范曉飚，衛(wèi)澤亮，程志友，趙俊達(dá)，周昔東

(重慶交通大學(xué) 航運(yùn)與船舶工程學(xué)院，重慶 400074)

0 引 言

龍門吊船舶不僅是海上工程建設(shè)的重要船舶，也是海上貨物裝卸的必備工具。目前學(xué)界主要是針對(duì)普通船舶的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，但對(duì)龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)研究較少。為更好地分析船舶裝卸貨物作業(yè)時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)，有必要對(duì)龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與研究[1-2]。

龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)取決于影響船舶安全的各指標(biāo)權(quán)重。權(quán)重是各指標(biāo)在系統(tǒng)中對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)所起作用的大小程度[3-5]。層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)是以定量分析和定性分析為基礎(chǔ)，利用判斷矩陣確定影響龍門吊船舶在裝卸貨物下的各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重，為龍門吊船舶在裝卸貨物作業(yè)中的危險(xiǎn)預(yù)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。

1 龍門吊船舶裝卸作業(yè)特點(diǎn)

1.1 危險(xiǎn)性高

龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)過程中可能存在許多偶然的危險(xiǎn)因素。其作業(yè)環(huán)境繁雜，裝卸貨物設(shè)備作業(yè)范圍和空間局促，具有一定危險(xiǎn)性，但在船舶裝卸貨物行業(yè)里又是必不可少的流程。

1.2 技術(shù)性強(qiáng)

龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)過程復(fù)雜，技術(shù)要求高且細(xì)致，涉及面較廣。在保證作業(yè)安全情況下，需制定科學(xué)的施工方案，不但要求作業(yè)人員對(duì)裝卸設(shè)備、貨物等知識(shí)有全面了解，且要求作業(yè)人員有較高的操作技能和豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1.3 協(xié)同性高

龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)是一項(xiàng)協(xié)同性非常高的工作。需指揮員、操作員、安全員等多個(gè)部門全面協(xié)調(diào)、緊密配合、分工明確、統(tǒng)一工作，以確保龍門吊裝卸貨物作業(yè)時(shí)的安全可靠。

影響龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全因素主要概括為人、船舶、環(huán)境、裝卸設(shè)備等4個(gè)方面，每個(gè)方面又包含多個(gè)影響程度不同的因素[7]?；谟绊扆堥T吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的因素特征，筆者以龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的有效性和科學(xué)性為重點(diǎn)，在調(diào)查基礎(chǔ)上篩選影響因素指標(biāo)，最終建立影響龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的問題指標(biāo)，如表1。

表1 龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)Table 1 Safety risk indicators for cargo loading and unloading operations of gantry crane ships

2 基于AHP的安全影響因素分析

2.1 層次分析法

層次分析法是將與決策有關(guān)的因素劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等，并逐層比較多重關(guān)聯(lián)因素，并針對(duì)這些因素進(jìn)行定性和定量分析的方法[8-10]。該方法適用于影響因素繁雜、決策準(zhǔn)則較多且不斷變化的問題[11]。由于船舶安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素較復(fù)雜，各影響因素之間關(guān)聯(lián)性錯(cuò)綜，因此筆者采用層次分析法來確定影響龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的各因素權(quán)重。

2.2 構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)調(diào)研情況對(duì)重要等級(jí)進(jìn)行分類，筆者采用常用的1～9標(biāo)度法[12-15]，見表2；所建立的判斷矩陣，見表3。層次分析法主要基本信息是判斷矩陣，其是進(jìn)行各要素優(yōu)先級(jí)權(quán)重計(jì)算的重要依據(jù)[16]。

表2 常用的1～9標(biāo)度Table 2 Commonly used 1～9 scale

表3 龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素判斷矩陣A-BTable 3 Judgement matrix A-B of safety risk influencing factors ofcargo handling operation of gantry crane

2.3 層次排序及一致性檢驗(yàn)

計(jì)算判斷矩陣特征根和特征向量[17-18]，為層次排序做好鋪墊。判斷矩陣B如式(1)：

BW=λmaxW

(1)

式中：B為判斷矩陣；λmax為B的最大特征根；W為對(duì)應(yīng)λmax的正規(guī)化特征向量，W的分量Wi即相應(yīng)因素單排序權(quán)值。

計(jì)算最大特征根λmax及對(duì)應(yīng)特征向量時(shí)采用方根法進(jìn)行，其計(jì)算步驟為：

1)計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi，如式(2)：

(2)

式中：i,j=1,2,…,n;bij為判斷矩陣第i行，第j列所對(duì)應(yīng)值；n為階數(shù)。

根據(jù)式(2)計(jì)算判斷矩陣A-B的每一行元素乘積Mi：M1=1/45，M2=1/3，M3=5，M4=27。

2)計(jì)算Mi的n次方根，如式(3)：

(3)

(4)

得到的W=(W1,W2, …,Wn)T為判斷舉證所求特征向量，即各個(gè)元素相對(duì)影響程度重要性的排序權(quán)重。根據(jù)式(4)計(jì)算所求龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素判斷矩陣的特征向量：W=[0.078 4, 0.154 4, 0.296 5, 0.463 2]T。

4)計(jì)算判斷矩陣最大特征根λmax，如式(5)：

(5)

式中：i=1, 2, …,n；(AW)i表示向量AW的第i個(gè)分量。

根據(jù)式中(5)計(jì)算得：λmax=4.0345。

5)檢驗(yàn)一致性：矩陣一致性指標(biāo)CI定義如式(6)、式(7)：

(6)

(7)

式(7)中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(表4)。由式(6)、式(7)，計(jì)算得CR≤0.10。

表4 1～9階矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Table 4 Average random consistency index of 1～9 order matrix

當(dāng)CR=CI/RI≤0.10時(shí)，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直至滿足一致性檢驗(yàn)。

2.3.1 自然環(huán)境因素各子因素指標(biāo)權(quán)重

求得自然環(huán)境因素判斷矩陣特征向量：W=[0.430 9, 0.194 6, 0.215 4, 0.158 9]T。其最大特征根λmax=4.005 15，CR=0.001 89，符合一致性檢驗(yàn)，如表5。

表5 自然環(huán)境因素判斷矩陣B1-C1Table 5 Judgment matrix B1-C1 of natural environment factors

2.3.2 船舶與錨泊因素各子因素指標(biāo)權(quán)重

求得船舶與錨泊因素判斷矩陣特征向量：W=[0.057 0, 0.081 3, 0.108 4, 0.321 8, 0.148 4, 0.148 4, 0.134 4]T。判斷矩陣最大特征根λmax=7.080 8，CR=0.010 2≤0.100 0，符合一致性檢驗(yàn)，如表6。

表6 船舶與錨泊因素判斷矩陣B2-C2Table 6 Judgment matrix B2-C2 of ship and anchor factors

2.3.3 船員操作技能因素各子因素指標(biāo)權(quán)重

求得船員操作技能因素判斷矩陣特征向量：W=[0.428 5, 0.428 5, 0.142 8]T。判斷矩陣最大特征根λmax=2.993 2，CR=0.005 862≤0.100 000，符合一致性檢驗(yàn)，如表7。

表7 管理操作技能因素判斷矩陣B3-C3Table 7 Judgment matrix B3-C3 of management operation skill factors

2.3.4 裝卸作業(yè)因素各子因素指標(biāo)權(quán)重

求得裝卸作業(yè)因素判斷矩陣特征向量：W=[0.258 2, 0.104 7, 0.636 9]T。判斷矩陣最大特征根λmax=3.032 6，CR=0.028 1≤0.100 0，符合一致性檢驗(yàn)，如表8。

表8 裝卸作業(yè)因素判斷矩陣B4-C4Table 8 Judgment matrix B4-C4 of loading and unloading factors

2.4 層次總排序

根據(jù)指標(biāo)層間的隸屬關(guān)系及相對(duì)權(quán)重，利用加權(quán)平均法計(jì)算各指標(biāo)的組合權(quán)重，從而得出指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重總排序，如表9。

表9 安全影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各因子權(quán)重分配Table 9 Weight distribution of the evaluation index system of the factors affecting the safety

3 結(jié)果分析與建議

3.1 裝卸作業(yè)因素方面

裝卸作業(yè)人員操作技能所占權(quán)重0.636 9，對(duì)龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全影響較大，裝卸設(shè)備安全性次之，裝卸作業(yè)適工性較小。由此可見，裝卸作業(yè)人員操作技能是裝卸貨物作業(yè)安全的重要指標(biāo)。在裝卸作業(yè)過程中需重視裝卸作業(yè)人員操作技能培訓(xùn)；隨著裝卸設(shè)備的智能化和自動(dòng)化發(fā)展，應(yīng)及時(shí)對(duì)船舶裝卸設(shè)備不斷完善升級(jí)并提升維護(hù)保養(yǎng)管理水平。

3.2 船員操作技能因素方面

船員業(yè)務(wù)水平與管理決策能力所占權(quán)重均為0.428 5，安全管理影響較小。因此要提高船員業(yè)務(wù)水平、應(yīng)變能力、工作經(jīng)驗(yàn)及決策能力，在突發(fā)情況下能最大限度的減少風(fēng)險(xiǎn)；決策能力越高越合理，對(duì)突發(fā)情況處理就越完善越全面，能有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)所帶來影響，從而減少生命財(cái)產(chǎn)安全損害。

3.3 船舶與錨泊因素方面

船舶尺度所占權(quán)重為0.321 8，說明對(duì)龍門吊船在裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)影響較突出。船舶尺度很大程度決定了船舶穩(wěn)定性能力，對(duì)龍門吊船舶在裝卸貨物下安全風(fēng)險(xiǎn)形成起到重要作用。在提高安全性和降低成本情況下，可改變船舶與錨泊條件；在龍門吊船舶在裝卸貨物前，要選擇好船舶間距和船舶密度區(qū)域，以防作業(yè)時(shí)給其他船舶造成干擾和危險(xiǎn)，以最大限度降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 自然環(huán)境因素方面

風(fēng)浪所占權(quán)重為0.430 9，說明對(duì)龍門吊船裝卸貨物作業(yè)安全影響較顯著。自然環(huán)境因素對(duì)龍門吊船在裝卸貨物下的安全風(fēng)險(xiǎn)影響比較復(fù)雜且不可控。建議在進(jìn)行裝卸貨物前應(yīng)及時(shí)關(guān)注水文、氣象狀況，并進(jìn)行預(yù)警預(yù)案。在惡劣天氣和極端海況條件下，應(yīng)當(dāng)注意錨位觀察和監(jiān)視，船上人員加強(qiáng)巡視，防止發(fā)生龍門吊船走錨事故。

4 結(jié) 語

龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)的安全狀態(tài)不僅事關(guān)海上貨物裝卸的進(jìn)程，還威脅著生命、環(huán)境、財(cái)產(chǎn)的安全。龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)的安全受人、船、環(huán)境等因素影響，決定了龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別和評(píng)價(jià)的復(fù)雜性和特殊性。筆者根據(jù)龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)的實(shí)際情況構(gòu)建了龍門吊船舶裝卸貨物作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估兩級(jí)指標(biāo)體系(包括4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，17個(gè)二級(jí)指標(biāo))。該評(píng)估體系運(yùn)用層次分析法(AHP)計(jì)算各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，充分考慮了各因素相對(duì)重要性，并借助專家豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)理論知識(shí)對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、符合實(shí)際。