基于AHP-模糊综合评价法的海上风电场施工吊装作业安全风险评价*

黄辉 徐浩 胡红亮 生晟铭 张强

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 311122；2.浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 311122）

0 引言

海上风电是我国实现能源转型与碳中和的重要技术路径，“十四五”期间海上风电规划新增装机容量将迅速增长［1-2］。海上风电工程建设中吊装作业是海上风电机组运输、风电基础施工、风电机组安装、海上升压站安装、海缆敷设等施工作业均涉及的高风险作业。吊装作业是海上风电场作业中最重大风险之一，具有作业频次高、吊物体积及重量大、吊装设备要求高，易受大风、大浪、潮汐等作业环境影响等特点，易发生吊物坠落、折臂、船机倾覆、碰撞、人员挤伤、坠海等安全事故，而一旦发生事故难以施救，往往造成设备设施重大损坏、人员重大伤亡等严重后果［3-9］。由于海上风电施工中吊装作业安全事故的增多和危害的增大，对海上风电施工吊装作业安全风险进行评价变得尤为重要。

近年来，国内外一些学者对陆上吊装施工作业安全风险进行了研究，宗秋雷等［10］运用作业-风险结构分解法（WBS-RBS）对盾构吊装作业进行了风险辨识，借助连接技术实现了风险信息化控制，为吊装作业风险控制提供了有力支撑。周炜［11］建立了基于直觉模糊集（IFS）和贝叶斯网络（BBN）的风险评估方法，对建筑工程施工塔吊安全风险分析，设计并验证了复杂不确定条件下塔吊全过程风险演化模型。姜田甜［12］基于AHP-物元分析法对装配式建筑吊装作业进行安全风险分析评价，基于ISM 结构解释模型提出相应管控对策。海上风电施工中吊装作业与陆上吊装作业有很大区别，目前对海上风电工程施工吊装作业相关风险评价分析鲜有研究。因此，对海上风电工程施工吊装作业风险进行评价分析，对降低起重吊装作业事故的发生频率，制定有效的安全风险管控措施具有重要的指导意义。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是一种层次权重决策分析方法，它将决策问题的有关元素按照层次结构分解，再对人的主观判断进行量化，并逐层比较，使其结果更具合理性。模糊综合评价法可综合多个评价主体的判断，将定性评价转化为定量评价，具有结果清晰、系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，减少层次分析法中人员主观臆断给评价和决策过程带来的影响［13-15］。

为定量化评价海上风电施工吊装作业安全风险，将采用AHP-模糊综合评价分析法对海上风电施工吊装作业安全性进行综合评价。首先通过文献调研、事故分析及专家访谈法等手段构建海上风电场施工吊装作业安全评价指标体系，然后由专家组通过AHP 方法打分获得各层次指标的权重系数，利用模糊理论建立海上风电场吊装作业安全评价模糊数学模型，并以某海上风电场为实例，运用所建的AHP-模糊综合评价模型对该海上风电施工吊装作业进行风险评价，为其吊装作业安全管理提供指导，减少海上吊装作业事故的发生。

1 评价指标的选取与体系的建立

建立科学合理的安全评价指标体系是对海上风电施工吊装作业进行安全评价的关键。对海上风电施工吊装作业进行安全评价是一项系统、全面、复杂的工作，涉及许多影响因素，可供选择的评价指标复杂。因此，本文通过专家咨询法以及在查阅相关文献、事故案例基础上建立了以“人-机-环-管”4 个影响因素为一级指标，人员安全意识、作业人员技术水平、安全设备配置及有效性、设备配件的可靠性等22 个影响因素为二级指标的安全评价指标体系，详细见表1 所示。

2 基于层次分析法确定指标权重

2.1 确定评价指标权重

在应用层次分析法中，构建判断矩阵是最为关键的一步，便于决策者将层次结构中各级指标的相对重要程度定量化，在构建判断矩阵时，大部分采用1—9 度标度法，通过指标间的相对重要程度，获得两两比较矩阵，分数越高代表其相对重要程度越高。实际数值与重要程度的对应关系如表2 所示。为建立合理的判断矩阵，本次邀请了5 位职称在副高以上、从事安全管理的专家及10 a以上工作经验的海上风电场施工现场安全管理人员，根据表2 对各级指标作出评判，整合所有专家的评判结果建立判断矩阵，利用Matlab软件求出判断矩阵的最大特征值和相应的特征向量，对特征向量进行归一化处理得权重向量，即各级指标的权重系数，如表3—表7 所示。

表2 标度的含义

表3 一级指标A-B 判断矩阵

表4 二级指标B1-C1 判断矩阵

表5 二级指标B2-C2 判断矩阵

表6 二级指标B3-C3 判断矩阵

表7 二级指标B4-C4 判断矩阵

2.2 一致性检验

利用Matlab软件求出判断矩阵的最大特征值和相应的特征向量后，需对判断矩阵进行一致性检验，一般对于n≥3 阶的判断矩阵，当CR≤0.1 时，一般认为判断矩阵的一致性是可以接受的。通过下式计算一致性比例CR：

根据上述计算原理和步骤，分别计算了海上风电施工吊装作业各指标的最大特征值和特征向量，并对特征向量进行归一化处理，然后对判断矩阵进行了一致性检验，特征向量及一致性比值CR 如表3—表7 所示，其CR 值都小于0.1，满足一致性检验。海上风险吊装作业各级因素指标权重向量如下：

3 基于模糊综合评价法确定安全等级

AHP-模糊综合评价法中，模糊综合评价是在层析分析法确定指标因素及各因素权重向量的基础上进行的。本文以某海上风电场作为应用实例，在层次分析法基础上对其吊装作业安全情况进行模糊综合评价分析。该海上风电场中心离岸距离约32 km，南北长约8 km，东西宽约5 km，规划海域面积40 km2，装机容量250 MW，共40 台6.25 MW 风机。

1）为对海上风电施工吊装作业安全性进行综合评价，将吊装作业风险等级划分为5 个等级，即V={V1，V2，V3，V4，V5}={安全，较安全，一般，较危险，危险}，每个等级对应的分数范围见表9。

表9 风险评价等级

2）进行单因素模糊评价，获得模糊评价矩阵。以上述海上风电施工项目为实例进行分析，针对该项目中吊装作业情况利用专家调查法，请多位专家分别打分。利用模糊统计法确定各指标隶属度，得到的各单因素评价矩阵如下：

人的因素评价矩阵V1：

设备因素评价矩阵V2：

环境因素评价矩阵V3：

管理因素评价矩阵V4：

3）建立一级、二级模糊综合评价。通过各指标的权重集与单因素评价矩阵可得出相应指标的模糊综合评价：

将上述结果视为多个单因素评价集组成的模糊综合评价矩阵R，则该海上风电场吊装作业风险评价矩阵为：

4）海上风电吊装作业安全风险综合评价。选定海上风电吊装作业风险等级评价中各评分的中间值作为吊装作业风险等级参数值，即9、7、5、3、1，则该海上风电吊装作业综合评价结果为：

对比海上风电施工吊装作业安全风险评价等级表，6 ＜6.60 ＜8，确定该工程海上风电施工吊装作业风险等级属于“较安全”。

4 评价结果分析与应对措施

海上风电施工作业中常用安全检查表法（LEC）对施工过程中的危险源进行评价分析，但此方法对危险、有害因素量化值存在较大主观性，且难以判断整个海上风电施工作业的安全情况。将AHP-模糊综合评价法应用到海上风电施工吊装作业安全评价中，可充分利用模糊综合评价的模糊性，降低主观因素的影响，在定性分析的基础上，通过计算数值定量地对海上风电施工吊装作业安全状况进行分级，便于对海上风电工程项目进行安全管理。

由上述计算结果可知，该海上风电施工吊装作业安全性属于“较安全”。其中4 个一级指标的评价结果为“较安全、较安全、一般、较安全”。在环境方面的评价结果为“一般”，说明在海上风电吊装作业中要特别注意吊装作业设备及海上气候、海浪环境的影响。

5 结论

1）通过专家咨询法以及在查阅相关文献、事故案例基础上建立了以“人-机-环-管”4 个指标因素为一级指标，人员安全意识、作业人员技术水平、安全设备配置及有效性、设备配件的可靠性等22 个影响因素为二级指标的安全评价指标体系。

2）采用层次分析法确定了海上风电施工吊装作业综合安全评价指标体系中各级指标的权重，然后利用模糊综合评价数学模型对海上风电场吊装作业进行综合安全评价，根据对海上吊装作业风险分析，可判断该海上风电场吊装作业综合安全性是否满足施工安全作业要求，为海上风电吊装安全作业提供依据。

3）海上风电场施工吊装作业易导致吊物坠落、折臂、船机倾覆、碰撞、人员挤伤、坠海等安全事故，针对该海上风电场吊装作业风险综合评价情况，若要进一步提高海上风电场吊装作业的安全性，需特别注意海上施工环境的影响并采取相应措施，做好海上风电吊装作业风险的控制措施。