周琪 林坤峰 徐厚友 郝玉澤 楊凱倫

(中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

依據(jù)《冶金企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評定標(biāo)準(zhǔn)(煤氣)》在對冶金企業(yè)煤氣單元進(jìn)行安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評定時(shí)會有評分介于分值界限點(diǎn)左右難以明確等級的情況，此時(shí)可以結(jié)合企業(yè)近年來煤氣單元管理的綜合水平來判斷之后煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)的趨勢，輔助對企業(yè)煤氣單元的分值等級進(jìn)行界定，避免人為因素造成過多定性評估。國內(nèi)外關(guān)于分析評價(jià)方法的研究有很多，如層次分析法、模糊綜合評價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)(SVM)、集對分析(SPA)、馬爾科夫模型以及一些組合方法等。各類評價(jià)方法在工貿(mào)及金融等領(lǐng)域有一定應(yīng)用，如礦山經(jīng)營狀況綜合評價(jià)[1]、橋門式起重機(jī)分級評價(jià)[2]、股票價(jià)格預(yù)測[3]、電力客戶信用風(fēng)險(xiǎn)評估[4]等。從上述研究可以看出，單一的評價(jià)方法對于煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估具有局限性，不能便捷建立指標(biāo)關(guān)聯(lián)性或不能體現(xiàn)動態(tài)變化趨勢等，組合評價(jià)模型已在很多領(lǐng)域有較為成功的應(yīng)用，但對煤氣單元的動態(tài)評估還缺乏相關(guān)的研究。本文根據(jù)相關(guān)法律規(guī)范，構(gòu)建冶金企業(yè)煤氣單元的評估指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法對評估指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分配，再通過構(gòu)建基于馬爾科夫鏈的SPA的動態(tài)評估模型，進(jìn)行煤氣單元的后期風(fēng)險(xiǎn)評估，從而為冶金企業(yè)煤氣單元的風(fēng)險(xiǎn)判定提供參考。

1 煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)構(gòu)建和權(quán)重分配

1.1 評估指標(biāo)構(gòu)建

構(gòu)建合理的評估指標(biāo)體系是進(jìn)行科學(xué)評估的前提[5]，該指標(biāo)體系應(yīng)包含影響煤氣單元安全運(yùn)行的主要因素。參考《冶金企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評定標(biāo)準(zhǔn)(煤氣)》、《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》(GB 6222—2005)等安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合企業(yè)實(shí)際管理經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建直接影響煤氣系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，如表1。

表1 煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)體系權(quán)重分配

盡管每個(gè)評估指標(biāo)對煤氣單元的風(fēng)險(xiǎn)狀況都有一定的影響，但影響程度會有不同，例如煤氣管道閥組(屬于設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全)設(shè)置不合理，則在抽堵盲板時(shí)可能直接導(dǎo)致煤氣泄漏，造成人員中毒窒息傷亡。因此，給各個(gè)評估指標(biāo)配置權(quán)重系數(shù)也是評估過程關(guān)鍵的一環(huán)。

本文采用層次分析法(AHP)構(gòu)造分級判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重。將各層級內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比打分，得到各個(gè)層級的判斷矩陣，再對各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過后對二級指標(biāo)進(jìn)行層次總排序，再計(jì)算RI總、CI總、CR總，若CR總<0.1，則層次總排序結(jié)果可靠[5]，因AHP方法已運(yùn)用非常成熟，故計(jì)算過程不詳述，得出二級指標(biāo)的權(quán)重及總排序如下表2。

表2 各評估指標(biāo)權(quán)重及總排序

2 SPA-馬爾科夫鏈的動態(tài)評估模型

SPA方法在該動態(tài)評估模型中的應(yīng)用思路：假定所有指標(biāo)均按表現(xiàn)優(yōu)作為標(biāo)準(zhǔn)集合，即所有指標(biāo)均為完全達(dá)標(biāo)指標(biāo)組成的集合，將實(shí)際評估指標(biāo)的集合與標(biāo)準(zhǔn)集合逐一對比進(jìn)行集對分析，將分析得到的特性按同、異、反進(jìn)行描述，即分析兩個(gè)集合在哪些特性上具有同一性，哪些特性上具有對立性，哪些特性上具有既不同一又不對立性(差異性)。對定義同一性、對立性和差異性可參考標(biāo)準(zhǔn)化評分中的原則，若抽查的某指標(biāo)中達(dá)標(biāo)的點(diǎn)占總抽查點(diǎn)數(shù)的90%以上或相等，則該指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)集合的該指標(biāo)具有同一性，若抽查的某指標(biāo)中達(dá)標(biāo)的點(diǎn)占總抽查點(diǎn)數(shù)的75%以下，則該指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)集合的該指標(biāo)具有對立性，處于中間的為差異性指標(biāo)，由此建立同異反聯(lián)系度μ：

(1)

(2)

μ=a+bi+cj

(3)

馬爾科夫鏈在該動態(tài)評估模型中的應(yīng)用思路：上述集對分析是基于靜態(tài)的角度分析的聯(lián)系度問題，但影響煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)狀況的諸多因素中除相互關(guān)聯(lián)和制約外，還有隨機(jī)變化可能性，所以在進(jìn)行煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估時(shí)應(yīng)考慮動態(tài)的因素，即某一事件的狀態(tài)與狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移規(guī)律的無后效性的隨機(jī)過程，分析隨機(jī)事件未來變化規(guī)律及可能的結(jié)果。在賦予權(quán)重后的SPA評估模型中將待評價(jià)集合與標(biāo)準(zhǔn)集合對比后劃分的3個(gè)等級作為馬爾科夫鏈中的3個(gè)狀態(tài)，即“表現(xiàn)優(yōu)”、“表現(xiàn)一般”、“表現(xiàn)不合格”，再引入時(shí)間的概率，冶金企業(yè)在t時(shí)刻的聯(lián)系度為：

(4)

以pij表示某一特性在時(shí)段t到時(shí)段t+1由狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的可能性大小，即：

P={xn+1=|xn=i}=pij(i,j=1,2,…,n)

(5)

狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣為

(6)

在t+T時(shí)段待評價(jià)集合的聯(lián)系度為：μ(t+T)=a(t+T)+b(t+T)i+c(t+T)j=[a(t+T),b(t+T),c(t+T)]·p·(1,i,j)T。

(7)

下一個(gè)時(shí)段的煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)系度為：

(8)

由馬爾科夫鏈理論知，經(jīng)多個(gè)周期轉(zhuǎn)移后，系統(tǒng)最后將趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定狀態(tài)的聯(lián)系度中的a,b,c符合下式的關(guān)系(I為單位矩陣)：

(9)

計(jì)算出趨于穩(wěn)定的聯(lián)系度后，企業(yè)煤氣單元的風(fēng)險(xiǎn)可按表3進(jìn)行判定。

表3 風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)變化趨勢判定對照

3 算例分析

以某冶金企業(yè)煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)為例進(jìn)行動態(tài)分析，按每年為一個(gè)周期，對比近5年評估指標(biāo)的集對情形，以煤氣工藝設(shè)備設(shè)施本體設(shè)計(jì)、安裝合規(guī)合理性為例，第1時(shí)段設(shè)備設(shè)施總體情況與標(biāo)準(zhǔn)狀況比為一般，集對評級為P；第2時(shí)段設(shè)備設(shè)施總體情況與標(biāo)準(zhǔn)狀況比為優(yōu)，集對評級為S；第3時(shí)段設(shè)備設(shè)施總體情況與標(biāo)準(zhǔn)狀況比為優(yōu)，集對評級為S；第4時(shí)段設(shè)備設(shè)施總體情況與標(biāo)準(zhǔn)狀況比為一般，集對評級為P；第5時(shí)段設(shè)備設(shè)施總體情況與標(biāo)準(zhǔn)狀況比為較對立，集對評級為Q。其他指標(biāo)判定類同，得出表4的數(shù)據(jù)。

表4 某冶金企業(yè)煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

5個(gè)時(shí)段的煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估聯(lián)系度為：

μ1=0.303+0.547i+0.15j，μ2=0.771+0.181i+0.048j，μ3=0.382+0.499i+0.119j，μ4=0.048+0.707i+0.245j，μ5=0.194+0.399i+0.407j

5個(gè)時(shí)段的同異反轉(zhuǎn)移矩陣為:

平均轉(zhuǎn)移矩陣為:

4 結(jié)語

本文針對冶金企業(yè)煤氣單元標(biāo)準(zhǔn)化評審過程中分值介于界限值左右不能明確判定等級的情形，構(gòu)建了基于層次分析法的SPA-馬爾科夫鏈的煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)評估模型，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范構(gòu)建了煤氣單元風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法賦予各評估指標(biāo)合理的權(quán)重，通過SPA計(jì)算聯(lián)系度反映單元風(fēng)險(xiǎn)的大小及變化趨勢，運(yùn)用馬爾科夫鏈模型推算下一個(gè)時(shí)段的聯(lián)系度等，從而判斷煤氣單元下一周期的風(fēng)險(xiǎn)動向，為明確冶金企業(yè)煤氣單元標(biāo)準(zhǔn)化等級提供參考方法。