模糊層次分析法在火電廠安全評價(jià)中的應(yīng)用

摘要：安全評價(jià)是火電廠科學(xué)管理制度的重要組成部分，為決策部門進(jìn)行宏觀調(diào)控提供科學(xué)的依據(jù)。本文從火電廠管理-設(shè)備-環(huán)境三個(gè)方面考慮，采用改進(jìn)的模糊層次分析法建立火電廠安全評價(jià)模型，通過模糊一致判斷矩陣和模糊隸屬度函數(shù)，得到各指標(biāo)對火電廠安全的影響程度，并計(jì)算出該火電廠的綜合評分。該方法降低了層次分析法中專家判斷的主觀隨意性，避免了一致性檢驗(yàn)。該方法提高了安全評價(jià)的科學(xué)性和客觀性，為電廠安全管理部門提供決策的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：安全評價(jià)；層次分析法；模糊層次分析法

一、引言

火力發(fā)電廠是電力工業(yè)的重要組成部分，為各行各業(yè)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)提供著源源不斷的優(yōu)質(zhì)能源，一旦發(fā)生事故，輕則造成電網(wǎng)振蕩，重則毀壞系統(tǒng)設(shè)備，給社會(huì)和家庭帶來不可估量的損失。如何對火電廠安全生產(chǎn)現(xiàn)狀做出科學(xué)的評價(jià)，有效地提高火電廠安全生產(chǎn)水平，預(yù)防和控制重大事故發(fā)生，具有重要的研究意義。安全評價(jià)是火電廠科學(xué)管理制度的重要組成部分，為決策部門進(jìn)行宏觀調(diào)控提供科學(xué)的依據(jù)。因此對火電廠安全評價(jià)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

安全評價(jià)是基于安全工程的原理和方法對系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評價(jià)的過程，這一過程包括危險(xiǎn)因素識(shí)別及危險(xiǎn)程度評價(jià)兩部分[1]。常見的安全評價(jià)方法有事故樹分析法、模糊綜合評價(jià)法、層次分析法等。每種方法都有其特點(diǎn)及適用的范圍。事故樹分析法能夠描述事故原因及其相互之間的邏輯關(guān)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的潛在危險(xiǎn)因素并從中找出不安全狀態(tài)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但它難以對系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行綜合評價(jià)。層次分析法（ Analytic HierarchyProcess，簡稱AHP）是一種定性與定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則、多層次決策的綜合評價(jià)方法，但AHP在構(gòu)造判斷模型時(shí)沒有考慮到人的判斷模糊性，評價(jià)結(jié)果在一定程度上受到專家主觀判斷的影響[2]。模糊層次分析法（FAHP）將模糊理論和層次分析法相結(jié)合，克服了層次分析法的局限和人類思維的主觀性，提高了評價(jià)的科學(xué)性。本文采用模糊層次分析法建立火電廠安全評價(jià)模型并進(jìn)行了實(shí)例分析。

二、模糊層次分析法

（一）層次分析法概述

美國數(shù)學(xué)家Saaty，T. L 于70年代提出了層次分析法（AHP）。通常AHP由四步構(gòu)成：建立遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣、判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)、計(jì)算各指標(biāo)的相對權(quán)重。AHP 方法強(qiáng)調(diào)人的思維判斷在科學(xué)決策過程中的作用，把人的主觀判斷過程數(shù)學(xué)化，從而幫助人們對一些復(fù)雜的、難以精確定量描述的決策問題進(jìn)行量化。但是這種標(biāo)度未能很好地反映人類判斷的模糊性。

（二）模糊層次分析法

模糊層次分析法是層次分析法與模糊數(shù)學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物。FAHP和AHP的區(qū)別在于FAHP 通過元素的兩兩比較構(gòu)造模糊判斷矩陣，再由模糊判斷矩陣求各元素相對重要性的權(quán)重。其分析過程是：

1.建立層次結(jié)構(gòu)模型和評語集

利用FAHP解決問題時(shí)，首先應(yīng)建立層次結(jié)構(gòu)模型。層次結(jié)構(gòu)分為三類：目標(biāo)層——分析問題的預(yù)定目標(biāo)或理想結(jié)果；準(zhǔn)則層——包含為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié)，可以由若干個(gè)層次組成；方案層——包括為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)可供選擇的各種措施、決策方案等。假設(shè)被評估的系統(tǒng)A由n個(gè)指標(biāo)（B1，B2，…，Bn）構(gòu)成。

按照評價(jià)指標(biāo)的等級值采用相應(yīng)的評語集，例如將安全等級分為很安全、安全、一般、危險(xiǎn)和很危險(xiǎn)五個(gè)等級， 記為W ={W1， W2， W3， W4，W5 }。其中分，W1>90，80

2.構(gòu)造模糊判斷矩陣

以層次分析法為基礎(chǔ)，根據(jù)火電廠專家意見和運(yùn)行工況，應(yīng)用表1所示標(biāo)度法表征各指標(biāo)的相對重要性，測量結(jié)果記為gij，以此構(gòu)造模糊互補(bǔ)判斷矩陣G=（gij）n×n。

其中0？燮gij？燮1，gij=0.5，gij+gij=1，（i，j=1，2，…，n），G=（gij）n×n為模糊互補(bǔ)矩陣。

G=g11 g12 … g1ng11 g12 … g1n… …g11 g12 … g1n（1）

3.構(gòu)造模糊一致判斷矩陣

求行和fi=■gij，（i=1，2，…，n）列和fj=■gij，（i=1，2，…，n），根據(jù)公式（1）將矩陣G=（g）n×n轉(zhuǎn)換為模糊一致判斷矩陣F=（f）n×n。

fij=■+0.5（2）

4.確定權(quán)重集

在安全評價(jià)中，用權(quán)重值來衡量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的重要程度。模糊一致判斷矩陣 的元素與權(quán)重 的關(guān)系是：fij=a（pi-pj+0.5） [6]。由此計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重pi，并得到權(quán)重集p=（p1，p2，…，pn）。

pi=■-■+■■fk（3）

5.建立模糊隸屬度矩陣

設(shè)指標(biāo)Bi（i=1，2，…，n）對評價(jià)等級Wj（j=1，2，…，m）的隸屬度是rij，即評價(jià)指標(biāo)ai以隸屬度rij屬于評價(jià)等級Wj。由此可以得出隸屬度矩陣R（rij）n×n，（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

6.綜合評價(jià)

先進(jìn)行一級模糊評判，把模糊隸屬度矩陣R與各因素的權(quán)重矩陣P進(jìn)行模糊運(yùn)算，并進(jìn)行歸一化運(yùn)算。然后進(jìn)行二級指標(biāo)的模糊綜合評價(jià) 得到總的評價(jià)向量。

（三）基于模糊層次分析法的火電廠安全綜合評價(jià)

1.層次結(jié)構(gòu)模型的建立

本文從管理—環(huán)境—設(shè)備三個(gè)方面建立火力發(fā)電廠安全評價(jià)體系。模型的縱向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)由總目標(biāo)A、準(zhǔn)則層B 和指標(biāo)層C 組成，建立了兩級綜合評價(jià)層次結(jié)構(gòu)，如表2所示。

2.模糊一致判斷矩陣的構(gòu)造

將模糊評價(jià)模型應(yīng)用于火電廠的安全評價(jià)中。利用matlab進(jìn)行計(jì)算，得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)（2）（3）步驟，構(gòu)造火力發(fā)電廠安全層次結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的模糊判斷矩陣

G■=0.5 0.6 0.7 0.8 0.80.4 0.5 0.6 0.7 0.70.3 0.4 0.5 0.6 0.60.2 0.3 0.4 0.5 0.50.2 0.3 0.4 0.5 0.5G■=0.5 0.5 0.6 0.8 0.80.5 0.5 0.6 0.7 0.80.4 0.4 0.5 0.6 0.70.3 0.3 0.4 0.5 0.60.2 0.2 0.3 0.4 0.5

G■=0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.70.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.70.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.60.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5GA0.5 0.5 0.70.3 0.5 0.60.2 0.4 0.5

3.權(quán)重的計(jì)算

通過公式（1）得到火力發(fā)電廠安全評價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量。

準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重向量為PA={pB1，pB2，pB3}={0.617，0.237，0.146}

指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的權(quán)重向量為：

PB1={pC1，pC2，pC3，pC4，pC5}=

{0.426，0.238，0.125，0.093，0.08}

PB2={pC6，pC7，pC8，pC9，pC10}=

{0.352，0.246，0.121，0.125，0.057}

PB3={pC11，pC12，pC13，pC14，pC15}=

{0.235，0.235，0.235，0.100，0.100，0.065，0.040}

通過上式計(jì)算出指標(biāo)層對目標(biāo)層的權(quán)重向量為：

PAC={0.275，0.163，0.079，0.05，0.05，0.074，

0.074，0.039，0.025，0.012，0.032，0.032，0.032，0.011，0.011，0.010，0.004}

數(shù)據(jù)表明，各指標(biāo)對火力發(fā)電廠安全影響較大的依次是安全生產(chǎn)方針的貫徹（0.275），安全責(zé)任制（0.163），安全監(jiān)督體系（0.079），勞動(dòng)安全（0.074），防火防爆（0.074）。

4.模糊隸屬度矩陣

R■=0.35 0.4 0.15 0.1 00.35 0.25 0.15 0.15 0.10.4 0.3 0.2 0.1 00.3 0.25 0.2 0.15 0.10.25 0.35 0.2 0.1 0.1

R■=0.3 0.45 0.10 0.10 0.050.35 0.25 0.2 0.1 0.10.3 0.4 0.2 0.1 00.25 0.3 0.25 0.2 00.2 0.35 0.25 0.15 0.05

R■=0.35 0.3 0.25 0.1 00.4 0.3 0.2 0.1 00.3 0.35 0.25 0.05 0.050.2 0.4 0.2 0.15 0.50.25 0.3 0.25 0.1 0.10.3 0.3 0.2 0.2 00.1 0.3 0.25 0.2 0.15

5.綜合評價(jià)

分別對準(zhǔn)則層B1，B2，B3進(jìn)行模糊綜合評價(jià)， Z■=P■×R■（0.3875，0.2543，

0.2039，0.0981，0.0561）

評語集W取中間值，計(jì)算相應(yīng)的分值為： Z■′= Z■×VT =89.2

Z■′=Z■×VT =83.5

ZB3′= ZB3×VT =87.6

Z■= [ZB1，ZB2，ZB3]T ，為指標(biāo)層隸屬度矩陣。

則該火力發(fā)電廠的綜合評分為： z=（PA×ZB）×WT=89.2

數(shù)據(jù)表明，該火電廠總體狀況處于安全等級，準(zhǔn)則層中安全生產(chǎn)管理方面（B1）和生產(chǎn)設(shè)備管理（B3）相對較好，勞動(dòng)安全和作業(yè)環(huán)境（B2）接近一般水平，應(yīng)采取改進(jìn)措施。

三、結(jié)論

火力發(fā)電廠安全評價(jià)指標(biāo)具有較強(qiáng)的模糊性，涉及因素眾多，評價(jià)體系從管理-設(shè)備-環(huán)境三個(gè)方面考慮，采用模糊層次分析法建立模糊一致性判斷矩陣。該方法降低了層次分析法中專家判斷的主觀隨意性，避免了一致性檢驗(yàn)，提高了安全評價(jià)的科學(xué)性，方便地確定了各指標(biāo)的權(quán)重排序，得到各指標(biāo)對火電廠安全的影響程度。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法獲得風(fēng)險(xiǎn)值。從總的數(shù)據(jù)來看，該電廠在安全生產(chǎn)管理方面和生產(chǎn)設(shè)備管理相對較好，而勞動(dòng)安全和作業(yè)環(huán)境處于薄弱環(huán)節(jié)。火力發(fā)電廠可以此為依據(jù)，有的放矢地采取改進(jìn)措施，提高企業(yè)的整體安全水平。

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（作者單位：賈益普，盧建昌系華北電力大學(xué)；梁娜系石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院）