基于AHP模糊综合评价法的曹妃甸港口设备安全管理评价

张子超，何新生

(1.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063210; 2. 唐山曹妃甸实业港务有限公司，河北 唐山 063210；3. 华北理工大学 期刊社，河北 唐山 063210)

近些年，随着中国经济的稳步发展，中国港口物流运输也迎来了巨大的变化，对于曹妃甸港口的发展，特别是自2019年8月中国(河北)自由贸易试验区曹妃甸片区成立以来，进一步促进了曹妃甸港矿石码头的迅速发展，为打造中国现代化国际大港迈出了一大步。对于矿石码头的运输，随着近些年吞吐量的逐步增加，港口的大型机械设备也不断增多，作业时间延长，对设备管理的人力物力也随之增多。因此，港口设备安全管理工作显得至关重要[1]。

港口企业对设备实施全面的安全管理工作，能有效地避免安全事故的发生[2]。然而，目前曹妃甸大部分的港口企业仅凭借着经验及公司的制度对设备进行基础管理，缺乏系统性、针对性和全面性管理，尚未形成完善的设备风险评估体系，因此不能对设备安全进行有效的管理[3]。另外，曹妃甸港矿石码头的部分企业信息化技术应用较少，没有完善的隐患排查流程，对已发现的隐患没有完整的危险性分析体系以及全面的梳理分析，从隐患排查、处理到消除没有形成系统性的闭环管理模式，导致港口设备存在的问题和隐患不能及时发现，发现的问题和隐患不能得到及时处理，处理的问题和隐患没有系统性的记录等诸多问题[4]。基于港口设备安全管理评价体系，发现系统中可能的风险因素, 从而采取必要的预防和整改措施,保证系统的稳定可控[5]。

因此，以上述曹妃甸港口设备管理的现状为基础，采用统计综合评价的方式对曹妃甸港口设备进行评价研究，建立港口综合指标体系。通过对曹妃甸港口设备管理的基本理论和影响因素进行分析，并充分归纳借鉴以往的相关文献，同时结合现有曹妃甸港口设备的自身特点，遵循评价指标的整体性、可比性、可操作性和相互独立性原则构建港口设备的评价指标[5]，以期为港口企业的设备安全管理提供理论参照。

1模糊综合评价模型的建立

1.1 研究方法的选取

港口设备安全管理研究是一项涉及多学科、多领域的研究课题，吸收并采纳了安全管理论、安全工程、港口生产作业理论，并结合港口安全生产的实践与经验，探讨一种完善的港口安全管理模式。采取研究方法如下：

(1)文献研究法。论文通过查阅中外大量的安全管理、安全隐患辨识的相关文献，从理论上深入分析港口设备安全管理等方面的知识，运用统计法对各种文献进行整理。

(2)调查研究法。港口设备安全管理系统非常复杂，通过现场调研的方法得出港口设备安全生产的数据更换具有真实性，其数据更加准确。

1.2 AHP模糊综合评价法

模糊综合评价法是将杂乱无序的问题分为多个因素或多个层次进行分析的方法，其不仅可以将多因素问题综合为一个或若干指标进行讨论，还可以人工确定权重。多个层次主要包括目标层、准则层和指标层，根据各层之间的相互关系逐级分层，列出树状图或表格，这样便形成了上一层次主导下一层次各指标，同一层次各指标联合反馈上一层次各因素的情况，使复杂问题分解出的各因素呈现出有序的结构；然后按照所列分层结构中各指标的重要程度进行排序，形成判断矩阵；最后确定各指标的相对权重[6]。AHP模糊评价法将层次分析法和模糊综合评价法有机结合，提高了研究对象评价的客观性，更直观地展示出复杂问题的多种表现，为港口设备管理过程提供便捷、有效的方法[7]。

该项目通过对企业设备安全管理相关专家、专业人员开展调查问卷的方式，建立港口设备安全管理的指标体系，主要包括项目、一级指标、二级指标。一级指标为人员影响的因素、设备影响的因素、环境影响的因素、管理影响的因素；二级指标体系的建立是根据一级指标体系的细化分析，找出相关联的影响因素，从而建立的二级指标。表1为建立的港口设备安全管理计算模型的指标体系。

表1 港口设备安全管理计算模型中的指标体系

2港口设备安全管理评价原理

在安全评价体系中，每个指标体系的评价因素都有其重要的功能，对最终的结果都有一定的影响。由于不同指标体系的评价因素影响不同，因此应用权重标度表来表示相对因素之间的重要性比较。

2.1 港口设备安全管理评价指标体系的建立

对港口设备进行分析以及向专家学者开展咨询，是建立合理的港口设备管理指标体系的重要环节。该研究根据港口设备安全管理的实际情况选取人的安全风险因素、设备的安全风险因素、环境的安全风险因素、管理的安全风险因素为一级指标，并借鉴影响港口设备安全管理工作的影响因素，最后确定了港口设备安全管理的评价指标体系[8]。

2.2 港口设备安全管理模糊综合评价流程

指标体系对港口设备安全管理工作的最终影响程度各不相同，因此邀请多位港口设备管理方面的专家学者，通过对各模糊因素两两比较构造判断矩阵，并通过计算权重[8,9]、评价标准等，采用层次分析法从整体上建立了评价指标，港口设备安全管理的评价因素具体就是构建的16个二级指标，即m=16。

(1)建立判断矩阵

设备安全管理的状况进行综合评价，对选取的2个指标体系因素进行比较，已一个因素为基准，对另一个因素进行评估，判断其重要性从而完成判断矩阵的建立。对于选中的2个指标体系中的因素，2个因素分别为wi和wj，aij可以表示为wi和wj对Z重要性的影响程度，其结果用矩阵A=(aij)m×n表示。表2所示为1～9标度的含义表。

表2 标度表

(2)确定评价指标的权重。

a.将判断矩阵A按列归一化：

(1)

b.将每一列经正规化后的判断矩阵按行相加：

(2)

c.将得到的和向量归一化，得到权重向量：

(3)

d.计算矩阵的最大特征值：

(4)

e.一致性检验：

(5)

(6)

随机一致性指标Ri的验证方法

通过上述公式的计算，当CR小于0.1时，表示通过一次性随机指标验证。如果CR大于0.1，则需要对判断的矩阵进行调整并重新验证，确保CR值小于0.1为止，否则矩阵需要重新进行调整并检验，直到通过检验，指标值如表3所示。

表3 随机一致性指标值

(3)指标体系中评价指标的隶属度[10]

确认隶属度时，由于二级指标体系中的指标都具有模糊性，因此通过各等级的隶属度来削弱每一个指标隶属的模糊性，确保结果的准确性。根据对港口设备安全管理的研究，选取16个二级指标进行分析，指标的评价标准分为5个等级，分别为“非常好”、“好”、“可以”、“差”和“非常差”。通过对港口设备管理的专家和专业人员依据评价标准进行投票，并对结果进行统计，即专家和专业人员的总人数为N，对第i指标投j级别的人数为nij，其隶属度为rij=nij/N,分别求出每个指标的隶属度，并对所有指标的隶属度进行处理，得到公式(7)，由于评价指标体系中各指标都具有一定的模糊性，通过指标隶属于各等级评语的隶属度来减弱这种模糊性。港口的指标体系分析选取的16个指标，通过分级分为“好”、“较好”、“一般”、“较差”、“差”5个等级，港口企业的专家和专业人员分别对16个指标进行投票、汇总统计，即设专家组总人数为N，第i指标投j级别的人数为nij，其隶属度为rij=nij/N，得到指标模糊评价结果。求出上述16个指标的隶属度，并对其进行归一化处理后，得到模糊矩阵R：

(7)

(8)

3实例研究分析

3.1 曹妃甸港口设备指标权重的计算

以曹妃甸港口的矿石码头为例，对于该评价指标体系中涉及到的指标进行实地调查。对曹妃甸港口设备安全管理的状况进行综合评价，人-机-环-管的指标体系进行两两对比，从而实现判断矩阵的建立，按照一级指标体系中的因素判断矩阵，如表4所示。

表4 一级指标体系的判断矩阵

按表4的准则层判断矩阵进行计算，对表4的数据进行转化，得出如下的判断矩阵：

将上述结果代入公式(2)和公式(3)，通过公式(1)将矩阵A按列归一化，再按行求和处理，得出标准化的特征向量：

W=(WC1,WC2,WC3,WC4)T=(0.233 4，0.547 7，0.074 9，0.144 0)T

1.2.4 生理生化指标测定 于2016年11月15日，每个处理选取6株美丽兜兰进行叶片生理生化指标测定，每株美丽兜兰由上到下选取3片长势良好、健康的叶片带回实验室进行叶绿素含量、丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶活性(SOD)、过氧化氢酶活性(CAT)等测定。采用丙酮提取法测定叶绿素含量[8]，采用硫代巴比妥酸(TBA)显色法测定MDA[9]，采用活性氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定SOD[10]，采用紫外吸收法测定CAT[11]。

由公式(4)和公式(5)得出，CR=0.068 7<0.1，通过一致性检验，表示结果是可以认可的。

通过以上的计算方法，分别对16个二级指标进行权重计算，得出二级评价指标的权重值：

W1=(WC11,WC12,WC13,WC14)=(0.272 1，0.608 0，0.119 9，0.532 1)T

W2=(WC21,WC22,WC23,WC24)=(0.101 8，0.266 1，0.233 4，0.074 9)T

W3=(WC31,WC32,WC33,WC34)=(0.347 7，0.144 0，0.106 1，0.260 5)T

W4=(WC41,WC42,WC43,WC44)=(0.273 7，0.639 4，0.086 9，0.047 1)T

对二级评价指标Ri进行计算，结果均通过了一致性检验(操作方法与表4相同)，最后，汇总评价指标权重，如表5所示。

表5 指标体系权重值

3.2 模糊综合评价

曹妃甸港口设备安全管理评价指标的因素集由(准则层)一级评价指标和(指标层)二级评价指标组成，一级指标：1、2、3、4。二级指标1～16。

(2)确定评价集

向曹妃甸港口设备管理方面的7名专家、专业人员发放调查问卷的方法获取指标相关数据，安全生产事故发生的原因往往由人-机-环-管四方面的危险因素所致。因此，根据相关数据分析和调查结果，并结合相关专家的建议，将曹妃甸港口设备的安全管理评价集分为5个等级，定义为：

V={V1V2V3V4V5}={非常好，好，可以，差，非常差}

根据指标模糊评价，最终的得分结果通过模糊综合评级法转化为相应的隶属度值，通过进一步计算调查问卷，得出最终的模糊综合评价结果，并对评价结果进行分析，如表6所示。

表6 评价结果分析

例如，对于评价因素C11，有2人认为好，除以总人数为7人，得出“好”的隶属度为0.286；0人认为较好，3人认为可以，2人认为差，0人认为非常差。因此，C11的模糊评价集合，即(0，0.286，0.429，0.286，0)。以此类推，构建完整的模糊矩阵隶属度，如表7所示。

表7 曹妃甸港安全风险评估重权重

根据权重值W，通过公式和运算，那么模糊综合评价结果为：

S=W×R=(0，0.238，0.486，0.257，0.010)

(3)模糊综合评价结果

模糊综合评价结果表明，曹妃甸港口设备安全管理状态“非常好”的概率为0，“好、可以、差和非常差”的概率分别为0，0.238，0.486，0.257，0.010，根据最大隶属度原则，取最大数值为结果，曹妃甸港口设备的安全管理状况一般[11]。

3.3 结果分析

C22权重值为0.145 7，其数值最大，说明当前认知程度的重要性最大，因此应该加强现场设备安全防护措施。C12、C14、C23的权重值为均大于0.1，说明应该重视这2个因素的重要性。根据C11、C21的权重值，说明这两个因素的重要性一般。根据C11、C13、C22、C24、C31、C32、C34、C41、C42、C43的权重值大小，说明其相对重要性较小。根据C33和C44的权重值大小，说明它们的重要性最小。

4结论

(1)应用模糊综合评价法对曹妃甸港口设备的分析结果及各指标的评价标准进行评价，确定了各指标体系因素的权重值，根据隶属函数确定隶属度，提高了评价的准确性，使评价结果更加真实、可信。

(2)通过层次分析法、模糊综合评价法对曹妃甸港口的安全管理模式进行分析，并建立港口设备完善的指标体系，实现港口设备安全生产管理的全面性。

(3)通过对港口设备的指标体系进行分析，将港口设备的安全管理指标体系分为人-机-环-管4个方面，相互融合联系，为实现港口设备安全生产事故发生概率大幅降低提供依据。