基于AHP的龙门吊船装卸货物作业安全风险分析

范晓飚，卫泽亮，程志友，赵俊达，周昔东

(重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆 400074)

0 引 言

龙门吊船舶不仅是海上工程建设的重要船舶，也是海上货物装卸的必备工具。目前学界主要是针对普通船舶的安全风险进行了研究，但对龙门吊船舶装卸货物作业时的安全风险研究较少。为更好地分析船舶装卸货物作业时的安全风险，有必要对龙门吊船舶装卸货物作业安全风险进行分析与研究[1-2]。

龙门吊船舶装卸货物作业安全风险指标取决于影响船舶安全的各指标权重。权重是各指标在系统中对评价目标所起作用的大小程度[3-5]。层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)是以定量分析和定性分析为基础，利用判断矩阵确定影响龙门吊船舶在装卸货物下的各项安全风险指标权重，为龙门吊船舶在装卸货物作业中的危险预警提供数据基础[6]。

1 龙门吊船舶装卸作业特点

1.1 危险性高

龙门吊船舶装卸货物作业过程中可能存在许多偶然的危险因素。其作业环境繁杂，装卸货物设备作业范围和空间局促，具有一定危险性，但在船舶装卸货物行业里又是必不可少的流程。

1.2 技术性强

龙门吊船舶装卸货物作业过程复杂，技术要求高且细致，涉及面较广。在保证作业安全情况下，需制定科学的施工方案，不但要求作业人员对装卸设备、货物等知识有全面了解，且要求作业人员有较高的操作技能和丰富的经验。

1.3 协同性高

龙门吊船舶装卸货物作业是一项协同性非常高的工作。需指挥员、操作员、安全员等多个部门全面协调、紧密配合、分工明确、统一工作，以确保龙门吊装卸货物作业时的安全可靠。

影响龙门吊船装卸货物作业安全因素主要概括为人、船舶、环境、装卸设备等4个方面，每个方面又包含多个影响程度不同的因素[7]。基于影响龙门吊船装卸货物作业安全风险的因素特征，笔者以龙门吊船装卸货物作业安全风险指标的有效性和科学性为重点，在调查基础上筛选影响因素指标，最终建立影响龙门吊船装卸货物作业安全风险的问题指标，如表1。

表1 龙门吊船装卸货物作业安全风险指标Table 1 Safety risk indicators for cargo loading and unloading operations of gantry crane ships

2 基于AHP的安全影响因素分析

2.1 层次分析法

层次分析法是将与决策有关的因素划分为目标层、准则层、方案层等，并逐层比较多重关联因素，并针对这些因素进行定性和定量分析的方法[8-10]。该方法适用于影响因素繁杂、决策准则较多且不断变化的问题[11]。由于船舶安全风险影响因素较复杂，各影响因素之间关联性错综，因此笔者采用层次分析法来确定影响龙门吊船装卸货物作业安全风险的各因素权重。

2.2 构建判断矩阵

根据调研情况对重要等级进行分类，笔者采用常用的1～9标度法[12-15]，见表2；所建立的判断矩阵，见表3。层次分析法主要基本信息是判断矩阵，其是进行各要素优先级权重计算的重要依据[16]。

表2 常用的1～9标度Table 2 Commonly used 1～9 scale

表3 龙门吊船装卸货物作业安全风险影响因素判断矩阵A-BTable 3 Judgement matrix A-B of safety risk influencing factors ofcargo handling operation of gantry crane

2.3 层次排序及一致性检验

计算判断矩阵特征根和特征向量[17-18]，为层次排序做好铺垫。判断矩阵B如式(1)：

BW=λmaxW

(1)

式中：B为判断矩阵；λmax为B的最大特征根；W为对应λmax的正规化特征向量，W的分量Wi即相应因素单排序权值。

计算最大特征根λmax及对应特征向量时采用方根法进行，其计算步骤为：

1)计算判断矩阵每一行元素的乘积Mi，如式(2)：

(2)

式中：i,j=1,2,…,n;bij为判断矩阵第i行，第j列所对应值；n为阶数。

根据式(2)计算判断矩阵A-B的每一行元素乘积Mi：M1=1/45，M2=1/3，M3=5，M4=27。

2)计算Mi的n次方根，如式(3)：

(3)

(4)

得到的W=(W1,W2, …,Wn)T为判断举证所求特征向量，即各个元素相对影响程度重要性的排序权重。根据式(4)计算所求龙门吊船装卸货物作业安全风险影响因素判断矩阵的特征向量：W=[0.078 4, 0.154 4, 0.296 5, 0.463 2]T。

4)计算判断矩阵最大特征根λmax，如式(5)：

(5)

式中：i=1, 2, …,n；(AW)i表示向量AW的第i个分量。

根据式中(5)计算得：λmax=4.0345。

5)检验一致性：矩阵一致性指标CI定义如式(6)、式(7)：

(6)

(7)

式(7)中：RI为平均随机一致性指标(表4)。由式(6)、式(7)，计算得CR≤0.10。

表4 1～9阶矩阵的平均随机一致性指标Table 4 Average random consistency index of 1～9 order matrix

当CR=CI/RI≤0.10时，则判断矩阵具有满意的一致性，否则就需对判断矩阵进行调整，直至满足一致性检验。

2.3.1 自然环境因素各子因素指标权重

求得自然环境因素判断矩阵特征向量：W=[0.430 9, 0.194 6, 0.215 4, 0.158 9]T。其最大特征根λmax=4.005 15，CR=0.001 89，符合一致性检验，如表5。

表5 自然环境因素判断矩阵B1-C1Table 5 Judgment matrix B1-C1 of natural environment factors

2.3.2 船舶与锚泊因素各子因素指标权重

求得船舶与锚泊因素判断矩阵特征向量：W=[0.057 0, 0.081 3, 0.108 4, 0.321 8, 0.148 4, 0.148 4, 0.134 4]T。判断矩阵最大特征根λmax=7.080 8，CR=0.010 2≤0.100 0，符合一致性检验，如表6。

表6 船舶与锚泊因素判断矩阵B2-C2Table 6 Judgment matrix B2-C2 of ship and anchor factors

2.3.3 船员操作技能因素各子因素指标权重

求得船员操作技能因素判断矩阵特征向量：W=[0.428 5, 0.428 5, 0.142 8]T。判断矩阵最大特征根λmax=2.993 2，CR=0.005 862≤0.100 000，符合一致性检验，如表7。

表7 管理操作技能因素判断矩阵B3-C3Table 7 Judgment matrix B3-C3 of management operation skill factors

2.3.4 装卸作业因素各子因素指标权重

求得装卸作业因素判断矩阵特征向量：W=[0.258 2, 0.104 7, 0.636 9]T。判断矩阵最大特征根λmax=3.032 6，CR=0.028 1≤0.100 0，符合一致性检验，如表8。

表8 装卸作业因素判断矩阵B4-C4Table 8 Judgment matrix B4-C4 of loading and unloading factors

2.4 层次总排序

根据指标层间的隶属关系及相对权重，利用加权平均法计算各指标的组合权重，从而得出指标层对目标层的权重总排序，如表9。

表9 安全影响因素评价指标体系各因子权重分配Table 9 Weight distribution of the evaluation index system of the factors affecting the safety

3 结果分析与建议

3.1 装卸作业因素方面

装卸作业人员操作技能所占权重0.636 9，对龙门吊船装卸货物作业安全影响较大，装卸设备安全性次之，装卸作业适工性较小。由此可见，装卸作业人员操作技能是装卸货物作业安全的重要指标。在装卸作业过程中需重视装卸作业人员操作技能培训；随着装卸设备的智能化和自动化发展，应及时对船舶装卸设备不断完善升级并提升维护保养管理水平。

3.2 船员操作技能因素方面

船员业务水平与管理决策能力所占权重均为0.428 5，安全管理影响较小。因此要提高船员业务水平、应变能力、工作经验及决策能力，在突发情况下能最大限度的减少风险；决策能力越高越合理，对突发情况处理就越完善越全面，能有效降低安全风险所带来影响，从而减少生命财产安全损害。

3.3 船舶与锚泊因素方面

船舶尺度所占权重为0.321 8，说明对龙门吊船在装卸货物作业安全风影响较突出。船舶尺度很大程度决定了船舶稳定性能力，对龙门吊船舶在装卸货物下安全风险形成起到重要作用。在提高安全性和降低成本情况下，可改变船舶与锚泊条件；在龙门吊船舶在装卸货物前，要选择好船舶间距和船舶密度区域，以防作业时给其他船舶造成干扰和危险，以最大限度降低安全风险。

3.4 自然环境因素方面

风浪所占权重为0.430 9，说明对龙门吊船装卸货物作业安全影响较显著。自然环境因素对龙门吊船在装卸货物下的安全风险影响比较复杂且不可控。建议在进行装卸货物前应及时关注水文、气象状况，并进行预警预案。在恶劣天气和极端海况条件下，应当注意锚位观察和监视，船上人员加强巡视，防止发生龙门吊船走锚事故。

4 结 语

龙门吊船舶装卸货物作业的安全状态不仅事关海上货物装卸的进程，还威胁着生命、环境、财产的安全。龙门吊船舶装卸货物作业的安全受人、船、环境等因素影响，决定了龙门吊船舶装卸货物作业安全风险因素的识别和评价的复杂性和特殊性。笔者根据龙门吊船舶装卸货物作业的实际情况构建了龙门吊船舶装卸货物作业安全风险评估两级指标体系(包括4个一级指标，17个二级指标)。该评估体系运用层次分析法(AHP)计算各级指标权重，充分考虑了各因素相对重要性，并借助专家丰富的实践经验和专业理论知识对二级指标进行评分，使评价结果更加准确、符合实际。