基于模糊層次分析法的水力發(fā)電廠的安全性評(píng)價(jià)

楊　爽，楊　輝，曾　義，張　平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

基于模糊層次分析法的水力發(fā)電廠的安全性評(píng)價(jià)

楊爽，楊輝，曾義，張平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

摘要：為定量綜合評(píng)價(jià)水電廠的安全狀況，采用模糊層次分析法，根據(jù)水電廠安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立包含工作人員素質(zhì)、生產(chǎn)設(shè)備、勞動(dòng)安全與環(huán)境、安全生產(chǎn)管理的安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建三角模糊互判矩陣，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。再結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)，對(duì)某水電廠的安全情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：該水電廠的安全評(píng)價(jià)為“一般”，影響水電廠安全的首要因素是安全生產(chǎn)管理。該研究成果實(shí)用可靠，對(duì)提高水電廠安全水平具有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水電廠安全性評(píng)價(jià)；模糊層次分析；模糊綜合評(píng)判；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；安全管理

1　引言

由于水電廠要求穩(wěn)定運(yùn)行并提供優(yōu)質(zhì)可靠的電能，因此，安全生產(chǎn)工作便成為了水電廠的一項(xiàng)重要課題。如果在水電廠發(fā)生了安全事故，輕則造成設(shè)備損壞，重則引起電網(wǎng)崩潰，甚至?xí)＜叭松戆踩斐蔀?zāi)難性后果。因此，非常有必要對(duì)水電廠進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)水電廠進(jìn)行定性和定量的分析，確定生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生危險(xiǎn)的可能性及其嚴(yán)重程度，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，提高安全生產(chǎn)水平，超前控制事故的發(fā)生。

目前，用于電力生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)的方法主要有安全檢查表評(píng)價(jià)法（SCL）[1]、故障樹(shù)分析法（FTA）[2]，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[3]以及層次分析法（AHP）[4]等。每個(gè)方法都有其優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和使用范圍。如SCL須事先編制大量的檢查表，工作量大且安全檢查表的質(zhì)量受制表人員的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)影響。FTA分析針對(duì)特定事故較有優(yōu)勢(shì)，而對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，所需編制的事故樹(shù)較龐大，計(jì)算較復(fù)雜，給定性和定量分析帶來(lái)困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法工作具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，需要人為地去調(diào)試，才能得到一個(gè)較好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，非常耗費(fèi)人力與時(shí)間，具有一定的局限性。AHP進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)沒(méi)有考慮人的判斷模糊性，而且檢驗(yàn)判斷矩陣一致性比較困難[5]。而模糊層次分析法（FAHP），評(píng)價(jià)體系建立較簡(jiǎn)單，對(duì)使用人員的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)要求不高[6]。故本文采用模糊層次分析法（FAHP）來(lái)完成對(duì)水電廠的安全性評(píng)價(jià)。

2　模糊層次分析法（FAHP）

模糊層次分析法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清，不易定量的因素定量化，從而對(duì)實(shí)際的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種方法[7]。使用層次分析法（AHP），可以將復(fù)雜的問(wèn)題分解為若干層次，建立階梯層次結(jié)構(gòu)。再通過(guò)決策者對(duì)同一層次中各個(gè)因素進(jìn)行兩兩比較和分析，給出比例標(biāo)度，形成比較判斷矩陣，并通過(guò)一定的數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到該層次中各個(gè)因素的權(quán)重值，最后通過(guò)排序得到最佳方案。

FAHP和AHP的計(jì)算步驟基本相同，不同之處在于FAHP用“大約”、“左右”這樣的量來(lái)描述因素間重要程度的比較判斷，而不是用精確的值來(lái)表示，減少了因決策者認(rèn)識(shí)上的局限性和思維判斷的模糊性而造成的判斷失誤，提高了分析的準(zhǔn)確性。模糊層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的主要步驟見(jiàn)圖1。

圖1　模糊層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)步驟

2.1 構(gòu)造模糊判斷矩陣

構(gòu)造模糊判斷矩陣是FAHP的核心問(wèn)題。模糊判斷矩陣表示對(duì)于上一層某元素，本層次相關(guān)元素間的相對(duì)重要程度。該矩陣的構(gòu)造方法有多種，本文根據(jù)實(shí)際情況，采用的是三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣。三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣是由三角模糊數(shù)表示的矩陣，其定義如下：

若a=(al,am,au)，其中0＜al≤am≤au，則稱a為一個(gè)三角模糊數(shù)，其隸屬度函數(shù)可表示為

設(shè)判斷矩陣A=(aij)n×n，式中，

aij=(al ij,amij,auij),aji=(al ji,amji,auji)，如果alij+auji=amij+amji=auij+alji=1，auij≥amij≥alij＞0，i,j∈N，N={1,2,L,n}，則稱是三角互補(bǔ)判斷矩陣[8]。

采用三角模糊互補(bǔ)標(biāo)度可構(gòu)造相應(yīng)的模糊互補(bǔ)判斷矩陣，從而描述任意兩個(gè)因素之間的相對(duì)重要程度。常用的模糊互補(bǔ)標(biāo)度為0.1～0.9標(biāo)度。0.1～0.9模糊互補(bǔ)標(biāo)度的含義見(jiàn)表1[9]。

表1　0.1～0.9標(biāo)度法

運(yùn)用表1的標(biāo)度方法，可獲得元素a1，a2，，a，其中，a=（a，a，a），則相對(duì)于上一層元素的三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣為：

2.2確定三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣的權(quán)重

計(jì)算三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣權(quán)重的步驟如下：

Step2計(jì)算三角模糊互補(bǔ)矩陣的行和，并通過(guò)歸一化處理，求出其權(quán)重向量ωi(i∈N,N={1,2,L,n})為

可能度的概念及計(jì)算方法如下：

設(shè)a=(al,am,au)，b=(bl,bm,bu)，則稱

類似的，稱

Step4求出可能度矩陣后，利用文獻(xiàn)[10]中給出的公式：

進(jìn)行求解，可得三角模糊互補(bǔ)判斷矩陣的權(quán)重ω=(ω1,ω2,K ,ωn)T。

2.3確定評(píng)語(yǔ)集和多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象所做評(píng)價(jià)結(jié)果的集合稱為評(píng)語(yǔ)集，用V=(v1,v2,L,vn)表示。評(píng)價(jià)等級(jí)可分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2[11]。

專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和評(píng)價(jià)等級(jí)，分別對(duì)各層次中的單因素進(jìn)行打分，根據(jù)專家的打分情況建立單因素評(píng)價(jià)矩陣。例如，對(duì)某一因素，10名專家中有4人認(rèn)為好，3人認(rèn)為較好，3人認(rèn)為一般，則得到的單因素評(píng)價(jià)矩陣為（0.4,0.3,0.3,0,0）。結(jié)合單因素評(píng)價(jià)矩陣，作模糊綜合評(píng)判。

模糊綜合評(píng)判采用多級(jí)模糊綜合評(píng)判，針對(duì)不同層次的子因素分別進(jìn)行綜合評(píng)判。由各因素對(duì)應(yīng)

1000例職業(yè)健康查體人員直接數(shù)字化攝影檢查后1級(jí)片、2級(jí)片質(zhì)量對(duì)比高千伏胸片檢查顯著更高，P＜0.05，統(tǒng)計(jì)學(xué)展現(xiàn)組間分析研究意義。

表2　安全等級(jí)加權(quán)值和標(biāo)準(zhǔn)分值

備注：1）安全評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)目可視實(shí)際情況分級(jí)需要而不同，一般為5級(jí)；2）加權(quán)值和標(biāo)準(zhǔn)分值是經(jīng)驗(yàn)確定的。的權(quán)重矩陣和評(píng)價(jià)矩陣，利用公式=×矩陣運(yùn)算后歸一得到模糊綜合評(píng)判集B=(b1,b2,L,bn)。

3　電廠安全性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

水電廠安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是根據(jù)水電廠安全生產(chǎn)的實(shí)際需求與安全評(píng)價(jià)理論及其模型的基礎(chǔ)上提出的。確定以水電廠安全性評(píng)價(jià)為總目標(biāo)層，采用“人-設(shè)備-環(huán)境-管理”為一級(jí)指標(biāo)，以及相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)為指標(biāo)層的水電廠安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，共有20個(gè)安全變量，相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)圖2。

圖2　水電廠安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4　實(shí)例分析

根據(jù)水電廠安全性模糊層次分析評(píng)價(jià)模型，以某水力發(fā)電廠為例進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該水電廠安全管理措施完善，生產(chǎn)設(shè)備齊全，安全保障技術(shù)合理?，F(xiàn)采用模糊層次分析法，對(duì)該水電廠進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

4.1計(jì)算各層次權(quán)重值

模糊層次分析法各層次權(quán)重值步驟：

（1）建立圖2中的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定以水電廠安全為目標(biāo)層A，一級(jí)指標(biāo)為準(zhǔn)則層，二級(jí)指標(biāo)為指標(biāo)層C。

（2）根據(jù)指標(biāo)體系并結(jié)合表1中的標(biāo)度方法，建立各層次的三角模糊互補(bǔ)矩陣。準(zhǔn)則層的模糊評(píng)判矩陣見(jiàn)表3。

4.2確定評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)水電廠安全性評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)，并查閱相關(guān)資料[13]，結(jié)合相關(guān)專家的意見(jiàn)，對(duì)指標(biāo)層中各個(gè)因素進(jìn)行打分，建立評(píng)語(yǔ)集，并構(gòu)造相應(yīng)的評(píng)價(jià)矩陣，見(jiàn)表4。

表3　準(zhǔn)則層模糊評(píng)判矩陣B

表3　準(zhǔn)則層模糊評(píng)判矩陣B

評(píng)價(jià)準(zhǔn)則　　工作人員素質(zhì)RB1 　　生產(chǎn)設(shè)備RB2 　　勞動(dòng)安全與環(huán)境RB3 　　安全生產(chǎn)管理RB4工作人員素質(zhì)　?。?.5,0.5,0.5）　?。?.5,0.6,0.7）　?。?.4,0.5,0.6）　?。?.3,0.4,0.5）準(zhǔn)則層模糊評(píng)判矩陣生產(chǎn)設(shè)備　　（0.3,0.4,0.5）　?。?.5,0.5,0.5）　　（0.2,0.3,0.4）　?。?.1,0.2,0.3）勞動(dòng)安全與環(huán)境　?。?.4,0.5,0.6）　?。?.6,0.7,0.8）　?。?.5,0.5,0.5）　　（0.3,0.4,0.5）安全生產(chǎn)管理　?。?.5,0.6,0.7）　?。?.7,0.8,0.9）　?。?.5,0.6,0.7）　?。?.5,0.5,0.5）

表4　安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及單因素評(píng)價(jià)

4.3多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)指標(biāo)層的權(quán)重值以及對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)矩陣，進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)：得到該因素的隸屬度。

表5　隸屬度的計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，可通過(guò)加權(quán)計(jì)算求得對(duì)該水電廠的綜合安全性評(píng)價(jià)，即：

由于V∈(6,7.9)，這說(shuō)明該水電廠的安全狀況屬于“一般”。所得結(jié)果與安全性評(píng)價(jià)考核結(jié)論是一致的，說(shuō)明采用模糊層次分析法對(duì)水電廠進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)是可行的。

根據(jù)工作人員素質(zhì)指標(biāo)層的各個(gè)等級(jí)的隸屬度，通過(guò)加權(quán)計(jì)算求得該指標(biāo)層的安全性評(píng)價(jià)，即

同理，可相應(yīng)得到生產(chǎn)設(shè)備、勞動(dòng)安全與環(huán)境和安全生產(chǎn)管理指標(biāo)層的安全性評(píng)價(jià)，見(jiàn)表6。

表6　指標(biāo)層的安全性評(píng)價(jià)結(jié)果

由計(jì)算可知工作人員素質(zhì)和勞動(dòng)安全與環(huán)境在本層次的綜合評(píng)價(jià)得分相對(duì)較低，因此，為提高水電廠整體的安全水平，應(yīng)該從這兩個(gè)方面加以改進(jìn)。

4.4評(píng)價(jià)分析

借鑒前人在水電廠安全性評(píng)價(jià)方面的研究方法，結(jié)合實(shí)例，采用“人-設(shè)備-環(huán)境-管理”的分析方法，建立了合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)上述實(shí)例的分析結(jié)果，影響水電廠安全的主要限制因素是安全生產(chǎn)管理。在進(jìn)行水電廠安全性評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工作人員素質(zhì)和勞動(dòng)安全與環(huán)境的控制。強(qiáng)化工作人員的安全意識(shí)，關(guān)注其健康狀況、技術(shù)水平和勞動(dòng)強(qiáng)度，整體提高工作人員的素質(zhì)水平。同時(shí)在水電廠的安全管理中，應(yīng)注重勞動(dòng)安全、作業(yè)環(huán)境和交通消防安全等方面的建設(shè)。嚴(yán)格貫徹執(zhí)行安全檢查管理制度，進(jìn)行相應(yīng)的安全教育活動(dòng)，提出安全措施，減少安全隱患，這樣才能確保水電廠安全可靠的運(yùn)行。

上述結(jié)果表明，應(yīng)用模糊層次分析法進(jìn)行安全評(píng)價(jià)所得結(jié)果是實(shí)用可靠的，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，可以對(duì)水電廠的安全情況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，確定水電廠中的不安全因素，便于采取相應(yīng)的措施，對(duì)提高水電廠的安全水平具有實(shí)用價(jià)值，帶來(lái)良好的社會(huì)效益。

5　結(jié)論

（1）本文創(chuàng)新性的提出了基于模糊層次分析法的水電廠安全性評(píng)價(jià)，克服了層次分析法的局限性，提高了分析的準(zhǔn)確性。

（2）本方法考慮了人判斷的模糊性，與其他評(píng)價(jià)方法相比具有評(píng)價(jià)體系簡(jiǎn)單、計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)。

（3）該方法能在缺資料、少信息條件下建模、預(yù)測(cè)和決策，有一定的可操作性，結(jié)論可信，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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中圖分類號(hào)：X913

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0099-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.029

收稿日期：2015-05-04

作者簡(jiǎn)介：楊爽（1988-），女，助理工程師，從事水電廠通訊設(shè)備檢修和維護(hù)工作。