门座式起重机的风险评价系统
魏碧霞++杨晓翔
摘要：
为更好地对港口门座式起重机进行全面的安全检验和安全等级评定，建立含权重因子的新型风险评价模型.该方法首先确立使门座式起重机失效的“人、机、环境、管理”等多种不确定影响因素和失效后果因素；然后在模糊理论的基础上，基于简化模糊综合运算过程，建立一种含权重因子的新型风险评价系统.运用该评价系统对实际案例进行评价，验证其可行性.根据风险结的存在，建议起重机风险评价未来的研究方向.
关键词：
门座式起重机；风险分析；模糊理论；权重因子
中图分类号：U653.921
文献标志码：A 收稿日期：20150725 修回日期：20151130
0引言
门座式起重机是港口装卸集装箱和货物的重要装备.目前大多起重机超负荷、高强度、长时间运行，加之港口门座式起重设备所处环境条件比较复杂和恶劣，受力状态复杂，稍有疏忽就会引发坠物伤人、整机倾覆等事故，甚至会发生机毁人亡、群死群伤的重大事故.因此，如何对港口门座式起重机进行全面的安全检验和安全等级评定，是当前我国港口门座式起重设备检验检测所面临的重要课题.
在港口门座式起重设备的安全问题上，我国监检机构也开展了一系列的安全检验工作，但大多是依据国家的相关监检规程进行的，在某种意义上具有一定的作用，但终究不够客观全面，而且目前国内外对起重机安全状况的研究主要集中在部件或者单机的安全评价与寿命计算上[13]，忽略了人、环境、管理等因素[4]，这都给起重机的安全评价带来很大的误差.另外，人、环境、管理等因素对起重机事故的影响具有很大的模糊性、不确定性，无法量化，必须建立一套基于模糊理论的安全评价体系.
1传统模糊风险评价法
风险评价最常用且传统的评价方法之一是模糊综合风险评价法，它通过建立多级综合评判模型，根据各底层单因素的模糊评价等级，确定评价矩阵R及权重集A，通过模糊运算确定其模糊评价集B，归一化处理后作为上级模糊评价矩阵，通过层层迭代得出最终的模糊综合评价集.可见，模糊综合风险评价法需要建立完善的专家评价体系，分别对影响因素做模糊评价，确定影响因素权重集，并需要计算机编程进行大量运算.在讲究效率与效益的工程实际中，这种传统的模糊风险评价法就是蜗行牛步，大大影响评价结果时效性.为此，本文建立一种新型模糊评价模型，结合风险矩阵和权重因子建立评判系统，对工程实际展开评价.
2结合起重机建立含权重因子的新型风险评价模型
含权重因子的新型风险评价模型是先给出对应决策目标的失效可能性及其失效后果严重度的分值z，z值越大则失效可能性越大，失效后果严重度越高；再根据因素不同分级给出具体量化值q，确定单因素评判系统；同时结合模糊层次分析法确定因素权重因子Λ；然后对z，q和Λ进行运算迭加最终获得评价分值，以确定其评价等级.
2.1确定失效可能性及失效后果严重度的分值z
z可根据评价系统的需要进行人为赋值.为让评价结果更为直观，对门座式起重机建立的评价分值采用百分制，即z取值0～100.
2.2确定单因素评判系统
根据决策目标实际情况对失效影响因素及其失效后果因素进行分级，本文对门座式起重机失效影响因素进行分级，根据与起重机设计、试验、安全使用等相关的国家标准、行业规范[510]，建立较完善的门座式起重机失效影响因素表（见表1）、失效后果因素及失效后果严重度分级表（见表2）和各单因素评判标准.
以“人的因素”中“司机U11”影响因素和“机的因素”中“调试U24”影响因素为例，给出相应的模糊评判标准（表3～10），对每个单因素均给出详细评判描述及对应评判值qijk.聘请X位
专家对每项单因素进行评判选择，并对每位专家的评判值qijk（x）（x=1，2，…，X）进行模糊运算，即根据专家自身权重αx确定单因素风险评判值qijk.将各专家在这方面的经验程度分成丰富、较丰富、中等、一般等4级，分别被赋值1，0.8，0.5，0.2.根据以上分级，X个专家就其经验程度的不同可以得到向量（α1，α2，…，αX），通过计算得到单因素风险评判值
同理可得失效后果严重度底层单因素风险评判值q′ij.
2.3建立权重因子
每级因素权重因子的建立决定了z实际分配比
例.以门座式起重机失效可能性影响因素为例建立
权重因子，因最底层因素（即第三级因素）多且相互
间难以分配权重，故对同一因素下的子因素进行权
重赋值，因直接赋值主观性强，则结合下列模糊层次分析法得到门座式起重机失效可能性影响因素权重因子Λijk.
2.3.1建立同级m个子因素的判断矩阵Q=（fij）m×m
2.3.2将判断矩阵Q转换成一致性判断矩阵R=（rij）m×m
2.3.3计算各因素权重λi
2.3.4确定最底层单因素权重因子Λijk
2.4确定风险值
确定因素权重因子后，即可确定风险值.
2.5建立风险矩阵
根据风险矩阵图和ALARP原则[1112]，以及失效可能性及其失效后果严重度的分值z，可建立表11所示的风险矩阵模型.
根据计算得到的失效可能性值P和失效后果严重度C，查表11风险矩阵模型，可获得评价对象的风险等级，从而提出合适的应对措施.
3含权重因子的新型风险评价系统工程应用
3.1评价对象资料调查
该起重机由上海港口机械制造厂于1996年1月制造，由上海港联机械技术公司安装，额定起重量为35t，起吊最大幅度为24m，最小幅度为9m.2012年10月，特检部门对该起重机进行
了定期检验，发现该起重机失压保护失效，零位保护失效，起重量限制器失效，回转连锁开关功能失效，按照检验TSGQ7015—2008（第二版）起重机械定期检验规则，该机检验结论为不合格，要求起重机使用企业进行整改维护.为更准确掌握该机使用风险，通过上述新型评价模型对其进行风险评价.
3.2确定该机单因素风险评判值qijk和权重因子Λijk
在该机的风险评价过程中聘请了10位专家进行评判，对每项单因素进行评判选择，结合专家自身权重αx确定单因素风险评判值qijk，如通过对司机影响因素U111，U112，U113进行评判确定q111（x），q112（x），q113（x），见表12，并通过式（1）进行计算获得相应评判值qijk.
3.3风险等级确定
根据前文专家对其失效影响因素及失效后果因素的评判及其运算分析方法，获得单因素风险评判值qijk和权重因子Λijk，并编制相应评价软件，得到该机失效可能性值P=42.18和失效后果严重度C=28.59（见图1～2），对照表11可知该机风险属于“中风险”，属于风险可接受范围.
3.4新型风险评价模型与传统模糊风险评价法比较
对传统模糊风险评价法结果[13]、新型风险评价模型评价结果以及实际检验结果进行对比（见表13）可知：新型风险评价模型评价体系分级少，可避
免重复考虑风险因素，且对评价标准直接赋值能减
少大量运算，并考虑专家自身权重使评价结果更客观；同时根据实际检验结果，该机风险应属于可接受范围而非可忽略，必须在整改之后才可继续使用，因此新型风险评价模型的“中风险”评价结果更符合实际.
4结论
本研究根据决策目标实际情况对门座式起重机失效影响因素及失效后果因素进行分析与分级，建立最底层单因素模糊评判标准；在模糊理论基础上，简化模糊综合运算过程，建立一种含权重因子的新型风险评估系统，针对工程实际进行风险评价.结果表明：运用该评估系统可以得到比传统模糊风险评价结果更符合实际的检验结果，从而验证该评价模型的可行性.
本研究对门座式起重机进行风险评价时采用的风险矩阵为典型风险矩阵，风险等级分级时存在较多风险结[14]，影响风险评价结果的稳定性和有效性，在后续工作中可对相关评判标准展开研究，减少风险结的存在.
参考文献：
[1]徐格宁，郭文孝.基于贝叶斯网络的通用桥式起重机结构安全评价[J].起重运输机械，2011（10）：7983.
[2]王重华，黎华，马林霞.我国起重机设计规范中的结构疲劳强度计算[J].上海海事大学学报，2006，27（2）：1720.
[3]张鸿，阮航.起重机结构风险评估及其可靠性分析[J].机电信息，2012（3）：9293.
[4]崔萍，许志沛，李庆成，等.基于模糊综合评判的塔式起重机倾覆事故分析[J].起重运输机械，2012（6）：9093.
[5]中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中华人民共和国标准化管理委员会.起重机安全规程：GB6067.1—2010[S].北京：中国标准出版社，2010.
[6]中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中华人民共和国标准化管理委员会.起重机设计规范：GB/T3811—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.
[7]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械定期检验规则：二次修订版：TSGQ7015—2008[S].北京：中国标准出版社，2011.
[8]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械使用管理规则：TSGQ5001—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.
[9]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械制造监督检验规则：TSGQ7001—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.
[10]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.门座起重机型式试验细则：TSGQ7007—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.
[11]BAYBUTTP.TheALARPprincipleinprocesssafety[J].ProcessSafetyProgress，2014，33（1）：3640.
[12]AVENT，VINNEMJE.Ontheuseofriskacceptancecriteriaintheoffshoreoilandgasindustry[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety，2005，90：1524.
[13]周友涛，张元榕，郭金泉，等.RBI技术在港口门座起重机风险评价中的应用[J].机电工程，2013，30（6）：645649.
[14]COXLA，Jr.Whatswrongwithriskmatrix？[J].RiskAnalysis，2008，28（2）：497512.
摘要：
为更好地对港口门座式起重机进行全面的安全检验和安全等级评定，建立含权重因子的新型风险评价模型.该方法首先确立使门座式起重机失效的“人、机、环境、管理”等多种不确定影响因素和失效后果因素；然后在模糊理论的基础上，基于简化模糊综合运算过程，建立一种含权重因子的新型风险评价系统.运用该评价系统对实际案例进行评价，验证其可行性.根据风险结的存在，建议起重机风险评价未来的研究方向.
关键词：
门座式起重机；风险分析；模糊理论；权重因子
中图分类号：U653.921
文献标志码：A 收稿日期：20150725 修回日期：20151130
0引言
门座式起重机是港口装卸集装箱和货物的重要装备.目前大多起重机超负荷、高强度、长时间运行，加之港口门座式起重设备所处环境条件比较复杂和恶劣，受力状态复杂，稍有疏忽就会引发坠物伤人、整机倾覆等事故，甚至会发生机毁人亡、群死群伤的重大事故.因此，如何对港口门座式起重机进行全面的安全检验和安全等级评定，是当前我国港口门座式起重设备检验检测所面临的重要课题.
在港口门座式起重设备的安全问题上，我国监检机构也开展了一系列的安全检验工作，但大多是依据国家的相关监检规程进行的，在某种意义上具有一定的作用，但终究不够客观全面，而且目前国内外对起重机安全状况的研究主要集中在部件或者单机的安全评价与寿命计算上[13]，忽略了人、环境、管理等因素[4]，这都给起重机的安全评价带来很大的误差.另外，人、环境、管理等因素对起重机事故的影响具有很大的模糊性、不确定性，无法量化，必须建立一套基于模糊理论的安全评价体系.
1传统模糊风险评价法
风险评价最常用且传统的评价方法之一是模糊综合风险评价法，它通过建立多级综合评判模型，根据各底层单因素的模糊评价等级，确定评价矩阵R及权重集A，通过模糊运算确定其模糊评价集B，归一化处理后作为上级模糊评价矩阵，通过层层迭代得出最终的模糊综合评价集.可见，模糊综合风险评价法需要建立完善的专家评价体系，分别对影响因素做模糊评价，确定影响因素权重集，并需要计算机编程进行大量运算.在讲究效率与效益的工程实际中，这种传统的模糊风险评价法就是蜗行牛步，大大影响评价结果时效性.为此，本文建立一种新型模糊评价模型，结合风险矩阵和权重因子建立评判系统，对工程实际展开评价.
2结合起重机建立含权重因子的新型风险评价模型
含权重因子的新型风险评价模型是先给出对应决策目标的失效可能性及其失效后果严重度的分值z，z值越大则失效可能性越大，失效后果严重度越高；再根据因素不同分级给出具体量化值q，确定单因素评判系统；同时结合模糊层次分析法确定因素权重因子Λ；然后对z，q和Λ进行运算迭加最终获得评价分值，以确定其评价等级.
2.1确定失效可能性及失效后果严重度的分值z
z可根据评价系统的需要进行人为赋值.为让评价结果更为直观，对门座式起重机建立的评价分值采用百分制，即z取值0～100.
2.2确定单因素评判系统
根据决策目标实际情况对失效影响因素及其失效后果因素进行分级，本文对门座式起重机失效影响因素进行分级，根据与起重机设计、试验、安全使用等相关的国家标准、行业规范[510]，建立较完善的门座式起重机失效影响因素表（见表1）、失效后果因素及失效后果严重度分级表（见表2）和各单因素评判标准.
以“人的因素”中“司机U11”影响因素和“机的因素”中“调试U24”影响因素为例，给出相应的模糊评判标准（表3～10），对每个单因素均给出详细评判描述及对应评判值qijk.聘请X位
专家对每项单因素进行评判选择，并对每位专家的评判值qijk（x）（x=1，2，…，X）进行模糊运算，即根据专家自身权重αx确定单因素风险评判值qijk.将各专家在这方面的经验程度分成丰富、较丰富、中等、一般等4级，分别被赋值1，0.8，0.5，0.2.根据以上分级，X个专家就其经验程度的不同可以得到向量（α1，α2，…，αX），通过计算得到单因素风险评判值
同理可得失效后果严重度底层单因素风险评判值q′ij.
2.3建立权重因子
每级因素权重因子的建立决定了z实际分配比
例.以门座式起重机失效可能性影响因素为例建立
权重因子，因最底层因素（即第三级因素）多且相互
间难以分配权重，故对同一因素下的子因素进行权
重赋值，因直接赋值主观性强，则结合下列模糊层次分析法得到门座式起重机失效可能性影响因素权重因子Λijk.
2.3.1建立同级m个子因素的判断矩阵Q=（fij）m×m
2.3.2将判断矩阵Q转换成一致性判断矩阵R=（rij）m×m
2.3.3计算各因素权重λi
2.3.4确定最底层单因素权重因子Λijk
2.4确定风险值
确定因素权重因子后，即可确定风险值.
2.5建立风险矩阵
根据风险矩阵图和ALARP原则[1112]，以及失效可能性及其失效后果严重度的分值z，可建立表11所示的风险矩阵模型.
根据计算得到的失效可能性值P和失效后果严重度C，查表11风险矩阵模型，可获得评价对象的风险等级，从而提出合适的应对措施.
3含权重因子的新型风险评价系统工程应用
3.1评价对象资料调查
该起重机由上海港口机械制造厂于1996年1月制造，由上海港联机械技术公司安装，额定起重量为35t，起吊最大幅度为24m，最小幅度为9m.2012年10月，特检部门对该起重机进行
了定期检验，发现该起重机失压保护失效，零位保护失效，起重量限制器失效，回转连锁开关功能失效，按照检验TSGQ7015—2008（第二版）起重机械定期检验规则，该机检验结论为不合格，要求起重机使用企业进行整改维护.为更准确掌握该机使用风险，通过上述新型评价模型对其进行风险评价.
3.2确定该机单因素风险评判值qijk和权重因子Λijk
在该机的风险评价过程中聘请了10位专家进行评判，对每项单因素进行评判选择，结合专家自身权重αx确定单因素风险评判值qijk，如通过对司机影响因素U111，U112，U113进行评判确定q111（x），q112（x），q113（x），见表12，并通过式（1）进行计算获得相应评判值qijk.
3.3风险等级确定
根据前文专家对其失效影响因素及失效后果因素的评判及其运算分析方法，获得单因素风险评判值qijk和权重因子Λijk，并编制相应评价软件，得到该机失效可能性值P=42.18和失效后果严重度C=28.59（见图1～2），对照表11可知该机风险属于“中风险”，属于风险可接受范围.
3.4新型风险评价模型与传统模糊风险评价法比较
对传统模糊风险评价法结果[13]、新型风险评价模型评价结果以及实际检验结果进行对比（见表13）可知：新型风险评价模型评价体系分级少，可避
免重复考虑风险因素，且对评价标准直接赋值能减
少大量运算，并考虑专家自身权重使评价结果更客观；同时根据实际检验结果，该机风险应属于可接受范围而非可忽略，必须在整改之后才可继续使用，因此新型风险评价模型的“中风险”评价结果更符合实际.
4结论
本研究根据决策目标实际情况对门座式起重机失效影响因素及失效后果因素进行分析与分级，建立最底层单因素模糊评判标准；在模糊理论基础上，简化模糊综合运算过程，建立一种含权重因子的新型风险评估系统，针对工程实际进行风险评价.结果表明：运用该评估系统可以得到比传统模糊风险评价结果更符合实际的检验结果，从而验证该评价模型的可行性.
本研究对门座式起重机进行风险评价时采用的风险矩阵为典型风险矩阵，风险等级分级时存在较多风险结[14]，影响风险评价结果的稳定性和有效性，在后续工作中可对相关评判标准展开研究，减少风险结的存在.
参考文献：
[1]徐格宁，郭文孝.基于贝叶斯网络的通用桥式起重机结构安全评价[J].起重运输机械，2011（10）：7983.
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[6]中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中华人民共和国标准化管理委员会.起重机设计规范：GB/T3811—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.
[7]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械定期检验规则：二次修订版：TSGQ7015—2008[S].北京：中国标准出版社，2011.
[8]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械使用管理规则：TSGQ5001—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.
[9]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.起重机械制造监督检验规则：TSGQ7001—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.
[10]中华人民共和国质量监督检验检疫总局.门座起重机型式试验细则：TSGQ7007—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.
[11]BAYBUTTP.TheALARPprincipleinprocesssafety[J].ProcessSafetyProgress，2014，33（1）：3640.
[12]AVENT，VINNEMJE.Ontheuseofriskacceptancecriteriaintheoffshoreoilandgasindustry[J].ReliabilityEngineeringandSystemSafety，2005，90：1524.
[13]周友涛，张元榕，郭金泉，等.RBI技术在港口门座起重机风险评价中的应用[J].机电工程，2013，30（6）：645649.
[14]COXLA，Jr.Whatswrongwithriskmatrix？[J].RiskAnalysis，2008，28（2）：497512.
