输变电工程施工安全风险评价方法及实证研究*

李明 蒋一峰 张永宝 涂德军 田晓 吴祥

(1. 国家电网有限公司基建部 北京100031； 2. 中国电力科学研究院有限公司 北京 100192；3. 兰州大学管理学院 兰州 730000； 4. 中国地质大学(北京)工程技术学院 北京 100083)

0 引言

近年来，随着国家电力行业的高速发展，输变电工程项目建设规模持续扩大。输变电工程常见作业形式复杂且大多涉及高风险作业，对作业过程综合管控能力、现场监督检查能力、应急管理能力提出了更高的要求。2017—2019年间，我国电力建设伤亡事故占电力行业总伤亡事故的32.3%[1]。2018年以来，每年仅国家电网公司就有2 000多项110千伏及以上的输变电建设工程，施工高峰期有近16万人同时作业，具有点多面广风险大的特点。如何通过对输变电工程施工过程进行安全风险评价从而减少事故的发生，已成为相关学者们关注的热点。

风险是安全事故(事件)发生的可能性与其后果严重性的组合[2]。风险评估被称为最基础、最重要的安全流程，是建设项目安全管理中最有效的措施之一。随着工程建设项目日益复杂，安全风险评估越来越注重综合性和系统性，通常需要建立一个合适的数学分析模型。层次分析法是经典的多指标评估方法，它综合主观判断和客观现实，首先筛选影响风险程度的指标，对各项指标的重要程度进行评价，确定各项指标的权重，其次利用数学模型把影响系统安全的多个评价指标整合，最后结合定性和定量手段计算综合风险值，评判风险状态，实现对不同风险的科学化和差异化管控[3]。层次分析法相关风险评价方法已经在煤矿、建筑、交通、灾害评估等领域有大量应用，而在电力行业中，层次分析法多针对于发电站、变电站等特定场所[4]，较少对输变电项目进行不同理论维度和测评体系下的综合性的风险评估。

本研究根据事故致因理论和人-机-环-管系统理论，结合输变电工程项目行业特征，划分人员、设备、环境、管理4个一级指标及对应的二级指标，辨识各指标风险因素，建立较为全面的输变电工程项目施工安全风险评估体系，运用层次分析法对高风险作业安全现状进行评价，结合实证调研，对某±800千伏特高压输电线路作业现场的安全风险进行量化分析评价，可以指导输变电工程项目加强安全管理，改进安全措施，提升项目整体安全管理水平。

1 输变电工程安全风险评价方法

1.1 安全风险评价指标体系确立

输变电项目安全风险评价指标由一级和二级指标组成，根据事故的4M要素[2]，安全风险一级指标分为人员、机械、环境、管理4个维度。每个一级指标下面分为若干二级指标，根据资料统计分析、专家访谈、理论分析确定二级指标内容。

依据经典风险评估方法，结合施工现场调研情况，查阅国家电网公司，特别是输变电工程安全相关文件，对电网基建安全专家进行访谈，分析近年来国家电网公司输变电工程安全生产事故的情况及特点，明确了施工安全风险评价指标体系如图1所示。

图1 输变电工程安全风险评价指标体系

1.2 安全风险指标权重计算1.2.1 构造各层次的判断矩阵

建立层次模型后，用层次分析法构造判断矩阵，对每一层次中的各因素的重要性进行判断。判断矩阵表示对上一层次因素，本层次与之有关因素之间的重要性的比较[5]。假设上一层次的元素Bk作为准则，对下一层次的元素C1，C2，…，Ck有支配关系。针对准则Bk，两个元素Ci，Cj哪个更重要，需要对重要性进行赋值，赋值通过由熟悉该领域的专家进行确认[6]。

层次分析法引用数字1～9及其倒数作为标度来定义判断矩阵[7]，A=(aij)n×n，其中aij取值如表1所示。

表1 指标相对重要性准则

续表1

1.2.2 指标权重值统计收集

为了反映各个指标的重要程度，根据已经确定的输变电工程安全风险评价指标体系层次结构，利用问卷星设计调查问卷，邀请专家对项目施工风险进行打分。

1.2.3 判断矩阵各指标权值的计算

在构造判断矩阵A之后，求出判断矩阵的最大(绝对值)特征值λmax，再利用它对应的特征方程AW=λmax×W解出相应的特征向量W，然后将其特征向量归一化，即为同一层次的各因素相对于上一层中某一因素的重要性权重[8]。

1.2.4 判断矩阵的一致性检验

为保证层次分析法得到的结论合理，需对构造的判断矩阵进行一致性检验。在层次分析法中引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标，即：

(1)

当判断矩阵完全一致时，CI=0，从而有λmax=n，C的值越大，判断矩阵不一致程度越严重，在此基础上引入了随机一致性指标RI，计算公式如下：

(2)

表2 平均随机一致性指标RI取值

1.2.5 确定安全风险评估的指标权重

确定安全风险评估的指标权重，要将每一层次的各要素两两比较，按照表2所示指标，得到相对重要程度的比较标度并建立重要性判断矩阵，从而得到各层次要素对上层次某要素的重要性次序[9]。将第一层指标分别用B1—B4表示，第二层各维度用B11—B48表示。采用专家打分法后，构造各层评价矩阵，在计算各指标的权重和特征值后进行一致性检验[6]，其结果见表3、表4。

表3 第一级指标重要性判断矩阵

表4 输变电工程安全风险评价指标权值

由方根法得出权重向量：W=[0.341 0.120 0.057 0.482]，并且求得最大特征根λmax=4.121。

一致性检验：平均随机指标RI=0.9，一致性指标CI=0.04，一致性比率CR= 0.04/0.9=0.044<0.1，判断矩阵具有良好的一致性。依据相同的方法，4个一级指标对应的二级指标权重数据均满足一致性检验。最后可以得到汇总的安全风险评价指标综合排序权值，如表4所示。

计算指标权重的另一个重要内容是建立评价集和确定安全风险单因素评价等级向量。对输变电工程风险进行评价时，可将风险等级划分为Ⅰ级(极低风险)，Ⅱ级(较低风险)，Ⅲ级(中等风险)，Ⅳ级(较高风险)，Ⅴ级(极高风险)5个等级，表示为V=[V1V2V3V4V5]。约定5个级别赋值极低风险100分，较低风险80分，中等风险60分，较高风险40分，极高风险20分。计算评价目标的加权分值，可以得到综合安全风险评价状况评分[10]。

由于人因风险、机械机具、环境风险和施工管理4个方面的下属指标均很难用定量指标进行描述，参照相关的规范对各类风险指标的不同状况进行描述，据此给出等级向量如下：

极低风险状态[0.75 0.25 0 0 0]；较低风险状态[0.25 0.5 0.25 0 0]；中等风险状态[0 0.25 0.5 0.25 0]；较高风险状态[0 0 0.25 0.5 0.25]；极高风险状态[0 0 0 0.25 0.75]。

2 输变电工程安全风险评价实证研究

2.1 实证分析项目概况

某±800千伏特高压输电线路某标段全长77 km，建设性质为新建线路，架设级数为单级。本次施工跨越某高速公路施工作业风险等级为4级，计划施工时间为16 d，每日施工人数15至20人。

2.2 施工安全风险评价

根据本文建立的安全风险指标，远程督查专家组通过线上方式，收集了作业现场的作业文件、资料、制度等信息。督查专家组认真查阅了现场的信息，同时远程视频连线作业现场对风险管控各项内容进行了问询核实，对安全风险指标体系的20项指标进行了评价，评价结果如表5所示。

表5 施工作业安全风险评价

根据评价结果，可以得到人因风险指标的模糊评价矩阵为

机械机具指标的模糊评价矩阵为

环境风险指标的模糊矩阵为

施工管理指标的模糊矩阵为

由前文得到的各层次指标权重Wi，依据计算公式Bi=Wi×Ri，得到各指标层综合评价向量，并经过归一化处理后得到人因风险、机械机具、环境风险、施工管理的综合评价向量分别为

由表5可得目标层的指标权重向量W=[0.341 0.120 0.057 0.482]，进而可以得到该项跨越施工作业安全风险评价结果为

对评价结果向量进行归一化，得到施工作业安全风险综合评价结果为

约定5个级别分别赋予分值，极低风险100分，较低风险80分，中等风险60分，较高风险40分，极高风险20分。即有安全风险评分向量为

得到输变电工程作业安全风险总评分F为

综合上述分析，输变电工程作业风险在人因风险、机械机具、环境风险、现场管理4个方面的风险评分分别为83.06、86.47、91.25、82.82，可见本项施工作业在人员管控、机械机具管理、现场管理方面风险水平介于极低风险与较低风险之间，环境风险为极低风险。本项电建施工作业的总评分为83.76，接近较低风险水平，风险状况总体可控，但仍具有较低事故发生的可能性，需加强管理，进一步降低安全风险水平。

3 结论

(1)本研究针对输变电工程，从人员、机械、环境、管理4个方面进行安全风险评估，构建了输变电工程安全风险评价指标体系和相关模型，运用了层次分析法对输变电工程施工作业风险进行实证研究。

(2)实证调研的输变电工程在人因风险、机械机具、环境风险、现场管理4个方面的风险评分分别为83.06分、85.44分、91.25分、83.78分，依据量化评价标准，4个维度的安全风险均在较低风险以下，其中环境风险为极低风险；本项输变电工程作业的总评分为83.78分，风险总体可控。