基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估

趙沛宇 郭修琪 許德春 姚 翔

(1. 首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，北京市豐臺(tái)區(qū)，100070；2. 國(guó)家礦山應(yīng)急救援中煤新集隊(duì)，安徽省淮南市，232171；3. 新興際華集團(tuán)應(yīng)急研究總院，北京市豐臺(tái)區(qū)，100070)

近年來(lái)，煤礦企業(yè)重特大事故時(shí)有發(fā)生，安全生產(chǎn)形勢(shì)依舊嚴(yán)峻。十九大報(bào)告提出，要健全公共安全體系，完善安全生產(chǎn)責(zé)任制，堅(jiān)決遏制重特大安全事故，提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力。我國(guó)政府高度重視應(yīng)急救援能力建設(shè)工作，做出了一系列重大決策部署，頒發(fā)了《國(guó)務(wù)院安委會(huì)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)安全事故應(yīng)急處置工作的通知》等文件。礦山救護(hù)隊(duì)作為煤礦企業(yè)事故應(yīng)急救援體系中的“效應(yīng)器”[1]，是處理礦山災(zāi)害事故的職業(yè)性、技術(shù)性并實(shí)行軍事化管理的專業(yè)隊(duì)伍，為我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。礦山救護(hù)隊(duì)在事故救災(zāi)減災(zāi)中起著關(guān)鍵性的作用，其救援能力的高低直接影響救災(zāi)減災(zāi)的整體效能。目前我國(guó)對(duì)礦山應(yīng)急救援的研究主要集中在礦山企業(yè)的應(yīng)急救援能力評(píng)估和提升礦山救護(hù)隊(duì)救援能力的方式方法上，其中礦山救援能力能否滿足災(zāi)情的需要還有待研究，因此本文以此為研究切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)我國(guó)礦山救護(hù)隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和咨詢領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)建了礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估體系，然后借助網(wǎng)絡(luò)層次分析模型和超級(jí)決策軟件對(duì)救護(hù)隊(duì)救援能力進(jìn)行評(píng)估，使救援指揮中心和救護(hù)隊(duì)指戰(zhàn)員對(duì)自身的救援能力做到心中有數(shù)，為處置災(zāi)情時(shí)科學(xué)高效救援提供參考依據(jù)。

1 基于ANP的礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估模型

1.1 評(píng)估體系的構(gòu)建

評(píng)估體系的核心與基礎(chǔ)是評(píng)估指標(biāo)的選取，指標(biāo)選取是否有效、科學(xué)合理直接關(guān)系到評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。本文基于文獻(xiàn)[2]中所建立的軍隊(duì)核化醫(yī)學(xué)救援隊(duì)保障能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合礦山救護(hù)隊(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)特點(diǎn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用德爾菲法(向遴選出的10位行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜野l(fā)放調(diào)查問卷，回收問卷對(duì)專家反饋的結(jié)果進(jìn)行整理分析，然后對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整和修改，再次對(duì)專家進(jìn)行問卷調(diào)查，再次回收問卷進(jìn)行整理分析)選取最能反應(yīng)礦山救護(hù)隊(duì)救援能力的指標(biāo)作為最終的評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建出如表1所示的礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估指標(biāo)體系。

表1 礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估指標(biāo)體系

1.2 構(gòu)建ANP的典型結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)層次分析評(píng)價(jià)模型由網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Network Process，簡(jiǎn)稱ANP)發(fā)展形成，它是在層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP)的基礎(chǔ)上發(fā)展而形成的一種新的實(shí)用決策方法，彌補(bǔ)了層次分析法(AHP)在復(fù)雜決策問題中的缺陷[3]。影響救援能力的指標(biāo)既相互獨(dú)立又存在交叉影響，符合ANP模型的層次性和內(nèi)部元素相互影響的特性，因此本文選用網(wǎng)絡(luò)層次分析法評(píng)估模型對(duì)礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估更富有科學(xué)性和適用性。根據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系各元素集之間和元素集內(nèi)部以及各指標(biāo)之間存在的依賴和反饋關(guān)系，建立如圖 1 所示的網(wǎng)絡(luò)層次分析模型。

1.3 基于ANP的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算過(guò)程

評(píng)估模型建立完成后，通過(guò)ANP法來(lái)求得各指標(biāo)權(quán)重，然后運(yùn)用綜合模糊評(píng)價(jià)來(lái)對(duì)礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力進(jìn)行評(píng)估。將礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力設(shè)定為目標(biāo)層元素A，將組織指揮能力、技術(shù)救援能力、救援裝備保障能力和應(yīng)急機(jī)動(dòng)與環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)定為準(zhǔn)則層元素Bi(i=1，2，3，4)；將準(zhǔn)則層包含的 4 個(gè)元素組設(shè)定為Ci，Cij表示元素組內(nèi)的元素(j= 1，2，…，n;n為網(wǎng)絡(luò)層中各個(gè)元素組內(nèi)元素的個(gè)數(shù))，則基于 ANP 的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算過(guò)程如下。

1.3.1 構(gòu)建判斷矩陣

每一層中各元素的相對(duì)重要性都要給出判斷，網(wǎng)絡(luò)層中各元素不僅與本元素組內(nèi)的元素存在影響關(guān)系，也與其他元素組內(nèi)的元素存在依賴和反饋關(guān)系，故根據(jù)特定的標(biāo)度法，以準(zhǔn)則層元素Bi為準(zhǔn)則，以網(wǎng)絡(luò)層元素Cij為次準(zhǔn)則，進(jìn)行元素間的優(yōu)勢(shì)度比較，形成兩兩判斷矩陣。

1.3.2 構(gòu)建判斷矩陣

由圖1可知，本文的ANP結(jié)構(gòu)屬于典型的內(nèi)部依存的循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由特征根法和排序向量獲得的超矩陣可表示為：

(1)

1.3.3 構(gòu)建賦予權(quán)值的超矩陣和極限超矩陣

顯然超矩陣W中的各個(gè)列向量不是歸一化的，首先設(shè)定準(zhǔn)則為Bi，設(shè)定次準(zhǔn)則為Ci，然后計(jì)算Bi中各元素組內(nèi)元素對(duì)Ci的重要程度得到所需的判斷矩陣，最后通過(guò)對(duì) 4 個(gè)判斷矩陣進(jìn)行處理得到權(quán)矩陣[4]。

(2)

圖1 ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.4 綜合模糊評(píng)價(jià)

在完成各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)和建立評(píng)判集的工作后，利用專家打分法獲得模糊評(píng)判矩陣[5]。通過(guò)公式Fi=Bi·Ri(Fi、Bi、Ri分別表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量、第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量和第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣) 計(jì)算求得各指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量。最后結(jié)合評(píng)價(jià)集加權(quán)求得的礦山救護(hù)隊(duì)救援能力的綜合評(píng)分。由于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的計(jì)算異常繁瑣復(fù)雜，元素多時(shí)用手工計(jì)算幾乎不可完成，然而超級(jí)決策(Super Decision)軟件很好地解決了這個(gè)問題[6]。因此，本文通過(guò)超級(jí)決策(Super Decision)軟件來(lái)求解各一級(jí)指標(biāo)和各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

2 實(shí)證研究

淮南中煤新集礦山救護(hù)隊(duì)位于安徽省淮南市，具備國(guó)家礦山救援隊(duì)伍一級(jí)資質(zhì)，是37支礦山類國(guó)家救援隊(duì)伍之一。本文以淮南中煤新集礦山救護(hù)隊(duì)為例，根據(jù)建立的礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估指標(biāo)體系和ANP評(píng)估模型，并采用SD 軟件對(duì)該救護(hù)隊(duì)的救援能力進(jìn)行評(píng)估。

2.1 構(gòu)建ANP結(jié)構(gòu)圖和權(quán)重求解

在超級(jí)決策軟件SD中按照如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)層次分析模型圖，通過(guò)執(zhí)行菜單欄[Design]、[Cluster]、[Node]、[Node connexions from]等一系列操作命令，創(chuàng)建包含元素組、節(jié)點(diǎn)的指標(biāo)框架并構(gòu)建出各節(jié)點(diǎn)之間相互依存和反饋關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。邀請(qǐng)多位行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)相關(guān)元素間的重要度打分，將兩兩比較矩陣的結(jié)果錄入SD軟件之中，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。部分過(guò)程如圖2所示。

完成所有的判斷矩陣構(gòu)建后，進(jìn)入主界面執(zhí)行[Computations]、[Unweighted Super Matrix]進(jìn)行未加權(quán)超級(jí)矩陣的計(jì)算。完成未加權(quán)的超級(jí)矩陣后即可對(duì)超級(jí)矩陣進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，進(jìn)入主界面執(zhí)行[Computations]、[Weighted Super Matrix]等命令來(lái)完成計(jì)算。接下來(lái)進(jìn)入主界面執(zhí)行[Computations]、[Limit Matrix]等命令來(lái)生成全局的加權(quán)矩陣，執(zhí)行[Computations]、[Priorities]來(lái)產(chǎn)生成指標(biāo)的全局權(quán)重，如表2所示。

表2 礦山救護(hù)隊(duì)救援能力各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

由表2可得，一級(jí)指標(biāo)( 準(zhǔn)則層) 權(quán)重向量B=[0.2153，0.3148，0.2890，0.1809]，二級(jí)指標(biāo)( 網(wǎng)絡(luò)層)權(quán)重向量:B1=[0.4019，0.2648，0.3333]，B2=[0.2459，0.3512， 0.2223，0.1806]，B3=[0.3134，0.2629，0.2114，0.2114]，B4=[0.1506，0.3968，0.4526]。

通過(guò)一級(jí)指標(biāo)(準(zhǔn)則層) 權(quán)重可得，技術(shù)救援能力和救援裝備保障能力對(duì)礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力影響較大，而在二級(jí)指標(biāo)(網(wǎng)絡(luò)層)中，權(quán)重占比較大的因素為安全防護(hù)能力、常規(guī)戰(zhàn)備物資保障能力、指揮能力和環(huán)境適應(yīng)能力，所以在條件或資源受限的情況下，提高救援能力方面可以從權(quán)重較大的指標(biāo)因素著手，提升現(xiàn)有救援裝備的現(xiàn)代化水平，如購(gòu)置自組網(wǎng)的井下救援通訊系統(tǒng)、可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析井下氣體的單兵便攜式終端等新型救援裝備；提升技術(shù)救援能力，可采用系統(tǒng)化的培訓(xùn)教材、引進(jìn)火區(qū)的封閉新技術(shù)、改進(jìn)日常教學(xué)訓(xùn)練手段如引進(jìn)VR技術(shù)，將具體的災(zāi)害進(jìn)行情景再現(xiàn)，通過(guò)VR進(jìn)行培訓(xùn)教學(xué)等，對(duì)救護(hù)隊(duì)綜合救援能力提高效果更佳。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

為本文的評(píng)價(jià)模型設(shè)置量化評(píng)價(jià)集V= (4，3，2，1)= (優(yōu)，良，中，差)。由于在實(shí)際評(píng)估過(guò)程中評(píng)價(jià)結(jié)果往往不是整數(shù)，所以將這4個(gè)等級(jí)用區(qū)間來(lái)劃分，即( 優(yōu)，良，中，差)= ([4，3.5]，(3.5，2.5]，(2.5，1.5]，(1.5，1])。對(duì)10名專家打分的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，獲得礦山救護(hù)隊(duì)救援能力各指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。

表3 礦山救護(hù)隊(duì)各指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表3可得，一級(jí)指標(biāo)B1的模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣為：

(3)

B1的綜合評(píng)價(jià)向量F1=B1·R1=[0.2931，0.6068，01000，0]。同理可得B2的綜合評(píng)價(jià)向量F2=[0.2712，0.5597，0.1691，0]，F(xiàn)3=[0.1677，0.4098，0.2895，0.1320]，F(xiàn)4=[0.2698，0.5453，0.1849，0]。故礦山救護(hù)隊(duì)救援能力的綜合評(píng)價(jià)向量D=B·[F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4]T= [0.2458，0.5239，0.1919，0.0381]。

根據(jù)本文的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，將礦山救護(hù)隊(duì)救援能力綜合評(píng)價(jià)向量與各等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值相乘求和得到最終的評(píng)價(jià)分值。經(jīng)計(jì)算淮南中煤新集礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力得分為3.36，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果的區(qū)間劃分屬于良。

3 結(jié)論

(1)本文通過(guò)調(diào)研和德爾菲法選取最能反應(yīng)礦山救護(hù)隊(duì)救援能力的指標(biāo)，構(gòu)建了礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)估體系。針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在依賴和反饋的關(guān)系，基于 ANP 建立了礦山救護(hù)隊(duì)救援能力評(píng)價(jià)模型。

(2)通過(guò)一系列操作，在SD軟件中建立了ANP結(jié)構(gòu)圖，并將判斷矩陣的專家打分結(jié)果錄入其中，然后通過(guò)求解未加權(quán)超矩陣、加權(quán)超矩陣和極限矩陣，最終得到各指標(biāo)的權(quán)重。從所得權(quán)重可得到以下結(jié)論：一級(jí)指標(biāo)的相對(duì)重要性從高到低，依次為技術(shù)救援能力、救援裝備保障能力、組織和指揮能力和應(yīng)急機(jī)動(dòng)與環(huán)境適應(yīng)能力；其中安全防護(hù)能力、常規(guī)戰(zhàn)備物資保障能力、指揮能力和環(huán)境適應(yīng)能力在二級(jí)指標(biāo)中起到主導(dǎo)作用。

(3)將評(píng)估模型應(yīng)用到淮南中煤新集礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力評(píng)估之中，通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)獲得該礦山救護(hù)隊(duì)的救援能力為良。結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，給出了在資源受限的情況下，集中資源投入指標(biāo)綜合權(quán)重較大的評(píng)判因素之中，使救護(hù)隊(duì)的救援能力獲得最佳的提升效果。