现场通风环境安全评价体系研究

马平安

（武汉船用机械有限责任公司， 湖北 武汉 430084）

引言

对于需要安装于船舶上使用的大型设备系统，由于其包含的设备台套数众多（通常超过1 000 台套），安放位置涉及多层甲板舱室，因此通常伴随着船舶的建造过程进行装船施工。在施工过程中，施工现场的空气质量管控工作一直是建造单位安全监管的要点。当分段建造完成，船舶主体合拢之后，主甲板下的机舱部分形成蜂窝状多层结构的密闭式空间，舱内电焊、打磨、气焊、矿物棉包敷、涂装等施工内容都是典型有害气体污染源。据安全生产管理领域已有的测算成果,在作业的高峰期，现场空气中的混合烟尘浓度峰值可以达到13～15 mg/m3。目前虽然作业现场都配置有通风系统，为作业点设置了大量的风机、滤网等设施，各施工单位也在风道设计优化和通风效能控制上投入了大量的资源，但是在当前工业技术水平下，气体相关的安全事故仍未彻底杜绝。

因而有必要针对大型装备系统装船施工现场环境的特点，建立综合安全评价指标体系，对通风环境安全开展量化指标评估，并在运行中根据现场的施工内容变化开展动态评价，及时暴露可能存在的安全隐患，确保施工现场通风环境能够始终保持健康、可靠，为施工现场的安全管理工作打好基础。

1 施工现场通风系统

大型装备系统装船施工现场通风系统是指在设备装船与船体建造同步施工的过程中，为排除各合拢区域和封闭舱室的焊接、涂装等诸多工种在施工过程中所产生的有害气体（粉尘和油漆挥发物等），为施工人员提供一个符合安全和卫生标准的施工环境所配置的环境类工装系统。目前业内主要采用的设备包括轴流式通风机、离心式通风机、粉尘滤网、通风管以及污染物净化设备等[1-2]。

一般情况下系统与大气的通风点设置于露天主甲板上，采用垂直向的通风井作为主风道，各层甲板的分支风道汇集至通风井主风道，各风道内均设置多个风机接力通风，系统结构呈树状展开，示意图见图1、图 2。

图1 通风井示意图

图2 风道结构示意图

2 安全评价指标体系建立

通风系统在运行中同时受设备工作状态等自身因素和施工内容变化、工作负荷变化、施工班组质量等环境因素影响，其运行状态存在较多不确定因素，表现为动态性和模糊性等非线性特征，各特征指标间相互联系、又相互制约，存在一定的复杂偶合关系，是一个开放性的复杂关联大系统。因此，提出能够真实反映现场通风现场运行状况的特征指标，建立合理、科学、完整的通风系统安全指标评价体系，对于提高施工现场安全管理水平具有重要的意义。

参照通风系统领域已有的研究成果，依据通风系统的设备组成和安全生产环境影响要素，建立大型装备系统装船施工现场通风环境安全指标评价体系如下页图3 所示。

图3 指标体系结构图

3 评价指标因子权重确定

由于施工现场通风系统在运行中涉及较多定性的特征因素，参照已有的复杂关联系统的研究成果，采用适用于多目标复杂问题的层次分析法（AHP）确定各层指标因子的权重值，步骤如下：

3.1 建立递阶层次结构

层次分析法（AHP）在实际问题的应用中，从目标问题出发，根据影响力的直接程度从上向下将各种考虑的因素分解成目标、准则、次级准则（非必要）、措施方案等不同层次，形成塔状多层次的逻辑映射关系结构；大型装备系统装船施工现场通风系统的方案措施离散化过高，因此将归纳提取出的特征指标因子视为措施即底层因素，建立包含目标层、准则层和措施层的三层结构如图3 所示。

3.2 构造对比判断矩阵并赋值

对比判断矩阵用以体现当前人们对因素重要程度的认知，采用自然数1～9 及其倒数共17 个等级来描述同层因素两两相较对映射的上级指标影响力的重量程度，见表1。

表1 对比判断矩阵标度定义

根据层次结构和专家意见赋值计算，构造各维度指标判断矩阵，根据本领域已有的研究成果，将标度设置为1～9 级及其倒数，如表2—表8 所示。

表3 动力配置指标对比判断矩阵

表4 风道走向指标对比判断矩阵

表5 换气效果指标对比判断矩阵

表6 设备管理指标对比判断矩阵

表7 历史安全指标对比判断矩阵

表8 安监管理指标对比判断矩阵

3.3 层次单排序及其一致性检验

将原始矩阵元素进行解算，由于本文矩阵中判断值受人为意见影响较大，因此采用计算较为简单的算术平均值估算法对各列进行归一化处理，再解算特征向量W，得出各行因素对上层对象的影响力权值，即完成层次单排序。考虑到判断矩阵的形成基础是各个层次各个因素之间两两比较重要程度，比较中并没有独立稳定的第三方参照基点，存在结果出现逻辑性错误的可能，因此需要通过一致性检验环节来保证判断矩阵具有大方向上的一致性[3-4]。

参考已有的研究成果，2008 年的一项研究中，美国的运筹学家T.L.Saaty 基于5 万次随机试验提出了随机一致性的合格标准值（RI），可通过查阅资料获得对应阶数的RI 值。λmax为该矩阵最大特征根，n 为矩阵阶数，CI 为矩阵的一致性指标值，CR 为矩阵一次性比率值，定义如式（1）、式（2）：

根据层次分析领域内一般观点，当判断矩阵的CR＜0.1 时，则可判定其通过一致性检验。表2—表8的CR 值均满足检验要求。

3.4 指标权重赋值

按照层次结构，分别确定措施及准则各层因素指标的权重，数值如表9 所示。

表9 权重值

4 现场通风环境综合安全评价

大型装备系统装船施工现场通风环境的最终总体安全评价按式（3）进行统计计算。指标开展调查和整改；当安全评价等级为橙色时，表示现场运行状态异常，气体风险度明显上升，建议现场停产并开展全面安全检查；当安全评价等级为红色时，表示现场运行于高风险状态，气体风险度已经无法满足生产安全要求，必须立即停产并启动应急程序，尽快将人员有序撤出现场。

5 结语

式中：Wi为准则层各个维度的评价权值；Wij为措施层各底层因素的评价权值；fij为措施层各底层因素映射至对应维度的隶属度。

最后可将现场通风环境运行状态根据评估的最终得分的高低划分为绿色、黄色、橙色和红色4 个运行等级，见表10。

表10 运行等级

当安全评价等级为绿色时，表示现场运行正常，施工现场气体风险度处于较低水平；当安全评价等级为黄色时，表示现场能够继续运行，施工现场气体风险度暂时保持为较低水平，但是需要对评分较低维度

本文应用层次分析法，从通风动力、风道结构、换气效果、设施配置、历史安全和现场管理6 个维度提出25 项量化评价因子，形成了现场通风环境的安全评价指标体系，结合专家打分和矩阵解算实现指标的权重赋值，实现了对大型装备系统装船施工现场通风环境安全的量化评价，并对评价结果提出了分级应对措施，可供安装施工现场的安全管控工作参考。