核电企业安全管理SWOT-TOPSIS模型及应用

黄玉杰，阳富强，林子燚

(福州大学环境与安全工程学院，福建 福州 350108)

0 引言

核电作为一种清洁高效能源，在优化能源结构、 减少温室气体排放等方面具有明显优势，已成为我国重要的能源之一[1]. 2020年国家正式发布《核动力厂管理体系安全规定》《放射性废物地质处置设施》等37项法规标准文件[2]. 尽管我国核电业发展前景光明，但核能原料会产生放射性物质，一旦发生核泄漏，将造成重大的安全事故. 例如1986年4月苏联切尔诺贝利核电厂发生爆炸事故，所放出的辐射线剂量是广岛原子弹的400倍以上，造成9.3万人丧生，27万人致癌； 2013年3月日本福岛核电站反应堆发生爆炸，造成多人死亡[3-4]. 因此，对核电企业安全管理体系进行科学、 系统地分析，有针对性地提出整改措施十分必要.

当前，围绕核电企业安全管理体系的研究已有一些成果，如张力等[5]利用AMOS 20.0软件构建安全氛围影响机制模型，从5个维度对核安全管理进行全面管控； 赵显等[6]分析总承包模式下核电工程安全管理提升方面可实施的有效措施； 王孔森[7]基于层次分析法，建立多项评价指标体系系统分析核电安全管理； Wahlstrom[8]从系统思维和安全管理的概念入手，把社会技术模型引入到核安全管理中； Elam等[9]利用3种具体管理工具(安全分析、环境影响评估咨询和替代性 “对话项目”)对核安全管理进行研究. 然而，总体上来说现有的研究多聚焦于核电安全管理中潜在的事故隐患、 整改措施，以及从不同维度和采取不同方法研究核安全管理体系，与企业自身和外部对其影响因素的结合度不高，缺乏从企业优缺点角度考虑安全管理体系制定的研究.

态势分析法(strengths weaknesses opportunities threats, SWOT)是运用系统分析的思想，研究企业内部环境的优、 劣势，以及企业外部环境中的机会和威胁[10]. 当前，针对SWOT分析法，国内外学者已经展开研究，如Lemieux等[11]在区块链记录保存条件管理方面利用SWOT分析法来确定有效性； Petrauskas等[12]利用人工智能的元素和SWOT来丰富分析机制的新可能性； 房瑞伟等[13]通过SWOT-AHP模型来解决城市快速交通发展规划的制定. 优劣解距离法(technique for order performance by similarity to ideal solution, TOPSIS)，是根据有限个评价对象和理想化目标的接近程度进行相对优劣的排序[14]，若评价对象最贴近理想化目标，则该评价对象为最优解. 国内外对于TOPSIS研究主要在于用正负理想解对各备选方案进行选择，以确定企业最佳发展方向. 如Nyimbili等[15]将AHP、 TOPSIS和GIS技术结合模拟并比较地震危险图； Seyedmohammadi等[16]采用TOPSIS和SAW法对农作物在土地单元中的栽培优先级进行规划； 曾旭等[17]利用TOPSIS对人的不安全行为进行排序. 多位学者将TOPSIS引入到各个领域，通过优劣排序从而确定最佳发展方向.

鉴于此，本研究以某核电企业为研究对象，构建企业安全管理体系SWOT分析矩阵，结合层次分析法，运用SWOT-TOPSIS模型，确定关于各因素及其子因素间的权重值，通过TOPSIS法对各个备选方案进行优劣排序，为科学、 有效地制定核电企业安全管理体系提供依据.

1 核电企业安全管理SWOT-AHP模型

1.1 SWOT分析矩阵

核电企业安全管理体系的制定是一项多角度、 多维度、 多层次的系统工程，全面而合理地分析核电企业的优势(S)、 劣势(W)、 机会(O)和威胁(T)，是确定企业安全管理体系的重要途径之一. 我国核电企业安全管理体系SWOT各因素概述[18]，如表1所示.

表1 我国核电企业安全管理体系SWOT各因素概述

SO方案，即最理想的增长型方案. 企业发展属于杠杆效应发展期，在这种情况下，企业可以充分调度自身的资源将其与外部环境所给予的各种发展机会相结合. WO方案，即多种经营型方案. 企业处于抑制性发展阶段，此时，企业需要提供某种资源将自身的劣势转化为优势，进而适应外部机会. ST方案，即扭转型方案. 企业的发展将处于脆弱性阶段，此时，企业必须克服环境威胁，发挥优势. SW方案，即防御性方案. 企业发展的将面临诸多问题，在这种情况下，企业应克服弱点，回避威胁. 我国核电企业安全管理体系SWOT分析方案[19], 如表2所示.

表2 我国核电企业安全管理体系SWOT分析方案

1.2 SWOT-AHP结构模型

基于SWOT分析矩阵，将矩阵转换为AHP的层级递阶结构，如图1所示. 在建立的SWOT-AHP模型中，AHP中的目标层、 准则层和方案层对应于SWOT分析法中的因素、 因素与子因素、 因素与备选方案. 目标层是最佳安全管理体系，准则层是优势、 劣势、 机会和威胁4因素及其子因素，4种备选方案构成了AHP的方案层.

图1 我国核电企业安全管理体系的SWOT-AHP结构模型

2 SWOT-AHP模型指标权重的确定

2.1 确定判断矩阵

确定我国核电企业安全管理体系SWOT-AHP模型后，对不同层次影响因素的相对重要度进行量化评价. 运用“1-9标度法”，通过核电企业安全管理人员和安全相关领域专家对核电安全管理体系各因素进行评分，得到判断矩阵[7, 20].

2.2 计算权重和检验一致性

通过判断矩阵求得最大特征值λmax及其所对应的特征向量，将特征向量进行归一化处理，得到权重ω，并引入一致性指标CI检验判断矩阵的一致性[21]. 即

(1)

当CI=0时，判断矩阵具有完全一致性； CI越小，说明矩阵一致性情况越好，反之成立. 引入一致性比率CR，即一致性指标与随机一致性指标的比值. 即

(2)

当CR<0.1时，认为判断矩阵通过一致性检验； 否则，需重新构建判断矩阵进行计算.

3 TOPSIS对体系备选方案的优劣排序

利用TOPSIS进行企业备选方案排序与选择，使得排序结果更为客观、 合理. 鉴于此，将TOPSIS方法用于确定核电企业安全管理备选方案选择的优劣排序中. 步骤有如下6步.

1) 建立初始决策矩阵. 假定SWOT-AHP模型可以划分为m个方案和n个评价指标，由安全管理专家或者核电安全管理人员采用1～9标度对每个方案、 每个指标进行评分，建立初始决策矩阵. 即

(3)

式中：i=1, 2, 3, …,m；j=1, 2, 3, …,n.

2) 计算规范化决策矩阵. 设规范化决策矩阵为R={rij}，则

(4)

由此得到经过归一化处理后的矩阵R为

(5)

3) 构成加权规范矩阵. 若给定准则指标权重ωi，则加权规范矩阵为Y={yij}，则有

yij=ωi×rij

(6)

式中：ωi为AHP计算所得的权重指标.

(7)

(8)

其中：

(9)

(10)

由于优势和机会属于效应型指标，即该类指标值的正理想解越大越好； 劣势和威胁属于成本型指标，即该类指标值的正理想解越小越好； 取负理想解，反之即可.

(11)

(12)

(13)

4 SWOT-TOPSIS在核电安全管理体系制定中的应用

为验证该模型的合理性和可行性，以某核电企业为研究对象，该核电厂公司在运核电厂计算机装机容量为12.0 GW，新增核电机组15台，计算机装机容量为17.0 GW； 风力发电计算机装机容量为8.0 GW，光伏电站新项目年发电量为1.0 GW，水电工程控制投资容量为1.5 GW，在运计算机装机容量为1.5 GW. 分布式发电、 核技术应用、 节能环保服务项目等发展态势良好.

根据该企业实际情况，分析得出企业的优势、 劣势及竞争环境中的机会和威胁，构建安全管理体系SWOT分析矩阵和SWOT-AHP模型. 为了尽量减少由主观因素引起的偏差，分别选取5名核电安全管理人员和5名相关领域的专家共10人建立专家小组，进行问卷调查，构造两两判断矩阵，计算各层指标因素的权重值，并进行一致性检验[22].

1) 计算在总目标下SWOT各因素的权重值ω1、 各子因素的局部权重值ω2，并在此基础上与SWOT各因素权重值ω1相乘，得到SWOT子因素的整体权重值ω3. 表3列出了在最佳安全管理体系下，10名专家小组依据自身的经验和专业知识，对总目标下的4个影响因素及其子因素利用层次分析法进行两两比较，确定子因素的整体权重值，并计算求得各层指标因素的CR值，均小于0.1，通过一致性检验.

表3 SWOT因素和子因素的权重值

2) 用层次分析法计算在11个不同子因素准则下4个备选方案的权重值，即得到了备选方案与子因素之间的初始决策矩阵，根据式(4)运用向量归一化法对初始决策矩阵作标准化处理，得到规范化决策矩阵，且所有的权重值均在0～1之间，如表4所示.

表4 规范决策矩阵

3) 将规范化决策矩阵中的权重值与相应的子因素整体权重值相乘，即可得到加权规范化决策矩阵，并由式(8)～(9)可计算出正负理想解，如表5所示.

表5 各指标加权规范矩阵及正负理想解

4) 计算各备选方案到正负理想解的距离和相对贴近度，并依次将各备选方案进行优劣排序，如表6所示.

表6 相对贴近度及其排序

根据TOPSIS计算可得，各备选方案的排序为： SO>ST>WT>WO，即SO方案为最优方案，其次是ST方案和WT方案，WO方案则是与理想解距离最远的方案.

在对核电企业安全管理体系内外环境因素进行SWOT分析后，发现安全管理体系在实施的过程中，虽然管理人员具备一定的经验S1(0.185)、 管理层重视日常的安全管理工作S2(0.141)、 企业资金充足S3(0.126)、 核电市场开发潜力大O3(0.113)，但企业处置核废料能力不足W1(0.089)、 建设周期长T1(0.024)，以及国际同行竞争激烈T2(0.039)等问题仍会影响核电企业安全管理工作的正常进行.

基于层次分析法的SWOT-TOPSIS模型对核电企业安全管理体系进行分析，对4个备选方案进行判断，依据各方案的权重值可知SO方案与理想解最贴近. 即建立铀资源储备保障体系，确保我国核原料供应的稳定安全，降低对外铀产品的依存度. 健全核安全文化，加大安全管理监管力度，提高企业核安全信息的透明度. 定期进行隐患排查治理工作，学习外国先进的核安全管理技术，同时加强核电“走出去”相关人才的培养.

5 结语

利用SWOT分析法，以我国核电企业自身固有的优势、 劣势和外部环境中潜在的机会、 威胁为基础，以SO、 ST、 WO和WT备选方案构建我国核电企业安全管理体系SWOT分析矩阵. 实践证明： 通过对我国核电企业内外整体进行综合分析，运用SWOT分析矩阵可以确定核电企业安全管理方案并针对企业汇总存在的问题提出具体措施.

将层级分析法和优劣解排序法结合，基于AHP，构建SWOT-TOPSIS模型，确定各因素权重值和各备选方案的最优排序. 以国内某核电企业为例，运用该模型进行量化分析，该核电企业应将SO方案作为安全管理体系的备选方案，即重视培养企业员工的核安全文化意识，提高其对核电企业危险源识别能力, 建立健全核安全文化, 建立更为全面系统地核安全监督管理体制，完善核安全法律法规，严格执行核安全标准.