基于AHP-熵權(quán)-云模型的水利工程施工安全評價研究

溫達鑫

(晉中市松塔水利水電有限公司,山西 晉中 030600)

0 引 言

近年來,隨著水利工程大規(guī)模的開發(fā)建設(shè),工程項目的監(jiān)管力度也在不斷增加。但實際工程施工中水利安全事故仍然頻發(fā),水利工程安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的壓力巨大。如何改善水利工程施工現(xiàn)狀,科學評價水利工程施工安全風險,實施有效的安全風險分級監(jiān)管,成為水利工程行業(yè)目前亟待解決的問題。

針對安全風險評價的相關(guān)研究逐年增多,并推廣應用于三峽工程、上海地鐵工程等重大項目中。張嵐等［1］采用模糊層次分析法,對水利水電工程高邊坡風險進行評價,并建立了科學的評價指標體系。魏明華等［2］通過Monte Carlo模擬,對農(nóng)業(yè)水利工程進行安全風險評價,并用實例進行了驗證。薛瑤［3］分析了水利工程全生命周期的風險,并提出解決措施。付成華［4］等探索建立了水利水電工程施工重大危險風險評價指標,并計算出綜合安全指數(shù)。史文濤［5］建立了基于二元決策圖的施工事件風險評估方法。孫開暢等［6］通過PLS-SEM法,構(gòu)建了水利工程施工安全評價指標體系,并結(jié)合工程實際提出對策建議。鐘登華等［7］采用ANP法,建立水電工程風險評價指標體系,并構(gòu)建了多層次風險評價模型。

上述研究為我國水利工程安全生產(chǎn)提供了借鑒。但在查閱相關(guān)文獻后發(fā)現(xiàn),目前關(guān)于建筑工程施工階段安全風險管理的研究較多,且研究趨于成熟,而水利工程安全管理方面的研究“數(shù)、質(zhì)”明顯不足。同時,水利工程安全管理研究較多關(guān)注于施工中某一階段的安全問題,對施工安全生產(chǎn)全過程的研究較少;關(guān)于水利工程施工安全評價的研究也沒有形成系統(tǒng),在影響施工安全的因素分析、建立科學評價指標體系、定量與定性相結(jié)合的方式計算指標權(quán)重等方面的研究較少。

本文基于現(xiàn)有文獻資料,結(jié)合水利工程項目實際,建立水利工程安全評價指標體系,運用AHP法和熵權(quán)法計算各級指標權(quán)重。通過組合賦權(quán)的方式求得合理權(quán)重,同時構(gòu)建水利工程施工安全評價云模型,建立標準云圖,并結(jié)合水利工程實際案例進行安全評價。

1 水利工程施工安全評價指標體系及模型構(gòu)建

1.1 水利工程施工安全評價指標體系構(gòu)建

本文參閱國內(nèi)外關(guān)于水利工程施工安全風險評價的研究,在事故致因理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合“人員-物資-管理-環(huán)境”評價方法［8］,對水利工程施工安全評價指標進行了梳理,并充分征求水利工程領(lǐng)域從業(yè)人員、行業(yè)專家的意見建議,通過多次修改和更新,最終以“人員-物資-管理-環(huán)境-技術(shù)”5個角度,構(gòu)建水利工程施工安全評價指標體系,具體包括5個一級指標和26個二級指標。見表1。

表1 公路項目施工階段成本控制風險評價指標體系

1.2 組合賦權(quán)

目前,計算多項指標權(quán)重的方法可分為兩類:第一類為主觀賦權(quán)法。該方法是由研究者根據(jù)以往經(jīng)驗或相關(guān)研究主觀認定權(quán)重的方法,主要包括德爾菲法、AHP法、G2法等。第二類為客觀賦權(quán)法。該方法是通過數(shù)學規(guī)則計算指標權(quán)重的方法,主要包括熵權(quán)法、反熵權(quán)法、標準離差法等。因兩類方法各有優(yōu)劣,為使主客觀賦權(quán)得到平衡,本文將熵權(quán)法求得的權(quán)重與AHP法求得的權(quán)重相結(jié)合,進行指標組合賦權(quán),參考公式如下:

1.3 云模型建立

李德毅［9］通過研究概率統(tǒng)計和模糊理論,提出了云模型理論,該模型可以在定性和定量研究之間進行轉(zhuǎn)換。云圖由3個參數(shù)決定分布情況,分別是期望Ex、熵En和超熵He。其中,期望Ex表示云圖的最高點,熵En表示云圖的離散程度,超熵He表示云圖的厚度。云模型通過數(shù)字特征(Ex、En和He)構(gòu)建,并進行評價。

在閱讀相關(guān)文獻后,本文對選取的安全評價指標安全等級從低到高分為5個等級。其中,一級為特別安全,分值區(qū)間為［0,2),標準云數(shù)字特征為(1,0.33,0.1);二級為比較安全,分值區(qū)間為［2,4),標準云數(shù)字特征為(3,0.33,0.1);三級為安全,分值區(qū)間為［4,6),標準云數(shù)字特征為(5,0.33,0.1);四級為比較不安全,分值區(qū)間為［6,8),標準云數(shù)字特征為(7,0.33,0.1);五級為特別不安全,分值區(qū)間為［8,10］,標準云數(shù)字特征為(9,0.33,0.1)。

本文邀請水利工程行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜?對水利工程施工安全評價的各項指標進行打分,再將其轉(zhuǎn)換為云模型的3個數(shù)字特征值。分別計算各一級指標的評價云、綜合評價云和各評價等級評價云的相似度［10］,設(shè)兩朵評價云為V1(Ex1,En1,He1)和V2(Ex2,En2,He2),兩者之間的相似度為V(V1,V2),計算公式如下:

其中,μ的計算公式如下:

β的計算公式如下:

隸屬度公式如下:

2 案例分析

2.1 案例背景

J市S水電站工程主要作用為工業(yè)用水、城市用水和發(fā)電工程,同時承擔防洪減災和抗擊旱情的作用。工程建成后,可為J市提供城市級工業(yè)用水2 200×104m3,年發(fā)電量349×104kW·h。S水電站的樞紐工程建筑物包括抗洪大壩、泄洪洞和水利發(fā)電站等。工程等別為Ⅲ等,主要水電工程建筑物等級為現(xiàn)行［1-2］規(guī)定中的3級、次要水電工程建筑物為規(guī)定中的4級、臨時水電工程建筑物為規(guī)定中的5級。S水電站的樞紐工程設(shè)計洪水標準為100年一遇,校核洪水標準為1 000年一遇;供水工程設(shè)計洪水標準為20年一遇,校核洪水標準為50年一遇。地震設(shè)防烈度為Ⅶ度。

2.2 分析過程

量化分析安全評價指標,包括5個一級指標和26個二級指標。邀請本行業(yè)專家及相關(guān)從業(yè)人員,對本水利工程項目施工安全評價體系中的各項因素進行安全等級打分,計算得出一級指標權(quán)重及數(shù)字特征值,見表2。

表2 一級指標權(quán)重及數(shù)值特征值

將工程中人員因素、物資因素、管理因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素、綜合安全的Ex、En、He帶入Matlab軟件,輸出結(jié)果見圖1-圖6。各評價指標對各評價等級的隸屬度見表3。

圖1 人員因素安全云圖

圖2 物資因素安全云圖

圖3 管理因素安全云圖

圖4 環(huán)境因素安全云圖

圖5 技術(shù)因素安全云圖

圖6 項目綜合安全云圖

表3 各評價對象對各評價等級隸屬度

2.3 安全評價結(jié)果分析

將該水利工程施工安全評價指標數(shù)據(jù)代入Matlab軟件中,得出該施工項目各指標的安全評價等級云模型。其中,計算次數(shù)為10 000次,得到各一級指標和綜合安全因素的安全評價隸屬度(表3)。可以看出,S水電站工程項目的綜合安全評價等級為第三級“安全”。其中,人員因素的安全評價等級為第三級“安全”;物資因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素安全評價等級為第二級“比較安全”;管理因素安全評價等級為第五級“特別不安全”。

因此,該水電站工程項目安全管理工作應重點加強安全教育和培訓、安全監(jiān)督管理制度建立、定期開展安全施工檢查、設(shè)置安全管理機構(gòu)、健全安全事故應急處理機制等方面。導致管理因素安全評價等級較低的原因可能在于該項目長期處于高強度工作狀態(tài)中,施工人員較少參與安全知識和安全技能的培訓和學習。同時,由于該項目屬于市級重點水利工程項目,項目施工難度大、復雜性強,管理班子制度機制管理能力有待進一步提高。從表3可以看出,該水電站工程項目中人員因素安全評價等級屬于第三級“安全”,建議進一步明確施工人員職能分工,加強人員安全意識的培養(yǎng)。

3 結(jié) 語

為了綜合全面地評價水利工程項目施工安全狀態(tài),本文提出了水利工程施工安全評價的主要影響因素,基于“人員-物資-管理-環(huán)境-技術(shù)”的視角,運用AHP-熵權(quán)-云模型,建立了安全評價指標體系,實現(xiàn)了水利工程項目施工安全監(jiān)測檢測等多元信息的有機融合。

通過主客觀賦權(quán)法,改進了安全評價指標權(quán)重的確定方式,不僅規(guī)避了單一權(quán)重計算方法的弊端,克服了以往計算過程中的模糊性和隨機性問題,而且評價結(jié)果與實際項目狀況保持了高度一致。

在J市S水電站工程項目的應用表明,評價結(jié)果可以較為準確地反映該項目的實際情況。因此,本研究所采用的安全評價方法具有科學性、適用性和可操作性,在實際水利工程項目中可借鑒使用。