曲珩斌

(長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 長春 130000)

橋式起重機作為重要的工程設(shè)備在港口碼頭、鐵路交通以及物流周轉(zhuǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。截至2014年，我國起重機登記數(shù)量達226.26萬臺，很多起重機經(jīng)過多年的使用，設(shè)備性能退化，安全狀況惡化，存在諸多安全隱患[1]。我國每年因起重事故造成的死亡人數(shù)在所有機械事故死亡人數(shù)中居于首位，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，橋式起重機的事故發(fā)生率是所有起重機械里面最高的。因此，橋式起重機的安全問題已成為亟待解決的關(guān)鍵問題。開展橋式起重機安全評價是衡量起重機安全等級、預(yù)防起重機潛在安全風(fēng)險和降低起重機事故率的重要手段。

針對橋式起重機的安全評價問題，王衛(wèi)輝等分析了影響橋式起重機的安全因素，構(gòu)建了較為完善的安全評估指標體系[2]；楊瑞剛等采用未確知測度理論對橋式起重機的安全評價問題進行了研究[3]；趙曉姣等采用可拓理論和改進的AHP對橋式起重機的安全評價問題進行了研究[4]；胡靜波等利用模糊層次分析法開展了橋門式起重機的分級評價研究[5]；李愛華等基于博弈論和未確知測度理論對橋式起重機的安全評價問題進行研究[6]。

上述評價方法均是采用AHP、熵權(quán)法或改進的AHP確定評價指標的權(quán)重，沒有充分考慮指標權(quán)重的不確定性和定性評價指標的區(qū)間性。在采用主觀方法確定指標的權(quán)重過程中，由于專家經(jīng)驗閱歷、能力水平和知識結(jié)構(gòu)的差異性，給出的指標權(quán)重往往不是固定的常數(shù)，而是一個區(qū)間數(shù)。同理，定性指標也很難量化為一個具體的數(shù)值。通常情況下，用區(qū)間數(shù)來表示指標的權(quán)重和定性評價指標將會更加符合評價實踐。綜上所述，本文擬采用區(qū)間數(shù)理論和區(qū)間層次分析法對橋式起重機安全評價問題進行研究。

1 橋式起重機安全評價指標體系

建立科學(xué)、合理的安全評價指標體系是開展橋式起重機安全評價的前提。橋式起重機安全性的因素是多方面的，需要構(gòu)建多維多層次的評價指標體系。文獻[2]在研究橋式起重機安全評價指標體系的過程中，將金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、機械結(jié)構(gòu)組件、電氣控制系統(tǒng)和安全保護裝置作為一級評價指標，將金屬結(jié)構(gòu)的開裂、變形、磨損、大小車運行機構(gòu)、供電系統(tǒng)、配電保護系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、緩沖裝置、安全監(jiān)控等作為二級評價指標。在影響橋式起重機安全的諸多因素中，人的因素也很關(guān)鍵。通過咨詢多位橋式起重機設(shè)計專家的建議，并對橋式起重機結(jié)構(gòu)和常見故障進行研究的基礎(chǔ)上，擬從橋架、起升機構(gòu)、運行機構(gòu)和人的安全因素4個維度評價橋式起重機的安全性。橋架維度主要從結(jié)構(gòu)連接和裂紋變形2個方面體現(xiàn)橋式起重機的安全性；起升機構(gòu)維度主要從鋼絲繩、滑輪組、吊鉤、制動器、卷筒、安全裝置和電氣設(shè)備7個方面反映橋式起重機的安全性；運行機構(gòu)主要從運行軌道、車輪、安全裝置和電氣設(shè)備4個方面反映橋式起重機的安全性；人的安全因素主要從安全管理、人員素質(zhì)和安全保障3個方面體現(xiàn)橋式起重機的安全性。基于上述分析，構(gòu)建如圖1所示的多層次橋式起重機安全性綜合評價指標體系。

進行橋式起重機安全評價，需要確定安全評價等級，以往的橋式起重機安全評價過程中，有的學(xué)者將安全等級劃分為4級，有的學(xué)者將安全等級劃分為5級，本文將安全等級劃分為4個等級：1級(優(yōu))、2級(良)、3級(中)、4級(差)。為了適于區(qū)間層次分析法評價橋式起重機安全性，需要對安全等級進行量化，這里采用區(qū)間數(shù)方法進行量化，將優(yōu)、良、中、差4個安全等級對應(yīng)的區(qū)間數(shù)分別設(shè)定為：(0.8，1.0]、(0.6，0.8]、 (0.4，0.6]和[0，0.4]，安全等級對應(yīng)的狀態(tài)和區(qū)間數(shù)等級如表1所示。

圖1 橋式起重機安全評價指標體系

安全等級區(qū)間數(shù)等級安全等級描述1級(優(yōu))(0.8,1.0]處于安全運行狀態(tài)2級(良)(0.6,0.8]大部分指標符合要求,少量指標未達標3級(中)(0.4,0.6]大部分指標未達標,對該機安全影響較大4級(差)[0,0.4]存在較大安全隱患,大部分指標不符合規(guī)定

2 基于IAHP確定評價指標權(quán)重

在決策、評估或評價研究領(lǐng)域，確定科學(xué)合理指標權(quán)重是進行決策、評估或評價的關(guān)鍵，目前客觀賦權(quán)法、主觀賦權(quán)法和主客觀綜合賦權(quán)法是確定指標權(quán)重的主要方法。主觀賦權(quán)法能有效地結(jié)合專家的知識和經(jīng)驗，得出的指標權(quán)重會更加符合客觀實際，因而在確定指標權(quán)重方面得到了廣泛的應(yīng)用。橋式起重機安全評價指標體系復(fù)雜，并且均是難以量化的定性指標，不宜采用客觀賦權(quán)法，而采用主觀賦權(quán)法獲取的指標權(quán)重更加符合安全評價實踐。由于看問題的角度不同，不同類別的人員在確定指標權(quán)重方面會有不同的思考，給出的指標權(quán)重通常會處于一個實數(shù)區(qū)間，因此，筆者擬采用區(qū)間層次分析法計算橋式起重機安全評價的區(qū)間數(shù)權(quán)重。

2.1 區(qū)間數(shù)和IAHP的基本原理

為了克服層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)在計算指標權(quán)重過程中存在的不足，在AHP的基礎(chǔ)上逐步研究發(fā)展產(chǎn)生了區(qū)間層次分析法(Interval-based AHP，IAHP)。IAHP與AHP的基本原理類似，計算結(jié)果和原始數(shù)據(jù)都以區(qū)間數(shù)的形式表達，不同之處在于IAHP用區(qū)間數(shù)代替點值來構(gòu)造區(qū)間數(shù)判斷矩陣，通過區(qū)間數(shù)的運算得到區(qū)間數(shù)權(quán)重。

步驟1利用特征向量法分別求AL、AU的最大特征值所對應(yīng)的具有正分量的歸一化特征向量xL和xU。

(1)

2.2 確定評價指標的區(qū)間數(shù)權(quán)重

表2 一級評價指標的區(qū)間數(shù)判斷矩陣

表3 二級評價指標的區(qū)間數(shù)權(quán)重

3 基于IAHP和專家群決策的橋式起重機安全評價模型

基于橋式起重機安全評價指標體系及相應(yīng)的區(qū)間數(shù)權(quán)重，構(gòu)建基于IAHP和專家群決策的橋式起重機安全綜合評價模型：

步驟1廣泛征求相關(guān)專家建議，構(gòu)建橋式起重機安全評價指標體系。

步驟2利用IAHP原理構(gòu)建區(qū)間數(shù)判斷矩陣，并計算各級指標的區(qū)間數(shù)權(quán)重。

步驟3邀請N位橋式起重機設(shè)計專家按照“優(yōu)”“良”“中”和“差”的4級語言安全評價等級對需評價的橋式起重機二級評價指標進行定性評價。

4 評價實例

為了驗證本文所構(gòu)建評價模型的合理性、有效性，現(xiàn)以某通用橋式起重機為例進行安全評價分析。邀請10位專家對該起重機的16個二級指標進行定性評價，各位專家對二級指標的定性評價值如表4所示。按照橋式起重機安全評價模型的步驟4，將定性評價值轉(zhuǎn)換為規(guī)范化區(qū)間數(shù)評價值，如表5所示，其中Iij表示第i個一級指標下的第j個二級指標。

表4 二級評價指標的專家定性評價值

表5 二級評價指標的綜合區(qū)間數(shù)評價值

依據(jù)橋式起重機安全評價模型中提出的指標聚合方法，采用Matlab 6.5軟件編寫簡易計算程序，經(jīng)運算可以得到橋架、起升機構(gòu)、運行機構(gòu)和人的安全因素4個一級評價指標的評價值分別為[0.56，0.86]、[0.43，0.67]、[0.45，0.77]和[0.46，0.78]，將16個二級指標繼續(xù)向上聚合，便可得到該橋式起重機安全評價值為[0.46，0.78]。為了便于分析，取橋式起重機安全性評價值的中間值0.62，與語言評價值相比較可知，該通用橋式起重機安全性評價結(jié)果為“良”，即安全等級為2級，但處于2級的下限接近于3級。同理可算得，4個一級評價指標的評價值中間值分別為0.71、0.565、0.61和0.62，相對應(yīng)的安全評價等級分別為“良”“中”“良”和“良”。相比較而言，橋架的安全性較好，運行機構(gòu)和人的安全因素安全等級雖然為2級但卻接近于3級，起升機構(gòu)的安全性與其他指標相比稍差，需要重點關(guān)注和改善。此定性評價的結(jié)論與文獻[6]得出的定性評價結(jié)論相一致，文獻[6]的評價方法僅得出了起重機的總體安全等級，未能給出一級評價指標的安全程度，從而表明本文所構(gòu)建的橋式起重機安全性綜合評價模型是合理有效的，且比以往的評價方法更加科學(xué)完善。

5 結(jié)論

橋式起重機安全評價是衡量起重機安全水平、優(yōu)化起重機安全性設(shè)計和改善起重機安全性的重要前提和基礎(chǔ)。

1) 針對橋式起重機安全評價具有的區(qū)間性、不確定性這一特點，將區(qū)間數(shù)理論和區(qū)間層次分析法相結(jié)合計算出了橋式起重機安全評價指標的區(qū)間數(shù)權(quán)重，克服了其他橋式起重機安全評價過程中指標權(quán)重計算方法的不足。

2)提出采用區(qū)間數(shù)理論和專家群決策理論對4級定性評價值進行區(qū)間量化處理的方法，構(gòu)建了基于區(qū)間層次分析法和專家群決策的橋式起重機安全評價模型，最后通過實例對某通用橋式起重機的橋架、起升機構(gòu)、運行機構(gòu)和人的安全因素4個指標進行安全性評價。

3) 評價結(jié)果與其他方法基本一致，但對評價指標的說明更加科學(xué)完善，可信度高，從而驗證了該綜合評價模型的合理性和有效性。