AHP方法在塔机安全性评价中的应用

胡文岩，孙齐超

（中核华兴达丰机械工程有限公司，上海 200333）

1 研究背景

影响塔机工程安全的因素有多种，如管理、技术和环境等，因此，如何进行安全评价是一个复杂的过程。目前，有不少评价方法应用到塔机工程中，比较简单的方法有安全检查表法和专家评议法。这些方法虽然简单直观，但是评价效果受决策专家的素质和专业经验影响，有很大的主观性，也无法量化安全程度，评价周期长[1]。因此，需要建立一种综合评价方法对塔机工程进行合理评估，有利于预防塔机事故，对塔机工程优化管理和项目方案的决策提供指导。

目前综合评价方法有层次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）、人工神经网络分析法、模糊方法和灰色综合评价法等。徐格宁等[1]把AHP 方法和模糊评价方法结合起来，应用到桥式起重机综合安全评价中，能够评价出整机的安全级别，并分析各因素对系统安全的贡献程度；欧阳蒙[2]运用模糊数学原理建立塔机的安全综合评价指标体系，提出了一种降低建筑机械事故发生率的安全措施，供行业参考。潘友杰[3]也运用了模糊评价方法，建立了塔机安全性评价模型，并给出安全实施步骤；邓铮强等[4]利用GA-BP 神经网络开展了施工升降机安全评价和预测研究，对施工升降机安全评价工作提供一定参考；张小琴[5]分析了人、机、环境、管理等影响塔机安全的因素，建立了AHP 分析模型。金久富[6]使用AHP 方法应用到了塔机安拆综合评价中，孙齐超等[7]对AHP 方法在塔机安全性评价方面的应用进行了总结和分析，并对应用中可能存在的问题进行探讨，并给出了一些建议，为塔机安全评价提供了参考。

也有一些较复杂的方法应用塔机安全评价中，周剑学等[8]在塔机施工安全风险评价研究应用了模糊贝叶斯方法，于家硕等[9]采用熵权法-多维云模型进行起重机安全评价，王建儿等[10]在起重机安全评价中引入用熵权法（EWM）、关联准则重要性赋权法（CRITIC）和博弈论。这些方法在实际应用中有难度，不便于推广，对于一般的评价也未必需要复杂的方法去解决。

AHP 方法在塔机安全评估方面的应用较为广泛，不需要复杂的理论和计算，得到研究者的青睐。然而在实际应用中，一些注意事项可能会被忽略。本文结合实际工程经验，分析AHP 方法在实际工程中的适用性，并对塔机安全性评价工作提出一些建议，为管理、规划和项目方案决策提供参考。

2 AHP方法在塔机工程中的适用性

2.1 AHP综合评价模型的特点和实施流程

AHP 综合评价体系包括三部分，如图1 所示，最下面一层是评价层（方案层），指的是需要评价的个人、单位（组）、机构或者方案，中间层是准则层，即安全指标，包括可量化指标和非量化指标；第一层是目标层，通过交叉比较对评价层进行权重划分，进而评价出最优的一项作为目标。

图1 AHP综合评价模型

AHP 方法是通过行业的专家或者有经验的从业者进行打分，结果形成判断矩阵，再进一步求解判断矩阵的特征值和特征向量，经过一致性检验后，便可以得到评价层次上每个元素相对于决策层的权重。通过加权方法即可求解出每一个评价层次元素相对于总目标层的权重比例，权重比例最大的即可视为最佳方案或最优目标。

AHP 方法实施流程是构建准则层判断矩阵A和决策层判断矩阵B。根据指标体系的层次结构，采用两两比较的方法，逐层确定各因素的相对重要性，建立判断矩阵。假设该系统由m个准则层单元和n个决策层单元组成。对于准则层，所有指数成对比较，得到准则层单元的判断矩阵A。对于决策层，比较不同的决策层单元以确定其相对重要性，得到判断矩阵Bj（j=1，2，…，m）。

AHP 方法重要性对比可选择可量化指标，也可选择非量化指标，进而从主观和客观2 个角度进行评价。常用方法是采用1～9 标度法对决策判断进行量化，指标交叉对比时权重划分如表1 所示，可对专家的主观判断进行客观量化，构造出准则层比较矩阵和决策层的判断矩阵。

表1 判断矩阵的标度及其含义

从图1 可以看出，准则层指标应相互独立，且与决策层密切相关，评价层至少应有2 个候选目标或者方案，否则没有评价的必要性。

计算判断矩阵A和Bj（j=1，2，…，m）的最大特征值及其对应的特征向量WA和Wj（j=1，2，…，m），利用式（1）进行一致性检验

式中，CI为一致性指标，λmax为最大特征值，n为评价指标的数量，RI为平均随机一致性指标，RI的值可通过表2 中矩阵随机一致性指数查出。CR为一致性比率。当CR＜0.1 时，即认为判断矩阵满意的一致性，否则需要重新打分，对判断矩阵进行调整。

表2 1～9阶矩阵随机一致性指数

特征向量Wj（j=1，2，…，m）组成矩阵WB

AHP 计算的决策层单元的权重向量为

以文献[6]为例，对某公司4 个安拆班组进行考核，如图2 所示，即决策层有4 个单元，而考核指标有5 个，分别从技术、客户满意度、管理、经济效益和环境等5 个一级指标进行评价。那么判断矩阵A 为5 阶方阵。判断矩阵Bj（j=1，2，3，4，5）均为4 阶方阵。

图2 AHP塔机安拆评价模型

为更合理地打分，针对一级指标可以细分为多个二级指标作为参考，如技术全面性可以用安全可靠性、安超熟练度、技术复杂程度和作业故障率来衡量。评价标准更加清晰，结果更加公正。

还可利用AHP 评估模型进一步进行灵敏度分析，通过改变某个一级指标的权重，分析目标层的权重变化，可以得出目标层单元对准则层不同指标单元的依赖程度，进而更好的判断个把握不同决策单元的特点，并针对其特点实施改进策略。

2.2 AHP评价方法适用性

如文献[11]提出的一种AHP 模型（图3），准则层考虑8 个指标，前5 个为成本指标，剩余3 个为效益指标，利用AHP 方法对决策层中传统塔机还是半自动塔机方案进行安全评估，综合考虑了安全、成本和效益3 个方面，当决策方案不唯一时，进行综合评价，评价出一种合理的方案。

图3 AHP方案决策模型

该应用强调决策者直觉判断的重要性及决策过程中选择方案比较的一致性。决策者根据知识和经验进行判断，因此，AHP 方法很好地符合决策者的主观行为，其优点是将有形和无形因素以系统的方式组织起来，为新施工技术实施相关的决策问题提供了一种结构化并且相对简单的解决方案。AHP 方法适用于具有定性或兼有定量决策的分析方法，操作简单，不需要大量的调查测试数据，便可定性分析，具有一定的科学性。主要应用于存在多种相互矛盾的方案或者决策时难以筛选的问题。

AHP 方法作为主观方法，还可以结合基于数据的客观评价方法进行主、客观综合评价。比如文献[12]提出了一种AHP 和变异系数法结合的方法，用于交通事故抽样指标的权重分配中。既有AHP 评价，又融合基于数据驱动的变异系数法，结果既体现决策者的主观意愿，又根据实际数据进行权重分配，效果更佳。而文献[1]针对复杂的起重机系统中存在边界模糊，无法定量描述的因素，把模糊的思想加入到AHP 分析中，有效弥补了评价指标的模糊性和随机性的缺陷，评价结果更加合理和客观。

3 塔机安全性评价应用建议

AHP 方法可以应用任何行业中，也适用于塔机行业的各个领域。决策层和准则层可以根据实际灵活制定，也可以组合客观评价方法进行综合评价。然而在评价过程中，需要注意一些事项。

1）制定明确的决策层，如文献[11]从2 个方案中评价出综合性更好的一项；文献[7]对公司不同的安拆工程班组进行综合绩效评估，决策层是4 个工程班组。在准则层中，不仅要考虑安全，也要从成本和效益方面出发，考虑人、机、环境、管理等因素，提出重要性指标，更能体现综合性，这样评选的方案不会为了安全太保守，也不会太激进。

2）评价者在评价过程中的作用是极其重要的。尽量选择有专业素养的专家进行评价。评价工作也不以某个专家的结果为标准，而是采用专家小组形式进行评价，可对不同专家结果同样采用权重的方式进行统计，最终结果会更具权威性。

3）指标数量选取要适当，并非越多越好。如果无关紧要的指标太多，会增加评价难度，也会对评价的准确度有影响。指标之间要相对独立，等级分明，每层之间不存在因果关系，应具有可比性和可行性，方便比较和操作。

4）AHP 方法仍具有一定的主观性。AHP 联合客观评价方法（如模糊方法和灰色综合评价方法）进行分析，既体现出决策者的偏好，又能体现客观事实，依据量化指标进行客观评价，结果更具有综合性。而客观方法是以数据作为基础的方法，需要收集可靠的数据，或者制定可靠的置信区间（模糊区间）。

5）评价工作固然重要，而实际的安全管理和执行力更应该落到实处，这样才能使评价工作发挥出重要的作用。安全管理必须引起领导、各级管理人员、操作人员和维修人员的高度重视，做到责任划分明确、奖罚分明，注重安全意识，提高专业素质和技术水平，使用、维修、保养工作按严格按照程序进行。持之以恒，保持居安思危的忧患意识，这样才能做到“预防为主”，才能够杜绝事故的发生。

4 结语

1）通过综述多个安全评价方法，AHP 方法在塔机安全评价方面的应用较广泛，操作简单，能从主观和客观两个方面进行综合评价。进一步对AHP 方法的特点和适用性进行分析，并结合工作经验，对安全评价工作提出一些建议。

2）安全评价是均衡成本、效益和安全的一种综合方法。可为安全管理和决策提供一种合理的方案。而安全评价只是塔机工程的安全的辅助手段，其安全性更应该落实到执行的每一步，意识上高度重视，行为上严格按照规章制度操作，不断学习和培训，提高专业素质和技术水平，才能最大程度杜绝事故的发生。