三角模糊AHP和灰色關(guān)聯(lián)法在CNG加氣站安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

張 麗，謝禹鈞，蔣立軍，龔 雪，梁梅芳

（1. 遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 大慶油田工程有限公司， 黑龍江 大慶 163000）

三角模糊AHP和灰色關(guān)聯(lián)法在CNG加氣站安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

張 麗1，謝禹鈞1，蔣立軍1，龔 雪1，梁梅芳2

（1. 遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2. 大慶油田工程有限公司， 黑龍江 大慶 163000）

通過對(duì)CNG加氣站危險(xiǎn)因素的綜合分析，從人員、設(shè)備、管理和環(huán)境四方面進(jìn)行考慮，建立了CNG加氣站安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型和安全等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用三角模糊AHP法確定各指標(biāo)的權(quán)重，采用灰色關(guān)聯(lián)度法計(jì)算各參評(píng)數(shù)據(jù)序列與各個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列的關(guān)聯(lián)度，從而確定加氣站所屬的安全等級(jí)，不但為CNG加氣站的管理者提供了新的評(píng)價(jià)方法，而且為改善CNG加氣站的安全管理提供參考，從而促進(jìn)CNG加氣站的安全運(yùn)行。

CNG加氣站；三角模糊數(shù)；灰色關(guān)聯(lián)法；安全評(píng)價(jià)

隨著天然氣資源的開發(fā)和利用，壓縮天然氣(Compressed Natural Gas，CNG)加氣站近年來也得到了較快的發(fā)展。但由于CNG是一種易燃易爆氣體，加之CNG加氣站大多數(shù)處在城市人口密集區(qū)，一旦發(fā)生事故，極易造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1,2]。因此，對(duì)CNG加氣站的安全現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)以及安全管理進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用三角模糊數(shù)與層次分析法相結(jié)合，建立了大慶市某CNG加氣站安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型和安全等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用三角模糊AHP法確定了各指標(biāo)的權(quán)重，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度法得出其安全等級(jí)。

1 三角模糊AHP法

層次分析法[3,4](Analytic Hierarchy Process， AHP)是美國(guó)著名的運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授T.L. Sattey于1973 年提出的，是一種定性與定量相結(jié)合的確定權(quán)重系數(shù)的方法，基本原理是通過分析復(fù)雜系統(tǒng)所包含的因素及其相互關(guān)系，將系統(tǒng)分解為不同的要素，并按支配關(guān)系將這些要素分組，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。由于層次分析法是以1-9之間的整數(shù)作為標(biāo)度來構(gòu)造判斷矩陣的，這種判斷矩陣并不能很好地反映人類判斷的模糊性，因此，荷蘭學(xué)者Van Laargoven[5]于1983 年提出了用三角模糊數(shù)表示模糊比較判斷的方法并運(yùn)用三角模糊數(shù)的相關(guān)運(yùn)算求得元素排序。

（1）設(shè)函數(shù)μM(x) 由線性函數(shù)組成，如公式（1）所示：式中u和l分別是上界和下界，m為M的中值，這樣的模糊數(shù)稱為三角模糊數(shù)，記為M=(l,m,u)。設(shè)δ=u-l，δ越小表示模糊的程度越低，δ越大表示模糊程度越高，如果δ=0則表示判斷是非模糊的。M1≥M2的可能性程度計(jì)算如公式（2）所示。

（2）設(shè)M1=（l1,m1,u1），M2=（l2,m2,u2）為兩個(gè)三角模糊數(shù)，其運(yùn)算法則如下[6]：

2 評(píng)價(jià)方法計(jì)算過程

評(píng)價(jià)時(shí)，需建立CNG加氣站安全等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7]，將CNG加氣站安全劃分為5個(gè)等級(jí)。各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)序列如下：Ⅰ級(jí)，安全，{95， 95，．．．，95}；Ⅱ級(jí)，較安全，{85， 85，．．．，85}；Ⅲ級(jí)，一般安全，{75， 75，．．．，75}；Ⅳ級(jí)，較不安全，{65， 65，．．．，65}；Ⅴ級(jí)，不安全，{55， 55，．．．，55}。首先請(qǐng)專家對(duì)被評(píng)CNG加氣站內(nèi)各指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，建立參評(píng)數(shù)據(jù)序列，然后利用三角模糊AHP法確定各指標(biāo)的權(quán)重，最后采用灰色關(guān)聯(lián)度法確定加氣站所屬的安全等級(jí)，具體步驟如下：

（1）通過對(duì)CNG加氣站進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，綜合各種資料，建立CNG加氣站安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型；

（2）邀請(qǐng)專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，并用三角模糊數(shù)構(gòu)造模糊判斷矩陣。記為[8]：，當(dāng)有N位專家進(jìn)行評(píng)判時(shí)，aij為綜合三角模糊數(shù)，它是N位專家評(píng)判的綜合值；

（4）針對(duì)各模糊判斷矩陣，由公式（4）計(jì)算第i個(gè)元素Ai重要于其他元素的可能性程度：

（5）計(jì)算同一層次所有元素相對(duì)于目標(biāo)層的相對(duì)重要性的排序權(quán)重，進(jìn)行層次總排序；

（6）運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度法計(jì)算CNG加氣站各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，確定加氣站所屬安全等級(jí)。

3 對(duì)大慶市某CNG站進(jìn)行安全評(píng)價(jià)

3.1 各指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)安全系統(tǒng)工程理論，通過對(duì)大慶市CNG加氣站的實(shí)地調(diào)研，在綜合分析各種資料的基礎(chǔ)上，從影響CNG加氣站的安全因素：人員、設(shè)備、管理和環(huán)境四方面進(jìn)行考慮，建立了大慶市某CNG加氣站安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

首先請(qǐng)專家對(duì)各準(zhǔn)則之間的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造出準(zhǔn)則層相對(duì)于目標(biāo)層的模糊判斷矩陣，如表1所示。

根據(jù)公式（3）計(jì)算每個(gè)準(zhǔn)則同所有其他準(zhǔn)則相比較的綜合重要程度值：

根據(jù)公式（2）得M1≥M2的可能性程度如下：V（S1≥S2）=1.000,V（S1≥S3）=1.000,V（S1≥S4）=1.000由公式（4）得各準(zhǔn)則重要于其他準(zhǔn)則可能性程度為：d′（B1）=minV （S1≥S2,S1≥S3,S1≥S4）=min（1,1,1）=1同理：d′（B2）=0.953，d′（B3）=0.490，d′（B4）=0.085所以W′=（1.000,0.953,0.490,0.085）T，歸一化得W=（0.395,0.377,0.194,0.034）T

同理可計(jì)算出各指標(biāo)層C1～C3、C4～C8、C9～C13、C14～C16分別相對(duì)于準(zhǔn)則層B1、B2、B3、B4的權(quán)重，權(quán)重計(jì)算結(jié)果及排序匯總?cè)绫?所示。

3.2 確定安全等級(jí)

（1）按照CNG加氣站的實(shí)際情況，請(qǐng)有關(guān)專家對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行打分，打分情況如表2所示。

（2）確定標(biāo)準(zhǔn)序列和參評(píng)數(shù)據(jù)序列

（3）無量綱化處理

（4）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)[9]

第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象中第k個(gè)指標(biāo)與第k個(gè)最優(yōu)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算如公式（5）所示。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列與第i個(gè)參評(píng)數(shù)據(jù)

圖1 大慶市某CNG加氣站安全評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 The safety assessment criteria hierarchy model for the Daqing CNG filling station

表1 將B1～B4對(duì)A的模糊判斷矩陣Table 1 B1～ B4for A fuzzy judgment matrix

表2 大慶市某CNG加氣站安全指標(biāo)權(quán)重匯總Table 2 Security index weights summary of Daqing CNG filling station

由公式（5）可得人員因素B1的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

（5）計(jì)算人員因素的關(guān)聯(lián)度：關(guān)聯(lián)度ξWR=，RB1=

最大關(guān)聯(lián)度RB1max=0.8312，說明該CNG加氣站人員因素安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，較安全。同理：

最大關(guān)聯(lián)度RB2max=0.8277，說明該CNG加氣站設(shè)備設(shè)施安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，較安全。

最大關(guān)聯(lián)度RB3max=0.8219，說明該CNG加氣站安全管理安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，較安全。

最大關(guān)聯(lián)度RB4max=0.9191，說明該CNG加氣站環(huán)境衛(wèi)生安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，較安全。

整個(gè)CNG加氣站灰色關(guān)聯(lián)度為：

該CNG加氣站最大灰色關(guān)聯(lián)度Rmax=0.8311，所以整個(gè)CNG加氣站安全等級(jí)屬于Ⅱ級(jí)，較安全。

4 結(jié) 論

（1）由表2可以看出，人員因素和設(shè)備設(shè)施所占權(quán)重最大，說明其對(duì)CNG加氣站的安全影響最為重要，而且從權(quán)重排序結(jié)果可清楚的了解影響CNG加氣站安全的主要因素與次要因素，加強(qiáng)對(duì)主要因素的監(jiān)督與檢測(cè)，警惕易忽略的因素，做到防患于未然，提高加氣站的安全管理水平；

（2）運(yùn)用三角模糊AHP法確定其各指標(biāo)的權(quán)重，采用灰色關(guān)聯(lián)度法計(jì)算參評(píng)數(shù)據(jù)序列與各標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)序列的關(guān)聯(lián)度，減少了人員主觀性的影響，最終得到大慶市某CNG加氣站所屬的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，較安全，其評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行狀況相符，說明使用該方法對(duì)加氣站進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是有效的、可行的，不僅能為CNG加氣站的管理者提供新的評(píng)價(jià)方法，而且能為改善CNG加氣站的安全管理提供參考；

（3）實(shí)際運(yùn)行過程中影響CNG加氣站安全的因素很多，而且對(duì)CNG加氣站的安全評(píng)價(jià)不是一種方法就能解決的，在三角模糊AHP法的基礎(chǔ)上，還可綜合多種評(píng)價(jià)方法，充分考慮導(dǎo)致CNG加氣站的各種不安全因素，以便對(duì)CNG加氣站安全作出更加符合實(shí)際、更加合理有效的評(píng)價(jià)，從而促進(jìn)CNG加氣站的安全運(yùn)行。

［1］ 張琳．CNG加氣站安全評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2007．

［2］ 尹燕莉．CNG加氣站安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究及軟件開發(fā)[D].成都：西華大學(xué)，2006．

［3］ 許樹柏．層次分析法原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988．

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［7］ 陳杰，石超，方來華．基于灰色關(guān)聯(lián)分析和IAHP的CNG加氣站安全評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19（6）：159-165．

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［9］ 鄧聚龍．灰色系統(tǒng)基本理論[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998．

Applications of Triangular Fuzzy AHP and Grey Correlation Methods in Safety Assessment of CNG Filling Stations

ZHANG Li1，XIE Yu-jun1，JIANG Li-jun1，GONG Xue1，LIANG Mei-fang2
（1. School of Mechanical Engineering,Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. Daqing Oilfield Engineering Co., Ltd. , Heilongjiang Daqing 163000，China）

Through comprehensive analysis of risk factors for CNG filling stations, the safety assessment criteria hierarchy model and the security level for the CNG filling station were established considering the four aspects of personnel, equipment, management and environment. Triangular fuzzy AHP method was used to determine the weight of each index, and the grey correlation method was used to calculate the correlation degree between the given sequence and the standard sequence, then security level of the filling station was determined. This paper not only can provide a new evaluation method for CNG filling station managers, but also can provide the useful reference for improving the safety management of the CNG filling stations.

CNG filling station; Triangular fuzzy numbers; Grey correlation method; Safety evaluation

X 937

A

1671-0460（2015）01-0201-04

2014-09-02

張麗（1987-），男，安徽界首人，碩士研究生，研究方向：石油化工安全。E-mail：zhangli19881019@163.com。