基于层次分析法（AHP）的公路水运工程淘汰目录评价模型的构建与应用——以危及生产安全的施工工艺、设备和材料为例

■王 兴

（福建省交通建设质量安全中心，福州 350001）

近年来，全国公路水运工程建设规模持续呈现高位运行态势，但施工中存在着一些不符合技术进步和行业发展的要求，以及危及施工现场安全和工程结构安全的落后工艺工法、施工设备、工程材料，部分施工工艺甚至极具危险性。对这些重大危险源（工序）缺乏有效的辨识，未从源头上对这些危险源进行禁止，导致施工过程难以管控，甚至屡次发生安全生产事故[1]。《安全生产法》第三十八条指出“国家对严重危及生产安全的工艺、设备实行淘汰制度”。2020 年10 月，交通运输部联合应急管理部正式印发了关于发布《公路水运工程淘汰危及生产安全施工工艺、设备和材料目录》的公告（〔2020〕年第89 号令）（以下简称 《淘汰目录》）。目录出台后，各地区、各相关行业积极响应，笔者所在单位受交通运输部安全与质量监督管理司委托完成了第一批目录编制工作，并于2021 年10 月启动了第二批目录的编制工作。《淘汰目录》禁止（限制）部分危险性较大的工艺的同时，还需考虑有成熟的替代工艺可供选择，且该替代工艺不应大幅增加相关方的成本。基于此，笔者在对第一批已发布的《淘汰目录》和第二批征集到的淘汰目录进行梳理的基础上，利用层次分析法（AHP）原理，对淘汰目录中危及工程结构安全耐久的目录开展筛选及评价工作，以期为精准筛选、客观评价的目录构建提供参考。

1 淘汰目录的梳理与分类

交通运输部印发了关于《开展〈公路水运工程淘汰危及生产安全施工工艺、设备和材料目录〉（第一批）实施情况调研及第二批目录征集等工作的通知》（交办安监函〔2021〕1367 号），向全国34 个省级单位（含长航系统和中交集团）开展目录征集工作，共收到12 个单位提供的目录272 条。上述目录内容均通过“基层征集、调研分析、技术论证、专家评审、省厅公示等程序，完成了本地区《目录》试点应用工作。

通过对第一批已发布的《淘汰目录》和第二批征集到的淘汰目录进行梳理，其大致分为危及施工现场安全、危及工程结构安全耐久、影响施工标准化推行（个别项）三大类目录。其中，（1）危及施工现场安全的目录项目包括：卷扬机钢筋调直工艺、人工挖孔桩手摇井架出渣工艺、基桩人工挖孔工艺等；（2）危及工程结构安全耐久的目录项目包括：空心板、箱型梁气囊内模工艺，水泥稳定类基层、垫层拌合料“路拌法”施工工艺、非数控孔道压浆设备等；（3）影响施工标准化推行的目录项目包括：“直接凿除法”桩头处理工艺等。

筛选过程中发现征集到的目录涉及方面广，风险范围大，特别是第二批征集到的目录中，影响结构安全方面的目录内容对公路水运工程的投入使用往往会造成巨大影响。基于此，本文依托层次分析法[2]和安全风险评估法[3]的原理构建评价模型，并以“冷拉热轧带肋钢筋工艺”为例开展评价，以克服以往研究方法的不全面，力图在精准且不大幅增加施工难度与成本的基础上开展危及生产安全施工工艺、设备、材料目录的筛选工作，推广“四新技术”，打造本质安全。

2 层次分析法（AHP）在目录评价筛选中的应用

2.1 层次分析法（AHP）介绍

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种定性和定量相结合的、系统的、层次化的分析方法。这种方法的特点就是在对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入研究的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法[4]。

2.2 风险评价指标及权重的确定

本研究通过大量查阅相关文献以及全国调研的基础上，将危及结构安全的落后工艺淘汰评价指标细分为质量风险、工程结构安全及功能影响、政策影响、替代工艺成熟性、替代工艺普遍适用性等5个方面22 个评价指标，如表1 所示。

表1 危及生产安全施工工艺、设备和材料的评价指标

2.3 评价体系各层次权重的确定

确定了影响淘汰落后工艺筛选22 个因素，对其分别建立评价集{不重要，较不重要，一般，较重要，重要}。假设A 层中因素Ak与下一层因素B1、B2、B3、Bn有联系，则构造判断矩阵如下。

构造矩阵中，B 是对于Ak而言，Bm对Bn的相对重要性的数值表示Bmn=，通常Bm对Bn的重要程度取1～9 及其倒数，具体含义如表2 中的重要程度划分所示。

表2 构造矩阵中Bm 对Bn 的重要程度划分及含义

本文中的权重指标由编制组成员、协作单位和相关专家共同确定。采用问卷调查、现场调研、查阅分析报告等形式，对每一个因素建立评价集E={很低，低，中等，较高，高}；并根据淘汰落后工艺工作的要求，对其建立的风险评价集，获得影响因素22 个。根据各个影响因素得到其权重值矩阵，赋值分别为1、3、5、7、9。

应用Matlab 软件对矩阵进行计算得到A=[1 1 7/5 7/9 1;1 1 7/5 7/9 1；5/7 5/7 1 5/9 5/9；9/7 9/7 9/5 1 9/7；1 1 7/5 7/9 1][V，D]=eig（A），其特征向量为：

可见，相对权重重要性越高，其权重值越大，对方案的影响也越大。利用特征值法（EM）求判断矩阵A 的特征值，即AW=λmaxW，其中W=（W1，W2，…，WN）T为判断矩阵A 的最大特征值的特征向量。其中，λmax为矩阵最大特征值，n 为矩阵阶数。采用Matlab 函数值法得出λmax=4.96，相对应特征向量W 中的坐标，同时经过归一化处理，得到各因素的权重值，其特征向量及权重值如表3 所示。判断矩阵一致性检验中随机一致性指标CR =CI/RI，当CR＜0.1（CI≤0.1RI）时，可以认为满足一致性要求。由于λmax=4.96，CR＜0.1RI，满足一致性检验标准，5 个因素的权重值可以接受。同理可得B1、B2、B3、B4、B5的特征向量各坐标值和权重值，如表4～8 所示。形成计算结果，危及生产安全施工工艺、设备和材料评价指标综合权重和重要性排序如表9 所示。

表3 目标层A 特征向量各坐标值和权重值

表4 准则层B1 特征向量各坐标值和权重值

表5 准则层B2 特征向量各坐标值和权重值

表6 准则层B3 特征向量各坐标值和权重值

表7 准则层B4 特征向量各坐标值和权重值

表8 准则层B5 特征向量各坐标值和权重值

3 案例分析

根据目录征集情况，以“冷拉热轧带肋钢筋工艺”为例，利用上述方法开展评价分析。

3.1 实例简介

冷拉热轧带肋钢筋工艺是指先张法预制构件施工过程中，为了使热轧带肋钢筋屈服强度提升至满足设计要求，而采用卷扬机等施加超过原钢筋屈服点强度的拉应力，强行拉伸钢筋的一种工艺方法。

3.2 实例计算

按照上述指标得到风险权重的数值，形成矩阵如下：

A=（0.062 0.04 0.029 0.029 0.04 0.054 0.069 0.054 0.023 0.07 0.03 0.01 0.03 0.06 0.047 0.033 0.114 0.007 0.069 0.054 0.054 0.023）

H=（0.8 0.8 0.9 0.8 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.8 0.4 0.4 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 0.7 0.9 0.7 0.8 0.9）

利用Matlab 软件对矩阵进行计算得到：E=A×HT=0.7572，淘汰指数在0.6～0.8 区间，淘汰指数为较高，建议淘汰。

3.3 实例分析

分析冷拉热轧带肋钢筋工艺淘汰原因如下：采用卷扬机等施加拉应力张拉钢筋，往往超过其屈服强度，操作易发生物体打击，生产方式存在安全风险；不同批次钢筋的冷拉率存在差异性，冷拉质量较难控制；另外，《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）等相关规范已删除钢筋冷拉率的指标，冷拉率的检测、判定存在困难，可替代施工工艺、设备和材料如：精轧螺纹钢、钢绞线预应力筋工艺等。

4 结语

根据目录编制的要求，结合公路水运工程的相关特点，提出了落后工艺筛选和评价方法，给出了影响结构安全的落后工艺评价筛选的层次权重和量化评价方法，研究方法对淘汰落后工艺的客观评价、筛选具有一定的意义，对建设工程等行业的淘汰落后工艺工作同样具有借鉴和参考价值。