基于層次分析法的風電高空作業安全評價研究

蒙東協合開魯風力發電有限公司 劉智超 張 鵬 李世炎 李 巖 北京立誠拓業科技有限公司 斯欽巴特爾

風電是風力發電，即將風的動能轉化成電能。風能是自然界中取之不盡、無污染的可再生資源。人們利用風能的時間較早，近年來隨著環保意識的提高，風能的利用更加廣泛。近年來我國也開始從煤炭發電朝著風能發電轉變，風能發電量逐年增加。截止2020年底我國風電發電量為4665億千瓦時，風電累積裝機容量達28153萬千瓦，陸上、海上風電全面發展。未來風電行業依然有廣闊的發展空間。風電行業發展的同時，風電作業中的各類安全問題也不容忽視，特別是高空作業中的安全問題。

風電高空作業和其他行業有所不同，作業環境復雜、惡劣、高危性強，近年來發生的很多風電安全問題都和高空作業有關，物體打擊、機械撞擊、高處墜落、觸電等都會誘發安全事故。面對嚴峻的安全問題，對風電高空作業安全進行評價十分有必要[1-3]。安全評價是一種系統的尋求安全對策的方法，是安全系統工程的重要構成。通過安全評價，掌握可能導致安全事故的危險點，根據危險點采取相應的措施，以提高高空作業安全性[4]。

隨著風力發電的推廣，相應的高空作業安全成為重點的關注對象，高空作業安全也成為風電企業急需改善的問題。文章中基于層次分析法對風電高空作業安全評價進行了研究，構建出風電高空作業安全評價體系，采用層次分析法進行風電高空作業的安全評估，為風電企業高空作業的管理提供技術指導。

1 層次分析法

層次分析法是一種決策法，起源于美國，風電高空作業影響指標比較多、關系復雜，非常適合層次分析法應用。層次分析法使用步驟包括：評價指標判斷矩陣構建、構建的判斷矩陣一致性檢驗、評價指標分析，下面就層次分析法關鍵技術進行分析。

評價指標判斷矩陣構建[5]：在進行風電高空作業評價前，需要查閱文獻、問卷調查等工作，構建風電高空作業風險指標體系，接著編制問卷、聘請專家打分。層次分析法常見的評分方法有1～9標度法、三角法，1～9標度法具有操作簡單、易用特點，被廣泛應用到層次分析評分中，因此本文選擇使用1～9標度法進行專家評價，其指標數值/指標說明如下：1/i,j 兩個指標重要程度一致，3/i,j 兩個指標重要程度前者稍微重要，5/i,j 兩個指標重要程度前者明顯重要，7/i,j 兩個指標重要程度前者更重要，9/i,j 兩個指標重要程度前者極為重要，其中指標數值2、4、6、8的指標說明均為：i,j 兩個指標重要程度介于相鄰奇數之間重要程度。

判斷矩陣檢驗：完成判斷矩陣數據統計后，需要對構建的判斷矩陣進行檢驗，主要是進行判斷矩陣合理性檢驗。判斷矩陣中存在aij=1/aji關系。判斷矩陣中采用公式：CR=CI/RI 進行一致性檢驗，當CR ＜0.1表示判斷矩陣通過一致性檢驗，當CR ≥0.1表示判斷矩陣未通過一致性檢驗[4-5]。式中λ 為判斷矩陣最大特征根；n 為判斷矩陣階數；RI 為常數，矩陣階數1～10的RI 分別為0.00、0.00、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49。

層次分析權重排序：其是指一級指標權重與二級指標權重乘積結果，按照從大到小排序，找出關鍵指標。

2 基于層次分析法的風電高空作業安全評價

2.1 風電高空作業評價指標體系

風力發電是一種新能源，隨著環保不斷加強，風力發電的重要性日益突顯。然而風力發電建設規模大、維護周期長，維修人員從事高空作業安全問題成為風力發電不可避免問題。風力發電安裝復雜，如何建立合理的安全評價方法是當前風力發電急需解決問題。本文通過問卷調查方法得到風力發電高空作業指標體系，一級指標有人員方面、環境方面、設備方面、防護用品方面，風力發電高空作業安全評價指標如下：

目標層：風力發電高空作業安全評價A；一級指標：人員方面B1（二級指標：人員精神狀態評估C11、人員培訓C12、人員操作經驗C13、人員專業知識C14），環境方面B2（二級指標：天氣C21、陽光C22、風力C23、雷電C24），設備方面B3（二級指標：設備狀態C31、設備設計C32、設備操作C33），防護用品B4（二級指標：防護用品C41、防護用品更新C42、防護用品維修C43）。

2.2 高空作業指標權重計算

聘請專家10名，采用問卷調查方式進行高空作業指標打分，表1為高空作業一級指標判斷矩陣。計算得到最大特征根λ=4.28122，根據一致性檢驗方法得到CI=0.087,CR=0.097＜0.1,檢驗結果說明一級指標設計是合理。得到一級指標權重為：wa={0.156,0.211,0.217,0.415}。 由表2計算得到最大特征根λ=4.175，根據一致性檢驗方法得到CR=0.087＜0.1，檢驗結果說明人員方面指標設計合理。得到人員方面權重為：w1={0.176,0.339,0.182,0.303}。

表1 高空作業一級指標判斷矩陣

表2 人員方面判斷矩陣

由表3計算得到最大特征根λ=4.315，根據一致性檢驗方法得到CI=0.094＜0.1,檢驗結果說明環境方面指標設計合理。得到環境方面權重為：w2={0.155,0.164,0.390,0.291}；由表4計算得到最大特征根λ=3.057，根據一致性檢驗方法得到CI=0.0320＜0.1,檢驗結果說明設備方面指標設計合理。得到設備方面權重為：w3={0.286,0.429,0.286}。

表3 環境方面判斷矩陣

表4 設備方面判斷矩陣

由表5計算得到最大特征根λ=3.060，根據一致性檢驗方法得到CI=0.033＜0.1,檢驗結果說明防護用品方面指標設計合理。得到防護用品方面權重為：w4={0.394,0.360,0.246}。根據一級指標、二級指標權重得到表6所示復合權重表。

表5 防護用品判斷矩陣

表6 高空作業復合權重表

從表6中可知一級指標中防護用品權重最高位0.415，其次為設備方面為0.217，最后是人員方面為0.156，一級指標中反映了防護用品在風電高空作業中占有重要地位，這與實際是相吻合，風電高空作業防護設備有安全帶、安全帽、防護手套、限位繩、墜落制動系統、逃生系統等組成。

復合權重中可知防護用品權重最高為0.164，其次為防護用品更新為0.149，最低為人員精神狀態評估為0.027，復合權重中說明了防護用品對人員安全影響最大，而人員精神狀態評估影響不大。在人員方面人員培訓影響最高為0.053，環境方面風力影響最大為0.082，設備方面設備狀態影響最大為0.093，防護用品方面防護用戶影響最大為0.164。

2.3 風電高空作業安全評價研究

為評價風電高空作業安全評價，采用模糊綜合評價模型進行評價。模糊綜合評價算法步驟為：建立評價指標。根據層次分析法得到風電高空作業一級指標有4個，評價集為B={B1,B2,B3,B4}，對應的二級指標個數分別為4、4、3、3；評語集構建。為評價高空作業安全性，建立評語集為：K={K1,K2,K3,K4,K5}={高風險，較高風險，中風險，較低風險，低風險},對應數值為{0.80-1.00,0.60-0.80,0.40-0.60,0.20-0.40,0.00-0.20}；評價隸屬度計算。采用專家打分方式打分，專家打分按照1～100打分，然后轉化為百分比；一級指標評價。一級指標與二級指標隸屬度乘積結果；綜合評價。按照評價矩陣計算得到結果最大值作為評價結果。

評價20名專家對風電作業高空安全進行打分，得到二級指標隸屬度見表7。

表7 風電高空作業安全評價隸屬度

以人才方面風險指標為計算，得到人才風險模糊評價結果為：K1={0.67449,0.70398,0.73966,0.6876 9,0.63079}。同理得到其它一級指標模糊評價結果為：K2={0.64365,0.66725,0.5788,0.60992,0.6208}、K3={0.72358,0.67639,0.63635,0.66781,0.71929}、K4={0.47172,0.4888,0.50498,0.60852,0.55922}，從而得到風電高空作業安全評價結果為0.62,說明當前高空作業還屬于較高風險。

2.4 對策分析

通過層次分析法得到防護用品更新是影響人員安全重要指標，因此電力安裝公司應該根據現行有效標準為員工購置新的防護產品。近年來由于高科技產品的更新速度加快，公司可為人員購置先進的裝備，如安全帽可購置最新的輕便、高強度的安全帽；可使用先進的無人機進行部分設備運輸等，使用高科技產品能夠有效降低人員參與風力發電維修，進而降低事故風險。

從人員方面可知，人員操作影響是影響風力安全的一個重要指標，企業應該鼓勵員工之間分享風力發電維修中成功經驗，讓員工之間相互學習，還可以建立相應的人員操作數據庫，利用先進的AI 算法進行挖掘，幫助員工學習；從環境方面可知風力大小對人員安全有影響，因此企業在維修風力電站時應該查看當地天氣信息，根據風力大小決策是否操作。設備狀態是影響安全重要指標，設備應該定期進行設備維護，保障設備能夠正常運行，確保員工能夠安全作業。

綜上，采用層次分析法對風力發電高空作業安全評估進行研究。通過分析得到當前風力發電中設備更新影響最大，其次為設備狀態，最后為人員方面。建議風力發電維修公司為員工采購最新的裝備，確保人員安全。利用AI 算法進行高空作業分享。