AHP方法在塔機安全性評價中的應用

胡文巖，孫齊超

（中核華興達豐機械工程有限公司，上海 200333）

1 研究背景

影響塔機工程安全的因素有多種，如管理、技術和環境等，因此，如何進行安全評價是一個復雜的過程。目前，有不少評價方法應用到塔機工程中，比較簡單的方法有安全檢查表法和專家評議法。這些方法雖然簡單直觀，但是評價效果受決策專家的素質和專業經驗影響，有很大的主觀性，也無法量化安全程度，評價周期長[1]。因此，需要建立一種綜合評價方法對塔機工程進行合理評估，有利于預防塔機事故，對塔機工程優化管理和項目方案的決策提供指導。

目前綜合評價方法有層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）、人工神經網絡分析法、模糊方法和灰色綜合評價法等。徐格寧等[1]把AHP 方法和模糊評價方法結合起來，應用到橋式起重機綜合安全評價中，能夠評價出整機的安全級別，并分析各因素對系統安全的貢獻程度；歐陽蒙[2]運用模糊數學原理建立塔機的安全綜合評價指標體系，提出了一種降低建筑機械事故發生率的安全措施，供行業參考。潘友杰[3]也運用了模糊評價方法，建立了塔機安全性評價模型，并給出安全實施步驟；鄧錚強等[4]利用GA-BP 神經網絡開展了施工升降機安全評價和預測研究，對施工升降機安全評價工作提供一定參考；張小琴[5]分析了人、機、環境、管理等影響塔機安全的因素，建立了AHP 分析模型。金久富[6]使用AHP 方法應用到了塔機安拆綜合評價中，孫齊超等[7]對AHP 方法在塔機安全性評價方面的應用進行了總結和分析，并對應用中可能存在的問題進行探討，并給出了一些建議，為塔機安全評價提供了參考。

也有一些較復雜的方法應用塔機安全評價中，周劍學等[8]在塔機施工安全風險評價研究應用了模糊貝葉斯方法，于家碩等[9]采用熵權法-多維云模型進行起重機安全評價，王建兒等[10]在起重機安全評價中引入用熵權法（EWM）、關聯準則重要性賦權法（CRITIC）和博弈論。這些方法在實際應用中有難度，不便于推廣，對于一般的評價也未必需要復雜的方法去解決。

AHP 方法在塔機安全評估方面的應用較為廣泛，不需要復雜的理論和計算，得到研究者的青睞。然而在實際應用中，一些注意事項可能會被忽略。本文結合實際工程經驗，分析AHP 方法在實際工程中的適用性，并對塔機安全性評價工作提出一些建議，為管理、規劃和項目方案決策提供參考。

2 AHP方法在塔機工程中的適用性

2.1 AHP綜合評價模型的特點和實施流程

AHP 綜合評價體系包括三部分，如圖1 所示，最下面一層是評價層（方案層），指的是需要評價的個人、單位（組）、機構或者方案，中間層是準則層，即安全指標，包括可量化指標和非量化指標；第一層是目標層，通過交叉比較對評價層進行權重劃分，進而評價出最優的一項作為目標。

圖1 AHP綜合評價模型

AHP 方法是通過行業的專家或者有經驗的從業者進行打分，結果形成判斷矩陣，再進一步求解判斷矩陣的特征值和特征向量，經過一致性檢驗后，便可以得到評價層次上每個元素相對于決策層的權重。通過加權方法即可求解出每一個評價層次元素相對于總目標層的權重比例，權重比例最大的即可視為最佳方案或最優目標。

AHP 方法實施流程是構建準則層判斷矩陣A和決策層判斷矩陣B。根據指標體系的層次結構，采用兩兩比較的方法，逐層確定各因素的相對重要性，建立判斷矩陣。假設該系統由m個準則層單元和n個決策層單元組成。對于準則層，所有指數成對比較，得到準則層單元的判斷矩陣A。對于決策層，比較不同的決策層單元以確定其相對重要性，得到判斷矩陣Bj（j=1，2，…，m）。

AHP 方法重要性對比可選擇可量化指標，也可選擇非量化指標，進而從主觀和客觀2 個角度進行評價。常用方法是采用1～9 標度法對決策判斷進行量化，指標交叉對比時權重劃分如表1 所示，可對專家的主觀判斷進行客觀量化，構造出準則層比較矩陣和決策層的判斷矩陣。

表1 判斷矩陣的標度及其含義

從圖1 可以看出，準則層指標應相互獨立，且與決策層密切相關，評價層至少應有2 個候選目標或者方案，否則沒有評價的必要性。

計算判斷矩陣A和Bj（j=1，2，…，m）的最大特征值及其對應的特征向量WA和Wj（j=1，2，…，m），利用式（1）進行一致性檢驗

式中，CI為一致性指標，λmax為最大特征值，n為評價指標的數量，RI為平均隨機一致性指標，RI的值可通過表2 中矩陣隨機一致性指數查出。CR為一致性比率。當CR＜0.1 時，即認為判斷矩陣滿意的一致性，否則需要重新打分，對判斷矩陣進行調整。

表2 1～9階矩陣隨機一致性指數

特征向量Wj（j=1，2，…，m）組成矩陣WB

AHP 計算的決策層單元的權重向量為

以文獻[6]為例，對某公司4 個安拆班組進行考核，如圖2 所示，即決策層有4 個單元，而考核指標有5 個，分別從技術、客戶滿意度、管理、經濟效益和環境等5 個一級指標進行評價。那么判斷矩陣A 為5 階方陣。判斷矩陣Bj（j=1，2，3，4，5）均為4 階方陣。

圖2 AHP塔機安拆評價模型

為更合理地打分，針對一級指標可以細分為多個二級指標作為參考，如技術全面性可以用安全可靠性、安超熟練度、技術復雜程度和作業故障率來衡量。評價標準更加清晰，結果更加公正。

還可利用AHP 評估模型進一步進行靈敏度分析，通過改變某個一級指標的權重，分析目標層的權重變化，可以得出目標層單元對準則層不同指標單元的依賴程度，進而更好的判斷個把握不同決策單元的特點，并針對其特點實施改進策略。

2.2 AHP評價方法適用性

如文獻[11]提出的一種AHP 模型（圖3），準則層考慮8 個指標，前5 個為成本指標，剩余3 個為效益指標，利用AHP 方法對決策層中傳統塔機還是半自動塔機方案進行安全評估，綜合考慮了安全、成本和效益3 個方面，當決策方案不唯一時，進行綜合評價，評價出一種合理的方案。

圖3 AHP方案決策模型

該應用強調決策者直覺判斷的重要性及決策過程中選擇方案比較的一致性。決策者根據知識和經驗進行判斷，因此，AHP 方法很好地符合決策者的主觀行為，其優點是將有形和無形因素以系統的方式組織起來，為新施工技術實施相關的決策問題提供了一種結構化并且相對簡單的解決方案。AHP 方法適用于具有定性或兼有定量決策的分析方法，操作簡單，不需要大量的調查測試數據，便可定性分析，具有一定的科學性。主要應用于存在多種相互矛盾的方案或者決策時難以篩選的問題。

AHP 方法作為主觀方法，還可以結合基于數據的客觀評價方法進行主、客觀綜合評價。比如文獻[12]提出了一種AHP 和變異系數法結合的方法，用于交通事故抽樣指標的權重分配中。既有AHP 評價，又融合基于數據驅動的變異系數法，結果既體現決策者的主觀意愿，又根據實際數據進行權重分配，效果更佳。而文獻[1]針對復雜的起重機系統中存在邊界模糊，無法定量描述的因素，把模糊的思想加入到AHP 分析中，有效彌補了評價指標的模糊性和隨機性的缺陷，評價結果更加合理和客觀。

3 塔機安全性評價應用建議

AHP 方法可以應用任何行業中，也適用于塔機行業的各個領域。決策層和準則層可以根據實際靈活制定，也可以組合客觀評價方法進行綜合評價。然而在評價過程中，需要注意一些事項。

1）制定明確的決策層，如文獻[11]從2 個方案中評價出綜合性更好的一項；文獻[7]對公司不同的安拆工程班組進行綜合績效評估，決策層是4 個工程班組。在準則層中，不僅要考慮安全，也要從成本和效益方面出發，考慮人、機、環境、管理等因素，提出重要性指標，更能體現綜合性，這樣評選的方案不會為了安全太保守，也不會太激進。

2）評價者在評價過程中的作用是極其重要的。盡量選擇有專業素養的專家進行評價。評價工作也不以某個專家的結果為標準，而是采用專家小組形式進行評價，可對不同專家結果同樣采用權重的方式進行統計，最終結果會更具權威性。

3）指標數量選取要適當，并非越多越好。如果無關緊要的指標太多，會增加評價難度，也會對評價的準確度有影響。指標之間要相對獨立，等級分明，每層之間不存在因果關系，應具有可比性和可行性，方便比較和操作。

4）AHP 方法仍具有一定的主觀性。AHP 聯合客觀評價方法（如模糊方法和灰色綜合評價方法）進行分析，既體現出決策者的偏好，又能體現客觀事實，依據量化指標進行客觀評價，結果更具有綜合性。而客觀方法是以數據作為基礎的方法，需要收集可靠的數據，或者制定可靠的置信區間（模糊區間）。

5）評價工作固然重要，而實際的安全管理和執行力更應該落到實處，這樣才能使評價工作發揮出重要的作用。安全管理必須引起領導、各級管理人員、操作人員和維修人員的高度重視，做到責任劃分明確、獎罰分明，注重安全意識，提高專業素質和技術水平，使用、維修、保養工作按嚴格按照程序進行。持之以恒，保持居安思危的憂患意識，這樣才能做到“預防為主”，才能夠杜絕事故的發生。

4 結語

1）通過綜述多個安全評價方法，AHP 方法在塔機安全評價方面的應用較廣泛，操作簡單，能從主觀和客觀兩個方面進行綜合評價。進一步對AHP 方法的特點和適用性進行分析，并結合工作經驗，對安全評價工作提出一些建議。

2）安全評價是均衡成本、效益和安全的一種綜合方法。可為安全管理和決策提供一種合理的方案。而安全評價只是塔機工程的安全的輔助手段，其安全性更應該落實到執行的每一步，意識上高度重視，行為上嚴格按照規章制度操作，不斷學習和培訓，提高專業素質和技術水平，才能最大程度杜絕事故的發生。