基于FAHP方法的電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)

■ 陳龍飛，李小松，周山新，尚峰舉，陳艷秋，李濤

（1.西南交通大學(xué) 消防工程系；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院 電力火災(zāi)與安全防護(hù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，火災(zāi)安全已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。近年來，在我國(guó)的社會(huì)火災(zāi)事件中，電力系統(tǒng)火災(zāi)的比例不斷上升，電力系統(tǒng)的火災(zāi)安全保障是一個(gè)需要解決的新課題。電力系統(tǒng)的組成部分包括以下幾個(gè)部分：發(fā)電廠、供配電所、送變電線路及用電等。電力系統(tǒng)中存在著大量的可燃物，一旦發(fā)生火災(zāi)，就會(huì)在瞬間造成重大的災(zāi)難性事故，帶來惡劣的社會(huì)影響，電力系統(tǒng)火災(zāi)安全越來越吸引社會(huì)各界的關(guān)注。應(yīng)急能力評(píng)價(jià)是保障電力系統(tǒng)火災(zāi)安全的一個(gè)重要方法。然而，現(xiàn)階段針對(duì)電力場(chǎng)所的應(yīng)急能力評(píng)價(jià)建設(shè)還缺乏系統(tǒng)的研究。因此，開展電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)的研究，提高電力場(chǎng)所的火災(zāi)應(yīng)急能力是十分必要的。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)開展了相關(guān)的研究工作。國(guó)外方面，1971年，托雷蓋斯[1]等人首次針對(duì)通信設(shè)施的可靠性，利用建立模型的方法對(duì)其進(jìn)行了評(píng)估；1998年，巴蒂尼[2]等人開創(chuàng)性地根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法得到一個(gè)區(qū)域火災(zāi)對(duì)應(yīng)的資源需求量和潛在危險(xiǎn)資源需求量，然后對(duì)該地區(qū)域的消防系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估。國(guó)內(nèi)方面，2008年，黃棟[3]等人基礎(chǔ)性地針對(duì)艦船裝備承修單位的承修能力，使用模糊層次分析法進(jìn)行了研究。

層次分析法是美國(guó)學(xué)者薩蒂提出的一種關(guān)于層次權(quán)重決策分析的方法。該方法首先把決策問題按下列幾個(gè)方面：總目標(biāo)、各層子標(biāo)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及備選擇方案來進(jìn)行分解，使決策問題變成不同的層次結(jié)構(gòu)。接下來，通過判斷矩陣特征向量的求解，可以得到不同層次的元素之間的優(yōu)先權(quán)重。隨后，利用加權(quán)和的方法，遞階歸并出各備選擇方案對(duì)總目標(biāo)的最終權(quán)重。根據(jù)各備選擇方案所得的最終權(quán)重的比較，如果最終權(quán)重最大，則說明該方案就是最優(yōu)的方案[4-10]。在進(jìn)行層次分析時(shí)，通常會(huì)遇到數(shù)學(xué)描述困難，難以定量的因素。針對(duì)這種情況，學(xué)者們采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，基于模糊關(guān)系合成的基本理論，首先對(duì)這些模糊的因素定量化，然后基于模糊等級(jí)的隸屬度，再?gòu)亩鄠€(gè)因素進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)[11-16]。

考慮評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和科學(xué)性，本文采用模糊層次分析法，構(gòu)建電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)模糊層次模型，為電力場(chǎng)所火災(zāi)及應(yīng)急能力評(píng)價(jià)提供了切實(shí)可行的方法，能夠加深對(duì)電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急的認(rèn)識(shí)，為電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急水平提升指明方向。

一、應(yīng)急指標(biāo)體系建立

電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)定，在構(gòu)成要素方面需要包含自然因素至社會(huì)因素、制度設(shè)計(jì)至公眾行為、組織效能至工程能力等多方面要素。本文從電力場(chǎng)所的實(shí)際功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過系統(tǒng)的資料調(diào)研和專家咨詢，構(gòu)建了電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)體系如圖1所示。通過采用安全檢查表，把電力場(chǎng)所應(yīng)急評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分成三個(gè)結(jié)構(gòu)層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。其中，準(zhǔn)則層包含5 個(gè)二級(jí)指標(biāo)，即監(jiān)測(cè)預(yù)警能力、應(yīng)急人員保障能力、日常建設(shè)工作、應(yīng)急預(yù)案管理與演練和應(yīng)急救援與恢復(fù)；指標(biāo)層包含24 個(gè)三級(jí)指標(biāo)。至此，提出了由5 個(gè)二級(jí)指標(biāo)、24 個(gè)三級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的電力場(chǎng)所應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

二、基于模糊層次分析法的應(yīng)急評(píng)價(jià)模型建立

（一）AHP 各指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)圖1中建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從上到下每層進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)建，相鄰的兩層元素中，上層的元素作為下層元素的標(biāo)準(zhǔn)，按照表1中的1~9 標(biāo)度法兩兩比較，從而構(gòu)造判斷矩陣。

圖1 電力場(chǎng)所應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1 各級(jí)標(biāo)度的含義

倒數(shù) 因素i 與j 的重要性之比為aij，則因素j與i 重要性之比為1/aij

本文在確定兩個(gè)元素比較后的標(biāo)度值時(shí)，采用的是專家打分的方法。在進(jìn)行專家打分前，本文先制作出評(píng)價(jià)指標(biāo)重要度調(diào)查表，選擇電力和消防領(lǐng)域的多位專家學(xué)者（包括消防隊(duì)、電力和消防專業(yè)大學(xué)教師），統(tǒng)計(jì)各位專家對(duì)每?jī)身?xiàng)的對(duì)比結(jié)果，以少數(shù)服從多數(shù)的原則，選取最終標(biāo)度值，得到每一級(jí)別的評(píng)判矩陣P，如表2所示。

表2 判斷矩陣P（A）

由表2可知，P（A）形成一個(gè)五階矩陣，基于此矩陣，可以計(jì)算出最大特征值Kmax對(duì)應(yīng)的特征向量w，如下式所示：

隨后，將求得的特征向量歸一化，則可以獲得每個(gè)評(píng)價(jià)元素的權(quán)重。但是，需要注意的是按上述公式求解得到的權(quán)重不是絕對(duì)合理的，還需把計(jì)算結(jié)果用判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如下式所示：

式中，CI—為判斷矩陣一般一致性指標(biāo)；CR—為判斷矩陣隨機(jī)一致性比率；RI—為判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值如表3所示。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)AHP 的原理，當(dāng)CR<0.1時(shí)或Kmax=n 且CI=0時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣P 具有滿意的一致性，否則需要重新構(gòu)造判斷矩陣。本論文主要通過微調(diào)矩陣中的某些奇數(shù)值，使其變成接近的偶數(shù)值，總體來說并不改變專家們對(duì)指標(biāo)的重要性排序。最終借助MATLAB 軟件編程算出P（A）的權(quán)向量和CR 值。權(quán)向量w（A）=（B1,B2,B3,B4,B5）=（0.2270,0.1007，0.1133，0.0499，0.5091），CR=0.084<0.1 通過一致性檢驗(yàn)。

（二）模糊評(píng)判矩陣確定及評(píng)價(jià)過程

在確定隸屬度時(shí)，本文采用的是專家意見法。首先，給出5 個(gè)層次的專家評(píng)語(yǔ)集，即V={V1（很強(qiáng)），V2（強(qiáng)），V3（一般），V4（弱），V5（很弱）}。根據(jù)影響“監(jiān)測(cè)預(yù)警能力”“應(yīng)急人員保障能力”“日常建設(shè)工作”“應(yīng)急預(yù)案管理與演練”“應(yīng)急救援與恢復(fù)”的各種因素，通過經(jīng)驗(yàn)和客觀情況的綜合考慮，結(jié)合對(duì)AHP 評(píng)價(jià)結(jié)果的分析，從而可以確定各因素的評(píng)語(yǔ)集。比如，對(duì)“監(jiān)測(cè)預(yù)警能力”下的“應(yīng)急物質(zhì)投入”打分，有五人評(píng)價(jià)為“很強(qiáng)”，占0.5；三人評(píng)價(jià)為“強(qiáng)”，占0.3；兩人評(píng)價(jià)為“一般”，占0.2，因此得出“應(yīng)急物質(zhì)投入”的隸屬度為R=（0.5，0.3，0.2，0，0），同理，可以得出所有評(píng)價(jià)因素的隸屬度，組成一個(gè)單因素評(píng)價(jià)矩陣Ri。隨后，通過權(quán)重集與單因素評(píng)價(jià)矩陣，開展模糊算子運(yùn)算，最終就可以得到電力場(chǎng)所應(yīng)急能力所處的層次。

分析各位專家的評(píng)價(jià)結(jié)果，依次可以得到B1~B5 中各因素的單因素評(píng)價(jià)矩陣，然后再根據(jù)公式（1）計(jì)算B1~B5 的單因素評(píng)判矩陣：

式中，?為合成算子符號(hào)，模糊數(shù)學(xué)中常用的合成算子還有∧和∨，∧表示取小，∨表示取大。因此，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)過程為：

同理可得，

接下來，把B 級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果作為單元素構(gòu)建A 級(jí)的評(píng)價(jià)，可由下式計(jì)算：

對(duì)A 在區(qū)間[0,1]內(nèi)進(jìn)行歸一化處理，得到：

從評(píng)價(jià)結(jié)果可以得知，認(rèn)為電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急管理能力很強(qiáng)和強(qiáng)均占26%，認(rèn)為一般和弱各占19.5%，認(rèn)為很弱的占9%。接下來，本文對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)得到的A’值進(jìn)行量化處理，把各個(gè)等級(jí)的結(jié)果變換為記分制，用百分制的方法來定量分析該模型的能力等級(jí)：（100,85]（很強(qiáng)）、（85,70]（強(qiáng)）、（70,55]（一般）、（55,40]（弱）、（40,0]（很弱）。令D=（85,70,55,40,25），則

計(jì)算得到的分?jǐn)?shù)值落在（70,55]（一般）區(qū)間，所以評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”。

三、評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)上述模糊層次綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，電力場(chǎng)所急管理能力評(píng)價(jià)總體水平為“一般”。根據(jù)FAHP 方法分析得到的電力場(chǎng)所急管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重表如表4所示。

表4 電力場(chǎng)所應(yīng)急管理能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重表

綜合權(quán)重的綜合排序?yàn)樘岣唠娏?chǎng)所應(yīng)急管理能力指明了方向，一般原則為對(duì)其中權(quán)重最高值給予充分關(guān)注和重點(diǎn)評(píng)價(jià)，再找出其中的薄弱項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)。

由上表可知，B 層中“應(yīng)急救援與恢復(fù)”所占權(quán)重最大，說明此項(xiàng)對(duì)應(yīng)急能力影響非常顯著，在建設(shè)過程中，應(yīng)優(yōu)先選擇該項(xiàng)所包含的各項(xiàng)進(jìn)行著力建設(shè)。其中，C 層中“應(yīng)急疏散”“救援能力”和“應(yīng)急信息傳遞”所占權(quán)重較高，這就告訴我們應(yīng)急能力主要通過應(yīng)急疏散和救援過程體現(xiàn)，應(yīng)急疏散能力的強(qiáng)弱對(duì)應(yīng)急能力具有重要影響。另外，從綜合權(quán)重中可知，“監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備先進(jìn)性”所占權(quán)重也較大，可見電力場(chǎng)所急管理能力也取決于是否擁有先進(jìn)的探測(cè)預(yù)警設(shè)備，這說明提升火災(zāi)的探測(cè)預(yù)警能力對(duì)增強(qiáng)電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急能力具有重要意義。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)模糊層次評(píng)價(jià)的綜合結(jié)果，針對(duì)電力場(chǎng)所應(yīng)急管理能力本文的主要結(jié)論如下：

（一）本文得到的電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急管理能力總體水平結(jié)果為“一般”。B 層中“應(yīng)急救援與恢復(fù)”所占權(quán)重最大，說明此項(xiàng)對(duì)應(yīng)急能力影響非常顯著，在建設(shè)過程中，應(yīng)優(yōu)先關(guān)注“應(yīng)急救援與恢復(fù)”所包含的各子標(biāo)層項(xiàng)。

（二）從綜合權(quán)重排序結(jié)果分析可知，應(yīng)急能力與應(yīng)急疏散和救援過程關(guān)聯(lián)較大，疏散能力對(duì)應(yīng)急能力而言是至關(guān)重要的。B 層中“應(yīng)急救援與恢復(fù)”的子標(biāo)層，C 層中“應(yīng)急疏散”和“救援能力”在專家打分時(shí)明顯處于低分，說明這兩項(xiàng)是影響總體水平為“一般”的最主要原因。

（三）從綜合權(quán)重排序結(jié)果分析可知，“監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備先進(jìn)性”所占權(quán)重也較大，可見先進(jìn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備對(duì)于電力場(chǎng)所的應(yīng)急能力也會(huì)產(chǎn)生重要影響。

（四）本文的研究為電力場(chǎng)所火災(zāi)及應(yīng)急能力評(píng)價(jià)提供了切實(shí)可行的方法，能夠加深對(duì)電力場(chǎng)所火災(zāi)應(yīng)急的認(rèn)識(shí)，為電力火災(zāi)應(yīng)急水平提升指明方向。同時(shí)，本文建立的評(píng)價(jià)模型也可以適用于高層建筑、地鐵隧道等人員密集場(chǎng)所的火災(zāi)應(yīng)急能力分析。