基于IAHP的变电站施工现场安全评估及灵敏度分析

葛江北，张亚鹏，熊织明，徐国庆，苗峰显，戴成浩，芦 珅

(1.国家电网有限公司交流建设分公司，北京 100052；2.上海送变电工程有限公司，上海 200235)

变电站工程施工具有工期长、工序复杂、立体交叉作业频繁、施工流动性大等特点，施工安全风险大，存在较多的安全隐患[1-2]。因此，研究变电站施工现场的安全评估方法，并分析其对应的改进措施，对于减少现场施工事故、保证施工安全、促进电力建设行业健康稳定发展有重要意义。

目前，对于输变电工程建设评估已有一定的研究，但多集中于工程项目后评价[3-4]、风险评估[5-6]和质量评价[7]，对工程安全评估尤其是现场施工安全评估研究较少。目前的评估多将输变电工程视为一个整体，其评估结果往往只适用于变电站整体情况的分析。而实际上，变电站的建设往往由不同单位完成，各单位的安全管理、技能能力等均存在一定的差异，同时变电站的安全管理是一个持续时间较长的过程，始终处于动态变化中，人们对其评估往往有较明确的诸如“较好”、“较差”之类的直观印象，而非精确的量化数据。目前的研究对此均缺乏足够的关注。

基于此，本文首先分析变电站施工现场安全的影响因素，采用能够综合反映定性和定量特性的区间层次分析法(Interval Analytic Hierarchy Process, 简称IAHP)，建立基于各影响因素的多层次结构模型，并基于边际指标值对各指标值进行灵敏度分析，最后通过案例分析，验证所提方法的适用性，为变电站及相关类似建设工程现场安全评估和改进提供方法支持。

1 变电站施工现场安全影响因素分析

变电站是电力建设工程中的重要组成部分，往往存在施工环境较差、施工流动性大、交叉作业频繁、作业量大等特点，现场安全因素多而复杂，同时带有部分隐蔽性。从系统论的角度出发，需要将安全影响因素进行层层分解，形成层次分明的有机整体。

(1)施工安全组织。从组织体系角度出发，为履行安全职责，施工现场需要明确具体的安全目标和安全管理职责；成立专门的安全管理组织机构，配备安全相关管理人员；现场安全管理要有明确的法规、管理制度依据，并做好安全管理策划；需保证充足的安全管理投入，如人员投入，费用投入等。

(2)施工安全措施。从施工安全角度出发，对于现场管理人员和作业人员，需开展安全教育培训及相关交底；现场需按要求编制施工方案、作业票，做好“一方案、一措施、一张票”相关工作；要结合工程实际，及时开展风险管理及隐患排查相关工作；在具体作业时，做好现场作业安全相关工作，如强化现场安全文明施工布置，做好人员行为管理等。

(3)职业健康及应急管理。现场工作不仅要保证安全，同时应满足职工职业健康相关要求；同时成立应急工作组和应急救援队伍，做好应急相关工作。

2 基于IAHP的变电站现场安全评估

变电站施工现场安全影响因素多而复杂，且其大部分指标难以精确量化，如风险管理及隐患排查情况等。但对于现场的这些情况，往往可以根据专家的经验对其作出大概的判断，如好、较好、较差等。这本质上是一种模糊判断。IAHP在层次分析法(Analytic Hierarchy Process, 简称AHP)的基础上[8]，在判断矩阵构造时，采用区间数替代点值用于表达不确定的主观判断，将定性与定量相结合以处理各种决策因素，综合利用了数学方法和专家决策的优点，对于变电站建设现场的安全评估具有很好的借鉴性。

2.1 IAHP方法

AHP的核心思想是通过建立清晰的层次结构来分解复杂问题。AHP将定性和定量相结合以处理各种决策因素，具有灵活、系统、简洁的优点，在经济、社会等诸多领域中取得广泛应用。

由于信息的不完备，AHP在实际两两比较中往往会出现不确定的主观判断，IAHP法在层次分析法的基础上，在进行权重的判断时采用区间数，有效表达了在对各影响因素判定时相对重要性的不确定及主观判断，具有更好的适用性。

IAHP方法的详细步骤如下。

(1)构建问题的多层次结构模型；

(2)构造判断矩阵；

(3)进行判断矩阵一致性检验；

(4)求解权重；

(5)指标值的确定及归一化处理；

(6)目标值计算。

2.2 变电站施工现场安全评估的多层次结构模型

变电站施工往往包含不同的施工单位，如电气施工单位、土建施工单位等。因此，在进行变电站施工现场安全评估时以单个施工单位作为评估对象，对其现场安全进行评估。

2.2.1 多层次结构模型的构造

基于变电站施工现场安全影响因素的分析，考虑指标的系统性和层次性，对影响现场安全的指标进行分类，将其分解为三层指标。第一层为目标层即施工现场安全综合评价值O，将其分解为准则层即施工安全组织N1、施工安全措施N2、职业健康及应急管理M3，将准则层再进行细化分解构成第三层指标层，构建的多层次结构模型如图1所示。

2.2.2 构造判断矩阵

在IAHP中，采用区间数进行判断矩阵的构造，记区间数为a=[a-，a+]。对于该区间数，区间的中点，可以理解为随机变量在判断区间标度内的均值，即判断的一个基数，而以区间的宽度表示判断的模糊性和不确定性。对于区间数的上界和下界，则可依据表1取对应的标度。

以A表示构造的互反判断矩阵，记为

A=(aij)n×n=([aij-,aij+])n×n=(A-,A+)

(1)

2.2.3 进行判断矩阵一致性检验

对区间数矩阵A，计算其实数指标k，m：

(2)

若k≤1≤m，则可以认为判断矩阵具有较好的一致性；否则，即认为该判断矩阵的一致性相对较差，应反馈至专家重新进行判断，直到得到满意的一致性[9]。

表1 比例标度定义

图1 施工现场安全评估多层析结构模型

2.2.4 求解权重

对于区间数判断矩阵，可采用区间数特征根法(IEM)求解其权重[10]，其步骤如下。

(1)求A-，A+最大特征值对应的具有正分量的归一化特征向量x-，x+。

(2)权重向量ω=[kx-,mx+]。

以ωMO为指标层M相对目标O的权重；以ωMN为指标层M对准则层N的权重，以ωNO为准则层N对目标层O的权重。则可得：

ωMO=ωMNωNO=[ωMN1,ωMN2,ωMN3]ωNO

(3)

对于区间数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+}]，特别的，当a，b为非负数区间数时，ab=[a-b-,a+b+]。

此时得到的权重仍为区间数，可采用基于可能度矩阵的方法即可得到其对应的点值的权重。可能度矩阵构造方法如下[11]：

P=[pij]n×n=[p(ωi≥ωj)]n×n

(4)

(5)

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

(6)

通过式(6)，即得到区间向量对应的点值向量。

2.2.5 指标值的确定及归一化处理

(1)指标值的确定。对于指标层的各指标，如职业健康管理M9，很难采用精确的数字对其量化。但专家往往可以通过经验对其作出大致的判定，如好、比较好、很差之类的。此时可采用区间数对其进行量化，以表达对各指标判定的不确定性。构建各指标的模糊区间如表2所示。

表2 模糊区间

若n个专家对某指标打分，则认为该指标最终得分：

(7)

此时得到的指标值M为区间数，则取区间数的中间值作为该指标的得分，即：

M=[(M′-)+(M′+)]/2

(8)

(2)归一化处理。对n个施工单位进行评价，所有指标均为正比性指标，即指标值越大，其最终目标值越高，直接将其归一化即可，指标Mi归一化后标记为mi。

2.2.6 目标值计算

求得各指标的归一化值后，将其与对应的权重相乘并求和即得到对应的目标值。如施工单位j的施工现场安全综合评价值Oj为

(9)

3 基于边际指标值的灵敏度分析

对于各施工单位，采用基于IAHP的评估方法，可得到其对应的综合评价值，从而对其进行评估排序。排序的目的在于通过比较优劣，对于表现不够优秀的施工单位应督促其进行整改，已达到相应要求。

在进行整改时，总有一些相对重要的或相对次要的改进措施。采用基于边际指标值的灵敏度分析方法，分析对应的关键性指标，为现场安全指标的改善提供方法支持。

表3 专家评估

边际指标值的定义如下。

文献[12]给出了边际指标值得详细计算方法，本文中主要用到了正比型指标，其计算如下：

(10)

b=Cq-Cp+(mpm-mqm)*ωm

式中ωn——指标Mm的权重；mpm，mqm——Mpm和Mqm归一化后的值。

4 案例分析

以某变电站为例，对三家施工单位进行施工现场的安全评估。记三个施工单位分别为施工单位1、施工单位2、施工单位3。

4.1 指标值计算

邀请五位专家对三家单位各指标进行评估，其评价结果如表3所示。按之前方法进行计算，可得各单位指标值如表4所示。将其进行归一化，可得各施工单位归一化指标如表5所示。

构造判断矩阵，并经过一致性校验。构造判断矩阵如下。

施工现场安全综合评价O的属性判断矩阵：

(11)

N1的属性判断矩阵：

(12)

表4 各单位指标值

表5 归一化指标值 分

表6 区间数权重

表7 灵敏度分析 分

N2的属性判断矩阵：

(13)

N3的属性判断矩阵：

(14)

则，计算可得指标层M对目标层O的权重如表6所示。

基于可能度矩阵，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)

则计算可得：

O1=0.338 4；O2=0.340 5；O3=0.332 1。

则，排序为：O2≥O1≥O3。三个施工单位中，施工单位2的现场安全评估值最高，施工单位3的现场安全评估值最低。

4.2 灵敏度分析

以施工单位2为标杆，对施工单位1和施工单位3进行指标灵敏度分析，对于某一指标，若5位专家均评为“好”，可得其值为92.5分，若5位专家均评为“差”，可得其值为32.5分。则可知，对某一指标，其合理取值范围为[32.5,92.5]。可得其灵敏度指标如表7所示。

由此可以看出，对于施工单位1，除了指标M1、指标M4、指标M9不是其敏感指标，其余均为其敏感指标。施工单位1可通过加强组织机构及人员建设、做好安全制度执行和安全工作策划、加强一方案一张票管理、强化现场作业安全等多种方式迅速提高其自身的现场安全评估值。

对于施工单位3，敏感指标为指标M5、指标M7、指标M10。施工单位3提高其自身的现场安全评估值最为快捷的方式为强化现场培训和交底、加强风险管理和隐患排查工作、做好现场应急管理工作。而诸如指标M6施工方案及作业票管理，虽然其权重较大，但由于施工单位3指标M6的得分本身已较高，因此其改善空间很小，反不如改善其敏感指标效果明显。

5 结语

本文将IAHP评估方法应用于变电站现场的安全评估中，核心在于分解现场安全关键指标，构建合理的区间数判断矩阵，将模糊的定性指标定量化，从而对施工现场的安全评估有很好的适应性。通过灵敏度分析，可以得出施工单位迅速提高其评估指标值的改善措施，对施工现场安全水平的提高有一定的借鉴和指导意义。

本文所运用的方法本质是一种基于模糊区间数的多层次结构评估方法，对于输变电工程质量、管理评估等具有类似结构和特性的问题均具有适用性，同样可采用该方法进行建模评估。