應用改進層次分析法和模糊綜合評判的油庫靜電災害評估

楊笑源，趙曉剛

(解放軍后勤工程學院軍事供油工程系，重慶 401311)

隨著油庫大型化發(fā)展和油料收發(fā)量的快速增加，因靜電火花放電引起的突發(fā)性爆炸事件數(shù)呈上升態(tài)勢，油庫靜電災害的預防工作逐漸引起重視，亟需油庫相關管理部門制定科學可行的靜電災害預防工作規(guī)劃。但由于靜電防護工作著手點復雜多樣，如何抓主要任務，分清輕重緩急來合理安排工作是困擾油庫管理者的難題。在傳統(tǒng)的工作實踐中，油庫管理者往往缺乏客觀依據(jù)，僅憑自身的有限認識確定工作的重要程度，主要表現(xiàn)為2點［1］:① 評價手段往往采用近似模糊的文字描述，不能使用嚴謹?shù)臄?shù)學計算來保證客觀性，結果往往差強人意，難以令人信服;②評價手段過于單一，沒有綜合考慮各種評價手段，使得結果不夠嚴謹。因此，采用基于改進層次分析法和模糊綜合評判的雙重指標來評估油庫的靜電事故預防工作，既保證了評價結果的客觀性，又避免了因單一方法造成的不確定性，可以準確地反映油庫靜電災害預防評估的狀態(tài)。

1 問題分析的方法和步驟

該問題的研究過程是改進層次分析法(AHP)和模糊綜合評判法過程的結合。

1.1 改進層次分析(AHP)過程

改進層次分析法是一種定性與定量相結合的綜合評價方法，在傳統(tǒng)的層次分析法中，常采用Statty 1～9標度法，使用諸如“稍微”、“明顯”、“強烈”、“極端”的因素進行兩兩比較，使得評判帶有極大的主觀性偏差，而且，由于得出判斷矩陣可能不一致的原因，需要復雜的檢驗過程，如不一致還需要多次調整，這給計算機編程帶來了極大的困難［2－3］。

改進層次分析法計算的基本步驟是［4－6］:

1)建立一個基于各種影響因素的遞階層次結構。對油庫靜電災害預防工作體系，主要分析其抑制靜電積聚、加速靜電逸散、強化人員管控等綜合因素，建立起層次分析圖。

2)參照各因素的特點，邀請專家和業(yè)務骨干確定權重指標，經廣泛調查并結合油庫的具體實際，采用各因素兩兩比較的三標度方法，構造判斷矩陣A。

其中Aij為第i因素與第j因素相比的重要性，且Aii=1。

4)構造判斷矩陣Bij:

5)求上述判斷矩陣Bij的傳遞矩陣Cij:Cij=lgbij，i=1，2，…，n。

6)求傳遞矩陣Cij的最優(yōu)傳遞矩陣Dij:dij=

7)求判斷矩陣 Aij的擬優(yōu)一致矩陣 A'ij:A'ij=10dij。

8)利用方根法由擬優(yōu)一致矩陣計算出矩陣的特征向量，并進行歸一化，進行層次單排序，進而計算相同層次所有因素對于總目標層重要性的權值，即層次的總排序，由此得到各因素的各層權重(表1)，最后確定最首要的因素。

表1 層次總排序表

1.2 模糊綜合評判過程

模糊綜合評判法是對評價過程涉及的模糊因素進行評價的方法，其基本思路是［7－9］:

1)綜合分析各種影響因素。首先建立因素集 U，即 U={u1，u2，…，um};然后根據(jù)各因素之間的不同重要程度，建立權數(shù)ai(i=1，2，…，m)的重要度集合~A={a1，a2，…，am};最后綜合各種影響因素，將各種評判結果綜合成一個評價集合V={v1，v2，…，vm}。

2)進行單因素模糊評判。僅從一個因素出發(fā)，確定該因素對評價集元素的隸屬程度，組成單因素評判集Rm:

3)進行模糊綜合評判:

其中:B稱為模糊綜合評判集;bj(j=1，2，…，n)稱為模糊綜合評判指標。bj的含義為:當所有的因素全部被考慮時，評判對象對備擇集中第j個元素的隸屬程度。

最后將2種方法得出的結論進行綜合分析和比較，即得出油庫靜電災害預防工作最需重視的因素。

2 應用實例

2.1 改進的層次分析法分析過程

1)實地調研重慶某油庫，結合油庫管理工作者和高級工程師的工作經驗及當?shù)赜蛶鞂嶋H情況，確定油庫靜電災害防護評估因素［10－11］，并將各因素和方案構成有序遞階層次結構(見圖1)。

圖1 油庫靜電災害防護方案層次結構

2)計算矩陣特征值

①兩兩比較得出比較矩陣Aij并計算重要性排序指數(shù)ri:

②計算判斷矩陣Bij:

③計算傳遞矩陣Cij:

④計算最優(yōu)傳遞矩陣Dij:

⑤計算擬優(yōu)一致矩陣A'ij:

⑥ 計算 A'ij的特征向量=(2.466，0.517，0.784)，歸一化得最終特征向量為 WA－B=(0.655，0.137，0.208)。

依照以上計算方法，可以得出矩陣B1－C，B2－C，B3－C的歸一化特征向量為:

3)得出層次總排序(見表2)。

表2 層次總排序

4)結果分析與討論

由層次總排序表的結果知該油庫決策者可以根據(jù)上述結果合理確定靜電災害防護工作的先后順序。C1的總排序權重值是最大的，說明防止油品混合水和空氣是避免靜電產生的首要條件，也是油庫靜電防護工作應該密切關注的要點，在下一步的工作中應有針對性地加強;C2的權重值位于第2位，說明控制油品流速的重要性次之。以此類推，根據(jù)權重大小即可確定油庫靜電災害防護工作的先后順序。

2.2 模糊綜合評判法分析過程

1)確定各因素的權重集

由本文的層次分析結果直接可以得到準則層各因素對應的權重集:

2)確定隸屬度矩陣

在本案例中，隸屬度矩陣采用專家評判打分法。專家評標委員會由12名業(yè)務骨干、高級工程師和資深管理者組成。他們對各項指標分別用百分制打分，為了減少主觀性因素的影響，采用去掉最高分和最低分再取算術平均值的方法作為該指標的得分，將得分除以100得到隸屬度矩陣R～:

3)模糊綜合評判

為了使評判因素與所對應的權重相互兼顧，在計算B～時，使用主因素決定型M(Y·I)來計算結果并不精確，最好采用符合本例的加權平均型M(··⊕)來計算結果。

歸一化，可得

4)分析與討論

括號中的數(shù)值就是對油庫靜電災害防護因素的綜合評判結果。因為隸屬函數(shù)與評價函數(shù)是一致的，按照最大隸屬原則來識別，則對應數(shù)值大的因素應優(yōu)先處理，故對應油庫靜電災害預防工作安排的先后順序為:防止油品混合水或空氣、控制油品流速、提高工作人員防靜電意識等，剩余因素依次類推。

2.3 兩種方法綜合分析

經2種方法綜合分析，發(fā)現(xiàn)方案層要素C1，C2，C10都是位于前3 位的因素，且 C1＞C2＞C10，說明對于油庫靜電災害預防管理的各種工作要點而言，防止油品混合水或空氣是關鍵因素，應該抓住這一重點，對油品混水或空氣的安全隱患花大力氣整治和監(jiān)察，確保油庫的安全運行。控制油品流速和提高工作人員防靜電意識位于所有因素的第2位和第3位，說明二者也是排查靜電事故隱患過程中需要特別關注的因素。

經實地調研及咨詢驗證，以上結論與油庫實際基本相符。因此，為了避免油庫靜電災害事故的發(fā)生，應該做到:

1)強化業(yè)務規(guī)范流程，嚴禁油品混水混空氣等高危操作，不定期做好檢查工作，杜絕靜電產生的首要隱患。

2)收發(fā)油過程中控制油品流速，避免因油品高速流動產生的靜電花火引發(fā)的爆炸事故，裝油起始流速控制在1 m/s為宜;當油品浸沒鶴管進出油管口 200 m 以上后，流速控制在4.5 m/s為宜［12］。

3)針對極易產生靜電的危險操作，應加強相關人員的安全教育，強化其安全意識，同時加強業(yè)務學習和操作技能培訓，杜絕工作人員思想懈怠、麻痹大意、違章操作。

4)嚴格排查沒有安裝靜電接地裝置的油庫儲油系統(tǒng)，對此類系統(tǒng)應定期進行維護和檢查［11］，若客觀條件允許應盡量安裝接地裝置，以避免靜電災害的發(fā)生。在有靜電隱患的場所，在工藝條件允許的情況下，可通過提高空氣相對濕度的方法消除靜電的危險。

3 結論

1)根據(jù)油庫靜電災害防護的特點，將層次分析和模糊綜合評判相結合的方法應用于油庫安全系統(tǒng)的決策和控制是完全可行的。層次分析法實現(xiàn)了對決策科學定性與定量分析的有機結合;模糊綜合評判實現(xiàn)了對分析因素不確定性的定量分析。二者的綜合使用，不僅減少了決策者因主觀性思考造成的分析失誤，而且避免了因單一方法分析造成決策的不準確。

2)本文考慮了與靜電災害防護相關的10個因素。對不同的油庫而言，實際情況不甚相同，考慮的因素和分配的權重也不盡相同。因此，在進行評估時，應結合當?shù)赜蛶斓膶嶋H調研靈活變通，確保評估結果的準確性。

3)對于方案層要素數(shù)目繁多的案例，運算量很大，采用人工計算比較困難，可以將層次分析法和模糊綜合評判法編寫成計算機程序。使用者僅需在程序的對話框中輸入幾個數(shù)據(jù)便可得出評判結果，且計算結果更加迅速準確，便于在油庫靜電災害防護工作實際中推廣使用。

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