层次分析法在半潜式平台吊装事故成因分析中的应用研究

江鹏辉

(中国石化集团上海海洋石油局钻井分公司,上海201206)

层次分析法在半潜式平台吊装事故成因分析中的应用研究

江鹏辉

(中国石化集团上海海洋石油局钻井分公司,上海201206)

半潜式钻井平台因其作业性质及工作环境特殊,其吊装作业事故发生率高、事故后果严重。运用层次分析法对半潜式钻井平台吊装事故成因进行定性与定量的综合分析,把平台的人员因素、设备设施因素、环境因素和安全管理因素等有机结合起来建立分析模型,科学客观的得出影响作业安全各因素的相对权重比值,为有效控制减少半潜式钻井平台吊装事故提供科学的决策依据。

半潜式钻井平台;吊装作业;层次分析法

半潜式钻井平台,又称立柱稳定式钻井平台,大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式海洋钻井平台。而海洋钻井作业因其作业性质及场地的限制,在作业期间大量钻井物资及多种测试设备需要频繁吊运以保证生产的正常进行。然而吊装作业属特种作业且半潜式钻井平台工作环境特殊,其事故发生率高,事故后果严重。本文将运用层次分析法(AHP)对半潜式钻井平台吊装事故成因进行定性与定量综合分析,把平台的人员因素、设备设施因素、环境因素和安全管理因素等有机结合起来,科学客观的得出不同因素影响作业安全的权重比例,为有效控制减少吊装事故提供决策依据[1]。

1 层次分析法介绍

层次分析法(AHP)[2]是美国运筹学家Saaty教授于20世纪80年代提出的一种实用多方案或多目标的综合定性与定量分析的决策方法。应用AHP解决问题可分为3个步骤,首先将问题分解为不同的组成因素,按照因素之间的相互影响和隶属关系将其分层聚类组合,形成一个递阶的、有序的层次结构模型;然后对模型中每一层次因素的相对重要性,依据人们对客观现实、判断给予定量表示,构建判断矩阵,再利用数学方法确定每一层次全部因素相对重要性的权值;最后,通过综合计算各层因素相对重要性的权值,得到最低层(指标层)相对于顶层(总目标)的重要性次序的组合权值。

2 AHP在半潜式钻井平台吊装事故成因分析的实例应用

半潜式钻井平台吊装作业安全是一项复杂的系统工程,影响作业安全的人、机器、环境、管理等因素虽处于不同层次却紧密相连,要明确各类因素的影响针对性地采取措施规避风险,构成了多属性决策问题。因此应用层次分析法分析半潜式钻井平台吊装事故的成因构成很好地符合了决策分析方法AHP的判断准则。

基于作者在“勘探三号”半潜式钻井平台的现场安全管理工作经验,将应用AHP分析勘探三号吊装事故的成因,判断各因素对作业安全的影响程度,为预防和控制事故的发生提供科学的依据,促进平台管理水平的提高。

2.1 层次分析模型的建立

半潜式钻井平台吊装作业安全涉及的因素,从横向看,应该包括平台的人、设备、环境和管理等因素,从纵向上看,涉及到吊装作业的制度完善、吊装方式、设备状态、人员技能、作业天气等诸多因素。半潜式钻井平台吊装事故的层次分析模型[3-4]如表1。

表1 半潜式钻井平台吊装事故成因层次结构模型Tab.1 AHPmodel for sem i-submersible platform lifting accident factors

2.2 采用层次分析确定事故因素权重值

根据层次分析法原理[5],计算半潜式钻井平台吊装作业递阶层次结构模型各指标因素相对权重,把相对权重的判断定量化。由于篇幅有限,这里只给出影响平台吊装作业安全的第一层次SV各指标因素V1、V2、V3、V4相对权重值的计算过程。

(1)S-V层判断矩阵Z的构造

递阶层次结构的构成,确定了上下之间元素关系,可对同一层次的各个元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较,构造出判断矩阵。基于勘探三号半潜式钻井平台吊装作业现状,并结合最近几年其他平台吊装作业事故经验总结,勘探三号多位专业吊装人员参照表2对S -V层中各因素进行比较打分取平均值,得出S -V层的判断矩阵Z(表3)。

表2 1～9标度及含义Tab.2 Scale and mean ing

表3 S-V层的判断矩阵ZTab.3 Comparison matrix Z

(2)用方根法求因素权重向量近似值Wi’

W1’=(1＊2＊3＊2)1/4=1.86;W2’=(1/2＊1＊2＊1)1/4=1;W3’=(1/3＊1/2＊1＊2)1/4= 0.76;W4’=(1/2＊1＊1/2＊1)1/4=0.707。

(3)将权重向量近似值作归一化处理

W1=W1’/(W1’+W2’+W3’+W4’)= 0.42;W2=W2’/(W1’+W2’+W3’+W4’)= 0.23;W3=W3’/(W1’+W2’+W3’+W4’)= 0.18;W4=W4’/(W1’+W2’+W3’+W4’)= 0.17;即权重向量集W=(0.42,0.23,0.18, 0.17)。

(4)一致性检查

由Z·WT=λWT,求出判断矩阵Z对应于权重向量集W的最大特征值。经计算各特征值:λ1=4.19,λ2=4.21,λ3=4.25,λ4=4.11,即最大特征值λmax=4.25。

一致性指标(Consistency Index)C.I=(λmax-n)/(n-1)=(4.25-4)/(4-1)=0.34/3= 0.08。

该判断矩阵Z为4阶,经查表4平均随机一致性指标(Random Index)R.I=0.89。

一致性比率(Consistency Ratio)C.R=C.I/ R.I=0.08/0.89=0.09<0.1。当C.R<0.1时,认为Ci的一致性可以接受,即判断矩阵Z赋值合理;当一致性不一致时,则表明判断矩阵Z不符合逻辑,应该调整判断矩阵Z的比较值。即S-V层的权重集W=(0.42,0.23,0.18,0.17)。

(5)建立各次级判断矩阵求事故因素权重值

建立V1-(C1,C2,C3)、V2-(C4,C5,C6,C7, C8)、V3-(C9,C10,C11)、V4-(C12,C13,C14,C15)层的判断矩阵Zi,如表5～表8。同上节求各因素权重集W1、W2、W3、W4。

表4 平均随机一致性指标R.I的取值Tab.4 The values of random index

表5 V1-(C1,C2,C3)层的判断矩阵Z1Tab.5 Comparison Matrix Z1

2.3 各因素对作业安全的影响程度分析

根据各层的隶属关系及相对权重值,将B准则层的权重分配到C指标层的权重中,得到C指标层相对于目标A的权重。由各权重集组合计算,可得出各因素对勘探三号半潜式钻井平台吊装作业安全的影响程度:C1=0.42＊0.54=0.2268;C2=0.42＊0.30=0.1260;C3=0.42＊0.16=0.0672;C4=0.23＊0.31=0.0713;C5= 0.23＊0.07=0.0161;C6=0.23＊0.45=0.1035; C7=0.23＊0.04=0.0092;C8=0.23＊0.13= 0.0299;C9=0.18＊0.23=0.0414;C10=0.18＊0.65=0.117;C11=0.18＊0.12=0.0216;C12= 0.17＊0.17=0.0289;C13=0.17＊0.12= 0.0204;C14=0.17＊0.45=0.0765;C15=0.17＊0.26=0.0442。

表6 V2-(C4,C5,C6,C7,C8)层的判断矩阵Z2Tab.6 Comparison Matrix Z2

表7 V3-(C9,C10,C11)层的判断矩阵Z3Tab.7 Comparison Matrix Z3

表8 V4-(C12,C13,C14,C15)层的判断矩阵Z4Tab.8 Comparison Matrix Z4

从计算结果可见,各因素对吊装作业安全的影响程度由大到小的顺序为:C1>C2>C10>C6> C14>C4>C3>C15>C9>C8>C12>C11>C13>C5>C7。

由层次分析法得出各因素的权重值可以分为以下5类:权重值最大的C1;其次为权重值大于0.1的C2、C10、C6;以后依次为权重值大于0.05的C14、C4、C3;权重值接近0.03的C15、C9、C8、C12;权重值小于0.025的C11、C13、C5、C7。

基于本人在勘探三号的现场工作经验及长期和吊装作业者深入的沟通交流,半潜式钻井平台吊装事故的发生绝大多数是由于作业人员对作业危险性预计不足,思想麻痹大意,“图省事”作业前准备不充分导致安全防护措施不到位,由此可见作业者的安全意识C1对作业安全影响程度居首是符合实际情况的。而如作业人员操作失误,大风大浪平台摇晃,索具断裂等可能直接导致吊装事故发生的C2、C10、C6因素依次处于第二阶层;可能导致作业隐患的C14、C4、C3因素依次处于第三阶层。勘探三号平台自1984年出厂连续钻井作业26年,且逐年更新设备不断升级改造,平台设备已比较先进、人员作业也分工明确,作业管理相当完善,因此受环境和作业内容影响而可能导致隐患存在的C15、C9、C8、C12因素依次处于第四阶层;先进的设备、有效的管理使得C5、C7、C11、C13等因素本质安全性较高,从而导致吊装作业事故发生的概率也就相对最小。鉴于以上分析结果,勘探三号平台管理者可依据各因素对吊装作业安全影响的大小,针对性的完善整改措施以有效控制吊装事故的发生。

3 结束语

本文运用层次分析法实例对勘探三号平台吊装事故成因进行定性与定量综合分析,把平台人员因素、设备设施因素、环境因素和安全管理因素等有机结合起来建立分析模型,科学客观的得出不同因素对作业安全的权重比值,为有效控制减少吊装事故提供了决策依据。半潜式钻井平台可借鉴本文建立的分析模型及方法,根据其生产实际状况、安全经济投入和管理水平等比较分析其吊装事故成因的权重比值,针对性地采取整改措施,减少事故的发生。

[1]张景林,崔国璋.安全系统工程[M].北京:煤炭工业出版社, 2002.

[2]T L萨蒂.层次分析法[M].许树柏译.北京:煤炭工业出版社,1988.

[3]郑中金,黄政.故障树分析在船用起重设备伤害事故预防中的应用[J].起重运输机械,2008(6):91-93.

[4]李燕.用事故树分析起重机吊物坠落事故[J].内燃机配件, 2007(5):41-42.

[5]钱昊,马维珍.层次分析法在项目风险管理中的应用[J].兰州交通大学学报(自然科学版),2005,24(3):53-56.

Research on application of analytic hierarchy process in sem i-submersible platform lifting acciden t factor analysis

Jiang Penghui
(Drilling Division of SINOPEC Shanghai Offshore Petroleum Bureau,Shanghai201206)

Semi-submersible platform lifting accident happened frequently and caused serious consequences for its specialworking properties and environment.In thispaper,analytic hierarchy p rocesswasapplied to analyze the lifting accident factors qualitatively and quantitatively,an analysismodel combining operators, equipmentsand facilities,environment and safetymanagementwas built,and the influenceof the factorson working security wasevaluated scientifically to reduce lifting accidents.

semi-submersible platform;lifting;analytic hierarchy p rocess

book=97,ebook=49

TE58

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.097

1008-2336(2010)03-0097-04

2010-04-21;改回日期:2010-05-19

江鹏辉,1984年生,男,助理工程师,2008年毕业中国地质大学(武汉)工程学院安全工程专业,硕士,现从事海上石油勘探平台安全生产管理工作。E-mail:jiangph@shopbd.com.cn。