基于模糊層次綜合分析法的在役道路運(yùn)輸危險化學(xué)品罐式車輛安全分級評價

陳曉偉 賈雪峰 王 健 陳增江 王加慶

（泰安市特種設(shè)備檢驗研究院 泰安 271000）

近年來隨著人民安全意識的提高，危險化學(xué)品的道路運(yùn)輸安全越來越受到社會各界的廣泛關(guān)注和重視。?；饭捃嚨陌踩潭戎苯雨P(guān)系到危險化學(xué)品道路運(yùn)輸?shù)陌踩珕栴}。由于?；饭捃嚨慕煌ㄊ鹿食錆M著偶然性和不確定性，?；饭捃嚨谋举|(zhì)安全對危險化學(xué)品的運(yùn)輸安全起決定性的作用，因此?；饭捃囆枰谌接匈Y質(zhì)的機(jī)構(gòu)檢驗合格后才能進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)。隨著?；饭捃嚪勰晗薜难娱L，金屬罐體的變形量及腐蝕程度逐漸增加，降低罐體的承載能力和抗沖擊能力；金屬罐體的焊縫在腐蝕介質(zhì)的作用下將逐漸出現(xiàn)微裂紋、晶間腐蝕等缺陷，嚴(yán)重影響焊縫的性能；罐車制動系統(tǒng)會發(fā)生磨損、變形，影響車輛的制動性能；金屬罐體與車體的連接部位將會發(fā)生腐蝕、磨損及變形，降低金屬罐體和車體的連接強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，以上問題不同程度的影響危險化學(xué)品在運(yùn)輸過程中的安全，僅依靠檢驗不能完全滿足?；饭捃嚨陌踩?。因此，結(jié)合?；饭捃嚫鞑考案黝惾毕輰Π踩挠绊懗潭?，選擇合適的方法對整機(jī)作全面的安全分級評價具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義，為?；饭捃嚨木S護(hù)、保養(yǎng)及修理提供理論依據(jù)，進(jìn)一步保證危險化學(xué)品的道路運(yùn)輸安全。

1 模糊層次綜合分析法應(yīng)用分析

模糊綜合評價（FCE）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，結(jié)合所有的因素對事物進(jìn)行評價。該方法簡單易行，可綜合定性和定量方法的特征，有效地解決評價的不確定性。層次分析法（AHP）是在理論和實際分析的基礎(chǔ)上，將目標(biāo)的相關(guān)的因素按照不同屬性分解成若干層次，各層因素是相互制約、相互關(guān)聯(lián)的，同一因素既從屬于上一層又對下一層因素起到支配作用，最下層因素構(gòu)成若干評價子集。AHP各層各因素對上一層支配目標(biāo)的影響程度不一樣，通過兩兩比較的方式構(gòu)造各因素重要度的判斷矩陣并計算出各因素對上層目標(biāo)的權(quán)重，該方法彌補(bǔ)模糊綜合評價方法在權(quán)重確定的不足，降低人為因素的干擾度，保證評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。

模糊層次綜合分析法（FAHP）是一種將模糊綜合評價法和層次分析法相結(jié)合的評價方法，是一種定性與定量相結(jié)合的評價模型，一般是先用層次分析法將評價因素集分成合理的若干層，確定各層評價因素的權(quán)重集，然后利用模糊數(shù)學(xué)原理將底層各評價因素定量化，通過逐層的模糊合成，最終確定目標(biāo)層的綜合評判結(jié)果，兩種方法相互融合，相互補(bǔ)充，使目標(biāo)的評價結(jié)果具有很好的可靠性[1]。

?；饭捃嚨陌踩旨壴u價涉及評價因素是多樣化、多層次的，將評價因素按照屬性的差異分成若干層次，各層因素對?；饭捃嚢踩缘挠绊懗潭仁遣灰粯拥?，只有逐層的比較關(guān)聯(lián)因素的重要性才能評判整機(jī)的安全性；危化品罐車底層的各評價因素是一個模糊的概念，需要用模糊關(guān)系原理將各評價因素進(jìn)行定性和定量化處理才能進(jìn)行安全評價[2]。因此，危化品罐車的整機(jī)安全分級評價是符合模糊層次綜合分析法的基本模型要求的，具有較強(qiáng)的可操作性。

2 基于模糊層次綜合分析法?；饭捃嚢踩旨壴u價的模型構(gòu)建

2.1 模型的評價指標(biāo)體系

根據(jù)道路運(yùn)輸危險化學(xué)品罐式車輛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合模糊層次綜合分析法的要求，建立模型評價指標(biāo)體系，該評價指標(biāo)體系分為A、B、C、D四層[3-5]。A層為目標(biāo)層，即為在役道路運(yùn)輸危險化學(xué)品罐式車輛整機(jī)；B層為目標(biāo)層的影響層，也是C層的支配層，包括金屬罐體B1、罐車車體B2、司機(jī)和操作人員B3共3個指標(biāo)；C層為B層各評價指標(biāo)的影響層，也是D層各評價指標(biāo)的支配層，共有12個評價指標(biāo)；D層是C層的影響層，共有24個評價指標(biāo)，具體的評價指標(biāo)體系如圖1所示：

圖1 模型的評價指標(biāo)體系

2.2 模型的評價指標(biāo)權(quán)重集

模型的指標(biāo)體系已經(jīng)建立，各層評價指標(biāo)對上一層支配指標(biāo)的影響程度不一樣，即各評價指標(biāo)對上層支配指標(biāo)的權(quán)重是不一樣的，通過同層次兩兩評價指標(biāo)的重要程度的比較，形成同層次評價指標(biāo)的判斷矩陣。在同層次兩兩評價指標(biāo)重要程度比較的過程中，本模型引入“1-9標(biāo)度法”對兩兩評價指標(biāo)則重要程度進(jìn)行標(biāo)度，構(gòu)造同層評價指標(biāo)的判斷矩陣，表1為“1-9標(biāo)度法”中兩個指標(biāo)比較時相對重要度的標(biāo)度含義[6]。本模型在評價指標(biāo)的實際標(biāo)度過程中，采取征詢相關(guān)專家并通過多人討論標(biāo)度的方式以最大程度的確保兩兩比較標(biāo)度的準(zhǔn)確性，最終構(gòu)建一個客觀的、合理的評價指標(biāo)的判斷矩陣。

在判斷矩陣的實際構(gòu)造過程中，由于評價對象的復(fù)雜性及評價者思維的差異性，各評價指標(biāo)的排序可能會出現(xiàn)錯誤或混亂，因此有必要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗。定義判斷矩陣A的一致性指標(biāo)（ConsistenceIndex，CI）為：

其中，λmax為判斷矩陣A的最大特征值，λmax越大，CI越大，A的不一致性就越嚴(yán)重。

由于不同標(biāo)度的隨機(jī)一致性指標(biāo)（Random Consistency Index，RI）是不同的，見表2[6]。為了更準(zhǔn)確地表達(dá)判斷矩陣的一致性，設(shè)計引入評價一致性比例（Consistence Ratio，CR）指標(biāo)：

當(dāng)CR〈0.1時，認(rèn)為該層次判斷矩陣總排序的計算結(jié)果具有令人滿意的一致性，否則，本層次的判斷矩陣應(yīng)當(dāng)做出調(diào)整，直到層次總排序的一致性檢驗達(dá)到要求為止[7]。

利用方根法近似求解各判斷矩陣的最大特征值和特征向量[8]，并通過一致性檢驗后，將特征向量歸一化后求得各層評價指標(biāo)的權(quán)重集W-A、W-B1、W-B2、W-B3、W-C11、W-C12、W-C13、W-C14及W-C15，見表3～表11。

表1 1-9標(biāo)度法

表2 1-10階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表

表3 A級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表4 B1級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表5 B2級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表6 B3級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表7 C11級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表8 C12級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表9 C13級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表10 C14級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

表11 C15級評價指標(biāo)判斷矩陣、權(quán)重值及一致性檢驗

2.3 模型的模糊評價集

危化品罐車安全分級評價本身就是一個模糊的概念，它由很多的模糊的評價指標(biāo)支撐，在模糊化的過程中每個評價指標(biāo)的屬性和定性的標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，但是量化標(biāo)準(zhǔn)是一致的，即根據(jù)不同評價指標(biāo)的屬性，制定不同的定性標(biāo)準(zhǔn)并客觀的、有益的調(diào)整，達(dá)到定量標(biāo)準(zhǔn)一致的原則。模型模糊評價集在實際建立過程中要遵循客觀、合理及簡潔的原則，將各評價指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理，定性的標(biāo)準(zhǔn)分為4級，即為優(yōu)、良、中、差，各評價指標(biāo)級別的判定標(biāo)準(zhǔn)要制定的客觀、合理[9]。為便于計算，該模型將各評價指標(biāo)主觀定性評價的語義學(xué)標(biāo)度進(jìn)行量化，指標(biāo)的測量參照“李克特量表”的方法，并依次賦值為4、3、2、1，分別代表評價指標(biāo)優(yōu)、良、中、差，在實際的指標(biāo)評價中，根據(jù)指標(biāo)的實際情況，對照評價指標(biāo)的定性標(biāo)準(zhǔn)，確定該評價指標(biāo)的評價等級，最終選擇該評價項目的量化分值即可。本文以評價指標(biāo)裂紋的定性和定量標(biāo)準(zhǔn)為例進(jìn)行描述，見表12。

表12 裂紋的模糊評價標(biāo)準(zhǔn)

在?；饭捃噷嶋H的安全分級評價中，將底層中屬上一層指標(biāo)支配的若干組指標(biāo)進(jìn)行模糊化處理，對照評價指標(biāo)的定性標(biāo)準(zhǔn)，確定各評價指標(biāo)的評價等級；為了盡量消除人為主觀因素對各評價指標(biāo)評價等級的影響，需要多人對各指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)評價，并將各指標(biāo)的評價結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，計算出各評價指標(biāo)等級的隸屬度，形成模糊評價集矩陣。

2.4 模型的模糊層次綜合評價

模糊合成運(yùn)算中常用取小取大算子、乘積取大算子、取小相加算子、乘積相加算子，其中，乘積相加算子體現(xiàn)權(quán)數(shù)作用比較明顯、綜合程度比較強(qiáng)，利用模糊合成向量的信息比較充分，是模糊綜合評價中綜合應(yīng)用效果最好的一種方法[10]。因此，本模型采用乘積相加算子對各層權(quán)重矩陣與模糊評價矩陣進(jìn)行逐層模糊合成運(yùn)算，最終得到目標(biāo)層的模糊綜合評價向量，乘積相加算子的計算公式為：

式中：

bj——隸屬于第j個等級的隸屬度；

ai——第i個評價指標(biāo)的權(quán)重；

rij——第i個評價指標(biāo)隸屬于第j等級的隸屬度。

目標(biāo)層模糊綜合評價向量的綜合分析一般有最大隸屬度原則、加權(quán)平均原則及模糊向量單值化原則等方法，其中，加權(quán)平均原則能夠綜合運(yùn)用所有的評價信息，具有較高的客觀性、準(zhǔn)確性，因此，本模型采用加權(quán)平均原則對目標(biāo)層的模糊綜合評價向量進(jìn)行分析，最終計算出目標(biāo)層的綜合量化分值，對設(shè)備的整機(jī)進(jìn)行安全分級。其中，加權(quán)平均原則的計算公式：

式中：

uj——第j個等級的評價賦值；

bj——隸屬于第j個等級的隸屬度。

本模型在充分考慮綜合評價量化分值的計算原則并參考與模型相關(guān)的文獻(xiàn)資料、征詢相關(guān)專家意見的基礎(chǔ)上，將評價目標(biāo)分為E1、E2、E3和E4四個等級，分別代表評價目標(biāo)的狀態(tài)為安全、合格、異常、危險，各等級具體評價量化分值的范圍見表13。評價模型不同的等級具有不同的含義，代表著該等級設(shè)備使用、維護(hù)保養(yǎng)及修理的策略，評價模型不同等級對應(yīng)的含義與策略見表14。

表13 評價模型的分級標(biāo)準(zhǔn)

表14 評價模型等級的含義與策略

3 基于模糊層次綜合分析法的?；饭捃嚢踩旨壴u價實例應(yīng)用

利用上述評價模型，選取1臺、型號為TAG5060GYY的危化品罐車進(jìn)行安全分級評價，綜合考慮課題組研究團(tuán)隊的專業(yè)人員的數(shù)量及評定人員主觀因素的影響，選取10名專業(yè)檢驗人員對該罐車共計31個評價指標(biāo)進(jìn)行模糊評價，形成評價指標(biāo)等級隸屬度的模糊評價集矩陣，見表15。

利用乘積相加模糊合成算子進(jìn)行各層權(quán)重矩陣與模糊評價矩陣進(jìn)行合成運(yùn)算求得C1層、B層的評價向量分別為：

C11=(0.5960，0.2821，0.0864，0.0355)，

C12=(0.8360，0.1240，0.0399，0.0000)，

C13=(0.3777，0.3084，0.1921，0.1218)，

C14=(0.5634，0.2201，0.1562，0.0603)，

C15=(0.6308，0.2989，0.0703，0.0000)，

B1=(0.5773，0.2781，0.1034，0.0411)，

B2=(0.6769，0.2769，0.0462，0.0000)，

B3=(0.1667，0.5667，0.2000，0.0667)。

利用乘積相加模糊合成算子求得目標(biāo)層A的評價向量為：

表15 各指標(biāo)的模糊評價矩陣

利用加權(quán)平均的原則求得模糊評價向量A即?；饭捃囌麢C(jī)的量化評價值V為：

根據(jù)表13的規(guī)定，該危化品罐車的整機(jī)的評價等級為合格，等級代碼為E2，表明該設(shè)備大部分安全指標(biāo)符合規(guī)定，存在少量安全指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，對整機(jī)安全影響較小，整機(jī)可以繼續(xù)使用，但需要適時的保養(yǎng)、修理，模型得出的結(jié)論與設(shè)備的實際情況相符。

4 結(jié)束語

本文建立了基于模糊層次綜合分析法在役道路運(yùn)輸危險化學(xué)品罐式車輛的安全分級評價模型，模型將模糊綜合評價和層次分析法相互補(bǔ)充、相互融合，充分考慮每個因素對整機(jī)安全性的影響，實例應(yīng)用表明該模型具有較高的可靠性。

該模型為危化品罐車的安全分級評價提供了一種方法，能夠較準(zhǔn)確地反映設(shè)備的實時運(yùn)行安全等級，為設(shè)備使用單位制定維護(hù)保養(yǎng)及修理策略提供理論指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

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