍，做好應急相關工作。

2 基于IAHP的變電站現場安全評估

變電站施工現場安全影響因素多而復雜，且其大部分指標難以精確量化，如風險管理及隱患排查情況等。但對于現場的這些情況，往往可以根據專家的經驗對其作出大概的判斷，如好、較好、較差等。這本質上是一種模糊判斷。IAHP在層次分析法(Analytic Hierarchy Process, 簡稱AHP)的基礎上[8]，在判斷矩陣構造時，采用區間數替代點值用于表達不確定的主觀判斷，將定性與定量相結合以處理各種決策因素，綜合利用了數學方法和專家決策的優點，對于變電站建設現場的安全評估具有很好的借鑒性。

2.1 IAHP方法

AHP的核心思想是通過建立清晰的層次結構來分解復雜問題。AHP將定性和定量相結合以處理各種決策因素，具有靈活、系統、簡潔的優點，在經濟、社會等諸多領域中取得廣泛應用。

由于信息的不完備，AHP在實際兩兩比較中往往會出現不確定的主觀判斷，IAHP法在層次分析法的基礎上，在進行權重的判斷時采用區間數，有效表達了在對各影響因素判定時相對重要性的不確定及主觀判斷，具有更好的適用性。

IAHP方法的詳細步驟如下。

(1)構建問題的多層次結構模型；

(2)構造判斷矩陣；

(3)進行判斷矩陣一致性檢驗；

(4)求解權重；

(5)指標值的確定及歸一化處理；

(6)目標值計算。

2.2 變電站施工現場安全評估的多層次結構模型

變電站施工往往包含不同的施工單位，如電氣施工單位、土建施工單位等。因此，在進行變電站施工現場安全評估時以單個施工單位作為評估對象，對其現場安全進行評估。

2.2.1 多層次結構模型的構造

基于變電站施工現場安全影響因素的分析，考慮指標的系統性和層次性，對影響現場安全的指標進行分類，將其分解為三層指標。第一層為目標層即施工現場安全綜合評價值O，將其分解為準則層即施工安全組織N1、施工安全措施N2、職業健康及應急管理M3，將準則層再進行細化分解構成第三層指標層，構建的多層次結構模型如圖1所示。

2.2.2 構造判斷矩陣

在IAHP中，采用區間數進行判斷矩陣的構造，記區間數為a=[a-，a+]。對于該區間數，區間的中點，可以理解為隨機變量在判斷區間標度內的均值，即判斷的一個基數，而以區間的寬度表示判斷的模糊性和不確定性。對于區間數的上界和下界，則可依據表1取對應的標度。

以A表示構造的互反判斷矩陣，記為

A=(aij)n×n=([aij-,aij+])n×n=(A-,A+)

(1)

2.2.3 進行判斷矩陣一致性檢驗

對區間數矩陣A，計算其實數指標k，m：

(2)

若k≤1≤m，則可以認為判斷矩陣具有較好的一致性；否則，即認為該判斷矩陣的一致性相對較差，應反饋至專家重新進行判斷，直到得到滿意的一致性[9]。

表1 比例標度定義

圖1 施工現場安全評估多層析結構模型

2.2.4 求解權重

對于區間數判斷矩陣，可采用區間數特征根法(IEM)求解其權重[10]，其步驟如下。

(1)求A-，A+最大特征值對應的具有正分量的歸一化特征向量x-，x+。

(2)權重向量ω=[kx-,mx+]。

以ωMO為指標層M相對目標O的權重；以ωMN為指標層M對準則層N的權重，以ωNO為準則層N對目標層O的權重。則可得：

ωMO=ωMNωNO=[ωMN1,ωMN2,ωMN3]ωNO

(3)

對于區間數a=[a-，a+]和b=[b-，b+]，ab=[min{a-b-,a-b+,a+b-,a+b+},max{a-b-,a-b+,a+b-,a+b+}]，特別的，當a，b為非負數區間數時，ab=[a-b-,a+b+]。

此時得到的權重仍為區間數，可采用基于可能度矩陣的方法即可得到其對應的點值的權重。可能度矩陣構造方法如下[11]：

P=[pij]n×n=[p(ωi≥ωj)]n×n

(4)

(5)

計算可能度矩陣P的排序向量ω′=[ω1′，…，ωi′，…，ωn′]T，公式如下：

(6)

通過式(6)，即得到區間向量對應的點值向量。

2.2.5 指標值的確定及歸一化處理

(1)指標值的確定。對于指標層的各指標，如職業健康管理M9，很難采用精確的數字對其量化。但專家往往可以通過經驗對其作出大致的判定，如好、比較好、很差之類的。此時可采用區間數對其進行量化，以表達對各指標判定的不確定性。構建各指標的模糊區間如表2所示。

表2 模糊區間

若n個專家對某指標打分，則認為該指標最終得分：

(7)

此時得到的指標值M為區間數，則取區間數的中間值作為該指標的得分，即：

M=[(M′-)+(M′+)]/2

(8)

(2)歸一化處理。對n個施工單位進行評價，所有指標均為正比性指標，即指標值越大，其最終目標值越高，直接將其歸一化即可，指標Mi歸一化后標記為mi。

2.2.6 目標值計算

求得各指標的歸一化值后，將其與對應的權重相乘并求和即得到對應的目標值。如施工單位j的施工現場安全綜合評價值Oj為

(9)

3 基于邊際指標值的靈敏度分析

對于各施工單位，采用基于IAHP的評估方法，可得到其對應的綜合評價值，從而對其進行評估排序。排序的目的在于通過比較優劣，對于表現不夠優秀的施工單位應督促其進行整改，已達到相應要求。

在進行整改時，總有一些相對重要的或相對次要的改進措施。采用基于邊際指標值的靈敏度分析方法，分析對應的關鍵性指標，為現場安全指標的改善提供方法支持。

表3 專家評估

邊際指標值的定義如下。

文獻[12]給出了邊際指標值得詳細計算方法，本文中主要用到了正比型指標，其計算如下：

(10)

b=Cq-Cp+(mpm-mqm)*ωm

式中ωn——指標Mm的權重；mpm，mqm——Mpm和Mqm歸一化后的值。

4 案例分析

以某變電站為例，對三家施工單位進行施工現場的安全評估。記三個施工單位分別為施工單位1、施工單位2、施工單位3。

4.1 指標值計算

邀請五位專家對三家單位各指標進行評估，其評價結果如表3所示。按之前方法進行計算，可得各單位指標值如表4所示。將其進行歸一化，可得各施工單位歸一化指標如表5所示。

構造判斷矩陣，并經過一致性校驗。構造判斷矩陣如下。

施工現場安全綜合評價O的屬性判斷矩陣：

(11)

N1的屬性判斷矩陣：

(12)

表4 各單位指標值

表5 歸一化指標值 分

表6 區間數權重

表7 靈敏度分析 分

N2的屬性判斷矩陣：

(13)

N3的屬性判斷矩陣：

(14)

則，計算可得指標層M對目標層O的權重如表6所示。

基于可能度矩陣，得：

ωMO=[0.073 8,0.073 8,0.073 8,0.108 3,0.111 8,0.139 1,0.126 4,0.147 4,0.05,0.106 4]

(15)

則計算可得：

O1=0.338 4；O2=0.340 5；O3=0.332 1。

則，排序為：O2≥O1≥O3。三個施工單位中，施工單位2的現場安全評估值最高，施工單位3的現場安全評估值最低。

4.2 靈敏度分析

以施工單位2為標桿，對施工單位1和施工單位3進行指標靈敏度分析，對于某一指標，若5位專家均評為“好”，可得其值為92.5分，若5位專家均評為“差”，可得其值為32.5分。則可知，對某一指標，其合理取值范圍為[32.5,92.5]。可得其靈敏度指標如表7所示。

由此可以看出，對于施工單位1，除了指標M1、指標M4、指標M9不是其敏感指標，其余均為其敏感指標。施工單位1可通過加強組織機構及人員建設、做好安全制度執行和安全工作策劃、加強一方案一張票管理、強化現場作業安全等多種方式迅速提高其自身的現場安全評估值。

對于施工單位3，敏感指標為指標M5、指標M7、指標M10。施工單位3提高其自身的現場安全評估值最為快捷的方式為強化現場培訓和交底、加強風險管理和隱患排查工作、做好現場應急管理工作。而諸如指標M6施工方案及作業票管理，雖然其權重較大，但由于施工單位3指標M6的得分本身已較高，因此其改善空間很小，反不如改善其敏感指標效果明顯。

5 結語

本文將IAHP評估方法應用于變電站現場的安全評估中，核心在于分解現場安全關鍵指標，構建合理的區間數判斷矩陣，將模糊的定性指標定量化，從而對施工現場的安全評估有很好的適應性。通過靈敏度分析，可以得出施工單位迅速提高其評估指標值的改善措施，對施工現場安全水平的提高有一定的借鑒和指導意義。

本文所運用的方法本質是一種基于模糊區間數的多層次結構評估方法，對于輸變電工程質量、管理評估等具有類似結構和特性的問題均具有適用性，同樣可采用該方法進行建模評估。