付 犇，詹曉玲，雷 剛

(1.湖北聚平注冊(cè)安全工程師事務(wù)所有限公司，湖北 武漢 430012；2.湖北省應(yīng)急管理宣傳教育中心，湖北 武漢 430070；3.湖北省應(yīng)急救援中心，湖北 武漢 430070)

隨著我國(guó)化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，化工企業(yè)的安全生產(chǎn)成為重中之重?；て髽I(yè)的機(jī)械設(shè)備是完成生產(chǎn)任務(wù)的物資基礎(chǔ)，化工機(jī)械的安全工作在化工企業(yè)運(yùn)作中占有重要位置[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1981—2019年間我國(guó)共計(jì)發(fā)生了246例較大的危險(xiǎn)化學(xué)品事故，例如2010年江蘇原南京塑料四廠發(fā)生了火災(zāi)爆炸事故,共造成22人死亡、120人受傷；2015年天津港瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)發(fā)生了特別重大火災(zāi)爆炸事故，共造成165人死亡[2]。全國(guó)化工行業(yè)事故每年的死亡人數(shù)占安全生產(chǎn)事故總死亡人數(shù)的比重較大，這些典型事故的發(fā)生,充分說(shuō)明我國(guó)化工行業(yè)的安全形勢(shì)較為嚴(yán)峻,必須加以重視。

化工機(jī)械系統(tǒng)的本質(zhì)安全體現(xiàn)在人、機(jī)、環(huán)境、管理各個(gè)環(huán)節(jié)，在機(jī)械設(shè)備方面，由于很多化工企業(yè)單純追求利潤(rùn)，盲目拼搶工期，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)與長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械設(shè)備投入數(shù)量與繁重的生產(chǎn)任務(wù)不相匹配，甚至“帶病作業(yè)”，且無(wú)法做到定期檢測(cè)和維護(hù)保養(yǎng)，產(chǎn)生了安全隱患。而化工企業(yè)大部分的故障和事故都是由人為因素引起的，在操作人員方面,經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備操作人員無(wú)證上崗的現(xiàn)象，缺少相關(guān)的工程崗位培訓(xùn)，操作人員受技術(shù)水平的限制，在人員管理方面，當(dāng)遇到機(jī)械故障或安全事故的情況下不能合理處置并及時(shí)消除故障，操作人員安全意識(shí)淡薄、自我保護(hù)能力差等；在機(jī)械設(shè)備安全管理方面，主要存在機(jī)械設(shè)備安全管理制度不完善，未及時(shí)做好設(shè)備安全檢查，沒(méi)有形成規(guī)范化的機(jī)械設(shè)備安全監(jiān)管機(jī)制，機(jī)械施工安全監(jiān)管制度的內(nèi)容不夠完善，缺乏涉及機(jī)械使用過(guò)程、機(jī)械安全檢查、機(jī)械設(shè)備統(tǒng)一配置規(guī)范的內(nèi)容等問(wèn)題；未全面執(zhí)行機(jī)械安全責(zé)任制，未派專人管理各類設(shè)備[3-5]。

目前許多學(xué)者對(duì)化工機(jī)械系統(tǒng)的安全問(wèn)題進(jìn)行了研究。如張文霞[6]探究了化工生產(chǎn)技術(shù)管理對(duì)于安全生產(chǎn)的作用；張明廣等[7]針對(duì)化工企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)量化裝置自身事故風(fēng)險(xiǎn)，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)分布確定監(jiān)控系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)的方法；馮仁專等[8]研究了化工機(jī)械制造行業(yè)的安全因素，分析了在機(jī)械制造作業(yè)中所面臨的安全問(wèn)題,并提出了解決方案。

安全評(píng)價(jià)是企業(yè)安全生產(chǎn)工作的重點(diǎn)，而選擇合適的評(píng)價(jià)方法是關(guān)鍵，只有針對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的特點(diǎn)，在充分掌握現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并了解每種評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)和使用范圍的基礎(chǔ)上，選擇合適的評(píng)價(jià)方法，才能確保評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和可靠性。在化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方面，王海秀[9]運(yùn)用道化學(xué)方法對(duì)某LNG加氣合建站進(jìn)行了安全評(píng)價(jià),計(jì)算了火災(zāi)爆炸指數(shù)以及暴露區(qū)域半徑、面積、體積和危險(xiǎn)等級(jí)，為站場(chǎng)安全管理提供了依據(jù)；閆志國(guó)等[10]運(yùn)用符號(hào)有向圖對(duì)化工企業(yè)故障進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，定性描述了過(guò)程系統(tǒng)故障與故障源之間的因果關(guān)系，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望；鄒吉然等[11]運(yùn)用故障樹分析方法對(duì)化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別，并制定了有效的風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

在傳統(tǒng)的層次分析法中，對(duì)兩因素的重要性比較往往采用1～9標(biāo)度法來(lái)表示，各指標(biāo)的權(quán)重是根據(jù)判斷矩陣求解得到的，但這種判斷矩陣無(wú)法體現(xiàn)因素的隨機(jī)性和模糊性。云模型的云中有兩個(gè)反映因素模糊性和隨機(jī)性的參數(shù)，在采用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上包含了評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性和隨機(jī)性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確。同時(shí)，云模型可以實(shí)現(xiàn)定性與定量之間的轉(zhuǎn)換，能夠在一定程度上改進(jìn)層次分析法完全依賴專家打分法而主觀性較強(qiáng)的問(wèn)題。因此，本文引入云模型方法對(duì)化工機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

1 基于層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

1.1 層次分析法的基本原理

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是由美國(guó)運(yùn)籌專家、匹茲堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)20年代提出，目的是將多目標(biāo)多方案的定性問(wèn)題通過(guò)定量分析進(jìn)行科學(xué)決策。該方法先將問(wèn)題分解成不同層次和若干因素，根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)度理論，確定各級(jí)各因素的相對(duì)重要性，再進(jìn)行綜合運(yùn)算[12-16]。

1.2 層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基本步驟

采用AHP法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基本步驟如下：

(1) 構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu):層次分析模型由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、若干子準(zhǔn)則層和指標(biāo)層組成。目標(biāo)層是分析問(wèn)題的預(yù)定目標(biāo)或理想結(jié)果，即建立科學(xué)、合理的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；準(zhǔn)則層是為了建立該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的中間環(huán)節(jié)；指標(biāo)層是為了建立該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選擇的措施或決策方案。

(2) 構(gòu)造判斷矩陣:以A為目標(biāo)，其所支配的下一層元素為a1，a2,…,an，以aij表示元素ai與aj相對(duì)于目標(biāo)的比例性標(biāo)度，標(biāo)度法的含義見(jiàn)表1[17-19]。則構(gòu)造的判斷矩陣A為

(1)

(3) 一致性檢驗(yàn)：建立判斷矩陣后，求出判斷矩陣的最大特征值和相應(yīng)的特征向量，進(jìn)而對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。通過(guò)下式計(jì)算一致性指數(shù)(CI):

AX=λX

(2)

(3)

式中：A為判斷矩陣；X為判斷矩陣A對(duì)應(yīng)于特征值λ的特征向量；λmax為判斷矩陣A的最大特征值；n為判斷矩陣階數(shù)。

表1 標(biāo)度法的含義Table 1 Meaning of the scale method

兩兩之間比較的一致性是采用一致性比率來(lái)計(jì)算，其計(jì)算公式為

(4)

式中：RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，隨判斷矩陣階數(shù)n的變化而變化，其取值見(jiàn)表2。

表2 RI與判斷矩陣階數(shù)n的關(guān)系Table 2 Relations between RI and the judgment matrix order n

當(dāng)CR<0.1時(shí)，則稱判斷矩陣具有滿意的一致性；若CR≥0.1，必須返回重新進(jìn)行專家評(píng)分，直到通過(guò)一致性檢驗(yàn)為止。

2 云模型安全評(píng)價(jià)

2.1 云模型的定義

云模型能夠反映系統(tǒng)因素的模糊性和隨機(jī)性，正態(tài)云建立在正態(tài)分布和正態(tài)隸屬函數(shù)的普遍性的基礎(chǔ)之上，具有良好的數(shù)學(xué)性質(zhì)，其期望曲線是一個(gè)正態(tài)型曲線[20-21]。

2.2 云模型的數(shù)字特征

云模型是由3個(gè)參數(shù)(期望Ex、熵En、超熵He)來(lái)表示云的數(shù)字特征的模型，見(jiàn)圖1。其中，云的期望Ex表示云滴在空間分布的期望值；云的熵En表示定性概念的不確定性度量，能夠反映云滴的離散程度；云的超熵He表示熵的不確定性度量，可用來(lái)描述云的厚度，云的超熵越大，云的厚度也越大。

圖1 云模型的數(shù)字特征Fig.1 Digital characteristics of cloud models

2.3 計(jì)算云相似度與安全評(píng)價(jià)

通過(guò)計(jì)算綜合云C(Ex，En,He)與各評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云Couldi(Exi,Eni,Hei)之間的云相似度δi，可確定安全水平評(píng)價(jià)等級(jí)。云相似度越大，則意味著安全水平評(píng)價(jià)結(jié)果與該評(píng)價(jià)等級(jí)越接近。云模型相似度與特征參數(shù)的評(píng)價(jià)等級(jí)，見(jiàn)表3[22-23]。

表3 云模型相似度與特征參數(shù)的評(píng)價(jià)等級(jí)Table 3 Evaluation grades of similarity and feature parameters of the cloud model

云相似度δi的計(jì)算步驟如下：

(1) 在綜合評(píng)價(jià)云C中生成一個(gè)以En為期望、He2為方差的正態(tài)隨機(jī)數(shù)Exk=Norm(En,He2)。

(4) 重復(fù)上述步驟(2)、(3)，直至生成n個(gè)μk，一般取n=1 000～2 000，按下式計(jì)算云相似度δi：

(5)

3 案例應(yīng)用與分析

3.1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

建立科學(xué)、合理的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是對(duì)化工機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。本文以武漢市某化工公司為例，根據(jù)化工企業(yè)的特點(diǎn)對(duì)該化工機(jī)械系統(tǒng)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文從化工機(jī)械系統(tǒng)的本質(zhì)安全即人、機(jī)、環(huán)境、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，建立了包括4大類、16項(xiàng)指標(biāo)的化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系A(chǔ)，見(jiàn)圖2。

圖2 化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Safety evaluation index system of the chemical machinery system

3.2 采用層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

本文邀請(qǐng)6位安全工程領(lǐng)域的專家結(jié)合該化工企業(yè)現(xiàn)有的安全現(xiàn)狀對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行打分， 并根據(jù)層次分析法構(gòu)建判斷矩陣A，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。構(gòu)建的判斷矩陣A為

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算得到CR=0.073 596<0.1，即該判斷矩陣具有滿意的一致性。

3.3 基于云模型的化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

由于影響化工機(jī)械系統(tǒng)的因素具有隨機(jī)性和不確定性，利用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)具有局限性，故本文將云模型引入到該化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)中，即采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并基于綜合評(píng)價(jià)云圖確定其安全水平。運(yùn)用公式并結(jié)合Matlab程序，可計(jì)算得到一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)即機(jī)械本體指標(biāo)A1、組織管理指標(biāo)A2、環(huán)境條件指標(biāo)A3、操作人員指標(biāo)A4的云參數(shù)見(jiàn)表4，并通過(guò)正向云發(fā)生器生成評(píng)價(jià)云圖，見(jiàn)圖3。

表4 某化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)最終評(píng)分及云向量Table 4 Final scores and cloud vectors of the first level evaluation indicators for the mechanical system safety evaluation of a chemical enterprise

圖3 某化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)云圖Fig.3 Evaluation cloud charts of the first level evaluation indicators for the mechanical system safety evaluation of a chemical enterprise

將得到的綜合云向量代入公式(5)，確定該化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)云模型的數(shù)字特征值為(91.087 0，3.783 2，1.670 1)，其綜合評(píng)價(jià)云圖見(jiàn)圖4。

圖4 某化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)云圖 Fig.4 Comprehensive evaluation cloud chart for the mechanical system of a chemical enterprise

由圖4可見(jiàn)，最終得到的評(píng)價(jià)云圖屬于“較好”評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度最大，兩者之間的云相似度δi為0.098 6，根據(jù)最大隸屬度原則，可以判定該化工企業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的安全水平為“較好”水平。

4 結(jié)論與建議

化工機(jī)械安全問(wèn)題一直是應(yīng)急管理的重要組成部分，對(duì)其開展有效的安全評(píng)價(jià)，有利于實(shí)現(xiàn)化工機(jī)械運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)管控。針對(duì)化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)受多種因素影響的問(wèn)題，本文從機(jī)械本體、環(huán)境條件、組織管理和操作人員4個(gè)方面構(gòu)建了化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并提出了基于層次分析-云模型的化工機(jī)械系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法，最后通過(guò)某化工企業(yè)實(shí)例驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法的有效性，可為化工企業(yè)安全評(píng)價(jià)的研究工作提供參考。隨著化工行業(yè)減人化、無(wú)人化的發(fā)展趨勢(shì)，不同化工機(jī)械的任務(wù)分工和作業(yè)范圍、運(yùn)行時(shí)間都存在著極大的區(qū)別，因而需要進(jìn)一步深入研究適用于不同化工機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法。