基于多種評估模型耦合的區(qū)域風險評估方法的研究

韋澤銘 劉峰 鄔騫 陳晨

（中鋼集團武漢安全環(huán)保研究院有限公司，武漢 430081）

0 引言

高溫熔融金屬作業(yè)，指涉及高溫熔融金屬及熔渣的作業(yè)活動，根據(jù)國民經(jīng)濟行業(yè)分類，高溫熔融金屬作業(yè)企業(yè)重點包括冶金企業(yè)（即黑色金屬冶煉及壓延加工企業(yè)）、有色金屬企業(yè)（即有色金屬冶煉及壓延加工企業(yè)）和機械鑄造企業(yè)。高溫熔融金屬一般包括鋼水、鐵水、金液、銅液及熔渣等，其溫度較高，作業(yè)時存在高溫能量，在冶煉、鑄造、轉(zhuǎn)運或者工藝加工的過程中，一旦遇水容易發(fā)生爆炸事故，將會造成較大的生產(chǎn)安全事故。運用安全風險評價體系對安全風險進行研究不但能貫徹落實國家風險分級管控要求，更能提高風險分級管控的針對性、科學性、準確性，提升政府及企業(yè)的安全管理水平。

目前，安全風險評價在國內(nèi)外得到了廣泛的研究。翁韜等［1］運用安全等級“層級疊加”原理研究了城市重大危險源的區(qū)域風險評價體系。余嵐等［2］運用Elmeri指標體系對煤礦作業(yè)區(qū)域進行了風險評價。GUO H M等［3］運用層次分析法、熵權(quán)法和多重關(guān)聯(lián)數(shù)法對城市公共安全進行了區(qū)域風險評價。在高溫熔融金屬作業(yè)的安全風險評價中，吳雅菊等［4］運用CREAM-LEC法對高溫熔融金屬作業(yè)進行了安全評價。祝藝露等［5］運用模糊貝葉斯網(wǎng)絡對高溫熔融金屬作業(yè)進行了風險評估。上述這些研究方法是將風險運用一個具體的數(shù)值來代替，但由于各行業(yè)的性質(zhì)及相關(guān)研究人員的思維、主觀性導致其計算結(jié)果有一定的差異。周念清等［6］將改進的區(qū)間層次分析法運用在地鐵工程地下水風險評估上，將風險值用區(qū)間數(shù)來進行范圍上的框定，解決了定量化、主觀化的問題。此后對安全風險評價的研究還在不斷地完善，但是目前對于高溫熔融金屬作業(yè)的風險評價研究僅僅局限于作業(yè)流程的風險評價，對于涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)區(qū)域風險評價的相關(guān)研究還存在許多不足。

本文運用改進的區(qū)間層次分析法與綜合風險評價模型對涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)進行區(qū)域風險評價，研究區(qū)域的風險值，能更加直觀地指導政府對地區(qū)的監(jiān)管，更能有效督促企業(yè)提高安全管理水平，減少事故的發(fā)生。

1 風險指標體系的構(gòu)建

高溫熔融金屬作業(yè)的工藝流程相對復雜，對于冶金企業(yè)、有色金屬企業(yè)和機械鑄造企業(yè)，它們的工藝流程有所不同。其中冶金企業(yè)工藝流程大致包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、酸洗、冷軋、熱軋等；有色金屬企業(yè)工藝流程大致包括采礦、選礦、冶煉、打磨、加工等；機械鑄造企業(yè)的工藝流程大致包括砂處理、熔煉、熔化、拋丸、打磨、檢測等。雖然說由于企業(yè)性質(zhì)不同，在工藝流程上有一定的區(qū)別，但針對高溫熔融金屬作業(yè)來說，它們在工藝流程上也有共性的地方，概括來說包含原材料準備、原材料的加工處理、金屬熔煉（熔化）、澆注、后期成品加工（打磨、冷處理、熱處理）等。

涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)的設備包含爐窯（電弧爐、中工頻爐/電阻爐、生物質(zhì)顆粒爐/燃氣爐、電子轟擊爐等）、加熱烘烤爐（電加熱、燃氣加熱工藝、液化石油氣、天然氣管線等）、鑄造機（砂型、模型、壓力、深井、離心等）、吊運熔融金屬起重機、澆包（烤包）等主體工器具、消防器材、電氣設施、拋丸機、砂輪機（砂帶機）、CNC加工中心、叉車、壓力容器等等，由此可見，涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)所包含的設備設施種類繁多。

涉及高溫熔融金屬作業(yè)企業(yè)的環(huán)境相對復雜，例如車間廠房建筑物結(jié)構(gòu)由于建廠的年代不同導致在結(jié)構(gòu)、性能上有很大區(qū)別；存在熔煉區(qū)域、壓鑄區(qū)域、加工區(qū)域相互交匯等情況。對于高溫熔融金屬作業(yè)人員，由于招工等因素導致一線操作員工普遍年齡偏大，作業(yè)人員安全意識、素質(zhì)參差不齊。在近些年，由于人的不安全行為、違反安全操作規(guī)程引發(fā)的事故遠遠超過50%［7］。同時，現(xiàn)在各企業(yè)在一定程度上都會委托相關(guān)方進行相關(guān)的作業(yè)，例如有限空間的檢查、維護，安全標準化的評審等，但由于企業(yè)對于相關(guān)方的管理不到位等原因，往往容易造成相關(guān)方作業(yè)人員在現(xiàn)場作業(yè)時發(fā)生事故。目前，由于相關(guān)方作業(yè)人員導致的事故起數(shù)也在逐日上漲，因此，對于相關(guān)方的管理尤為重要。

區(qū)域風險評價體系分為目標層、一級指標（準則層）、二級指標（因素層）。根據(jù)高溫熔融金屬作業(yè)的特點將目標層設計為涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)的區(qū)域安全風險值區(qū)間；根據(jù)事故致因理論中人、機、環(huán)、管4個要素，將一級指標（準則層）設計為人的因素、設備設施因素、環(huán)境因素、管理因素；最后根據(jù)上述涉及高溫熔融金屬作業(yè)企業(yè)的特點，在安全生產(chǎn)標準化13個要素的基礎上進行細致的劃分。

最終將二級指標（因素層）分為以下因素，總共得到23個二級指標，具體見表1。

表1 區(qū)域安全風險評價指標體系

2 區(qū)域風險評價方法的確立

2.1 區(qū)域風險指標體系權(quán)重的確定

本文采用改進的區(qū)間層次分析法對指標權(quán)重進行分析，具體步驟如下：

1）通過專家賦值的方法并采用“1—9標度法”［8］，形成判斷矩陣陣A。

2）各準則層包含的影響因素對目標層的權(quán)重值是通過以下具體步驟得到：首先計算判斷矩陣的最大特征根對應的特征向量，再對特征向量進行標準化處理得到一組區(qū)間向量。然后計算區(qū)間數(shù)判斷矩陣單因素的權(quán)重向量，計算方式如下：

3）各因素層對于目標層的綜合權(quán)重值通過逐層傳遞得到，由于計算過程中采用的是區(qū)間形式進行判斷，計算的結(jié)果可能發(fā)散，本文將以往的一致性檢驗過程用區(qū)間數(shù)可能度法來替代并保證計算結(jié)果的合理性。最終的綜合權(quán)重修正值通過以下方法獲得：

首先，計算因素層對目標層的綜合影響權(quán)重值的可能度p：

2.2 風險區(qū)域風險值的確定

在獲得每個因素層的原始數(shù)據(jù)之后，為使得因素層的波動較大的數(shù)據(jù)形成一個統(tǒng)一的標準，選用min-max標準化處理方法對因素層的數(shù)據(jù)進行處理。同時，本文因素層的指標均屬正向指標（指標權(quán)重越大風險越大），對于正向指標做如下處理：

式中，xij和yij分別為指標的原始值和標準值；max（xij）為指標的最大值。

在計算每一個區(qū)域的綜合風險時，采用綜合風險評價模型，即：

式中，Rx為區(qū)域內(nèi)某一高溫熔融金屬企業(yè)的風險值；Fi表示某區(qū)域內(nèi)一企業(yè)的第i種指標的標準值；表示第i種指標的權(quán)重。由于各區(qū)域內(nèi)的企業(yè)數(shù)量不一致，在這里需要對區(qū)域的疊加風險值取算術(shù)平均數(shù)來代表區(qū)域的風險值，即：

式中，R為該市某一區(qū)域風險值；R1、R2等為區(qū)域內(nèi)某一企業(yè)的風險值；n為區(qū)域內(nèi)的企業(yè)數(shù)量。

3 實例應用

3.1 研究對象

2000年以來，某市的地區(qū)經(jīng)濟得到快速發(fā)展，在相關(guān)政策的扶持下，各類涉及高溫熔融金屬的企業(yè)紛紛涌入該市，在一定程度上提高了該市的經(jīng)濟發(fā)展水平，但由于涉及高溫熔融金屬的企業(yè)的風險相對較高，對該市的政府監(jiān)管和企業(yè)的安全管理水平提出了很高的要求。通過該市300家重點涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)隱患排查項目，得到區(qū)域1（59家企業(yè)，其中5家因搬遷或停產(chǎn)未調(diào)查）、區(qū)域2（40家企業(yè)）、區(qū)域3（23家企業(yè)，其中1家因停產(chǎn)未調(diào)查）、區(qū)域4（61家企業(yè)，其中3家因停產(chǎn)或拆除未調(diào)查）、區(qū)域5（42家企業(yè)，其中1家因關(guān)閉未調(diào)查）、區(qū)域6（5家企業(yè)）、區(qū)域7（11家企業(yè)）、區(qū)域8（42家企業(yè)）、區(qū)域9（17家企業(yè)）的各項指標的具體統(tǒng)計值。在上述構(gòu)建的指標體系以及風險計算方法相耦合的基礎上，通過各項指標的具體統(tǒng)計值來計算該市的區(qū)域風險值。

3.2 指標體系權(quán)重確立

本文通過已構(gòu)建的指標體系，由專家對指標體系中的要素進行兩兩比較得到判斷矩陣，步驟如下：

1）以4個一級指標C1、C2、C3、C4對C構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣。

表2 4個一級指標區(qū)間判斷矩形

同理，以23個二級指標分別對一級指標構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣。

①C11、C12、C13、C14、C15、C16等6個二級指標對一級指標C1構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣，見表3。

表3 6個二級指標區(qū)間判斷矩陣

②C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27等7個二級指標對一級指標C2構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣，見表4。

表4 7個二級指標區(qū)間判斷矩陣

③C31、C32、C33等3個二級指標對一級指標C3構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣，見表5。

表5 3個二級指標區(qū)間判斷矩陣

④C41、C42、C43、C44、C45、C46、C47等7個二級指標對一級指標C4構(gòu)建區(qū)間判斷矩陣，見表6。

表6 7個二級指標區(qū)間判斷矩陣

2）將每個判斷矩陣的上下限分解為兩個區(qū)間數(shù)判斷矩陣：

表3中的區(qū)間上限判斷矩陣

由式（1）求得修正系數(shù)=0.917 9。

區(qū)間下限判斷矩陣

由式（1）求得修正系數(shù)=1.076 0，再由此求得各準則層權(quán)重區(qū)間：

同理，通過構(gòu)建因素層區(qū)間數(shù)上下限判斷矩陣并計算得各單因素權(quán)重，計算結(jié)果分別為：［0.069 4，0.073 9］、［0.069 4，0.073 9］、［0.089 8，0.117 1］、［0.327 0，0.365 5］、［0.143 9，0.180 5］、［0.221 4，0.267 2］、［0.192 0，0.240 9］、［0.156 1，0.193 5］、［0.119 2，0.154 3］、［0.120 2，0.135 6］、［0.090 1，0.102 0］、［0.135 3，0.135 6］、［0.099 8，0.107 4］、［0.190 1，0.225 7］、［0.274 6，0.355 5］、［0.439 0，0.512 1］、［0.182 5，0.210 1］、［0.272 0，0.312 6］、［0.101 0，0.131 0］、［0.086 3，0.108 6］、［0.157 7，0.212 1］、［0.049 4，0.056 9］、［0.045 2，0.051 1］。

3）計算得各因素綜合權(quán)重分別為：［0.032 5，0.039 4］、［0.032 5，0.039 4］、［0.042 0，0.062 5］、［0.153 1，0.195 0］、［0.0674，0.0963］、［0.1037，0.1425］、［0.048 4，0.071 7］、［0.039 4，0.057 6］、［0.030 1，0.046 0］、［0.030 3，0.040 4］、［0.022 7，0.030 4］、［0.034 1，0.040 4］、［0.025 2，0.032 0］、［0.016 1，0.022 9］、［0.023 2，0.036 1］、［0.037 1，0.052 0］、［0.020 7，0.030 1］、［0.030 8，0.044 7］、［0.011 4，0.018 7］、［0.009 8，0.015 5］、［0.017 9，0.030 4］、［0.005 6，0.008 1］、［0.005 1，0.007 3］。

4）通過式（2）構(gòu)建可能度矩陣P，第1行P11至P123的值分別為0.500 0、0.500 0、0.000 0、0.000 0、0.000 0、0.000 0、0.000 0、0.000 0、0.407 9、0.535 3、1.000 0、0.401 5、1.000 0、1.000 0、0.818 2、0.105 5、1.000 0、0.413 5、1.000 0、1.000 0、1.000 0、1.000 0、1.000 0。同理，可計算得矩陣第2行至第23行各列的值。

最后，通過式（3）計算綜合權(quán)重的修正值（其中取11），其結(jié)果表7所示。

表7 改進的區(qū)間層次分析指標權(quán)重值

3.3 風險值計算

根據(jù)某市300家重點高溫熔融金屬企業(yè)隱患排查項目將該市劃分為9個區(qū)域并進行統(tǒng)計。此處以該市區(qū)域7為例，計算風險值。統(tǒng)計各項指標存在的隱患數(shù)如表8所示。

表8 區(qū)域7風險指標統(tǒng)計結(jié)果

通過式（4）對每個因素層的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，由綜合權(quán)重修正值并通過式（5）、式（6）算出區(qū)域6綜合風險值：R7=0.127 8。

同理，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可以計算得出其他區(qū)域的綜合風險值區(qū)間，計算結(jié)果如表9所示。

表9 某市各區(qū)域的綜合風險值區(qū)間

3.4 結(jié)果分析

1）通過改進的區(qū)間層次分析法與綜合風險評價模型相結(jié)合，基于某市300家重點涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)隱患排查項目，計算得出了該市9個區(qū)域的風險值，計算結(jié)果表明區(qū)域3的風險值最高，區(qū)域1、區(qū)域3、區(qū)域9的風險值也相對較高。

2）通過指標權(quán)重的計算，4個一級指標中，人的因素占比達到46.82%～53.34%，設備設施因素占比25.21%～29.78%，兩者加起來的占比超過70%，因此涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)要落實三級安全教育培訓制度，尤其是重點崗位（如熔煉崗位、壓鑄崗位）作業(yè)人員的教育培訓；實施更加全面管理，建立完善的管理制度，嚴禁違章作業(yè)行為的頻繁發(fā)生；在設備設施日常使用時，應該注重維修保養(yǎng)，定期進行檢修或更新，提升設備設施本質(zhì)化安全水平。

3）從各個二級指標的區(qū)間權(quán)重來看，人員的違章作業(yè)行為對人的因素影響最大，爐窯管理對設備設施因素影響最大，作業(yè)場所情況對環(huán)境因素影響最大，安全生產(chǎn)規(guī)章制度和崗位操作規(guī)程對管理因素影響最大。根據(jù)綜合權(quán)重來看，人員的違章作業(yè)行為和相關(guān)方管理是影響區(qū)域風險值的主要因素。

4 結(jié)論

1）通過對某市300家重點涉及高溫熔融金屬作業(yè)企業(yè)的隱患排查項目的分析，分別從4個一級指標中劃分了23個二級指標建立了指標體系，并通過構(gòu)建判斷矩陣對指標進行了分析。

2）基于改進的區(qū)間層次分析法與綜合風險評價模型相耦合，構(gòu)建了區(qū)間層次分析模型來計算各指標的權(quán)重，利用區(qū)間數(shù)來代替具體的權(quán)重數(shù)值，引用可能度互補矩陣計算了指標的綜合權(quán)重修正值，消除計算結(jié)果可能存在發(fā)散性，最終得到了不同指標對區(qū)域風險的影響權(quán)重及各區(qū)域的風險值。通過此方法對300家重點涉及高溫熔融金屬作業(yè)的企業(yè)進行了分析、計算，從該市各個地區(qū)的政府監(jiān)管力度與企業(yè)安全管理水平來看，這與實際情況相符，表明運用改進的區(qū)間層次分析法與綜合風險評價模型相耦合，對政府未來進行有針對性的區(qū)域風險管控具有一定的指導作用。