基于AHP-TOPSIS的大型航道疏浚施工安全综合评价

戴郑翌 钟焕敏 中交广州航道局有限公司

我国万吨级泊位总数已达2500个以上，其泊位数30000个以上，为保证船舶进出港的安全要求，需对原航道进行疏浚等改扩工程。通常进行疏浚等工程原航道常处于同运营同施工情况，可能发生船舶碰撞等重大安全事故，研究港口航道疏浚施工安全影响因素指标体系，探究港口航道疏浚施工过程的安全综合评价，对避免此类安全事故发生和提高作业水平有重要意义。

文章使用AHP法解决TOPSIS法权重不易分配和主观因素导致的评价误差问题，再使用TOPSIS法计算评价对象与理想化目标的距离并排序，得到港口航道疏浚施工过程的安全等级，根据结果分析指标体系中需加强管控与改进的指标，进而有效预防和减少港口航道疏浚施工事故的发生，研究结果可为港口航道疏浚施工安全评价问题提供研究思路。

1.工程概况

连云港港30万吨级航道二期工程对原工程航道两侧增深拓宽，进出港区的船舶均需在本工程航道段航行，施工船舶在工程水域进行施工作业时需要占用航道，对进出两港区船舶的正常航行造成一定的影响。

本标段为LYG-302-H1.3标段，外航道外段疏浚疏浚长度约25.87km，疏浚工程量总计2536.7万m³，耙吸挖泥船疏浚装满舱后，自航运泥到指定的疏浚土倾倒区抛泥，平均运距9km。施工船舶在施工期间进出场次数耙吸挖泥船3次，交通船138次，供水船23次，航标船12次。

2.AHP-TOPSIS模型介绍

2.1 基于AHP确定各因素权重

层次分析法(AHP)是一种定性与定量相结合的分析方法，适合解决生产过程中安全评估等多层次性和模糊可变性较强的问题。

2.1.1 判断矩阵构造

依据层次结构模型，依据模糊理论9级标度尺（见表1），比较因素与相邻因素的重要程度，得到其判断矩阵B，见式（1）。

表1 标度尺

式中X——第i个因素与第j个因素相对重要性比值

2.1.2 指标权重计算及一致性检验

使用AHP 采用算数平均法得到权重W与最大特征值λ，如式（2）、式（3）所示：

检验判断矩阵一致性，如式（4）：

式中——判断矩阵B的最大特征值

RI——随机一致性指标

n——判断矩阵B的阶数

当CR＜0.1时，视为矩阵B的一致性合理。

2.2 基于TOPSIS判断模型

逼近理想排序法(TOPSIS)依据与理想目标接近程度对现有对象进行排序，当现有对象指标为效益型时，最接近正向理想解则为最优解，最接近负向理想解则为最差解，成本型指标反之根据AHP法得到的权重值对各指标进行分配，通过TOPSIS法对已分配权重的指标进行排序，实现对施工过程进行安全评估。

决策矩阵构造如下：

（1）初始评判矩阵。

假定有样本集={,…A}，其中每个对象有n个指标值，则构成向量：

式中a——第i个样本中第j个评价指标

（2）评判矩阵标准化。

进行标准化处理消除各指标的量纲，得到标准化矩阵R：

（3）加权决策矩阵。

（4）确定正负理想解距离与相对贴进度。

图1 工程总平面布置图

根据目标是效益型还是成本型，判断最优解是最大值还是最小值，如式（5）所示：

式中J——效益型目标属

J——成本型目标属

计算目标与正负理想解的距离：

计算相对贴进度：

2.3 基于AHP-TOPSIS的综合模型构建

将AHP法所得到各指标的权重W与TOPSIS法的相对贴进度C 综合，得到目标的综合评价向量Q为：

式中C——相对贴进度矩阵

W——准则层权重

3.实例分析

3.1 构建评价指标

建立连云港港30万吨级航道二期工程疏浚施工过程安全评价指标体系需要根据施工过程中影响因素进行整理分析，使用系统安全理论将其17个影响因素分为人的因素、设备状态、工作环境和管理组织4个方面，最终建立其3级指标评价模型，见表2。

3.2 安全状态分级

依据相关法律规范将港口航道疏浚施工过程风险状态分为重大、较大、一般和较小四个等级，并根据LYG-302-H1.3标段疏浚施工过程进行安全状态打分。

3.3 权重计算

根据现场管理人员、技术人员和专家评分得到判断矩阵A-B，B1-C4，B2-C7，B3-C11，B4-C16，计算得到各权重值，λ，CI，RI，CR，见表2。依据二级与三级指标权重值相乘，既可得到底层指标的最终权重值，如图2所示。

图2 底层指标最终权重

表2 A-B判断矩阵权重值

3.4 AHP-TOPSIS评价模型

连云港港30万吨级航道二期工程疏浚施工过程中各指标为效益型指标。

3.4.1 人的因素

依据表2进行现场打分得到人的因素初始判断矩阵A：

计算得到加权矩阵V:

由式（8）可得正负理想解：

由式（9）可得正负理想解距离：

由式（10）可得正负理想解：

3.4.2 设备状态

依据表2进行现场打分得到设备状态初始判断矩阵A：

计算得到加权矩阵V:

由式（8）可得正负理想解：

由式（9）可得正负理想解距离：

由式（10）可得正负理想解：

3.4.3 工作环境

依据表2进行现场打分得到工作环境初始判断矩阵A：

计算得到加权矩阵V:

由式（8）可得正负理想解：

由式（9）可得正负理想解距离：

由式（10）可得正负理想解：

3.4.4 组织管理

依据表2进行现场打分得到工作环境初始判断矩阵A：

计算得到加权矩阵V:

由式（8）可得正负理想解：

由式（9）可得正负理想解距离：

由式（10）可得正负理想解：

3.4.5 综合模型构建

基于AHP法所得得到的二级指标权重W：

基于TOPSIS法所得得到的贴近矩阵C：

根据公式（11）综合评价向量

通过计算可知连云港港30万吨级航道二期工程疏浚施工过程风险等级情况，如表3所示，可知样本Q=0.8213，处于一般风险级别，与实际现场情况相符，说明AHP-TOPSIS模型对疏浚施工过程风险评估是正确可靠的。

表3 风险等级标准

4.讨论分析

构建航道疏浚施工安全评价指标体系，三级指标中安全距离（0.3216）和恶劣天气（0.2022）所占权重较大，对航道疏浚施工过程安全影响也最大，需加强重视和管控，从分析结果来看，环境情况和机械设备的因素是疏浚施工风险的主要影响因素，这与一些学者研究成果一致，而组织管理虽然在二级指标中所占权重不大，但其下属三级指标安全检查与整改在整体评估系统起较大作用，这也体现了隐患整改对航道疏浚施工安全的重要性。

根据AHP-TOPSIS模型量化目标对象风险等级，得到处于0-1区间的量化值，较小、一般、较大和重大四个等级的风险量化结果为大于0.9087、大于0.4922、大于0.0124和小于等于0.0124，连云港港30万吨级航道二期工程疏浚施工综合评价为0.8213，处于一般风险级别。

基于航道疏浚施工风险综合评价模型的结果，提出降低施工风险建议如下：①密切注意附近海域的通航环境，关注其他船舶的航行动态，与附近船舶保持安全距离，做好各项应急准备；②注意船舶的定位和作业精度，收听天气预报，风力大于6级停止施工，风力大于8级所有施工船舶应离开施工水域，前往指定避风锚地避风；③施工船舶与交管中心、航道主管部门建立良好沟通机制，每天互通通航、施工信息，并及时根据通航信息动态调整当天施工计划，保障疏浚施工安全；⑤严禁驶入其他施工船舶施工警戒区，避免彼此之间产生干扰。

虽然本研究提出了港口航道疏浚施工的评价指标体系，并使用AHPTOPSIS模型进行较客观的综合量化评估，但仍可能因评价人员的主观因素影响评价结果，同时港口航道疏浚施工是动态过程，本研究主要对施工某一时刻的状态进行评价，缺少动态性的考虑。

为了更好评估港口航道疏浚施工安全状态，后续研究可以增加合适的评价对象，进行反复验证，不断完善底层指标，修正评估模型，提高模型的全面性和准确性。另外，后续研究可加强对施工过程的动态风险评估，通过连续性评估得到港口航道疏浚施工过程完整的风险变化，分析施工过程中风险较大环节，控制此环节的重点影响因素，从而降低港口航道疏浚的施工风险。

5.结论

（1）本文以连云港港30万吨级航道二期工程疏浚施工为目标对象，综合分析人的因素等4个二级指标和从业资格与专业能力等17个三级指标，对港口航道疏浚施工建立了安全评价指标体系，得到港口航道疏浚施工过程风险等级标准，其评价结果与实际相符，可依据评价结果对施工过程提出改进方案，对港口航道疏浚施工及时做出调整。

（2）根据航道疏浚施工过程中复杂性与不确定性等特点，使用AHP法解决TOPSIS法权重不易分配和主观因素导致的评价误差问题，使用TOPSIS法量化计算评价对象与正负理想解的距离，相互结合减小了主观性带来的误差，提高了评价的真实可靠性。

（3）港口航道疏浚施工安全评价AHP-TOPSIS模型能够有效得到港口航道疏浚施工过程的风险等级，可作为安全管理的理论依据，为港口航道疏浚施工过程的安全评价提供一种新的模型。