钢铁企业安全风险评估指标体系研究

贾秋璇，董宪伟

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210)

引言

当前，依托经济与科技迅猛发展，我国钢铁企业在生产技术等各个方面也都得到了飞速发展，但是钢铁企业再生产过程中存在生产作业条件艰苦、工作时间较长、生产流程复杂以及设备仪器复杂等特点。目前，钢铁企业的生产工艺及设备水平随着科技发展进步得到了不断提高，但由于整体的安全投入还不足，每年仍有多起事故发生[1,2]。风险评估在钢铁企业安全管理中必不可少。一个客观准确的风险评估应基于一个合理、科学的指标体系，因此，构建一个科学合理的风险评估指标体系尤为重要。

层次分析法于上世纪70年代提出[3]，经过不断地应用完善，建立了一套完整的评价体系，被广泛应用于企业风险评估过程。曲娜等[4]选用层次分析法建立视频监控系统失效风险评估指标体系并由此来确定各个层级因素的权重。层次分析法在风险评估方面的应用已日益得到完善。针对层次分析法具有的主观性较强、依赖专家经验这一特性，近年来，针对层次分析法的改进研究成为了重点。为改进层次分析法使用中存在的不足，张婷婷等[5]建立了结合层次分析法和集对分析2种方法的AHP-SPA的煤矿安全评估模型。依据得到的权重和指标体系，再结合所建立的“三位一体”体系，从而使煤矿安全管理效果的动态评估得到实现。高西林等[6]应用层次分析法和属性数学模型2种方法并使之结合运用，达到了确定系统风险等级和所得指标权重的目的，从而得到了被测系统风险评估模型。辛晶等[7]在构建石油化工设施安全风险网络层次分析模型的基础上，选取Saaty标度法量化安全风险参数，利用SD软件对安全风险参数进行排序。此方法考虑了各个安全风险参数产生的相互作用和影响，改进了基于线性组合关系的递阶层次分析模型的不足。靳江红等[8]采用层次分析法和熵值法组合使用来确定权重，以达到降低主观性赋权的目的，并依据所得指标体系和权重，建立被测系统的风险评估模型，并对风险进行了分级。

该项研究计划选用一种将层次分析法与熵权法结合计算权重的方法，将其应用于指标体系建立中，提出了一种组合赋权筛选指标的指标体系建立方法，并对所建指标进行有效性检验，以期为后续企业风险评估以及整改提供理论参照。

1 钢铁企业安全风险评估预选指标体系

1.1 指标体系构建依据

通过浏览全国各省及下属地级市应急管理局官网，搜索事故调查报告，从中筛选钢铁企业事故调查报告，对2017年6月至2021年1月以来钢铁企业事故进行汇总整理，并查阅相关文献，由此可以发现，发生伤亡人数较多的类别依次是：机械伤害、起重伤害、灼烫、高处坠落、中毒和窒息等类别[9]。钢铁企业因其生产工艺特殊性的限制，通常危险性较大，实际生产中，常存在防护层次少，过于依赖主观经验等问题，并且一些企业在安全设计中也会存在一些问题，包括安全管理方面的相关问题。巫志鹏[10]采用多种冶金相关手段，将其与安全分析方法相结合，通过现场调查、分析等手段得出，我国钢铁企业存在固有危险性高的特点，且危险程度不亚于化工行业。

1.2 确立预选指标

对于企业安全指标构建设计，一般应基于科学性、系统性、层次性、独立性、可行性、实用性以及综合性等几个原则。指标体系的构建要将理论作为基础，既要科学，又需实用，所建立的指标体系需要能够解决实际问题，符合被测企业的实际情况。并且，在准确的前提下指标选取的数量不宜过多。

根据收集统计的2017～2020年间钢铁企业事故原因数据进行整理分析，结合国内外相关研究文献以及法律法规，同时考虑到钢铁企业生产过程中的特点，从人员、设备、环境和管理4个方面进行分析。通过分析钢铁企业生产体系的脆弱性及威胁可以得出其安全风险因素，结合具体事故及其事故原因，建立钢铁企业安全风险评估预选指标体系。选取4个一级指标，27个二级指标。预选指标体系如表1所示。

表1 钢铁企业安全风险评估预选指标体系

2 预选指标筛选

在体系建立过程中，过多的指标会对评估结果造成消极影响，因此应当对指标进行筛选[11]。综合各种筛选方法，选用计算指标权重来进行指标筛选：

记指标体系Z={z1,z2,…,zn}，将λ={λ1,λ2,…,λn}定义为权重数集，且λi∈[0,1](i=1,2,…,n)。

设取舍权重数为λch，其中λch∈[0,1]。

当λch≥λi时，将指标zi删除。

2.1 层次分析法确定主观权重

运用层次分析法对主观权重进行确定。

(1)建立层次结构模型

以预选指标体系为基础，对层次分析结构模型进行确定。层次结构图如图1所示。

图1 预选指标层次结构图

(2)构造判断矩阵

针对被选择的2个因素xi和xj，以aij表示xi和xj对Z的相对重要性之比，其结果用矩阵A=(aij)m×n表示。运用1～9标度法对aij进行确定。表2为1～9标度的含义。

表2 1～9标度表

(3)层次单排序及其一致性检验

记W为λmax的特征向量在归一化后的值，其中λmax为判断矩阵最大特征根。其意义为同一层次元素相较于上一层因素中的某因素，具有的相对重要性的权重值。

定义一致性指标CI：

(1)

定义一致性比率CR：

(2)

式中：RI为随机一致性指标。

表3所示为随机一致性指标。

表3 随机一致性指标

一般认为一致性比率CR<0.1时，认为A满足一致性定义，检验通过。

(4)层次总排序及其一致性检验

层次总排序在计算时，应从最高层次开始依次进行。它指代的是计算得到的某一层中所有因素对比最高层的相对重要性的权重数值。

层次总排序的一致性比率：

(3)

当CR<0.1时，认为层次总排序通过一致性检验。

基于统计的事故原因发生次数数据，结合相关专家意见，构造判别矩阵并计算主观权重，使其通过一致性检验。主观权重结果见表4。

表4 钢铁企业安全风险评估预选指标权重

2.2 熵权法确定客观权重

(1)判断矩阵构造

构造判断矩阵C=(Cij)m×n。其中，m与n分别指代评估对象个数以及被评估对象的评价指标个数。

(2)熵值计算

根据信息论中信息熵的定义，计算熵值，公式如下：

(4)

其中，

(5)

(3)熵权计算

根据公式(4)，对各个指标的信息熵进行计算，记为E1,E2,…,En。并对各指标的权重进行计算：

(6)

以所掌握事故统计数据作为基础数据，应用式(4)～(6)计算客观权重，结果见上表4。

2.3 组合权重的确定

(7)

进行改进，得到两种改进后的计算公式，其一为：

(8)

ωi=(ωi1+ωi2)/2

(9)

其二为：

ωi=αωi1+(1-α)ωi2(0≤α≤1)

(10)

其中，ωi1,ωi2分别为第i个指标的主观、客观权重，ωi为第i个指标的综合权重。当α=0.5时,式(9)与式(10)等价，说明主客观权重地位相同。本文取组合权重值为主观权重与客观权重的算术平均，即：

ωi=0.5ωi1+0.5ωi2

(11)

根据公式(11)，运用所得主客观权重值，计算得出指标组合权重，结果见上表4。

计算时选取取权数阈值为0.05[13]，筛选各指标的组合权重，最终得到所建钢铁企业安全风险评估指标体系，如表5所示。

表5 钢铁企业安全风险评估指标体系

3 指标的有效性与可行性验证

3.1 指标的有效性验证

运用有效性验证对所建指标体系是否具备有效性进行验证：

记安全评估指标体系Z={z1,z2,…,zn}，参加评估专家人数为S，专家j对评估系统的评分集为Xj={x1j,x2j,…,xnj}。

定义指标zi的效度系数为：

(12)

(13)

定义安全评估指标体系Z的效度系数为：

(14)

一般来说，β越小，表明该评估指标体系对评估系统更有效。

将筛选后的指标体系交给5位钢铁企业风险评估方面专家，由专家对此指标体系进行5分制评定，评定原则如表6所示。由公式(12)～(14)计算得出效度系数β=0.08。结果表明，筛选后的指标体系通过有效性检验。

表6 钢铁企业安全评估指标评定原则

3.2 指标的可行性验证

为对指标体系的可行性进行检验，引入物元可拓评价方法对实际企业进行评估。以某钢铁企业为例，运用建立的风险评估指标体系，对其进行风险评估分析与风险评级。风险评估结果表示，该钢铁企业风险等级为低风险等级，该评估结果与该企业的实际情况相符，表明该指标体系在实际运用时具有可行性。

4 结论

(1)基于查阅相关资料以及事故统计原因的指标选取方法确定预选指标体系。

(2)引入层次分析法与熵权法相结合的组合权重计算方法，对指标进行筛选，最终确定了包含4个一级指标，21个二级指标的指标体系。

(3)运用有效性验证检验指标有效性，所建指标体系通过检验，表明该方法所建立指标体系具有一定的有效性。

(4)结合物元可拓评价方法，以某钢铁企业为例，运用所建指标体系进行风险评估，得出风险等级与企业实际情况相符，表明该指标体系具有可行性。