层次分析法（AHP）对发电企业安全生产风险评估的应用研究

李文博

（华能武汉发电有限责任公司，湖北 武汉 430415）

0 引言

新一轮电改和政策调整导致电力生产环节难度提升、程序复杂化，因此发电企业提高了安全生产风险管理的标准和要求。在传统的电厂风险管理工作中，各个风险指标往往缺乏横向对比，应对各指标进行整体的权重分析。通过确定各风险指标在风险管理工作中的权重，可以指明安全生产管理的侧重点，对后续的风险分级与控制起到指导作用[1]。

1 利用层次分析法对发电企业安全生产风险进行评估

层次分析法（AHP）是美国著名运筹学家、匹兹堡大学教授塞蒂于20世纪70年代中期提出的一种定性与定量结合的管理学分析工具，被广泛用于管理上的方案选择、权重划分、风险评估问题。层次分析法在风险分析中一般有2种用途：1）将风险因素逐层分解识别，直至最基本的风险因素，也称正向分解。2）两两比较同一层次风险因素的重要程度，列出该层风险因素的判断矩阵（判断矩阵可由专家调查法得出），判断矩阵的特征根就是该层次各个风险因素的权重，利用权重与同层次风险因素概率分布的组合，求得上一层风险的概率分布，直至求出总目标的概率分布，也称反向合成。层次分析法的优势在于它使用起来操作简单、程序清晰、并强调了各个研究因素的相互联系。该文以某发电企业实际情况举例，利用层次分析法对安全生产各个风险指标进行了权重划分，以便于下一步制定针对性的风险控制措施[2]。

运用层次分析法解决实际问题一般包括5个步骤：1）建立所研究问题的递阶层次结构。2）构造两两比较判断矩阵。3）由判断矩阵计算被比较元素的相对权重。4）计算各层元素的组合权重。5）将各子项的权重与子项的风险概率分布加权叠加，即得出总体风险的概率分布。

下面针对某发电企业的安全生产实际情况，首先对电厂安全生产风险进行条理化、层次化的辨识，理出递阶层次结构。根据全面质量管理理论中五个影响产品质量主要因素“人、机、料、法、环”的主要论述，结合电厂基础资料收集与安全生产管理的实际，可将电厂安全生产指标分解为“人的因素”、“设备因素”、“环境因素”、“管理因素”4个指标进行分析。

综上所述，建立电厂风险指标分解表格见表1。下面对指标进行两两比较，以确定各类指标风险指标权重的大小。该文利用安全生产风险指标权重比较问卷，采用1-9标度法，对电厂10名具有中高级职称的技术专家、安全管理人员与中层领导进行调查，并根据所有被调查人员的各项指标打分。以一级指标为例，调查问卷标度见表2，指标之间互相比较的情况见表3～表7。

表1 电厂风险指标分解表

表2 电厂风险指标调查问卷标度

表3 第一层指标比较表

表7 “管理措施”比较表

填表人信息

姓名：___________ 岗位：___________ 职称：___________

第一层指标比较：基于“电厂安全生产总体风险”要素层重要性的比较。

第二层指标比较：基于“人的因素”要素层重要性的比较。

表4 “人的因素”比较表

第二层指标比较：基于“环境因素”要素层重要性的比较。

表5 “环境因素”比较表

第二层指标比较：基于“设备设施”要素层重要性的比较。

表6 “设备设施”比较表

第二层指标比较：基于“管理措施”要素层重要性的比较。

收集调查结果后，将一级指标中前一项指标与后一项指标的相对重要性分数建立两两判断矩阵表。根据矩阵表，可以得出各位专家调查结果的比较判断矩阵。为了综合10名专家的调查结果，得出各个指标的总排序权重，这里采用判断矩阵集结-数值平均的方法，即首先对各位专家的每个判断矩阵对应项进行数值平均，得到了集结后的判断矩阵。然后对该判断矩阵进行排序权重的计算，最终得出总排序权重。

需要注意在层层排序中，要对判断矩阵进行一致性检验。在特殊情况下，判断矩阵可以具有传递性和一致性。一般情况下，并不要求判断矩阵具有这一性质。但从人类认识规律看，一个正确的判断矩阵重要性是有一定规律的，如果A比B重要，B又比C重要，那么从逻辑来说，A应该比C重要。如果两两比较时出现A比C重要的结果，那么该判断矩阵违反了一致性准则，在逻辑上是不合理的。因此在实际中要求判断矩阵满足大体上的一致性，需要进行一致性检验。一致性检验的步骤如下。

定义一致性指标如公式（1）所示。

式中：λmax为矩阵的最大特征根；n为矩阵的阶数；当CI=0，则判断矩阵有完全的一致性；当CI接近于0，则有较为满意的一致性；当CI越大，则一致性越差。

为了能够较为有效地衡量一致性指标CI的大小，管理学研究人员定义了随机一致性指标，如公式（2）所示。

式中：RI为平均随机一致性指标；CI1，CI2，…，CI500为研究人员构造了500个随机成对比较矩阵，得到了500个一致性指标。

计算后得到以下统计结果，见表8。

表8 一致性结果统计表

定义一致性比率如公式（3）所示。

式中：CI为判断矩阵的一致性指标；RI为对应矩阵阶数的平均随机一致性指标。当CR<0.1时，认为判断矩阵的不一致性在合理范围内，通过一致性检验。否则，需要重新构建判断矩阵。

此外，每个判断矩阵各因素针对最上层需要进行层次总排序，总排序的结果同样需要一致性检验。

2 各级指标权重分析结果

经验证，每个专家各自调查结果产生的判断矩阵均通过一致性检验，即指标之间比较的结果趋于一致，没有明显的前后矛盾。由于篇幅限制，十位专家各自调查结果产生的判断矩阵一致性检验过程不一一列出，仅对10名专家判断矩阵对应项数值平均得到集结后的判断矩阵的一致性检验过程展示。

2.1 一级指标

一级指标比较判断结果见表9。

表9 一级指标比较判断结果

由于进行平均计算后的矩阵也有可能产生调查结果前后矛盾，指标相互比较不一致的情况，因此需要进行判断矩阵的一致性检验。该文采用方根法求解判断矩阵的特征向量，具体过程如下[3]。

计算判断矩阵每行元素的乘积。

式中：Mi（i=1，2，3，…，n，n为矩阵的阶数）为矩阵第i行元素的乘积。

计算Mi的n次方根，如公式（4）所示。

式中：Wi（i=1，2，3……n，n为矩阵的阶数）为矩阵第i行元素乘积的i次方根。

将Wi进行归一化处理，如公式（5）所示。

将W1、W2、W3、W4代入式中，结果为{0.4596，0.1452，0.3110，0.0842}，下面计算矩阵的最大特征根，如公式（6）所示。

式中：W为该矩阵的特征向量；λmax为该矩阵的最大特征根。求解得出λmax=4.032。

将λmax=4.032，矩阵的阶数n=4代入求解一致性指标CI的公式（1），得到判断矩阵的CI=（4.032-4）/（4-1）≈0.0107。查表可得n=4时对应的RI为0.9。则一致性比率CR=0.0107/0.9=0.012<0.1，通过一致性检验。

2.2 二级指标

二级指标与比较判断一级指标分析步骤一致，表10为二级指标中“人的因素”比较判断结果。

表10 人的因素指标比较判断表

和之前一样，检验表10的一致性如下，计算过程省略：λmax=4.118，CI=0.039，RI=1.24，CR=0.044<0.1，通过一致性检验。

由于判断矩阵阶数为2，CI=0，无须进行一致性检验。

表11为二级指标中“环境因素”比较判断结果。

表11 环境因素指标比较判断表

表12为二级指标中“设备因素”比较判断结果。

检验表12的一致性：λmax=6.008，CI=0.0017，RI=1.24，CR=0.0013<0.1，通过一致性检验。

表12 设备因素指标比较判断表

表13为二级指标中“环境因素”比较判断结果。

表13 管理因素指标比较判断表

检验表13的一致性：λmax=3.029，CI=0.0145，RI=0.58，CR=0.0279<0.1，通过一致性检验。

综上所述，所有判断矩阵均通过一次性检验，现在需要进行层次指标总排序[4]，即同层所有因素指标对最高层重要性的比较。对排序一致性检验，以确保结果的合理性，以一级指标为例，整理结果见表14。

表14 排序一致性比较判断表

排序一致性验证公式如公式（7）所示。

式中：Ai（i=1，2，3……n，n为矩阵的阶数）为一级指标各项；ai（i=1，2，3……n，n为矩阵的阶数）为各项一级指标对应的权重。

计算得出CR=0.0235<0.1，结果显示，一级指标总排序通过一致性检验。经计算，二级指标总排序一致性同样通过了一致性检验，由于篇幅原因，验证过程未展示。10名电厂内拥有中高级职称的技术专家、安全管理人员与中层领导的调查结果具有可以接受的一致性。

3 评估结果和应对措施

综合上述分析，可得到风险指标权重表，见表15。

表15 风险指标权重表

在一级指标中，人的因素，设备因素权重较高，相应风险在评估中应占主导地位。

人的因素中，生理健康、心理健康作为两个权重最重的二级指标，同时也是所有二级指标中权重最重的。职工的生理健康和心理健康水平直接关系到职工的工作状态，对其是否能够安全无差错地完成岗位任务有重大影响。生理健康主要涵盖职工是否罹患职业病、患有本岗位禁忌症等方面。针对此类问题，应采取的风险控制措施有：将职业病防治纳入年度安全培训内容；举办劳动防护用品正确使用主题的专题讲座；设置场所危害公告栏；积极协调患有岗位禁忌症、职业病的职工调岗换岗等。心理健康主要涵盖职工的情绪、工作积极性、满意度等方面。应采取的风险控制措施有：优化薪酬制度、创建畅通岗位晋升通道、美化工作环境等。

在设备因素中，汽机、锅炉和电气为火力发电厂的3个主系统，承担着供热发电的主要任务；热控作为热机系统的控制、计量、保护系统，功能重要、结构复杂、内容覆盖广。环保化学系统主要涵盖脱硫、脱硝、电除尘、电厂化学等几大系统，由于国家相关环保要求的愈发严格，电厂近年来末端脱硫废水改造、液氨改尿素脱硝法等大型技改工程不断，对整体环保系统的适应性和可靠性提出了更艰难的挑战。对设备因素风险项，可以增加以下组织与技术措施进行控制：制定一般性风险设备专项电子台账，设置QFID码，定期检查设备状况；针对公用设施的检修计划，每台设备要专项制定，明确检修日期与优先级；技改项目的资料说明利用信息化平台单独保存，方便随时调阅；环保数据的收集和统计与政府相关部门及时对接，做到统计口径一致。运行、检修规程明确各项操作的流程细节与危险点，操作流程标准化；环保口定期校准测点，脱硝工艺流程反应物由液氨改造为尿素；配煤掺烧专机专配等措施。

4 结语

层次分析法作为一种行之有效的管理学数据分析方法，在安全管理领域的运用已经十分成熟。发电企业目前普遍面临技改项目繁多，作业面广的难题。该文采用层次分析法对某发电企业进行各风险指标的权重分析，为接下来的风险分级和控制环节提供了指导，能有效提升风险评估工作的效率和质量。该方法可操作性强，便于实施，量化结果为风险分级化管控提供了可靠依据，可广泛适用于发电行业安全生产的风险评估工作中。