基于多指标综合评估法的特种设备固有风险分类分级方法研究

刘致双，金志浩，戚作秋

（1.沈阳化工大学，辽宁 沈阳 110142；2.辽宁省安全科学研究院，辽宁 沈阳 110004）

特种设备是指锅炉、压力容器、压力管道、起重机械、电梯、客运索道、大型游乐设施、厂内专用车辆八类设备的总称。伴随着工业社会的蓬勃发展，特种设备的需求量也越来越大。据统计，截至2020年底，全国特种设备总数达到1648.41万台，其中包括：锅炉35.59万台、压力容器439.63万台、电梯786.55万台、起重设备253.84万台、客运索道1103条、大型游乐设施2.48万套、厂内专用车辆130.21万台、气瓶1.79亿只、压力管道101.26万公里，由此可知，我国目前特种设备数量庞大，同历年数据相比每年仍处递增趋势。随着特种设备数量的增长，特种设备安全管理工作难度也随之增加，全国特种设备整体事故率虽然整体向好，但其安全形势仍不容忽视，2020年全国发生特种设备相关事故107起，死亡106人，与2019年相比，事故起数减少23起，降幅17.7%，死亡人数减少13人，降幅10.9%，特种设备事故与发达国家相比仍然很大，特种设备的安全监管仍需加强，监管方式方法有待提升，很有必要采取风险管理理论，推动特种设备风险的分类分级监管，根据风险等级不同优化企业管理资源配置和监管部门资源配置。

本文主要针对特种设备使用单位的整体特种设备固有风险进行研究分析，建立了评估指标体系，包括：特种设备数量、事故死亡人数、受伤人数、直接经济损失以及介质等影响因子，建立了固有风险分级模型。根据八大类特种设备事故历史数据，结合多指标综合评价法对企业中的特种设备进行整体固有风险评估。在评估过程中运用了熵权法对评价指标赋权，客观的反映出指标间的重要性。首次提出了企业特种设备整体固有风险的评价方法，解决了企业特种设备整体固有风险分级问题。

1 风险评估指标体系建立

多指标综合评价法是对目标从多个角度进行综合评价的方法，每个不同的角度设置指标，将多个指标转化为一个能综合反映目标实际情况的指标进行评价。对企业内特种设备整体固有风险评价时，需要面多不同种类不同数量的特种设备，设备之间差异性大，易出现极值影响评价结果的意义。本文从每类特种设备事故后果入手，建立指标体系，运用熵权法对指标赋权，最后完成特种设备整体固有风险评价大体框架。由于锅炉、压力容器、压力管道这三类特种设备部分介质涉及到危险化学品，需要考虑介质对设备危险程度的影响。本文根据《危险化学品重大危险源辨识》对介质评价，确定介质对锅炉、压力容器、压力管道类特种设备的影响因子，将介质影响因子与对应设备评价结果相乘，计算出该类特种设备的固有风险值。将所有种类的特种设备固有风险值相加，计算出被评价企业特种设备整体固有风险值。最后，通过对某县区所有企业进行计算，得出结果后经专家讨论划分企业整体特种设备固有风险等级流程图如图1所示。

图1 研究过程思维图

1.1 建立指标体系

固有风险是指设备发生事故时造成影响的大小。决定企业内所有特种设备整体固有风险的主要因素为每种特种设备的事故发生时的危害程度和特种设备数量。本文从事故后果的三个因素建立评价指标：平均每起事故死亡人数、受伤人数、直接经济损失，以此代表每种特种设备发生事故时的严重程度。所有评价指标有：特种设备数量等级Xi1、平均每起事故死亡人数等级Xi2、平均每起事故受伤人数等级Xi3、平均每起事故直接经济损失等级Xi4。关系式如式（1）所示：

式中，P为固有风险；R为介质影响因子系数；ω2、3、4为指标权重。i对应八大类特种设备，锅炉为1、压力容器为2、压力管道为3、电梯为4、起重机械为5、客运索道为6、大型游乐设施为7、厂内专用车辆为8。

1.2 数据标准化

收集近年特种设备事故数据，计算出每类特种设备平均每起事故的死亡人数、受伤人数、直接经济损失。将近年各类特种设备事故数据进行汇总，对数据进行标准化处理，经标准化处理公式，如式（2）所示：

式中，Xij为标准化之前的值；Yij为标准化之后的值。

计算后处理结果如表1。

表1 事故影响指标标准化

1.3 指标赋权

完成历年事故数据标准化后，对代表事故后果的三个指标，平均每起事故死亡人数等级Xi2、平均每起事故受伤人数等级Xi3、平均每起事故直接经济损失等级Xi4，进行赋权。因为特种设备较多且数据复杂，为了保证客观性，本文使用熵权法来计算这三个指标的权重。根据信息论中信息熵的定义，信息熵计算公式如式（3）所示：

式中：

如果pij=0，则定义

根据上面归一化处理后的值，计算出信息熵，结果如下E2=0.920、E3=0.813、E4=0.821。最后通过信息熵计算各指标的权重，公式如式（4）所示：

得出，平均每起事故死亡人数等级、平均每起事故受伤人数等级、平均每起事故直接经济损失等级三个的指标权重，如下ω2=0.179、ω3=0.419、ω4=0.402。

1.4 划分指标等级

在指标数据进行标准化处理后，对指标进行分级。首先对特种设备数目这一指标(Xi1)设置为5个阶段，(0—20)、[20—60)、[40—60)、[60—80)、[80—80以上)，数量等级分别对应1、2、3、4、5级。根据我国历年各类特种设备数量占比，对每种特种设备分级。

将我国各类特种设备数量占比分别与总数量等级划分集相乘，得出各类特种设备数量等级划(Xij)分，结果如下：

锅炉数量等级(X11)：(0-1]台直接3级；(1-1以上)台直接5级。

压力容器数量等级(X21)：(0-5]台为1级；(5-10]台为2级；(10-15]台为3级；(15-21]台为4级；(21-21以上)台为5级。

压力管道数量等级(X31)：(0-0.71]km为1级；(0.71-1.42]km为2级；(1.42-2.13]km为3级；(2.13-2.84]km为4级；(2.84-2.84以上)km为5级。

电梯数量等级(X41)：(0-8]台为1级；(8-17]台为2级；(17-26]台为3级；(26-35]台为4级；(35-35以上)台为5级。

起重机械数量等级(X51)：(0-3]台为1级；(3-6]台为2级；(6-9]台为3级；(9-12]台为4级；(12-12以上)台为5级。

客运索道数量等级(X61)：[1-1以上)条直接5级。

大型游乐设备数量等级(X71)：[1-1以上)套直接5级。

厂内专用车辆数量等级(X81)：(0-1]台为1级；(1-2]台为2级；(2-4]台为3级；(4-5]台为4级；(5-5以上)台为5级。

对平均每起事故死亡人数(Xi2)、受伤人数(Xi3)、直接经济损失(Xi4)数据进行标准化处理后，进行分级处理[0-0.2]、(0.2-0.4]、(0.4-0.6]、(0.6-0.8]、(0.8-1]，对应1、2、3、4、5级，近年分布结果如表2所示。

表2 近年事故数据等级表

1.5 介质影响因子评价

在特种设备整体风险评估中，某些特种设备（如锅炉、压力容器、压力管道）的工作介质可能为危险化学物质，对这三类特种设备的固有风险产生巨大影响。

由于含有危险化学物质的特种设备在特种设备总量中占比极少，从宏观事故数据指标很难反映出含有危险化学物质的特种设备固有风险，所以加入介质影响因子弥补这一不足。本文对介质影响因子分为五个级别：一级危险介质影响因子系数1.5、二级危险介质影响因子系数2、三级危险介质影响系数2.5、四级危险介质影响系数3、五级危险介质影响系数3.5（如果无介质或介质不属于危险化学品，则系数为1）。

《危险化学品重大危险源辨识》中计算重大危险源公式，如式（5）所示：

式中，R为重大危险源分级指标；α为重大危险源厂区外人员暴露校正系数；βi为危险化学品校正系数；qi为该类危险化学品实际存量；Qi为该类危险化学品临界量。

由公式（5）可以反映出厂内危险物质的危险程度。《危险化学品重大危险源辨识》中R是对重大危险源分级的指标，而对企业特种设备隐患排查固有风险评价时，绝大部分企业特种设备工作介质中危险化学品含量达不到重大危险源，因此对危险介质评级时对R值重新定级，R在(0-0.2]区间为一级危险介质影响因子、R在(0.2-0.4]区间为二级危险介质影响因子、R在(0.4-0.6]区间为三级危险介质影响因子、R在(0.6-0.8]区间为四级危险介质影响因子、R在(0.8-0.8以上)区间为五级危险介质影响因子。

1.6 评价体系整合

综上所述，建立企业特种设备固有风险评价标准，如表3所示。

表3 企业特种设备固有风险评价表

表中A1-8分别为锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、厂内专用车辆。

将被评价企业特种设备种类、数量、介质情况输入到表格中，由式（1）计算出的企业风险总值，计算结果越高，企业的风险越大。以某县区所有涉及特种设备的企业为模板，综合多家企业案例与专家讨论，对企业特种设备固有风险进行分级，分值在(0-15]、(15-30]、(30-45]、(45-45以上]四个区间，对应风险等级为蓝、黄、橙、红。

2 应用实例

本文对某县区两家涉及特种设备企业作举例进行计算，企业情况如下：企业A：起重设备86台，对应设备数量等级为5级；厂内专用车辆5台，对应设备数量等级为4级（机械制造类厂家）（详见表1）。

表4 企业A特种设备固有风险评价表

企业A为机械制造类企业，企业规模大，起重设备数数量高达85台，起重量最大的起重设备其起重量高达100吨，不涉及危险化学品。专家现场走访对该企业特种设备固有风险定级为黄色。用本文研究方法计算得出企业A特种设备整体固有风险数值为23.97，风险等级黄色，与专家现场意见相同。

企业B：锅炉2台，设备数量等级为2级；压力容器22台，设备数量等级为3级；压力管道1km，设备数量等级为4级；电梯1台，设备数量等级为1级；厂内专用车辆2台，设备数量等级为2级（化工制药企业），详见表2。

企业B为化工制药类企业，特种设备种类多数量大，且涉及到危险化学品。专家现场走访，对企业特种设备固有风险定级为红色。用本文的方法计算得出企业B特种设备整体固有风险值为57.46，风险等级为红色，与专家意见相同。

经过以上案例、专家意见和现场情况相比较，可以得出本文的评判方法，与实际情况相符，可以科学的评判出企业的特种设备整体固有风险。

表5 企业B特种设备固有风险评价表

3 结语

在特种设备检查过程中，由于各类特种设备差异过大，如锅炉与叉车的固有风险相比，锅炉涉及物理或化学爆炸，而叉车涉及车辆伤害，从危险能量的角度相比差距非常巨大，如果直接放在一个体系里相比，会出现极值的情况，使评价结果失去意义。本文运用多指标综合评价法，从历年各类特种设备事故数据入手，计算出每类特种设备平均每次事故的死亡人数、受伤人数、经济损失。根据上面的数据和被检查企业特种设备数量分布，建立四个评价指标和一个介质影响因子，并对指标和介质影响因子进行标准化处理划分等级，再运用熵权法对指标进行赋权，经过以上计算得出了企业特种设备固有风险值确定企业固有风险等级。这次研究主要为了解决政府部门对企业进行检查时给企业确定固有风险的问题，只需要统计近年来的数据，定下分级与权重，就可以通过客观的计算一次性的对辖区内的多家企业进行固有风险评估。解决了特种设备种类差异大易出现极值，难以对多种类特种设备进行固有风险评价的难题。改善了目前缺乏一种数值性特种设备固有风险隐患排查方法的这一局面。为有关部门进行企业特种设备固有风险评价，提供了新的方法。