改进AHP-模糊综合评价在工程爆破安全评价中的应用

赵珂劼，张义平，池恩安,2，雷 振,3，黄胜松

(1.贵州大学矿业学院，贵州 贵阳 550025； 2.贵州新联爆破工程有限公司，贵州 贵阳 550002； 3.贵州理工学院，贵州 贵阳 550003)

0 引 言

爆破工程是高危行业，据统计，我国爆破在内的爆炸伤亡事故占总伤亡事故的40%以上[1]。因此，在施工前往往要进行工程爆破安全评价，对工程爆破进行安全评估，目的是为了降低重大事故发生的风险。安全评价是安全系统工程中的一个重要组成部分，是一种有效的管理方法[2-3]。

AHP和模糊综合评价法在工程爆破安全评价的应用十分广泛。王丹丹等采用AHP分析拆除爆破施工中影响安全的主要因素[4]；张黎明等将模糊综合评价法应用在岩土爆破安全评价中，对岩土爆破施工安全的模型进行分析，得出爆破施工的安全等级[5]。本文采用改进AHP-模糊综合评价法对工程爆破的施工过程进行划分，建立一个多层次的评价模型来确定各个指标的权重，最后应用于贵安新区某大型项目工程爆破的安全评价。

1 改进AHP

1.1 AHP原理

AHP是20世纪70年代初美国运筹学家萨特教授提出，是一种对事物进行性质评价和数量相结合的全面分析的方法。此方法首先对研究目标进行分层处理，一般分为三层，即目标层、准则层和指标层;其次通过两两元素比较构造判断矩阵，再计算每一个元素的相对权重，并利用一致性检验验证判断矩阵的正确性;最后通过计算结果对各指标进行排序，得到指标的权重，以此来分析，解决问题。

1.2 模糊综合评价

模糊综合评价是众多综合评价方法中最基本的方法之一，其基本思想是采用模糊数学的思想将不确定的安全信息定量化，从而实现多因素的定量评价[6]。模糊的安全信息是通过不同的专家凭借经验确定，因此具有相对的主观性。

2 改进AHP的模糊综合评价

2.1 改进AHP及其步骤

改进AHP能够将计算过程变得简单化，它是在传统的AHP的基础上进行改进，首先利用“三标度法”构造比较矩阵来代替之前的“九标度法”，在进行两两比较时，使用2、0、1三个数来描述甲比乙重要，乙比甲重要，甲和乙一样重要的问题。显然这样的描述比起传统的AHP要容易很多[7]。接着计算出拟优一致矩阵，最后将计算出的特征值向量按照大小进行排序，得到各因素组合权重。最终得到的结果不需要一致性检验，符合了科学简单性原则。

改进的AHP的具体步骤如下所述[8]。

1) 步骤一，同传统AHP一样，建立层次结构模型。

2) 步骤二，三标度(2、0、1)构造比较矩阵Aij。

3) 步骤三，根据式(1)变换构造真正的判断矩阵B。

(1)

4) 步骤四，按式(2)计算最优传递矩阵C。

(2)

式中：∀i,j;k=1，2，…，n。

5) 步骤五，根据式(3)计算得到经过一致性调整后的判断矩阵a*。

(3)

6) 步骤六，按照式(4)计算a*即可求得各指标的权重向量wj。

(4)

2.2 与模糊综合评价的结合

1) 确定评判对象的因素集合。U={U1,U2,…,Un},其子因素集合为Ui={ui1,ui2,…,uim}。

2) 根据改进AHP构建权重向量。U对应的权重向量为A=(a1,a2,…,an)i=1,2,…,n。

Ui对应的权重向量为Ai=(ai1,ai2,…,aij,…,aim)j=1,2,…,m。

3) 确定评语等级V=(v1,v2,…,vn),本文采用评语集为安全状况良好、较好、中等、较差、很差5个等级来进行分级，即n=5。

4) 进行单因素模糊评价，可得单因素评价矩阵

5) 构建一级、二级模糊变换。

a：一级模糊综合评判。Ui对应的权重向量为Ai=(ai1,ai2,…,aij,…,aim),可得到的结果为Bi=AiRi。

b：二级模糊综合评判。根据一级模糊综合评判可得

3 工程应用实例

3.1 工程概况

某工程位于贵安新区大学城范围内，需爆破的范围大致有1个集中爆区，总方量为30万m3，工期约为4个月。根据现场施工调查，其四邻环境有：爆区东南侧紧靠思孟路、栋青路，爆区西北侧紧靠思杨路，都仅有10 m；爆区西南侧距离东盟小镇最近在建楼房180 m，爆区东南侧距离最近在建楼房150 m，爆区东北侧不考虑待拆板房及高压线，环境较为复杂，必须严格控制爆破振动、爆破飞石，确保安全。

根据现有部分地勘资料显示该区岩性以石灰岩为主。该爆破区域表面植被多为草本植物，山体坡度较为平缓， 经现场勘查，从附近祼露的岩石来看，山体岩石为石灰岩，岩石较致密，岩体表面局部风化。

3.2 权重计算

结合本工程特点，构造工程爆破安全评价的层次结构模型(图1)，根据图1和三标度法，由相关的专家根据每个因素的两两比较判断进行赋值，可得它们的判断矩阵，见表1～5。

图1 工程爆破安全评价指标体系Fig.1 Safety evaluation index system for engineering blasting

3.3 指标权重值确定

由表1～5可得各因素的权重向量。

1)U对应的因素权重向量：

A=(0.055,0.564,0.263,0.118)

2)Ui对应的因素权重向量：

A1=(0.222,0.222,0.556)，

A2=(0.055,0.564,0.263,0.118)，

A3=(0.105,0.637,0.258)，

A4=(0.472,0.123,0.282,0.123)

表1 一级判断矩阵A-B数值表Table 1 First order judgment matrix A-B numerical table

表2 一级判断矩阵B1-C数值表Table 2 First order judgment matrix B1-C numerical table

表3 一级判断矩阵B2-C数值表Table 3 First order judgment matrix B2-C numerical table

表4 一级判断矩阵B3-C数值表Table 4 First order judgment matrix B3-C numerical table

表5 一级判断矩阵B4-C数值表Table 5 First order judgment matrix B4-C numerical table

3.4 模糊综合评价的计算

在上文中将评语等级划分为5级，即V={良好,较好，中等，较差，很差}。先结合多位专家对现场实情和《爆破安全规程》(GB 6722—2014)对贵安新区工程爆破的每个指标进行打分评定，然后计算得到各个指标的隶属度。隶属度评价结果见表6～9。

表6 爆区环境因素隶属度(R1)Table 6 Membership degree of environmental factors (R1)

表7 爆破参数设计因素隶属度(R2)Table 7 Membership degree in design factor ofblasting parameters (R2)

表8 施工质量因素隶属度(R3)Table 8 Membership degree of constructionquality factor (R3)

表9 安全管理因素隶属度(R4)Table 9 Safety management factor membership (R4)

1) 一级模糊综合评价。

2) 二级模糊综合评价。

将结果进行归一化处理得D=(0.4,0.24,0.21,0.16,0)。

3) 求系统总得分。

对各种等级按百分制给分，见表10。则f=95×0.4+80×0.24+65×0.21+50×0.16+35×0.00=78.85。

根据系统总得分判断该工程安全状况级别为较好。最后得出工程爆破施工安全的影响因素的指标顺序为：装药、起爆网络的可靠性、爆区气象水文情况、安全检查。

表10 安全等级百分制Table 10 Safety grade percentile

表11 安全等级Table 11 Security level

3.5 应用分析

随着安全评价理论的深入研究，安全评价的方法有很多，大致可以分为定性安全评价和定量安全评价。定性安全评价方法如安全检查表法，虽然简单易学，容易掌握，但是只能作定性的评价，无法量化危险和有害因素，很难分析整个项目的安全状况[9]；定量评价法如事故树，通过演绎分析得出事故发生的原因，直接找出发生事故的主要原因，但是在分析各基本事件时，很难找到基本事件的概率，无法确定顶上事件发生的概率[10]。

因此，将改进AHP-模糊综合评价法应用到工程爆破安全评价中，可以定性和定量相结合的分析，在定性的基础上，通过计算得到各个因素的权重和工程的安全等级，便于施工管理。

4 结 论

1) 改进AHP-模糊综合评价法比其他的安全评价方法更加简便、科学，更加符合工程爆破的特点。

2) 运用三标度法代替传统的九标度法构造判断矩阵，在进行两两比较时专家更容易判断，结果不需要将结果进行一致性检验，减少了多次调整判断矩阵的必要，简化了计算过程，并且计算精度提高了。通过计算权重，得出工程爆破施工安全的影响因素的指标顺序为：装药、起爆网络的可靠性、爆区气象水文情况、安全检查。

3) 改进AHP-模糊综合评价法应用于工程爆破安全评价，对贵安新区某工程爆破项目的案例分析，得出该工程的安全系统得分为78.85，安全状况为较好，施工项目部根据分析结果，提高全体施工人员的安全意识，加强重点工序和关键环节的安全管理，确保施工安全。