基于IAHP和專家群決策的橋式起重機安全評價

曲珩斌

(長春職業技術學院， 長春 130000)

橋式起重機作為重要的工程設備在港口碼頭、鐵路交通以及物流周轉等領域應用非常廣泛。截至2014年，我國起重機登記數量達226.26萬臺，很多起重機經過多年的使用，設備性能退化，安全狀況惡化，存在諸多安全隱患[1]。我國每年因起重事故造成的死亡人數在所有機械事故死亡人數中居于首位，據有關數據統計顯示，橋式起重機的事故發生率是所有起重機械里面最高的。因此，橋式起重機的安全問題已成為亟待解決的關鍵問題。開展橋式起重機安全評價是衡量起重機安全等級、預防起重機潛在安全風險和降低起重機事故率的重要手段。

針對橋式起重機的安全評價問題，王衛輝等分析了影響橋式起重機的安全因素，構建了較為完善的安全評估指標體系[2]；楊瑞剛等采用未確知測度理論對橋式起重機的安全評價問題進行了研究[3]；趙曉姣等采用可拓理論和改進的AHP對橋式起重機的安全評價問題進行了研究[4]；胡靜波等利用模糊層次分析法開展了橋門式起重機的分級評價研究[5]；李愛華等基于博弈論和未確知測度理論對橋式起重機的安全評價問題進行研究[6]。

上述評價方法均是采用AHP、熵權法或改進的AHP確定評價指標的權重，沒有充分考慮指標權重的不確定性和定性評價指標的區間性。在采用主觀方法確定指標的權重過程中，由于專家經驗閱歷、能力水平和知識結構的差異性，給出的指標權重往往不是固定的常數，而是一個區間數。同理，定性指標也很難量化為一個具體的數值。通常情況下，用區間數來表示指標的權重和定性評價指標將會更加符合評價實踐。綜上所述，本文擬采用區間數理論和區間層次分析法對橋式起重機安全評價問題進行研究。

1 橋式起重機安全評價指標體系

建立科學、合理的安全評價指標體系是開展橋式起重機安全評價的前提。橋式起重機安全性的因素是多方面的，需要構建多維多層次的評價指標體系。文獻[2]在研究橋式起重機安全評價指標體系的過程中，將金屬結構基礎、機械結構組件、電氣控制系統和安全保護裝置作為一級評價指標，將金屬結構的開裂、變形、磨損、大小車運行機構、供電系統、配電保護系統、驅動系統、緩沖裝置、安全監控等作為二級評價指標。在影響橋式起重機安全的諸多因素中，人的因素也很關鍵。通過咨詢多位橋式起重機設計專家的建議，并對橋式起重機結構和常見故障進行研究的基礎上，擬從橋架、起升機構、運行機構和人的安全因素4個維度評價橋式起重機的安全性。橋架維度主要從結構連接和裂紋變形2個方面體現橋式起重機的安全性；起升機構維度主要從鋼絲繩、滑輪組、吊鉤、制動器、卷筒、安全裝置和電氣設備7個方面反映橋式起重機的安全性；運行機構主要從運行軌道、車輪、安全裝置和電氣設備4個方面反映橋式起重機的安全性；人的安全因素主要從安全管理、人員素質和安全保障3個方面體現橋式起重機的安全性。基于上述分析，構建如圖1所示的多層次橋式起重機安全性綜合評價指標體系。

進行橋式起重機安全評價，需要確定安全評價等級，以往的橋式起重機安全評價過程中，有的學者將安全等級劃分為4級，有的學者將安全等級劃分為5級，本文將安全等級劃分為4個等級：1級(優)、2級(良)、3級(中)、4級(差)。為了適于區間層次分析法評價橋式起重機安全性，需要對安全等級進行量化，這里采用區間數方法進行量化，將優、良、中、差4個安全等級對應的區間數分別設定為：(0.8，1.0]、(0.6，0.8]、 (0.4，0.6]和[0，0.4]，安全等級對應的狀態和區間數等級如表1所示。

圖1 橋式起重機安全評價指標體系

安全等級區間數等級安全等級描述1級(優)(0.8,1.0]處于安全運行狀態2級(良)(0.6,0.8]大部分指標符合要求,少量指標未達標3級(中)(0.4,0.6]大部分指標未達標,對該機安全影響較大4級(差)[0,0.4]存在較大安全隱患,大部分指標不符合規定

2 基于IAHP確定評價指標權重

在決策、評估或評價研究領域，確定科學合理指標權重是進行決策、評估或評價的關鍵，目前客觀賦權法、主觀賦權法和主客觀綜合賦權法是確定指標權重的主要方法。主觀賦權法能有效地結合專家的知識和經驗，得出的指標權重會更加符合客觀實際，因而在確定指標權重方面得到了廣泛的應用。橋式起重機安全評價指標體系復雜，并且均是難以量化的定性指標，不宜采用客觀賦權法，而采用主觀賦權法獲取的指標權重更加符合安全評價實踐。由于看問題的角度不同，不同類別的人員在確定指標權重方面會有不同的思考，給出的指標權重通常會處于一個實數區間，因此，筆者擬采用區間層次分析法計算橋式起重機安全評價的區間數權重。

2.1 區間數和IAHP的基本原理

為了克服層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)在計算指標權重過程中存在的不足，在AHP的基礎上逐步研究發展產生了區間層次分析法(Interval-based AHP，IAHP)。IAHP與AHP的基本原理類似，計算結果和原始數據都以區間數的形式表達，不同之處在于IAHP用區間數代替點值來構造區間數判斷矩陣，通過區間數的運算得到區間數權重。

步驟1利用特征向量法分別求AL、AU的最大特征值所對應的具有正分量的歸一化特征向量xL和xU。

(1)

2.2 確定評價指標的區間數權重

表2 一級評價指標的區間數判斷矩陣

表3 二級評價指標的區間數權重

3 基于IAHP和專家群決策的橋式起重機安全評價模型

基于橋式起重機安全評價指標體系及相應的區間數權重，構建基于IAHP和專家群決策的橋式起重機安全綜合評價模型：

步驟1廣泛征求相關專家建議，構建橋式起重機安全評價指標體系。

步驟2利用IAHP原理構建區間數判斷矩陣，并計算各級指標的區間數權重。

步驟3邀請N位橋式起重機設計專家按照“優”“良”“中”和“差”的4級語言安全評價等級對需評價的橋式起重機二級評價指標進行定性評價。

4 評價實例

為了驗證本文所構建評價模型的合理性、有效性，現以某通用橋式起重機為例進行安全評價分析。邀請10位專家對該起重機的16個二級指標進行定性評價，各位專家對二級指標的定性評價值如表4所示。按照橋式起重機安全評價模型的步驟4，將定性評價值轉換為規范化區間數評價值，如表5所示，其中Iij表示第i個一級指標下的第j個二級指標。

表4 二級評價指標的專家定性評價值

表5 二級評價指標的綜合區間數評價值

依據橋式起重機安全評價模型中提出的指標聚合方法，采用Matlab 6.5軟件編寫簡易計算程序，經運算可以得到橋架、起升機構、運行機構和人的安全因素4個一級評價指標的評價值分別為[0.56，0.86]、[0.43，0.67]、[0.45，0.77]和[0.46，0.78]，將16個二級指標繼續向上聚合，便可得到該橋式起重機安全評價值為[0.46，0.78]。為了便于分析，取橋式起重機安全性評價值的中間值0.62，與語言評價值相比較可知，該通用橋式起重機安全性評價結果為“良”，即安全等級為2級，但處于2級的下限接近于3級。同理可算得，4個一級評價指標的評價值中間值分別為0.71、0.565、0.61和0.62，相對應的安全評價等級分別為“良”“中”“良”和“良”。相比較而言，橋架的安全性較好，運行機構和人的安全因素安全等級雖然為2級但卻接近于3級，起升機構的安全性與其他指標相比稍差，需要重點關注和改善。此定性評價的結論與文獻[6]得出的定性評價結論相一致，文獻[6]的評價方法僅得出了起重機的總體安全等級，未能給出一級評價指標的安全程度，從而表明本文所構建的橋式起重機安全性綜合評價模型是合理有效的，且比以往的評價方法更加科學完善。

5 結論

橋式起重機安全評價是衡量起重機安全水平、優化起重機安全性設計和改善起重機安全性的重要前提和基礎。

1) 針對橋式起重機安全評價具有的區間性、不確定性這一特點，將區間數理論和區間層次分析法相結合計算出了橋式起重機安全評價指標的區間數權重，克服了其他橋式起重機安全評價過程中指標權重計算方法的不足。

2)提出采用區間數理論和專家群決策理論對4級定性評價值進行區間量化處理的方法，構建了基于區間層次分析法和專家群決策的橋式起重機安全評價模型，最后通過實例對某通用橋式起重機的橋架、起升機構、運行機構和人的安全因素4個指標進行安全性評價。

3) 評價結果與其他方法基本一致，但對評價指標的說明更加科學完善，可信度高，從而驗證了該綜合評價模型的合理性和有效性。