基于组合权重的有限空间作业风险物元评价

江幸 刘国新 叶方琪

(1.武汉理工大学安全科学与应急管理学院 武汉 430070;2.深圳市城市公共安全技术研究院 广东深圳 518048)

0 引言

有限空间是指工人可以实际进入作业的密闭场所，因其出口狭窄，自然通风不良，易造成氧气浓度下降、有毒有害及易燃易爆物质积聚，进而对作业人员的生命健康构成风险。有限空间事故的主要原因为缺氧窒息和有毒气体急性中毒，特点为夏季多发，发生地点多样，盲目施救易造成事故的扩大化[1]。据统计，仅2020年上半年，全国共发生20起有限空间作业较大事故，有17起是中毒和窒息事故，占有限空间作业较大事故总量的85%，有11起是因盲目救援导致伤亡扩大，事故升级。因此，对工贸企业有限空间作业情况进行评价，对确保企业日常安全生产工作的正常进行，保障企业员工生命健康具有重要意义。

近年来，我国许多学者对有限空间作业风险因素进行了研究，前人的研究方法为有限空间作业风险评估提供了广阔的思路，同时也存在一定的局限性。层次分析法采用专家群体判断计算权重导致结论主观性较强；构建事故树容易将影响系统故障的重大事件遗漏，并且分析结果受限于分析人员的专业领域。为了提高对工贸企业有限空间作业风险评估结论的真实性与可靠性，采用物元分析模型来代替传统单一的分析方法，运用熵权法和层次分析法耦合确定各指标组合权重，进而对工贸企业有限空间作业风险进行综合评价。

1 物元分析模型评价步骤

1.1 物元

设某事物N具有特征X，其量值为U，则由N、X、U构成有序的三元组R=[NXU]来描述事物的基本元，简称物元。事物的名称N，特征X和量值U称为物元R的三要素[2]。假设待评估的事物具有n多个特征，则X=[x1x2…xn]；每个特征分别对应量值组成向量U=[u1u2…un]表示特征向量的量值；Ri=[Nxiui]表示该事物在某个特征及对应量值下的分物元；则该事物的物元模型可用式(1)表示：

(1)

1.2 确定经典域、节域和待评物元

1.2.1 确定经典域

假设工贸企业有限空间作业的安全评估等级共分为m个等级，同时一级指标评价因素集为X={xi，i=1，2,…，n}，则在j(j=1，2,…，m)等级的有限空间经典域Rj物元可表示为：

(2)

(3)

1.2.2 确定节域

将待评估有限空间各等级下对应指标量值域进行排序，选取最大值及最小值作为有限空间安全评估等级节域物元记为Rc，表示如下：

(4)

(5)

1.2.3 建立待评物元

结合有限空间作业事故案例，根据对待评估有限空间相关指标参数的分析，通过专家对各项评价指标进行实测或评分建立待评估物元Rt如下：

(6)

式中，T表示待评估对象，Xt表示具体指标，Ut表示对应指标的具体测量参数。

1.3 关联函数的建立

关联度是事物与因素之间关联性的一种度量，并且通过结合“距离”这一概念，可以将不相容的事物进行量化。相关函数是表示评价等级属于被评价物程度大小的函数；结合关联度，关联函数计算可得出待评价事物对某安全评价等级的隶属程度；如运用关联函数计算某待评估事物第i个指标的数值域属于第j个等级的关联度函数如下：

(7)

式中，kj(xi)表示第i个指标与第j个等级之间的关联函数值即隶属程度；ui为待评估物元的量值；|uji|表示第i个指标在第j个等级下的经典域范围；uci表示第i个指标的节域范围。ρ是表示距离的函数，即指标值到经典域或节域的距离；令有界区间X0=[a，b]，将|X0|=|b-a|定义为X0的模；ρ(X，X0)表示X0上任意一点X到区间[a，b]的距离；可用如下表达式进行计算：

(8)

则Rt(如人员因素)关于等级j的综合关联度Kj(Rt)可由如下公式进行计算，进而求出待评估事物关于各安全等级的综合关联度。

(9)

根据最大隶属度原则，待评估事物的安全等级可由如下公式判别：

Lt={max(Kt)，t=1，2，…，j}

(10)

2 确定组合权重

2.1 确定主、客观权重

运用层次分析法(AHP)计算指标的主观权重，层次分析法是由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于20世纪70年代提出的一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法；通过邀请专家进行主观赋权构建判断矩阵进而进行权重计算。运用熵权法来确定客观权重；熵权法是一种客观赋权方法，能够根据样本数据中提供的信息量来计算评价指标变异性的大小，从而确定指标权重值的一种客观求权方法[3]；限于篇幅，层次分析法和熵权法计算步骤不作赘述。

在多个指标的综合评价中，根据各指标的现实意义可将指标分为正向指标(效益型指标)和逆向指标(成本型指标)以及接近某一特定值则达到最好效果的适度指标，因此在计算权重时须将指标同趋势化，即逆向指标与适度指标的正向化[4]，此外为了消除评价指标量纲对结果的影响，还应将各评价指标作无量纲化处理。

逆向指标正向化：

(11)

适度指标正向化：

(12)

指标无量纲化处理：

(13)

2.2 计算组合权重

(14)

(15)

(16)

3 工贸企业有限空间作业风险影响因素分析

基于人、机、环、管安全综合管理4要素及相关文献[5—7]中的有关内容，结合事故调查报告，总结了2017—2020年全国有限空间作业事故92起；结合专家组建议筛选了15项指标分别为硫化氢浓度、可燃气体浓度、一氧化碳浓度、氧气体积分数、作业时间、作业人数、作业人员培训率、空间可容纳人数、劳动防护用品完好率、危险警示标识覆盖率、应急设备物资有效率、台账信息完成率、应急预案演练(主观)、安全管理人员占比、作业审批流程(主观)，构建评价模型(图1)。

图1 工贸企业有限空间作业评价层次结构模型

4 应用实例

4.1 待评价企业概况

选取深圳市某家光学器材生产厂家为评价对象。据调查该厂家共有14个有限空间，9名有限空间作业人员，作业频次为3次/周；经风险辨识，该厂有限空间风险类型包括：窒息、中毒、高处坠落、淹溺等。

4.2 评价等级划分

依据相关文献[8—9]将有限空间作业风险评估等级分为安全、较安全、较危险和危险4个等级，结合式(2)—(3)确定风险等级临界值划分见表1。

表1 指标因素风险等级划分

4.3 计算权重

邀请专家组运用1—9标度法进行赋权并构建的判断矩阵计算权重，根据一致性指标计算结果CR=[0.035 8 0.001 4 0.015 3 0.009 1 0.006 9]T，通过一致性检验。以收集的事故调查报告资料为原始数据，确定指标性质，通过计算熵权值确定客观权重；并结合式(14)—(16)计算各指标组合权重结果如表2、表3所示。

表2 准则层权重

表3 指标层权重

4.4 关联度计算

根据表1中各安全等级评分范围，结合该厂有限空间调查情况和式(7)—(8)可计算二级指标关联度计算结果见表4。

表4 指标关联度计算结果

基于各指标关联度计算结果结合式(9)进行计算可得出综合关联度见表5。

表5 综合关联度计算结果

4.5 评估结果分析

根据最大隶属度原则，结合式(10)，max{-0.101 2，0.021 2，-0.067 2，-0.468 1}=0.021 2；即该企业有限空间作业风险评价等级为“较安全”；要观察作业过程中的危险状态，加强作业过程监视。各指标风险等级分布情况为：安全={C10，C14};较安全={C1，C2，C4，C9}；较危险={C3，C5，C6，C8，C12，C13};危险={C7，C8，C11，C15}。针对上述结果提出改进措施如下:

(1)严格遵循“先通风、再检测、后作业”的作业原则，气体检测前应确保气体监测仪器安全有效，作业过程中应持续检测，一旦出现气体浓度超标应立即停止作业，撤出作业人员，并使用有限空间作业通风机再次进行通风。

(2)建立并严格执行有限空间作业现场负责人、监护人员、作业人员、应急救援人员安全培训教育制度、作业审批制度，并完善企业有限空间台账信息。

(3)企业日常安全管理工作应确保应急设备物资安全有效，对过期或失效的物资设备及时进行维修或更换，企业应确保每年进行一次有限空间应急预案演练以确保突发情况下应急工作的正常开展。

5 结论

(1)依据文献资料及近几年有限空间事故统计结果，从安全管理4要素出发，列举了影响工贸企业有限空间作业的15项指标。

(2)将物元分析法应用于工贸企业有限空间作业风险评价，采用主、客观权重相结合的方法确定综合权重，同时运用欧氏距离函数确定主、客观权重的偏好系数，综合考虑决策者的主观偏好及数据的客观价值，使所得权重更加符合实际情况。

(3)物元分析方法将评价区间由[0，1]扩展到实数集R，较传统分析方法能更为精确的描述事物属于评价区间的程度，在得到综合评价等级的同时能够针对隐患较大的指标提出相应的整改建议，对于企业的日常安全管理或是监管部门的安全检查工作有一定的效用。

(4)物元评价模型丰富了对企业有限空间作业进行评估的方法，具有一定的可行性；但由于有限空间种类众多，危险有害因素复杂，无法一一列举，故在实际应用中应结合企业自身特点对评价指标进行适当的调整和补充。