水电工程施工安全风险评价研究

鉴于水电工程施工难度大、安全问题频发，提出一种将熵权法与集对分析相结合的水电工程施工安全风险评价模型，由此对风险进行规避。首先从危险源的三个构成要素出发构建评价指标体系并建立评价标准；然后利用熵权法对评价指标进行定量赋权，并结合集对分析理论建立评价指标与评价等级之间的集对关系，计算单指标联系度及综合联系度从而判断出水电工程施工安全风险等级；最后，应用该评价模型对某一在建水电工程进行实例评价。结果表明，该水电工程施工安全风险大小为一般，评价结果与实际情况基本相符。

在水电工程中，由于其多施工于地形复杂、地质条件差、气候恶劣等偏僻地区，其面临的不安全因素较多，因而发生事故以及突发事件的概率往往较高[1]。为此，众多学者从水电工程安全施工所涉及的安全影响因素以及施工中的风险评估等方面展开了研究。目前，国内外研究水电工程施工安全风险评价的方法颇多，相关理论也趋于成熟。郑霞忠等[2]利用Euclid评价方法对北盘江某水电工程枢纽施工现场的安全水平进行评定。江新等[3]提出基于云模型改进的水电工程施工疲劳风险模糊综合评价方法，对水电施工作业疲劳风险进行量化评估。陈志鼎等[4]建立了基于熵权和改进AHP的中小型水电工程施工风险评估模型，然后对各指标进行评价，综合得出最终的评价结果。吴鹏飞等[5]进行了结构方程的理论引导及方法应用，为安全风险评价指标的确定提供了参考。吴泥等[6]从水电工程施工危险源辨识的角度，探讨其目前存在的问题并提出相应的对策。上述风险评价方法虽对水电工程施工的安全评价有一定的参考价值，但由于水电工程施工中存在较多的不确定性因素，其评价结果并不一定能够完全真实准确地反映施工现场的真实情况。鉴于熵权—集对分析理论在水环境质量评价、山区丘陵公路边坡安全评价以及多级生态塘功效综合评价等多领域评价体系中的成功应用，本文借鉴此方法精髓，在充分识别水电工程施工安全风险的基础上，建立了基于熵权—集对分析的水电工程施工安全风险评价模型，并应用该模型对某水电工程实例进行探讨。

2熵权-集对分析模型

2.1熵权法

在信息论中，熵值是评价信息无序化程度的度量值。具体到水电工程安全施工风险评价中，某一指标的熵值越小，表明该指标的不确定性越大，所携带的信息越多，因而对整体的安全风险影响也越大。熵权法正是依据此思路对各不确定性指标赋权，进而定量地分析评价对象。较之于传统的赋权方法，熵权法具有受主观因素影响小、适用性强等优点，因而被广泛地应用于各个领域[7-11]。熵值的计算过程如下。（1）构造判断矩阵设有m个评价指标，每个评价指标下有n个评价值，构造判断矩阵P如下：（2）对构造矩阵P作无量纲化处理得到矩阵Q对于越大越优型指标，无量纲化计算如下：（1）对于越小越优型指标，无量纲化计算如下：（2）其中，xij表示各评价指标的观测值，xmax、xmin分别为各个评价指标的最大值和最小值。（3）计算各评价指标的熵值根据信息熵的定义求出各评价指标的熵值如下：（4）根据熵值确定各指标权重由上一步得出的熵值E1，E2，…Em，计算各个评价指标的权重如下：

2.2单指标联系度

为实现对单指标的定量评价，需构建各评价指标与安全风险等级之间的对应关系。依据集对分析理论[12-14]，假设集对H由各评价指标的实际值集合与安全风险等级集合构成，用联系度量化两集合之间的关系。对该集对的特性进行分析，共得到N个特性，其中共有特性S个，对立特性P个，既非共有又非对立的特性F个，则集对H的联系度如下：（5）其中i表示差异不确定系数，i的取值为［-1，1]，j=-1表示对立系数，其均只起标记作用。a、b、c分别表示评价指标与安全风险等级之间的同一度、差异度、对立度。基于上述理论，计算评价指标与评价标准之间的单指标联系度。首先,计算各指标实际值的平均值，得到评价指标集X：X={x1，x2，x3，…xn}其次,计算各指标与安全风险等级之间的单指标联系度。

2.3综合联系度

将上述得到的指标权重矩阵W与单指标联系度μi矩阵相乘，得到指标与各个评价标准之间的综合联系度为：

2.4确定评价等级

基于集对分析的基本原理，水电工程施工安全风险等级由最大综合联系度所对应的评价等级确定。

3水电工程施工安全风险评价指标体系

从危险源的三个构成要素，即潜在危险性、存在条件和触发因素出发，利用头脑风暴法列举出水电工程施工中可能存在风险的影响要素并进行分析，最终选择出较为主要的影响要素。在工程中，具有潜在危险性的主体有施工人员、材料、机械设备的安全性等，危险源的存在条件主要为施工环境的安全性，触发因素主要为现场管理的严密性，因此建立包括施工人员、施工环境、安全管理、机械设备四个一级指标的水电工程施工安全风险评价指标体系（表1），并下设15个二级指标[15]。

4评价标准的确定

建立量度合适的分级标准是确保准确评价水电工程施工安全风险状况的基础。为了更加精准地评估风险大小及区分不同指标的风险状况，将风险大小划分为小、比较小、一般、比较大、大五个等级，风险越大对应得分越小，在[0，1]区间内对风险等级进行等分值划分[16]，其评分标准如下（表2）。

5案例分析

本文以某一在建的水电站为研究对象，对EW-SPA方法在水电工程施工中的实际应用进行探讨和论证。

5.1基于熵权法的指标权重计算

根据上述构建的评价指标体系，聘请7位有关专家，通过发放问卷的形式对影响水电工程施工安全的15个评价指标进行打分。根据专家打分的情况，按照式（1）～（4）计算出各评价指标所对应的权重（表3）。

5.2单指标联系度计算

基于单指标联系度的计算原理，对评价指标与不同等级的评价标准之间的单指标联系度进行计算。首先算出各指标专家打分值的平均值，将其作为各评价指标的评判值，得到评判指标集。其次按照式（6）、（7）计算出各指标与评价等级之间的单指标联系度（表4）。

5.3综合联系度计算

依据表3中各指标的权重系数，对上述不同评价等级下所有指标的单指标联系度进行加权平均处理，得到该水电工程施工安全状况与各个风险评价等级之间的综合联系度为：μˉc=(-0.2853-0.72840.32520.2691-0.1431)按照式（9），最大综合联系度为0.3252，其对应的评价等级区间为（0.4，0.6]，因而可得出该水电工程施工安全风险大小为一般，与实际考察情况基本一致。同时参考指标权重值的分布，可以看出劳动技能、违规操作、安全生产责任制、机械设备检测制度所占权重较大，表明在水电工程施工中，施工人员的技术水平及施工中的安全管理及安全检测制度是影响施工安全风险的主要因素，建议通过提高施工人员的技术水平，加强安全管理等防治措施，降低施工风险。

6结论

（1）首先从危险源的三个构成要素出发，结合水电工程施工安全的行业规范及要求，利用头脑风暴法列举出各项可能的安全风险要素，选取主要的影响施工安全的风险要素构建评价指标体系，并建立相应的评价标准。（2）其次引入熵权法来计算各评价指标的权重值，该方法避免了人为赋权的主观性，使结果更加精准，并结合集对分析理论构建了水电工程施工安全风险评价模型，定量计算各评价指标与不同评价等级之间的联系度，最终定性评判水电工程施工安全风险状况。（3）最后将本文提出的EW-SPA模型应用到在建的A水电站中，对该模型的可行性和实用性进行了验证。整个评价过程综合运用了定性及定量的评价方法，客观性和可操作性较强，为管理者在水电工程施工中进行安全风险评价时提供了一个有益的辅助决策方法。