基于IAHP-EWM-FCE的矿山救护队应急救援能力评价*

2024-04-22姚有利潘思宇张孟浩

陕西煤炭 2024年4期

寇杰,姚有利,潘思宇,张孟浩

(大同大学煤炭工程学院,山西大同 037003)

0 引言

煤矿作业环境复杂性和事故灾害突发性给煤矿应急管理带来困难和挑战,加强煤矿企业应对突发事件应急能力建设,能够降低事故发生概率,有效控制事故后果,最大限度减轻事故危害程度,减少财产损失和人员伤亡[1]。矿山应急救援工作是煤矿应急能力建设的重要组成部分,一旦发生生产安全问题,矿山应急救援工作将成为煤矿工人生命安全的最后一道保障[2]。因此,为了应对煤矿突发事故所带来的煤矿工人伤亡及财产损失问题,构建科学合理的矿山救护队应急救援能力评价模型,加强矿山救护队应急救援能力评价研究,为提高煤矿应急救援能力提供依据。

针对矿山救护队应急救援能力评价的研究,主要集中在评价指标体系建立、评价标准、评价方法及应急救援队伍等级划分、综合能力等方面[3-8],但是对构建有效且实用的应急救援能力评价模型却很少。因此,采用模糊综合评价法构建矿山救护队应急救援能力评价模型,对构造的评价指标体系进行综合评价,得到矿山救护队应急救援能力的评价等级,以期为煤矿企业应急能力建设和应急管理提供科学依据。

1 评价方法及原理

1.1 改进层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是一种将与评价和决策有关的因素分解成目标、准则、方案等层次,由此进行定性与定量分析相结合的多属性决策方法[9]。在构造判断矩阵时,运用1～9标度法对评价因素进行两两重要性程度比较,导致判断标准不准确且界限模糊;两两重要性程度判断时,采用专家打分法主观性较强;在进行一致性检验时,多次出现不一致情况。因此,为了避免上述情况,采用改进层次分析法(IAHP)确定评价指标主观权重,用三标度法代替了九标度法进行重要性判断,对计算结果无需进行一致性检验,降低了主观因素的影响。第1步,构建评价指标体系。第2步,构建比较矩阵A

(1)

(2)

式中,Aij为第i因素与第j因素相比的重要性程度,有Aii=1或Ajj=1。

第3步,计算A重要性排序指数ri

(3)

式(3)中,ri为矩阵A第i行元素之和。取rmax=max{ri},rmin=min{ri},dm=rmax/rmin。

第4步,构造判断矩阵B

(4)

第5步,计算最优传递矩阵C

(5)

第6步,计算各评价指标权重向量

(6)

1.2 熵权法

熵权法(EWM)是一种客观赋权方法。主要根据评价指标的数值变异程度,利用信息熵计算出其对应的熵权值,将权重修正后得到的指标权重更为客观。采用熵权法计算评价指标的客观权重。待评价项目有m个,评价指标有n个,形成相应项目和评价指标的原始数据矩阵为

(7)

式中,rij为第i个指标下第j个项目的评价值。

第1步,计算第i个指标下第j个项目指标比重Pij

(8)

第2步,计算第i个指标的熵值ej

(9)

第3步,计算第i个指标的熵权ui

(10)

1.3 IAHP-熵权法组合权重计算

矿山救护队应急救援能力评价指标的最终综合权重Pj

(11)

式中,Wj为采用改进层次分析法得到各指标的主观权重;Qj为采用熵权法得到各指标的客观权重。

1.4 模糊综合评价法

模糊综合评价方法是一种基于模糊数学的综合评价方法。主要根据模糊数学的隶属度理论对评价对象进行影响因素分析和综合评价,具有模型构建清晰、评价结果明确的特点,能够解决评价对象影响因素复杂、评价指标难以量化等问题,尤其是多层次、多因素的复杂性问题。采用模糊综合评判方法对矿山救护队应急救援能力进行综合评判。

第1步,建立评价因素集U。对于多层次指标评价对象,一级评价指标因素集U={u1,u2,…,un};二级评价指标因素集Ui={u1,u2,…,uni}。

第2步,确定矿山救护队应急救援能力的评价等级分类,建立评语集V:V={v1,v2,…,vm},m为评语集个数。

第3步,采用改进层次分析法(IAHP)确定矿山救护队应急救援能力的评价指标权重W。因素集Ui的权重集Wi={w1,w2,…,wni},因素集U的权重集W={w1,w2,…,wn},且∑wi=1。

第4步为单因素评判,即对二级评价指标因素集Ui的ni个因素进行单因素评判,得到单因素评判矩阵

(12)

因素集Ui的权重集Wi={w1,w2,…,wni},则对单因素的综合评判为Bi,即

Bi=Wi∘Ri;i=1,2,…,n

(13)

式中,∘为模糊合成算子。

第5步,多因素模糊综合评判。对于一级评价指标因素集U={u1,u2,…,un}做综合评判,因素集U的权重集W={w1,w2,…,wn}综合所有单因素评判结果Bi组成总评判矩阵R,可得综合评判B。

R=(B1B2…Bn)T

(14)

B=W∘R

(15)

第6步,矿山救护队应急救援能力的具体量化。将评语集的5个评语进行等级划分及赋值,得到赋值矩阵L,将目标层的综合评判矩阵B与其赋值矩阵相乘得到最终量化评价值T[10],即

T=B·L

(16)

为量化评价结果的等级,划分5个评语的等级评价分数,具体见表1。进行赋值得l1=100,l2=80,l3=60,l4=40,l5=20。

表1 矿山救护队应急救援能力等级划分区间Table 1 Capability level division interval of mine emergency rescue team

2 矿山救护队应急救援能力评价指标体系构建

2.1 矿山救护队应急救援能力影响因子确定

矿山救护队应急救援能力影响因素的分析,基于《十四五应急救援力量建设规划》《矿山救护规程》《矿山救护队标准化考核规范》以及《矿山救援培训大纲及考核规范》等相应政策法规,从前人的文献研究、相关法律标准及煤矿事故应急救援案例3个方面分析,获取矿山应急救援队伍应急救援能力评价的影响因子。

李树芳等[11]根据矿山救援队伍现状、应急处置能力及评价体系发展的现状研究,构建矿山救援队伍应急处置能力模型,获取矿山救援队伍应急处置能力体系的指标:制度供给、应急预案、人员素质、救援设备、救援现场;郑元锟等[12]从日常管理能力、响应部署能力、救援处置能力、善后恢复能力4个方面出发,编制了《福建省水上搜救社会应急救援队伍分级测评指标体系》;杨三军等[13]运用云模型法对矿山应急救援队伍能力进行评价,筛选了保障系统、制度基础、综合体质、组织建设、专业救援等指标。基于此,筛选出矿山应急救援队伍能力评价的指标,有队伍应急体能素质、规章制度建设、现场救援、组织能力、设备保障、人员培训与演练共6个指标。

依据《矿山救护规程》《矿山救护队标准化考核规范》和《矿山救援培训大纲及考核规范》等相关标准,筛选出相应指标,有工作规范管理、任务管理、技术装备管理、应急预案编制及管理、危险源辨识、矿山事故抢险与救灾技术、矿山救援信息化技术、自我防护技术、矿山救护设备和仪器使用、运输车辆、灭火器材、排水设备、训练设备、检测设备、信息处理设备、个体防护装备、接警响应速度、救援知识掌握共18个指标;结合煤矿企业生产安全事故的应急救援案例分析,筛选出医疗急救、急救器材、矿山救护一般技术操作、模拟训练共4个指标。

综上所述,共筛选28个矿山应急救援队伍应急救援能力评价指标。当然,不乏有重复性的指标,通过问卷调查、专家咨询等方式剔除重复性指标,最终确定反映矿山应急救援队伍应急救援能力评价的24个指标,见表2。

表2 矿山救护队应急救援能力评价指标Table 2 Capability evaluation indexes of mine emergency rescue team

表3 因子载荷矩阵Table 3 Factor load matrix

2.2 问卷数据分析

2.2.1 因子分析

为了获取矿山救护队应急救援能力指标的评价维度,需要对其评价指标进行因子分析。首先,要设计相应的调查问卷表。问卷设计采用五分Likert量表,其中1～5分用于表示满意度。分数越小,满意度越高。问卷内容包括矿山救护队基本情况和救护队应急救援能力指标因子分析,基本情况包含队伍人数、成立时间、主要任务、职责范围等。为了保证调查对象的广泛性和调查数据的科学性,发放问卷的对象包含矿山应急救援队伍的管理人员、煤矿企业从安全应急方面工作的人员、应急管理局的工作人员以及高校从事煤矿应急管理研究工作的教授或学者等等。共发放问卷200份,回收180份,剔除无效问卷,有效问卷共165份,有效率为91.7%。

其次,对回收的矿山救护队应急救援能力评价指标调查问卷表进行数据整理分析,对评价因子归类分析,提取出公因子,采用SPSS 25.0分析软件对矿山应急救援队伍应急救援能力的24个指标进行探索性因子分析。因子分析前需对问卷数据进行KMO和Bartlett球形检验,只有KMO值大于0.8才可以进行因子分析。结果表明,问卷数据的KMO值为0.937,Bartlett球形检验统计值的显著性概率为0.000,表明相关系数与单位矩阵存在显著性差异,适合进行因子分析。

采用主成分分析法提取公因子,采用最大方差法进行正交旋转,提取特征值大于1的因子作为公因子。结果表明,前4个主成分因子的特征值均大于1,因子的累计方差贡献率分别为46.782%、58.692%、69.754%、75.632%。旋转后的因子载荷系数绝对值大于0.6,说明该项目与所对应因子的相关性较高,从而验证了评价体系的正确性。

2.2.2 信效度分析

为了保证矿山救护队应急救援能力评价指标的合理性和可靠性,还需要对问卷进行信度和效度的检验分析。信度分析结果显示,问卷总体Cronbach’sα系数值为0.921,信度较好。有效性分析分为结构有效性和内容有效性。根据因子分析结果,可以看出,调整后的4个因子的累积变异为75.632%,表明研究内容具有较高的结构有效性。在内容有效性方面,评价指标的构建过程完整合理,评价指标设置具有一定的代表性。

2.3 矿山救护队应急救援能力评价指标体系确立

根据上文对矿山救护队应急救援能力评价指标的筛选及确定,采用因子分析法确定矿山救护队应急救援能力的评价维度,运用主成分分析法提出4个公因子。通过信效度分析,说明提取出的4个公因子能够很好地概括确定下的所有评价指标。公因子1,也就是一级评价指标,即队伍管理与组织建设(B1),包括工作规范管理(C1)、应急预案编制及管理(C2)、任务管理(C3)、技术装备管理(C4)、规章制度建设(C5)及人员培训与演练(C6)6个二级评价指标。同理,公因子2,即应急救援设备(B2),包含运输车辆(C7)、灭火器材(C8)、排水设备(C9)、训练设备(C10)、检测设备(C11)、信息处理设备(C12)、急救器材(C13)、个体防护装备(C14)8个二级评价指标;公因子3,即应急救援技术(B3),包含矿山事故抢险与救灾技术(C15)、自我防护技术(C16)、医疗急救(C17)、矿山救援信息化技术(C18)、矿山救护一般技术操作(C19)、矿山救护装备与仪器使用(C20)6个二级指标;公因子4,即应急救援业务(B4),包括接警响应速度(C21)、危险源辨识(C22)、救援知识掌握(C23)、队伍应急体能素质(C24)4个二级评价指标。

基于上文分析,矿山救护队应急救援能力评价指标体系包括队伍管理与组织建设、应急救援设备、应急救援技术、应急救援业务4个方面。模型从这4个方面选取24个指标,构建三层次的矿山救护队应急救援能力评价层次结构模型,如图1所示。

图1 矿山救护队应急救援能力评价层次结构模型Fig.1 Hierarchical structure model of capability evaluation for mine emergency rescue team

3 应用分析

以国家矿山应急救援大同队为例,该队伍依托于山西晋能控股煤业集团建设成立,下设9支直属中队、3支区域救护队,配备矿山救援、地震救援、森林灭火、地面排涝等多套抢险救援装备,主要负责山西、陕西、内蒙古中西部地区矿山事故救援和地震、洪涝等自然灾害救援任务。因此,对国家矿山应急救援大同队队伍能力进行综合评价,确定矿山应急救援队伍能力的评价等级,采取相应措施提升矿山应急救援队伍能力,从而加强矿山应急能力建设。

3.1 评价指标权重的确定

根据上文描述的IAHP法主观赋权和熵权法客观赋权,邀请从事矿山应急救援工作人员、煤矿安监局工作人员、高校从事煤矿安全及应急管理研究人员和煤矿企业安全管理人员等多名专家对评价指标重要性进行打分判断,专家结合自身的专业知识和工作经验作为打分的关键依据,结合式(1)～(11),得出所有指标的权重见表4,权重分布如图2所示。

图2 指标权重分布Fig.2 Index weight distribution

表4 矿山救护队应急救援能力影响因素权重结果Table 4 Weight results of capacity influential factors of mine emergency rescue team

3.2 模糊综合评价

3.2.1 建立因素集

由图1可知,一级评价指标因素集U={B1,B2,B3,B4},二级评价指标因素集U1={C1,C2,C3,C4,C5,C6}、U2={C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C14}、U3={C15,C16,C17,C18,C19,U20}、U4={C21,C22,C23,C24}。

3.2.2 建立评语集

将矿山救援队应急救援能力评价结果分为5个等级,用评语集V={v1,v2,v3,v4,v5}={优秀,良好,合格,较差,差}。其中,v1表示此矿山救护队应急救援能力强,能够掌握急救知识并熟练运用应急救援工作,表现优秀。v2表示此矿山救护队应急救援能力较强,能够理解急救知识并应用于应急救援工作,表现良好。v3表示此矿山救护队应急救援能力一般,能够将急救知识应用于实际应急救援工作,表现合格。v4表示此矿山救护队应急救援能力较差,对急救知识掌握不够并勉强能够运用于应急救援工作,表现较差。v5表示此矿山救护队应急救援能力差,没有掌握急救知识且不能运用于应急救援工作,表现差。

3.2.3 单因素评判

为了验证所构建的评价模型是否可行,评价指标采用专家打分法获取不同评价等级隶属度。计算从事矿山应急救援工作人员、煤矿安监局工作人员、高校从事煤矿安全及应急管理研究人员和煤矿企业安全管理人员等多位专家意见的量化平均值,各二级评价指标模糊综合评价结果见表5。

表5 二级评价指标模糊综合评价结果Table 5 Fuzzy comprehensive evaluation results of secondary evaluation index

3.2.4 多因素模糊综合评判

将二级评价指标评判结果整理得一级评判矩阵,一级评级指标模糊综合评价结果见表6。

表6 一级评价指标模糊综合评价结果Table 6 Fuzzy comprehensive evaluation results of first evaluation index

3.2.5 矿山应急救援队伍能力量化评价值

根据上文,得出评语集5个评语的赋值矩阵L,再依据上文计算出目标层的模糊综合评判矩阵B=[0.476,0.310,0.189,0.024,0.000],带入公式(16)得到最终量化评价值T。

T=B·L=84.7

3.2.6 评价结果分析

由模糊综合评判的计算结果可知,矿山应急救援队伍的能力评价值为84.7,对应等级划分区间可得该队伍处于优秀等级。

从影响矿山救护队应急救援能力的因素来看,综合权重相比为B1>B2>B3>B4,即队伍管理与组织建设>应急救援设备>应急救援技术>应急救援业务。其中,队伍管理与组织建设权重为0.398,对该队伍的应急救援能力建设贡献巨大,应继续维持其队伍的组织建设与管理。同理,应急救援技术和应急救援业务的权重分别为0.233和0.112,说明该矿山救护队对应急救援知识掌握不够熟练、救援技术不能熟练应用和矿井预防性安全检查等业务做的不到位等等。该矿山救护队应加强应急救援理论知识培训,增加日常应急救援技术熟练应用的项目演练,与煤矿企业合作共同加强矿井隐患排查与治理工作。

综上所述,所构建的矿山救护队应急救援能力评价指标体系与实际矿山救护队情况基本相符,更能够准确、客观地显示出矿山救护队应急救援能力水平,说明评价结果真实有效。