基于CRITIC-G1-TOPSIS法的爆破安全評價研究*

石海天，鄧 飛，宋學(xué)朋

(江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 引言

安全評價是預(yù)防工程爆破安全事故的重要環(huán)節(jié)，通過辨識爆破施工過程中的危險因素，可以發(fā)現(xiàn)安全薄弱環(huán)節(jié)，進而采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以降低重大事故發(fā)生的風(fēng)險。目前關(guān)于工程爆破安全評價的研究成果較多[1]。徐志勝等[2]基于改進AHP法建立了多層次評價指標(biāo)體系，并運用該體系分析了爆破施工安全模型，得出了該爆破工程的安全評價等級。于文貴[3]基于AHP-Fuzzy理論建立了模糊綜合評價模型，通過分析水下鉆孔爆破施工工藝，對工程項目進行了安全評價。

以上研究主要通過AHP法分析爆破安全評價體系中各因素的影響情況，然而AHP法比較的因素繁多，易導(dǎo)致如矩陣的一致性構(gòu)造能力弱、標(biāo)度值與排序方法不一致等問題[4]。與傳統(tǒng)的AHP法相比，CRITIC-G1法既可以避免因重視主觀經(jīng)驗而忽略指標(biāo)之間內(nèi)在關(guān)系的問題，又可以解決客觀數(shù)據(jù)分析中因缺乏主觀決策經(jīng)驗而導(dǎo)致權(quán)重不合理的問題[4]。鑒于此，本文利用G1法得到主觀權(quán)重，利用CRITIC法獲得客觀權(quán)重，采用TOPSIS法對由主客觀權(quán)重確定的綜合權(quán)重進行分析，并對工程爆破安全體系進行綜合評價，最終得出評價結(jié)果與正理想解的貼近度，據(jù)此判別爆破安全程度[5]。

1 爆破安全評價體系構(gòu)建

影響爆破安全的因素包括定性因素和定量因素，本文參照相關(guān)文獻及工程實際情況，基于層次分析原理，從安全4M(人為因素、管理因素、環(huán)境因素、技術(shù)因素)原則的角度出發(fā)[6]，建立工程爆破安全綜合評價體系(見圖1)。

圖1 工程爆破安全評價體系

2 CRITIC-G1法計算原理

2.1 主觀權(quán)重的確定

通常采用AHP法確定主觀權(quán)重，運用較多的計算方法是特征值法[7]，但是當(dāng)被比較的指標(biāo)數(shù)量較多時，會導(dǎo)致計算量龐大[8]。為了克服這一缺點，可采用無需一致性檢驗的G1法[9]，使主觀權(quán)重的計算更加簡便直接，計算步驟敘述如下。

當(dāng)考慮某一評價標(biāo)準(zhǔn)時，如果指標(biāo)Yi的重要程度大于Yj，則Yi>Yj。如果指標(biāo)Y1，Y2，…，Ym對于某一評價準(zhǔn)則有Yi>Yj>…>Yk(i,j, …;k=1, 2, …,m)，則指標(biāo)之間的序關(guān)系為“>”。從指標(biāo)集{Y1,Y2, …,Ym}中選出m個指標(biāo)，并從m個指標(biāo)中選出重要程度最高或者最低的某個指標(biāo)Yi，將此步驟一直進行下去直至剩下最后一個指標(biāo)，將其記為Yk，最后確定唯一的序關(guān)系[10]。

兩相鄰指標(biāo)重要程度的比值計算如式(1)所示。根據(jù)前述的多個序關(guān)系計算出不同指標(biāo)間的相對重要程度值[11](見表1)。

γk=φk-1/φk,k=m,m-1,…,3,2。

(1)

式中，φk表示第k個指標(biāo)的權(quán)重。

表1 指標(biāo)間的重要程度值

則

γk-1≥γk,k=m,m-1,…,3,2;

(2)

(3)

φk-1=γkφk,k=m,m-1,…,3,2。

(4)

2.2 客觀權(quán)重的確定

CRITIC法是通過聯(lián)合指標(biāo)的相關(guān)性和信息量來確定指標(biāo)權(quán)重的，既考慮了指標(biāo)變異對客觀權(quán)重造成的影響，又考慮了各指標(biāo)之間的沖突[12]。用相關(guān)系數(shù)表征指標(biāo)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)越大則兩個指標(biāo)特征間的沖突性越低。用標(biāo)準(zhǔn)差來衡量指標(biāo)的信息量，信息量越大則表明評價對象受該指標(biāo)的影響程度越大[13]。CRITIC法計算步驟敘述如下。

建立評估指標(biāo)矩陣X：

=(xj(ki))n×m，j=1, 2, …,n;i=1, 2, …,m。

用式(4)對矩陣作標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到X*：

(5)

計算指標(biāo)的變異系數(shù)：

(6)

利用式(5)得到X*的相關(guān)系數(shù)矩陣A=(ρtl)(t=1, 2,…,n;l=1, 2,…,m)，計算每列的(1-ρtl)值，得到行向量：

(7)

計算指標(biāo)所含信息的綜合度量hj以及客觀權(quán)重Vj：

(8)

(9)

2.3 綜合權(quán)重的確定

通過G1法與CRITIC法分別得到指標(biāo)的主觀權(quán)重與客觀權(quán)重，結(jié)合兩種方法的優(yōu)點并充分考慮主觀經(jīng)驗和客觀規(guī)律的影響[14]，得到各評價指標(biāo)的綜合權(quán)重Vi：

(10)

3 TOPSIS評價法

TOPSIS模型基于評價體系中的正負理想解，通過對每一個評價對象與正負理想解之間的距離和貼近度進行計算與排序，從而得出評價對象的優(yōu)劣程度[15]。其計算步驟敘述如下。

(1)計算規(guī)范決策矩陣Zij

(11)

(2)構(gòu)造加權(quán)規(guī)范矩陣Xij

Xij=Vj×Zi。

(12)

(3)確定正理想解和負理想解

正理想解記為Z+={maxzij|i=1,2,3,…,n}，

負理想解記為Z-={minzij|i=1,2,3,…,n}。

(4)計算各評價單元距正負理想解的距離

(13)

(14)

(5)確定各評價對象與理想解的相近程度

(15)

式中，Di表示第i個評價對象與正理想解的貼近程度，Di值越大，表明對象越優(yōu)[16]。

(6)根據(jù)Di對各礦山進行排序，從而確定最優(yōu)對象。

4 實例分析

新田螢石礦礦體巖層完整性較好，巖層產(chǎn)狀平緩穩(wěn)定，節(jié)理略發(fā)育，開采后東部北端形成直立陡坡[17]；石雷鎢礦礦區(qū)屬于丘陵地貌，山體總體呈北東走向，采用露天爆破自上而下開采，采剝面走向與礦體走向一致，梯段高差為15 m；武山銅礦礦區(qū)屬于中低山區(qū)地貌，山體呈東南向延伸，坡度30°，礦帶高50 m，平均厚5 m[18]。以新田螢石礦、石雷鎢礦、武山銅礦的爆破開采為例，驗證爆破安全評價模型的應(yīng)用效果[19]。

通過調(diào)研相關(guān)文獻及工程實際得到各評價指標(biāo)的實測值(見表2)。由G1法計算得到的各指標(biāo)主觀權(quán)重見表3。

表2 各礦山爆破安全評價指標(biāo)實測值

表3 各指標(biāo)主觀權(quán)重

根據(jù)CRITIC法建立評價指標(biāo)矩陣X，對X作標(biāo)準(zhǔn)化處理得到X*，結(jié)合式(6)-式(9)，求出客觀權(quán)重(見表4)。

表4 各指標(biāo)客觀權(quán)重

用式(10)確定主客觀綜合權(quán)重Vi(見表5)。

表5 各指標(biāo)主客觀綜合權(quán)重

根據(jù)TOPSIS評價法，利用式(11)-式(15)，求得貼進度Di(見表6)。

表6 工程爆破安全評價結(jié)果

由表6可知，新田螢石礦、石雷鎢礦、武山銅礦的安全評價結(jié)果與正理想解的貼近度分別為0.510 0、0.603 8、0.519 2，即爆破安全評價結(jié)果從劣到優(yōu)的排序為新田螢石礦、武山銅礦、石雷鎢礦。

在爆破安全評價指標(biāo)權(quán)重值一致的情況下[20]，新田螢石礦的爆破安全狀況最差，主要原因是其爆破參數(shù)設(shè)計不合理、爆區(qū)環(huán)境較其他礦山差、爆破施工安全檢查不充分。評價結(jié)果與AHP法的結(jié)果基本吻合，表明將CRITIC-G1-TOPSIS法用于礦山爆破安全評價是可行的。

5 結(jié)論

通過建立爆破安全評價體系，選取與爆破設(shè)計參數(shù)、爆區(qū)環(huán)境等相關(guān)的14項指標(biāo)，根據(jù)CRITIC-G1-TOPSIS法計算得到新田螢石礦、石雷鎢礦、武山銅礦的安全評價結(jié)果與正理想解的貼近度分別為0.510 0、0.603 8、0.519 2。該方法結(jié)合了相關(guān)經(jīng)驗與專家意見，兼顧了主觀因素與客觀因素的影響，提高了計算結(jié)果的客觀性與合理性，為解決爆破安全評價問題提供了新思路。