基于模糊綜合層次分析法的吸力式基礎安裝作業風險評估

劉香芝 李成帥 王康

摘 要：由于海洋環境的復雜性，吸力式基礎安裝作業會受到風、海流、作業船運動、海浪等多重載荷的作用，導致吸力式基礎安裝作業事故頻發。為客觀評價吸力式基礎安裝作業風險，首先運用層次分析法建立風險評估指標體系，計算指標權重，確定主要風險因素；然后進行模糊綜合評判，運用加權平均法對評估結果進行處理，確定作業風險等級，分析結果可為提高吸力式基礎作業安全提供一定參考價值。

關鍵詞：吸力式基礎安裝作業；模糊綜合層次分析法；風險評估

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.094

吸力式基礎作為浮式海洋平臺和各類采油設施的錨固基礎是目前應用范圍最廣、適用水深最深的定位系統。目前，國外在深水吸力式基礎海上安裝施工技術方面已經非常成熟，應用水深最大已超過2500m，而吸力式基礎在我國海上油氣田開發工程中的應用還停留在淺海，技術相對落后，[1]并且深水基礎的設計與安裝更是剛剛起步，關于吸力式基礎安裝作業風險評估更是鮮有報道。吸力式基礎安裝過程中面臨的安全問題，不但關系到現場作業人員的安全，更是直接關系到整個項目的成敗，由于影響吸力式基礎安裝作業的評價指標眾多，且各影響因素間相互關聯，具有較大的模糊性。為此本文以某吸力式基礎安裝作業為例，運用模糊綜合評估法對吸力式基礎安裝作業風險進行了綜合評估。

1 吸力式基礎安裝作業事故風險評價指標體系的構建

吸力式基礎安裝常規作業過程包括：裝船運輸、吸力式基礎下水、吸力式基礎貫入設備對接、吸力式基礎準確定位和方位角調整、吸力式基礎貫入、吸力式基礎貫入設備回收等多個環節[2]，作業工藝復雜，風險因素較多。本文結合歷史事故案例、業內專家“頭腦風暴”法，進行風險辨識，構建吸力式基礎安裝作業風險評估指標體系，如圖1所示。

其中，吸力式基礎安裝作業風險為目標層，環境因素、裝備因素、工藝因素、管理因素為準則層，水深、海流等23個因素為指標層，

2 吸力式基礎安裝作業的模糊綜合層次分析

2.1 層次分析法確定權重

首先，將同一層次的風險指標因素兩兩比較重要性構造判斷矩陣。重要性標度采用T. L.Saaty提出的九點標度法，若兩因素比較同等重要，標度值取1；若兩因素相比較，一個因素比另一個因素重要性不斷增強，則標度值不斷增大，最大值取9。[3]如采用專家評估法，對準則層4個因素兩兩比較重要性，見表1。

則判斷矩陣為：

（1）

然后，計算判斷矩陣的組大特征值對應的特征向量，將特征向量做歸一化處理，作為權重。

由于專家評估法存在較大的主觀性，因此構造的判斷矩陣很難出現嚴格一致的情況，這就需要對矩陣的一致性進行檢驗，其檢驗公式為：[4]

（2）

式中，CR為隨機一致性比率，CI為一致性指標，為最大特征根，n為比較矩陣階數，RI為平均隨機一致性指標，RI值參見表2。

當CR<0.1時認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則，需要將結果反饋給專家，對判斷矩陣進行調整。

借助于MATLAB軟件，求得指標層判斷矩陣的最大特征值為4.08，一致性比率CR=0.03<0.1滿足一致性要求，準則層4個因素的權重為：W=[0.24 0.45 0.11 0.20]。

同理可得指標層權重集為：WU1=[0.21 0.29 0.13 0.37]；WU2=[0.08 0.25 0.22 0.12 0.18 0.15 ] WU3=[0.10 0.25 0.20 0.30 0.15] ；WU4=[0.15 0.19 0.14 0.12 0.16 0.10 0.08 0.06]。

2.2 模糊綜合評判

2.2.1 建立指標集U與評價集V

指標集一般用表示，ui=（i=1，2，3，…，n）表示第i個元素。根據研究需要，本文選取的評價集分為5個等級：V=（很高，較高，一般，較低，很低），對應的分值為V=（1，3，5，7，9），對應的分值區間為V=（[0，2]，（2，4]，（4，6]，（6，8]，（8，10]）。故每個因素分為5個風險等級，根據評判結果在每個等級的隸屬度與對應分值乘積的加和所在區間來判斷風險等級。

2.2.2 建立模糊關系矩陣R

對指標集U中的第i個因素ui進行評價時，對評判集V中第j個元素vj的隸屬度為rij，則按第i個因素ui的評價結果，可得模糊關系矩陣Ri=（ri1，ri2，….rin）。

2.2.3 模糊綜合評價

將指標集的權重矩陣Wi和模糊關系矩陣Ri進行乘法運算，得到模糊綜合評價集Bi。[3]根據加權平均法對模糊綜合評價集進行分析[5]，以確定評價體系所處的風險等級，[5]即：

（3）

3 吸力式基礎安裝作業風險綜合評價實例分析

本文以某海域吸力式基礎作業工程為實例，運用模糊綜合層次分析法，對該吸力式基礎安裝作業進行綜合評估。

3.1 確定權重值及模糊關系矩陣

參考專家意見，確定準則層和指標層各因素的相對重要度，構建判斷矩陣，運用層次分析法計算各因素權重，應用Matlab軟件進行輔助計算。根據專家決策法對各因素指標進行打分，確定模糊關系矩陣。各指標因素值及模糊隸屬度見表3。

3.2 模糊綜合評價

根據表3可得到各因素的權重矩陣Wi和模糊關系矩陣Ri，將兩者進行乘法運算，得到模糊綜合評價集Bi。

（4）

同理，計算得到各因素的模糊評判集如下：B2=[0.05 0.11 0.47 0.28 0.09]；B3=[0.18 0.32 0.33 0.13 0.04]；B4=[0.14 0.23 0.38 0.23 0.02]。將上述單模糊綜合評價的結果作為多因素模糊綜合評價矩陣的行向量，組成二級模糊綜合評價矩陣R，與準則層權重向量W相乘，計算得到吸力樁安裝作業風險的模糊綜合評判結果，如式（5）。

（5）

最后運用加權平均法對模糊綜合評價集進行分析，依據公式（3）得：

（6）

根據計算分析計算，對照風險等級區間可知該吸力式基礎安裝作業風險等級為“一般”，即表示該吸力式基礎安裝作業可以實現，但仍需要采取進一步的改進措施以提高作業安全性。結合權重分析可知，對吸力式基礎安裝作業影響最大的因素是“裝備因素”，因此作業單位應加強對設備采購的管理，以保障作業安全。

4 結論

針對吸力式基礎安裝作業過程中的風險隱患，從環境因素、裝備因素、工藝因素、管理因素4個方面構建評估指標體系，結合業多位內專家意見，采用專家決策法，建立判斷矩陣和模糊關系矩陣，運用層次分析法確定各風險因素權重，確定主要風險因素，運用模糊綜合法對吸力式基礎安裝作業風險程度進行整體把握。可為現場作業人員在進行安全管理時提供理論依據，也為后來人的相關研究提供一定的借鑒。

參考文獻：

[1]王麗勤，劉冬雪等.吸力式基礎安裝的關鍵設備深水泵撬塊[J]. 中國造船，2012，53（01）：121-125.

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[3]徐濤龍，姚安林等.基于模糊綜合評價的城市燃氣管網第三方破壞失效可能性研究[J].中國安全科學學報，2010，20（8）：165-169.

[4]李歡，王涌川.基于模糊層次分析法的頁巖氣鉆井井噴事故風險評價[J].安全與環境工程，2018，25（02）：126-130.

[5]侯經緯，劉香芝等.基于模糊綜合層次評價的城市燃氣管網風險評估[J].化學工程與裝備，2018，（04）：153-157，168.

作者簡介：劉香芝（1988-），女，日照莒縣人，碩士研究生，助教，研究方向：海洋油氣安全技術。