基于AHP的龍門吊船裝卸貨物作業安全風險分析

范曉飚，衛澤亮，程志友，趙俊達，周昔東

(重慶交通大學 航運與船舶工程學院，重慶 400074)

0 引 言

龍門吊船舶不僅是海上工程建設的重要船舶，也是海上貨物裝卸的必備工具。目前學界主要是針對普通船舶的安全風險進行了研究，但對龍門吊船舶裝卸貨物作業時的安全風險研究較少。為更好地分析船舶裝卸貨物作業時的安全風險，有必要對龍門吊船舶裝卸貨物作業安全風險進行分析與研究[1-2]。

龍門吊船舶裝卸貨物作業安全風險指標取決于影響船舶安全的各指標權重。權重是各指標在系統中對評價目標所起作用的大小程度[3-5]。層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)是以定量分析和定性分析為基礎，利用判斷矩陣確定影響龍門吊船舶在裝卸貨物下的各項安全風險指標權重，為龍門吊船舶在裝卸貨物作業中的危險預警提供數據基礎[6]。

1 龍門吊船舶裝卸作業特點

1.1 危險性高

龍門吊船舶裝卸貨物作業過程中可能存在許多偶然的危險因素。其作業環境繁雜，裝卸貨物設備作業范圍和空間局促，具有一定危險性，但在船舶裝卸貨物行業里又是必不可少的流程。

1.2 技術性強

龍門吊船舶裝卸貨物作業過程復雜，技術要求高且細致，涉及面較廣。在保證作業安全情況下，需制定科學的施工方案，不但要求作業人員對裝卸設備、貨物等知識有全面了解，且要求作業人員有較高的操作技能和豐富的經驗。

1.3 協同性高

龍門吊船舶裝卸貨物作業是一項協同性非常高的工作。需指揮員、操作員、安全員等多個部門全面協調、緊密配合、分工明確、統一工作，以確保龍門吊裝卸貨物作業時的安全可靠。

影響龍門吊船裝卸貨物作業安全因素主要概括為人、船舶、環境、裝卸設備等4個方面，每個方面又包含多個影響程度不同的因素[7]。基于影響龍門吊船裝卸貨物作業安全風險的因素特征，筆者以龍門吊船裝卸貨物作業安全風險指標的有效性和科學性為重點，在調查基礎上篩選影響因素指標，最終建立影響龍門吊船裝卸貨物作業安全風險的問題指標，如表1。

表1 龍門吊船裝卸貨物作業安全風險指標Table 1 Safety risk indicators for cargo loading and unloading operations of gantry crane ships

2 基于AHP的安全影響因素分析

2.1 層次分析法

層次分析法是將與決策有關的因素劃分為目標層、準則層、方案層等，并逐層比較多重關聯因素，并針對這些因素進行定性和定量分析的方法[8-10]。該方法適用于影響因素繁雜、決策準則較多且不斷變化的問題[11]。由于船舶安全風險影響因素較復雜，各影響因素之間關聯性錯綜，因此筆者采用層次分析法來確定影響龍門吊船裝卸貨物作業安全風險的各因素權重。

2.2 構建判斷矩陣

根據調研情況對重要等級進行分類，筆者采用常用的1～9標度法[12-15]，見表2；所建立的判斷矩陣，見表3。層次分析法主要基本信息是判斷矩陣，其是進行各要素優先級權重計算的重要依據[16]。

表2 常用的1～9標度Table 2 Commonly used 1～9 scale

表3 龍門吊船裝卸貨物作業安全風險影響因素判斷矩陣A-BTable 3 Judgement matrix A-B of safety risk influencing factors ofcargo handling operation of gantry crane

2.3 層次排序及一致性檢驗

計算判斷矩陣特征根和特征向量[17-18]，為層次排序做好鋪墊。判斷矩陣B如式(1)：

BW=λmaxW

(1)

式中：B為判斷矩陣；λmax為B的最大特征根；W為對應λmax的正規化特征向量，W的分量Wi即相應因素單排序權值。

計算最大特征根λmax及對應特征向量時采用方根法進行，其計算步驟為：

1)計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi，如式(2)：

(2)

式中：i,j=1,2,…,n;bij為判斷矩陣第i行，第j列所對應值；n為階數。

根據式(2)計算判斷矩陣A-B的每一行元素乘積Mi：M1=1/45，M2=1/3，M3=5，M4=27。

2)計算Mi的n次方根，如式(3)：

(3)

(4)

得到的W=(W1,W2, …,Wn)T為判斷舉證所求特征向量，即各個元素相對影響程度重要性的排序權重。根據式(4)計算所求龍門吊船裝卸貨物作業安全風險影響因素判斷矩陣的特征向量：W=[0.078 4, 0.154 4, 0.296 5, 0.463 2]T。

4)計算判斷矩陣最大特征根λmax，如式(5)：

(5)

式中：i=1, 2, …,n；(AW)i表示向量AW的第i個分量。

根據式中(5)計算得：λmax=4.0345。

5)檢驗一致性：矩陣一致性指標CI定義如式(6)、式(7)：

(6)

(7)

式(7)中：RI為平均隨機一致性指標(表4)。由式(6)、式(7)，計算得CR≤0.10。

表4 1～9階矩陣的平均隨機一致性指標Table 4 Average random consistency index of 1～9 order matrix

當CR=CI/RI≤0.10時，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需對判斷矩陣進行調整，直至滿足一致性檢驗。

2.3.1 自然環境因素各子因素指標權重

求得自然環境因素判斷矩陣特征向量：W=[0.430 9, 0.194 6, 0.215 4, 0.158 9]T。其最大特征根λmax=4.005 15，CR=0.001 89，符合一致性檢驗，如表5。

表5 自然環境因素判斷矩陣B1-C1Table 5 Judgment matrix B1-C1 of natural environment factors

2.3.2 船舶與錨泊因素各子因素指標權重

求得船舶與錨泊因素判斷矩陣特征向量：W=[0.057 0, 0.081 3, 0.108 4, 0.321 8, 0.148 4, 0.148 4, 0.134 4]T。判斷矩陣最大特征根λmax=7.080 8，CR=0.010 2≤0.100 0，符合一致性檢驗，如表6。

表6 船舶與錨泊因素判斷矩陣B2-C2Table 6 Judgment matrix B2-C2 of ship and anchor factors

2.3.3 船員操作技能因素各子因素指標權重

求得船員操作技能因素判斷矩陣特征向量：W=[0.428 5, 0.428 5, 0.142 8]T。判斷矩陣最大特征根λmax=2.993 2，CR=0.005 862≤0.100 000，符合一致性檢驗，如表7。

表7 管理操作技能因素判斷矩陣B3-C3Table 7 Judgment matrix B3-C3 of management operation skill factors

2.3.4 裝卸作業因素各子因素指標權重

求得裝卸作業因素判斷矩陣特征向量：W=[0.258 2, 0.104 7, 0.636 9]T。判斷矩陣最大特征根λmax=3.032 6，CR=0.028 1≤0.100 0，符合一致性檢驗，如表8。

表8 裝卸作業因素判斷矩陣B4-C4Table 8 Judgment matrix B4-C4 of loading and unloading factors

2.4 層次總排序

根據指標層間的隸屬關系及相對權重，利用加權平均法計算各指標的組合權重，從而得出指標層對目標層的權重總排序，如表9。

表9 安全影響因素評價指標體系各因子權重分配Table 9 Weight distribution of the evaluation index system of the factors affecting the safety

3 結果分析與建議

3.1 裝卸作業因素方面

裝卸作業人員操作技能所占權重0.636 9，對龍門吊船裝卸貨物作業安全影響較大，裝卸設備安全性次之，裝卸作業適工性較小。由此可見，裝卸作業人員操作技能是裝卸貨物作業安全的重要指標。在裝卸作業過程中需重視裝卸作業人員操作技能培訓；隨著裝卸設備的智能化和自動化發展，應及時對船舶裝卸設備不斷完善升級并提升維護保養管理水平。

3.2 船員操作技能因素方面

船員業務水平與管理決策能力所占權重均為0.428 5，安全管理影響較小。因此要提高船員業務水平、應變能力、工作經驗及決策能力，在突發情況下能最大限度的減少風險；決策能力越高越合理，對突發情況處理就越完善越全面，能有效降低安全風險所帶來影響，從而減少生命財產安全損害。

3.3 船舶與錨泊因素方面

船舶尺度所占權重為0.321 8，說明對龍門吊船在裝卸貨物作業安全風影響較突出。船舶尺度很大程度決定了船舶穩定性能力，對龍門吊船舶在裝卸貨物下安全風險形成起到重要作用。在提高安全性和降低成本情況下，可改變船舶與錨泊條件；在龍門吊船舶在裝卸貨物前，要選擇好船舶間距和船舶密度區域，以防作業時給其他船舶造成干擾和危險，以最大限度降低安全風險。

3.4 自然環境因素方面

風浪所占權重為0.430 9，說明對龍門吊船裝卸貨物作業安全影響較顯著。自然環境因素對龍門吊船在裝卸貨物下的安全風險影響比較復雜且不可控。建議在進行裝卸貨物前應及時關注水文、氣象狀況，并進行預警預案。在惡劣天氣和極端海況條件下，應當注意錨位觀察和監視，船上人員加強巡視，防止發生龍門吊船走錨事故。

4 結 語

龍門吊船舶裝卸貨物作業的安全狀態不僅事關海上貨物裝卸的進程，還威脅著生命、環境、財產的安全。龍門吊船舶裝卸貨物作業的安全受人、船、環境等因素影響，決定了龍門吊船舶裝卸貨物作業安全風險因素的識別和評價的復雜性和特殊性。筆者根據龍門吊船舶裝卸貨物作業的實際情況構建了龍門吊船舶裝卸貨物作業安全風險評估兩級指標體系(包括4個一級指標，17個二級指標)。該評估體系運用層次分析法(AHP)計算各級指標權重，充分考慮了各因素相對重要性，并借助專家豐富的實踐經驗和專業理論知識對二級指標進行評分，使評價結果更加準確、符合實際。