基于ISM 和AHP 的起重机械事故风险因素分析

首都经济贸易大学管理工程学院 王 涛 吕淑然 王婉青

引言

随着我国城市化进程的不断推进，城市建设工程规模日渐庞大。起重机械设备吊运施工方法为建筑行业生产作出了巨大贡献，在促进建筑业发展方面起到关键性作用。但是，这类设备在进行安装、吊运、维检作业中极易引发触电、挤压碰撞、高处坠落、机体倾翻、物体打击等事故。起重机械事故具有大型化、群体化、严重性等特点，一旦事故发生，将造成大面积人员重伤和死亡等后果。据不完全统计，2017 年建筑行业起重机械事故伤害占比达到10.40%，且近两年起重伤害事故起数大幅上升[1]，起重机械事故发生率较高，事故后果较严重。因此，在提升安全生产效益的同时，如何有效遏制此类事故发生，确保起重机械作业各个环节的安全已成为研究重点。

一些学者在此研究领域已取得了一些成果。例如：陈新亮[1]采用拉夫堡ConAC 模型，对建筑业起重设备事故原因进行调查和分析；陈文雄[2]利用模糊评价方法建立起重机械安全评价体系，评估起重设备的安全状态以提高安全性能；龚楠[3]通过LM 神经网络对起重机械的本质安全评价建立模型，并通过数学算法和理论获得各危险因素利用德尔菲法，就人员因素、物料因素、环境因素、管理因素4 个层面选取了13 个导致起重机械事故发生的风险因素，如表1 所示。对起重机械安全影响的大小。

表1 起重机械事故风险因素

综上所述，当前研究大部分集中于事故原因调查和安全评价模型的构建。这些学者将风险影响因素看作独立的个体进行分析，缺乏对风险因素内在联系的研究。从大量起重机械事故案例可以看出，事故的发生往往是由多种因素相互耦合、叠加及影响所造成的。为了更加深入的分析事故致因机理，从根本上降低事故发生概率，本文将运用解释结构模型（ISM）和层次分析法（AHP）相结合的方法，剖析风险因素间的层次关系并计算出各因素权重，为施工单位制定有效的预防手段和措施以减少事故的发生提供参考。

基于ISM的风险因素分析

1.风险因素确定

通过查阅相关事故案例报告和文献[4-7]，

2.建立ISM 模型

解释结构模型法（Interpretation Structure Model Method，ISM）是系统科学的一种研究方法，由美国的J.华费尔特教授于1973 年首次提出[8]。该方法的基本思想是首先把要分析的系统拆分成多个子系统，然后分析各因素之间的直接二元关系，映射到有向图上，运用布尔逻辑运算，将系统结构以层次化的有相拓扑图形式呈现出来，最后就得到一个多层递阶解释结构模型。ISM 方法应用十分广泛，包括从国际性能源方面到地区性经济开发、企业事业单位等领域。它在揭示系统结构、资源设计与开发研究等方面具有重要作用[9]。

2.1 建立邻接矩阵

根据对影响起重机械事故的风险因素分析，确定各因素之间的逻辑关系，并得到各风险因素的关联矩阵A即为邻接矩阵。在起重机械事故的邻接矩阵中，用数字“0”和“1”来表示因素之间有无直接影响。本文基于ISM 模型相关文献、专家咨询及事故案例分析三种方式相结合建立事故的邻接矩阵，该矩阵是一个13×13 的矩阵，13 个风险因素两两比较后得到机械安全的因素间有无直接影响关系。邻接矩阵如下。

其中Si为行，Sj为列。

2.2 建立可达矩阵

可达矩阵是指用矩阵形式来描述有向连接图中各节点之间，经过一定长度的通路后可达到的程度。与邻接矩阵不同的是，可达矩阵既能反映出各因素之间的直接关系，又能体现出它们存在的间接影响。通过邻接矩阵A，计算邻接矩阵与单位矩阵的和A+I，运用布尔代数对A+I进行幂运算，直到使得M=（A+I）n+1=（A+I）n≠（A+I）n-1≠…≠（A+I）2≠（A+I）（n为正整数），M即为可达矩阵。本文利用MATLAB 软件工具计算求得n=3 时，该模型满足以上条件。可达矩阵结果如下。

2.3 风险因素层级划分

基于可达矩阵对风险因素进行层级划分，便于更直观地了解起重机械事故风险因素间的层级关系。首先要确定各风险因素的可达集R(Si)与前因集N(Si)。可达集指Si可到达的所有系统因素的集合，前因集则指可到达Si的各因素组成的集合。然后根据求得的可达集和前因集，分别计算它们的交集Ci。若R(Si)=C(Si)，Si为第一层级因素。在可达矩阵中将Si所在的行与列删除，得到一个新的可达矩阵，重复以上步骤，直到将所有因素全部划分到所属层级。最终求得引起该起重机械事故的风险因素可分为6 个层级，分别为：L1={S2，S5，S10}；L2={S4，S6}；L3={S1，S9}；L4={S3，S11}；L5={S8，S12，S13}；L6={S7}。

根据层级划分结果，经分析计算和化简处理后得到起重机械事故的ISM 模型，如图1 所示。

图1 起重机械事故风险因素的ISM模型

在该模型中，风险因素被分为三层，分别为直接因素、间接因素和深层因素，其中第一层直接因素包括安全保护装置、作业行为和应急预案。代表这三个因素在不同程度上对起重机械事故形成直接影响关系；第二层包含了6 个间接因素，分别为起重设备情况、个人防护用具、安全意识、安全教育培训、身心素质、作业周边环境，这些间接因素通过影响直接因素进而对起重机械事故造成影响；第三层为深层因素，也可称为根本因素，在此模型中包括现场安全标志、法律法规、气候条件以及安全管理。其中，气候条件属于不可控因素。现场安全标志、法律法规和安全管理是规范起重机械作业行为的重要手段，企业应重视全方位设立作业现场安全标志，严格遵守法律法规，确保安全管理工作的高效进行。

基于AHP方法的风险因素权重计算

ISM 模型仅对影响该事故风险因素的内在联系作了定性分析，没有实际量化的数据比较。为了弥补该不足，实现风险因素的定量化分析，本文将结合层次分析法计算各因素的权重值，从而得出各风险因素对起重机械事故发生的影响程度排序，为建筑施工企业提供一定的参考。层次分析法（AHP）指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。AHP 定量分析可以根据下层因素对上层因素的相对重要性，通过因素间简单的比较和计算来评价所有因素的权重并给出一个总排序。

利用画图工具建立起重机械事故的层次分析结构如图2 所示。

图2 起重机械安全等级评价体系

综合图2 指标评价体系和ISM 模型结果，层次分析法的计算步骤由于其普适性本文将不再赘述。首先本文采用1-9 尺度法对各指标进行两两比较，通过邀请精通设备安全的专家打分的方法构建判断矩阵。构建的管理因素判断矩阵如表2 所示。

表2 管理因素判断矩阵

对该判断矩阵进行一致性检验，要求一致性比例小于0.1 则称判断矩阵的一致性符合要求。经计算，管理因素一致性比例为0.0265<0.1。对起重机械安全体系的权重为0.4668。按照同样的方法可构建人员因素、物料因素、环境因素的判断矩阵，得出起重机械安全每一个风险因素所占权重，如表3 所示。

表3 风险因素的综合指标权重

根据ISM 模型和表3 中风险因素的综合指标权重占比可以得出：

（1）在影响起重机械事故的风险因素中，安全管理、作业行为、安全教育培训所占权重较大。因此，企业和相关部门应着重加强起重机械安全管理，规范机械操作员工的学习和培训工作；其次，在影响该起重机械事故的直接因素中，作业行为所占比重较大（0.1735），应急预案所占比重较小（0.0780），所以企业在加强安全管理的同时，要把工作重心应多放在规范人员作业行为上，针对性地采取预防措施，以便在最短时间内最大效率解决起重机械系统的安全问题。

（2）深层因素包括安全管理、法律法规、现场安全标志和气候条件。所以企业要在全体员工中树立安全管理理念，积极创新探索利于加强起重机械安全管理的可行策略；严格遵守法律法规，杜绝一切违章操作；切实重视现场安全标志、警告牌的设置；做好暴雨、暴雪等恶劣天气的预防工作。

（3）企业及相关部门应对安全管理、作业行为、安全教育培训这三个因素加以重视。起重机械作业不仅要加强对现场操作环节及人员专业素质的管理，同时，还要对起重机械设备的安拆、运行、维检保养全过程实时监管，全方位安全管理。此外，综合考虑施工现场实际情况及企业需求，加大安全投入，明确各部门职能及主体责任，适时修正起重机械安全相关规范，最大程度保证施工过程的安全。此方法有助于更好的识别风险因素间的层次关系，为分析过程提供了理论依据，对预防起重机械事故起到了关键作用。

结论

（1）起重机械安全管理是一项复杂的系统工程，其风险因素涉及人的不安全行为、物的不安全状态、管理缺陷、恶劣天气环境等情况，本文利用ISM 模型将影响起重机械安全的风险因素划分为直接因素、间接因素和深层因素，实现了风险因素的定性分析。

（2）为了定量化的计算出各风险因素对事故发生的影响程度，本文运用AHP 层次分析法计算了起重机械事故所有风险因素的权重。结果显示，安全管理的权重占到0.2115，影响程度最大，其次为作业行为，权重为0.1735，安全教育培训也在0.1 以上，达到0.1221。

（3）通过解释结构模型模型（ISM）与AHP 层次分析法的有机结合，既明确了各因素间逻辑关系及相对重要性，同时还给出了各因素的综合权重。这种定性和定量相结合的分析方法增加了分析结果的可靠性，对建立起重机械安全长效机制具有重要意义。