基于FCE-SEW模型的某工程項目風險評估研究

梁曉斌 趙光強 譚朝成 陳丹 賀雅麗 毛穎 馬衛鋒

1中國石油集團工程材料研究院有限公司

2中石油煤層氣有限責任公司

3長慶油田分公司第十采油廠

4華陸工程科技有限責任公司

5中國石油天然氣股份有限公司浙江油田西南采氣廠

建筑施工行業具有勞動密集度大、作業人員素質薄弱、作業環境復雜、安全風險因素多等特點，多因素的共同作用使得安全生產事故頻繁發生，對人民的生命財產安全造成嚴重威脅，已被國家列入高危行業[1]。近年來，建設工程作業面由低層向高層、超高層發展，施工現場由較為廣闊的場地向狹窄的場地變化，由單一施工向交叉施工轉變等趨勢為施工行業帶來了新的安全風險。施工現場的安全管理由以安全檢查防范事故發生為主要手段，逐漸轉化為提前預防生產過程中出現的各類安全風險。開展項目現場安全風險評估能抓住事故發生的根本原因，從本質上提高安全管理能力，可實現企業主體責任有效落實，對預防工程項目現場出現安全事故意義重大。

1 研究現狀

2016 年國務院安委辦相繼出臺了關于構建雙重預防機制的相關文件要求[2]，2021 年新修訂的《安全生產法》提出要求構建并落實安全風險分級管控和隱患排查治理雙重預防機制[3-4]。現場風險評估作為雙重預防機制的前提條件和核心內容，可為風險分級管控和隱患排查治理指明方向。

在20 世紀50 年代以前，針對工程項目現場風險評估技術基本采用基于專家經驗的定性評價法，例如安全檢查表法、工作危害分析法等，此類風險評價主要依據專家多年經驗，缺乏相關現場設計資料、運行資料等客觀知識的支撐。在20 世紀50 年代之后，國外學者開始采用基于概率論和數理統計的蒙特卡羅模擬方法，該方法已成為目前工程項目中最常用的風險評估方法之一。在20 世紀70 年代，由T.L.SAATY提出的層次分析法逐漸被廣泛應用于工程項目風險評估。

我國在工程項目風險評估方面研究起步較晚，李海文結合粗糙集和專家主觀經驗，得出了更為全面的工程項目風險指標權重值[5]。劉敬輝采用故障樹分析和層次分析法分析了高速鐵路存在的安全風險[6]。李素英利用模糊層次分析法評估了石濟高速鐵路項目的風險等級[7]。成威引入LEC 法設計了一種隧道施工安全風險評估方法[8]。

目前工程現場主要采用工作危險性分析、安全檢查表法、LEC法等風險分析法，雖然能一定程度上反映現場安全狀況，但是針對工程項目施工的風險評估研究仍未成熟，尚未建立全面完善的施工現場風險指標體系，且風險因素指標評估過程存在較大主觀性，導致現場評估結果有時與現場實際情況偏差較大，甚至出現錯誤的評估結果。

針對現場存在的一系列問題，提出了基于結構熵權法和模糊綜合評價法的工程項目現場安全風險評估模型，以實際存在問題為導向，從制度、執行、監管、配置、安全教育5個方面建立工程項目現場的風險評估指標體系；利用結構熵權法充分兼顧指標的主觀性和客觀性，考慮了專家打分過程中可能出現的認知誤差和不確定問題；最后利用模糊綜合評價法對影響因素進行綜合評價，同時以某工程項目現場為例，挖掘關鍵風險因素，為工程項目現場安全風險的雙重預防機制提供技術支撐。

2 常用風險評估方法

2.1 工作危害分析法

工作危害分析法是對每一步作業過程分別進行深入分析，通過分析和對比發現有危害性的作業，并對其進行管控，是辨識危害因素及其風險的最普遍的方法之一。該方法是一種定性分析方法，作業步驟劃分缺少相關準則和依據，可能存在作業過程分解不到位。風險辨識的結果與分析質量有直接關系，受作業風險分析人員的經驗影響較大。

2.2 安全檢查表法

安全檢查表法是依據相應的標準，對已知危險源進行逐一檢查。檢查的對象必須要分為多個體系，這樣做的目的是為了防止檢查過程中遺漏，通過專家打分法，將待檢查項目按照相應規定，列出一張或幾張表，這種方法稱為安全檢查表法[9]。安全檢查表法可以做到不漏項，是最基礎的評價方法，但是對于不同的檢查對象，有時需要預先制定多張檢查表，檢查表的質量和大量的預先準備工作是限制此方法現場應用最大的因素。

2.3 LEC法

LEC 評價法是通過確定事故發生可能性L、人員暴露于危險環境內的頻率E和發生事故可能后果C 三種風險因素的取值并計算其三者的乘積D（危險性）來評價系統風險大小的一種半定量分析方法[10]。該方法操作簡單，風險等級劃分相對明確，缺點是風險因素受評估人經驗影響較大，最終得到三者乘積的危險性受主觀因素影響更大，局限性較為明顯。

3 SEW-FCE風險評估模型

3.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法（FCE）是建立在模糊集合上的一種方法，能夠通過精確數字手段處理模糊的評價對象，可深入挖掘呈現模糊性的資料，并對其作出貼合實際的定量化評價[11]。具體實現方式是將指標集U和評價語集Y之間建立映射關系。該方法首先需要建立U與Y的集合關系，然后建立起U到Y的n個模糊評價矩陣R，最后再算出目標的綜合評價值。計算步驟為

第一步：建立評估指標集合U=(U1，U2，U3，…，Un)

第二步：建立評估指標權重集合W=(W1，W2，W3，…，Wn)

第三步：建立評語集合Y=(Y1，Y2，Y3，Y4，Y5)=(可忽略風險，可允許風險，中度風險，高風險，極高風險)=（(0,1]，(1,2],(2,3],(3,4],(4,5])

設置評價等級矩陣為

第四步：建立隸屬矩陣。由各位專家對各個指標分別進行打分，由此形成某指標在5個風險區間內的評語集合，所有指標的評分結果的匯總稱為隸屬度矩陣，即

式中：rij為矩陣R中第i行第j列的元素，表示某個被評事物對某等級模糊子集的隸屬度。

第五步：建立評估矩陣。根據權重計算法獲取的權重集合與隸屬度矩陣的結合，可得到評估矩陣為

第六步：判定風險等級。風險等級結果為

通過將E與風險級別劃分標準對應，得出評估對象所處的風險級別。

3.2 結構熵權法

結構熵權法（SEW）是由程啟月在2010 年首次提出，基本原理是根據各個基本事件的貢獻大小排序，采用熵值法定量化分析潛在的不確定性，通過熵值和盲度分析方法實現對偏差數據的統計分析，最終得到各事件權值[12-13]。可采用SEW法確定某工程項目安全風險的評估指標權值。

步驟1：采集專家意見，形成典型排序。選擇熟悉該工程項目主要風險隱患及對應指標的專業技術人員組建評價小組，評價小組成員應具有多年經驗或者相關專業知識。通常評價小組人員設定為10～50人，此數量可用于對事件權重問卷進行定性排序。根據德爾菲方法的相關規定，選定的評價小組人員被邀請進行無記名填寫問卷。匯總所有評價人員意見，達成共識，形成評價意見的典型排序。如表1表示一份關于事件重要度排序的問卷。評價人員根據各自的經驗或者專業知識，用對號或者數字對事件進行排序。最重要的索引按1排序，依此類推。

表1 事件重要程度排序問卷Tab.1 Event importance ranking questionnaire

步驟2：典型排序的不確定分析。不同專家對工程項目安全風險都有不同的認知局限性，對典型排序的評價人員意見通常也存在一定的不確定性和認知誤差。其中采用熵理論有效解決了典型排序的不確定性，區間評分有效避免了評價小組人員的認知誤差。通過對表1 中各事件的定性結果統計分析，采用熵理論求解熵值，減少了評價人員對事件排序的不確定性。

假設M位評價人員被邀請進行問卷調查，得到m份反饋。每一份問卷都對應一組事件，可以表示為U=(u1，u2，...，un)，對應典型排序為(ai1，ai2，...，ain)。則m組問卷的典型排序可以用矩陣表示為A（，i=1，2，...，m，j=1，2，...，n）。其中矩陣A中的元素aij表示第i個專家對第j個指標分析得出的序號。

將典型排序的定性值變換為定量值，則序號x的信息熵計算公式為

事件的重要性強度計算公式為

排序為x的事件相對重要性系數表示為

根據計算推理，定量化排序結果，從而能夠反映評價人員對各事件的認知程度。

根據熵權法得到事件排序的隸屬度函數為

式中：x為所有評價人員給出事件uj的定性排序數。如表1所示，如果事件A1是第一選擇，那么x等于1，依此類推。ψ(x)是對應于x的隸屬度函數值。

將排序數x=aij代入方程（10），定性值aij實現量化，獲取定量變換值bij，即。bij表示排序數x的隸屬度，則表示隸屬度矩陣。

假設m位評價人員話語權相同。將m位評價人員對事件uj的一致看法稱為平均識別度。計算過程為

由評價人員知識產生的不確定性稱為盲度Qj。計算方法為

顯然，Qj≥0。

步驟3：歸一化處理。定義所有被邀請評價人員對每個事件uj均有一個整體認識cj，即

則m位評價人員對所有事件的整體評估向量為

為獲取事件uj的權重，將cj=bj(1 -Qj)歸一化，則

4 工程項目指標體系構建

4.1 危險源辨識

危險源是指工程項目系統中有可能釋放危險或造成環境破壞的設施設備等。危險源識別就是對可能出現的上述情況和條件進行識別的過程，危險源識別需要主動結合預測性的安全數據收集方法進行識別，其中包括一些事件的調查結果。項目現場的安全管理機構需要制定相應的危險源識別程序，并隨著對事件的總結，對程序進行不斷的規劃與完善，以確保制定出的程序能夠快速地識別出危險源[14]。

4.2 評估指標提取

按照各指標之間的隸屬關系，將施工現場安全風險評估指標劃分為三層。通過對工程項目現場可能存在的安全風險，提出項目現場安全風險涉及的5個方面內容，包括制度風險、執行風險、監管風險、配置風險、安全教育風險。綜合分析現場安全調研結果和安全風險管理狀況，構建某工程項目現場指標體系，如圖1所示[15-16]。

圖1 工程項目現場安全風險評估指標體系Fig.1 Safety risk assessment index system for engineering project site

5 某工程項目風險評估

5.1 項目概況

某工程項目負責建設10× 104t/a 丁二醇裝置、4.6×104t/a聚四氫味喃、10×104t/a 乙二醇裝置、22×104t/a 甲醛裝置、490×108m3/h 氣體分離裝置、2.2×104m3/h 空分裝置、4.0×104m3/d 凈水廠、770 t/h 脫鹽水裝置、3.0×104m3/h 循環水廠等設備及裝置。現場有管理人員28 人，其中專職安全管理人員4人。

5.2 指標權重計算

5.2.1 二級指標權重確定

選擇3 組現場評估人員分別為分組1、分組2、分組3。對二級指標的重要性進行排序，通過重要程度的排序結果，采用結構熵權法對其權重進行確定，主要采用公式（11）～公式（15）分別對專家的平均識別度、盲度、整體認識及歸一化權重進行求解，相關參數計算結果如表2所示[17]。

表2 事件排序的SEW計算表Tab.2 SEW calculation table for event sequencing

5.2.2 三級指標權重確定

與表2求解過程相同，對每個二級指標下隸屬的三級指標按照結構熵權法的過程分別進行計算，計算結果如表3～表7所示。

表3 U1 的下屬指標權重Tab.3 Weight of U1 subordinate indicators

表4 U2 的下屬指標權重Tab.4 Weight of U2 subordinate indicators

表5 U3 的下屬指標權重Tab.5 Weight of U3 subordinate indicators

表6 U4 的下屬指標權重Tab.6 Weight of U4 subordinate indicators

表7 U5 的下屬指標權重Tab.7 Weight of U5 subordinate indicators

5.3 模糊綜合評價

5.3.1 評估指標集構建

根據評估指標體系，建立一級評估指標集U={U1，U2，U3，U4，U5}，其次，二級評估指標集分別為Ui={U i1，Ui2，Ui3，…，Uin}，其中，i為二級指標的編號（i=1，2，3，4，5），n為每個二級指標隸屬的三級指標的編號。

5.3.2 評估指標權重集合構建

依據結構熵權法的計算結果可知，一級指標的權重集合為

二級指標的權重集合為

5.3.3 評語集合構建

根據現場工程項目安全管理的實際情況，將現場安全管理三級指標的評語分為5個等級，即：Y={Y1，Y2，Y3，Y4，Y5}={可忽略風險，可允許風險，中等風險，重大風險，極高風險}

評價等級矩陣為

風險等級劃分標準如表8所示。

表8 風險等級劃分標準Tab.8 Risk grade classification standard

5.3.4 隸屬度矩陣構建

通過實地調查訪談，得到20 名項目管理人員對三級指標的評語打分結果，如表9所示。

表9 三級指標評語一覽表Tab.9 List of three-level index comments

根據評估打分結果，利用公式（2）建立各二級指標的隸屬度矩陣，如下所示：

5.3.5 評估矩陣計算

根據各二級指標的隸屬度矩陣和權重集合，利用公式（3）建立各二級指標Ui的評估矩陣Bi=WiRi為

由此可知，一級指標U的評估矩陣A=W[B1B2B3B4B5]T為

5.3.6 風險等級確定

基于評語集合，則各個二級指標的風險等級Ei=BiZ為

則一級指標的風險等級E=AZ為

由此可知，工程項目安全處于中等風險水平，該工程項目負責人及安全管理人員應該保持高度警惕，要重點對監管、制度、安全教育等三方面因素加強建設和定期檢查，尤其是在現場監管過程中如發現酒后施工、任意拆除安全防護設施等特殊危險行為，應立即要求工程項目施工現場停止作業，對其進行整改，整改完成方可繼續施工。同時對酒后施工人員進行警告和教育培訓，培訓合格后方可繼續上崗工作，確保安全風險降低到可允許風險范圍內，進而防止人員傷亡事故的發生。

6 結束語

工程項目現場安全風險指標眾多，各評估指標存在的不確定性和認知偏差往往導致評估結果與實際情況差別大，開展科學、有效的先進風險評估方法可以有效地解決此方面的問題。通過制度、執行、監管、配置和安全教育五大方面建立了工程項目安全風險評價指標體系，提出采用基于主觀權重和客觀權重優勢的結構熵權法，減少了指標權重的不確定性和認知誤差，賦予了更為合理的指標權重。采用基于結構熵權法和模糊綜合評價法的風險評估模型為工程項目現場提供了新的風險管控管理辦法，并將其應用于現場分析。實例評估表明：某現場工程項目的安全風險等級為中等風險，與實際情況吻合，說明具有一定的實用性和合理性。針對中風險評估等級，管理者日后應重點關注監管、制度等重要指標參數，為雙重預防機制的實施提供技術支持。