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AHP_模糊综合评价方法在煤气站安全现状评价中的应用

　第5卷　第2期　2009年4月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and Technol ogy

Vol .5No .2

　Ap r .2009

文章编号:1673-193X (2009)-02-0093-07

AHP -模糊综合评价方法

在煤气站安全现状评价中的应用

彭　伟,肖国清,刘鹏举

(湖南科技大学能源与安全工程学院,湘潭　411201)

摘　要:随着我国能源和成品油价格的上扬,许多企业根据自身的发展情况以及气体燃料所具有的优越性,选择了煤炭气化方式,近年来煤气站迅速地发展起来。煤气站生产的煤气为易燃、易爆、有毒、有害物质,具有潜在的巨大危害性,稍有不慎就会引起人员伤亡和财产损失。因此,采用科学、合理的评价方法对煤气站的安全现状做出客观的评价具有重大意义。本文根据煤气站的实际情况,合理地选择评价指标,客观地、系统地建立了各因素之间的层次模型,然后通过模糊综合评判方法,进行煤气站安全现状进行评价,得出评价结果。关键字:煤气站;层次分析(AHP );模糊综合评价中图分类号:X913.4 文献标识码:A

Appli ca ti on of AHP 2Fuzzy co m prehen si ve eva lua ti on

m ethod I n coa l 2ga s st a ti on s afety st a tus

PENG W ei,X IAO Guo 2qing,L IU Peng 2ju

(School of Energy and Safety Engineering,Hunan University of Science and Technol ogy,Xiangtan 411201,China )

Abstract:W ith the rise of energy and oil p r oducts of p rice in our country,many coal 2gas stati ons devel oped fast in recent years .Many enter p rises choose coal gasificati on according t o the devel opment of itself and due t o the superi 2ority of gaseous fuel .It p r oduces easily igniting and exp l oding,pois onous and har mful materials,and has great po 2tential har m ,which may cause the casualties and p r operty l oss if not be cauti ous .Theref ore,it is great significance t o make an objective evaluati on the gas stati on security by using a scientific and rati onalmethod .This paper evalua 2ted the p ractical situati on of the coal 2gas stati on and dra w the conclusi on by choosing assess ment indexes rati onally,building up the hierarchical model of fact ors objectively and syste matically .Key words:coal 2gas stati on;AHP;fuzzy synthetic discri m inati on

　收稿日期:2008212218

1　引言

目前,随着我国能源政策和成品油价格的上扬,许多企业根据自身的发展情况以及气体燃料所具有的优越性,选择了煤炭气化方式,全国各地特别是山

东、广东、河北、辽宁近年来煤气站如雨后春笋般的发起来。煤气为易燃、易爆、有毒、有害物质,具有潜在的巨大危害性,稍有不慎就会引起人员伤亡和财产损失,造成严重后果。尤其是近年来国内发生了多起煤气中毒事故,例如:1991年6月湖北某市煤气发生炉炉口发生爆炸;2000年3月24日,武钢一管式炉爆燃。因此,对煤气站的危险性进行系统分析和安全评价,切实解决其存在的安全问题是十分

重要的。本文拟建立一种煤气站安全现状评价的模型,即模糊层次综合法将模糊点,可以全面考虑影响系统安全的各种因素,将定性和定量的分析有机地结合起来,既能够充分体现评价因素和评价过程的模糊性,又尽量减少个人主观臆断所带来的弊端,比一般的评比打分等方法更符合客观实际,因此,评价

结果更可信、可靠[1]

。

2　AHP -模糊综合法的应用特点

随着国家对危险化学品企业评价工作的展开,各种用于危险化学品企业的评价方法日趋完善,煤气站作为危险化学品生产企业,目前采用的定性安全评价的方法主要是安全检查表法;定量安全评价的方法主要是道化学公司的火灾、爆炸危险指数评价法、蒙德法。

由于影响煤气站安全的因素是多方面的,而每个因素对煤气站安全的影响程度又是不同的。这些因素相互关联、相互制约构成一个复杂系统。本文采用AHP -模糊综合评价法对煤气站安全现状进行评价。AHP -模糊综合评价法综合了层次分析法和模糊综合评价法的优点,能有机的将煤气站系统内各危险因素与系统现状的安全性结合起来。首先通过应用层次分析法,将难以用经典的数学方法进行描述的影响煤气站安全状况的诸多因素科学、合理分配权重,从而能系统的量化各因素之间的关系。然后基于层次法对各因素关系量化的结果运用模糊综合法对煤气站的安全现状进行综合评判,得出科学、客观的评价结果。其次通过层次法确定各因素

权重的大小能客观的反应出现状系统中主要隐患所

在。决策者可以通过对其采取相应的整改措施以有效的控制事故的发生。

3　基于层次分析-模糊综合评判的煤气站

安全评价模型

311　煤气站安全评价的指标体系

进行煤气站安全性评价的一个首要的、最重要的

环节,就是科学、合理地选取评价指标。多年来的生产实践证明,一个复杂的系统,从不同的角度评价,有不同的评价指标要确定之,需要进行整理、分类和综合。鉴于煤气站安全影响因素的复杂性,且考虑到因素指标本身的适应性、准确性、简练性、可取性,根据目的性、可行性、实用性、时效性、系统性、定性和定量相结合的原则,通过调研煤气站相关的安全统计分析资料,借助于专家调查,安全环保工作人员、技术人员实践经验;采用定性和定量分析,将研究对象划分为3个层次:煤气站安全性评价作为模型的目标层是这一问题的最终目的(A 层次);人员素质、工艺特性、设备安全可靠性、职业卫生、安全管理、安全教育等因素决定了煤气站安全性等级,但其影响方式还需通过与其相关的具体因素来体现,这是解决问题的中间环节,亦即模型的准则层(B 层次);各个具体的指标构成了本模型的决策层(C 层次),通过对该层次问题的决策,即可最终达到所要求解的目标。

本模型确定了评价煤气站安全30个评价指标,按照属性分为6个子集。如图1

。

图1　煤气站安全评价指标体系

312　评价指标的AHP处理方法

应用AHP方法分析评价指标体系所包含的因素及相关关系,将问题条理化、层次化,构造一个层次分析结构模型,将每一层次的各要素两两比较,按照一定的标度理论,得到相对重要程度的比较标度并建立判断矩阵,计算判断矩阵的最大特征值及其特征向量,得到各层次要素对上层次某要素的重要性次序。在元素进行两两比较时,采用了表1所示的标度方

法。如元素a

i 和a

相比较,记比较的结果为b

表示

元素a

i 和元素a

相对上一层元素T进行比较时,a

和a

,具有模糊关系“…比…重要得多”的隶属度。根据上述标度方法和专家判断的结果可建立模糊判断

矩阵B=(b

)n×m。矩阵B表示针对上一层元素,本层次与之有关元素之间相对重要性的比较。

表1　1～9标度及含义对照表

标度含义

1表示两个因素相比,具有同样重要性

3表示两个因素相比,一个比另一个稍微重要

5表示两个因素相比,一个比另一个明显重要

7表示两个因素相比,一个比另一个强烈重要

9表示两个因素相比,一个比另一个极端重要2,4,618上述两相邻判断的中值

a ji=1/a ij a j与a i的重要性比较

313　权重的确定及计算

用若干个指标对煤气站安全现状进行评价时,由于其对评价对象的作用并不是同等重要的,因此,需确定其权值。根据采用AHP方法对评价指标进行处理,从而得到模糊判断矩阵。对于判断矩阵,理论上具有唯一最大的特征值,但实际上对判断矩阵很难求其精确的特征值和特征向量。因此,本文采用分根法求其近似的最大特征值和特征向量。

W=(W1,W2,…,W n)

式中,W是评价因素的特征向量,也就是它的权重分配,具体计算步骤[4]如下:

(1)求判断矩阵A各行元素之积M i,M i=∏n

j=1

a ij

(2)然后计算M i的n次分根 W i, W i=n M i

对 W

进行归一化处理得到所求的特征向量W i,W i=

W i

∑n

i=1

W i

(3)计算最大特征向量λmax,λmax=1

∑n

i=1

(A W)

W i

(4)进行一致性检查

①计算一致性指标C?I,C?I=

max

-n

n-1

②按表确定平均随机一致性指标R?I,R为平均随机一致性指标,其值为表2所示。

③计算一致性比例,CR=C?I/R?I

当C

<011时,可认为判断矩阵赋值合理,否则对A作修正。

表2　平均随机一致性指标

n345678910

R?I01580190111211241132114111451149 314　评价模型[2]

由图1可知,此评价指标体系为一个二级的模糊综合评价计算体系,因此其计算步骤如下:

(1)建立评价子目标集U:U={U1,U2,…,U n}

(2)根据上述层次分析法计算的结果建立子目

标权重分配集A:A=(A

,A2,…,A n)且满足条件0

≤1,∑n

i=1

A i=1,(i=1,2,…,n)。

(3)各子目标u i受各指标u i1,u i2,…,u ik的影

响,则指标集u

为u

=(u

,u i2,…,u ik)(i=1,2,…, n)。

(4)根据层次分析法的计算结果,确定各指标u i的权重分配集w i:

W i=(w i1,w i2,…,w ik)(i=1,2,…,n)

(5)根据煤气站安全状况,选择若干评价集组成一个评价集合V:

V=(V1,V2,…,V m)

(6)请10个专家对各指标通过投票进行评价,

得到评价矩阵R

R i=

r11r12 (1)

r21r22 (2)

………

r k1r k2…r km

(7)求得各子目标得综合评价向量B i:B i=W i R i(i=1,2,…,n)。

(8)形成子目标评价矩阵B=(B1,B2,…,

B n)T。

(9)求总目标评价向量C:C=A B。

(10)取最大隶属度,根据加权计算法[3]并对比表3[4]得到煤气站安全等级。

表3　安全等级加权值和标准分值

安全等级12345

加权值1100185017001500110标准分值01900～10180～018990160～017990140～01599<01400说明很安全级较安全级一般值较不安全级不安全级

备注11等级数目可视实际分级需要而不同,一般分为5级。21加权值和标准分值均是经验确定。

4　实例分析

本文选择某煤气站进行了AHP-模糊综合评价法的实例验证。该煤气站成立于1956年,现有煤气发生炉12台,以焦碳和无烟煤块为原料, 212亿m3/年,煤气采用管道直接送用户使用。工作压力为7000～9000Pa,未设专用煤气储存柜。煤气中的主要有害物质是一氧化碳,根据对煤气输送管道的检测结果:其管道总长度约为4km,依据管道直径等技术参数,计算送气时管道系统中的总容量为11462t。

411　煤气站评价指标确定及量化:

图1中已经确定了6个一级指标、30个二级指标用于评价煤气站安全现状。

U={U1,U2,U3,U4,U5,U6}

U1={u11,u12,u13,u14}

U2={u21,u22,u23,u24,u25,u26,u27}

U3={u31,u32,u33,u34,u35}

U4={u41,u42,u43,u44,u45}

U5={u51,u52,u53,u54,u55}

U6={u61,u62,u63,u64}

在进行权重计算时,先以人员素质因素为例,建立判断矩阵,并计算各因素的权重。

M u11=2 W u11=1119　W u11=0129　M u12=4 W u12=1141　W u12=0136　M u13=0125 W u13=0171 W u13=0117　M u14=015 W u14=0184　W u14=0120

u1max =4106　C?I=0102

由于C

=0102<011,则判断矩阵赋值合理。

同样根据表4可以计算其他因素的权重。

表4　人员素质因素判断矩阵

人员素质因素U1u11u12u13u14

u111121

u121122

u131/21/211

u1411/211

A层次各指标权重分配如下:

W u1=(0129013401170120);

W u2=(0109011701250108011201130116);

W u3=(01100126013401180112);

W u4=(0103015012101110115);

W u5=(01430123011201050117);

W u6=(0114012901290129)。

B层次单因素权重分配W u=(015301080113

011601050105)

412　构造模糊评判矩阵

借鉴专业安全工作人员和现场工作人员的经

验,对各层次各评价指标进行打分,构造模糊矩阵。

以煤气站为实例,打分结果如表5。

表5　煤气站安全现状综合评价指标权重值及模糊隶属度

U ij权重安全等级

好较好中较差差

安全意识0129013014012010011

技能与经验0134012015011012010

身体状况0117013013013011010

续表5不稳定心理状况0120012015012011010原料供应系统0109013013013011010煤气发生系统0117013014012011010除尘降温系统0125013014012010011捕焦系统0108013013013011010

洗涤系统0112013013013011010

捕滴系统0113012013014011010煤气输送系统0116013014012011010生产设备安全性0110013013013011010

C O检测、报警装置

可靠性

0126012012013012011防雷电设备可靠性0134011013013012011通风设备可靠性0118013014012011010消防设备可靠性0112013013013011010噪声控制情况0103011012014012011 CO控制015012015011012010

照明程度0121013014012011010

作业环境0111012013013012010劳动防护用品使用情况0115012013014011010安全检查0143014014011011010领导重视情况0123013014012011010安全组织机构0112012015013010010安全规章制度执行情况0105013016010011010应急预案制定与演练0117013015011011010安全宣传状况0114012013013012010安全培训0129013014012011010

三级教育0129013012013012010

安全活动0129011015013010011构建C层次的模糊综合评判矩阵,共6个。413　综合评价及评价结果

前面已经计算出C层次各指标的权重分配,运

用计算表达式:b

j =∨

i=1

∧r

)计算B j=W j R C j。

将B

归一化后,构建B层次的模糊综合评判矩阵R B,得出一级评价结果。

R B=01290134012012011 01250125012011011 01200130013001200110 01210150012001200103 01400140012001100100 01290129012901200110

由B层次单因素权重分配w

u =(01530108

0113011601050105),并运用计算表达式:b j=∨

i=1

∧r

)计算得出二级评价结果:B=[01290134

012012011]。

归一化后B=(0125701301011770117701088)

也就是说,对煤气站的安全保障体系就上述4

个因素集的综合评价为:相当于2517%的人认为很

安全,3011%的人认为较安全,将近1717%的人认

为安全性一般,1717%的人认为不安全,818%的人

认为危险。

煤气站的安全评价等级为二级,采用加权值进

行加权计算,得出安全评价分值为:

C=1×01257+0185×01301+0170×01177+

0150×01177+0110×01088=018315

根据模糊综合评价结果可得出结论,该煤气站

安全等级属于较安全级。

5　结论

本文借鉴前人在模糊综合评价方面的研究方

法,结合煤气站的实际情况,客观、合理地选择评价

指标,建立了煤气站安全现状评价模型,该评价模型

及评价过程,可对煤气站的薄弱环节的改进提供参

考,同时也能为管理决策者指明方向,使管理更具针

对性,从而使管理水平得到进一步的提高。

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