基于AHP-模糊綜合評價法的應急裝備災害適應性評估*

安子櫻 胡淋翔 李偉 祝健 劉曉平

（合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

0 引言

環(huán)境適應性是裝備的重要質(zhì)量特性之一，同時是保證裝備有效發(fā)揮其性能的非功能性指標之一。在裝備的運輸、貯存和使用過程中自然環(huán)境應力和誘發(fā)環(huán)境應力都可能對裝備的功能或性能造成影響，尤其是對于處在惡劣災害環(huán)境下的裝備，環(huán)境適應性被破壞的情況時常發(fā)生，使其使用受到影響，甚至造成不可挽回的結果。因此，亟需開展應急裝備在災害環(huán)境下的適應性評價研究，建立適應性綜合評價方法，及時對其性能進行分析，從而避免失效等情況的發(fā)生，對規(guī)范無法保障的情況進行補充。

現(xiàn)有適應性評價方法大多針對風險評估，側重于災害對社會、經(jīng)濟的影響。通常，以城市或區(qū)域范圍內(nèi)災害環(huán)境下的原有設施為主要承災對象，并未考慮應急裝備在災害環(huán)境下的響應情況。國內(nèi)裝備評價體系的建立主要涉及武器類、電子類和航天裝備類等，針對應急裝備在災害環(huán)境下適應性研究目前相對空缺，需要建立相關適應性評價方法填補其空缺。本文提出一種應急裝備環(huán)境適應性的評價方法，實現(xiàn)對應急裝備開展災害環(huán)境條件下的適應性評價，并通過實例分析論證其可行性，保障應急裝備在災害環(huán)境下的使用。同時，建立該評價方法可用于完善環(huán)境適應性評價體系，為進一步設計和建立災害環(huán)境適應性檢測平臺提供思路。

1 綜合評價模型建立

1.1 常用評價方法

現(xiàn)已提出的綜合評價問題方法種類多樣，應用較為廣泛的主要有TOPSIS法、層次分析法、模糊綜合評價法、熵值法等。依據(jù)應急資源功能性要求以及災害情況下的特征性，確認因素集、評價集，選擇層次分析法和模糊綜合評價法相結合，建立AHP-模糊綜合評價體系，完成應急裝備災害環(huán)境適應性評價體系。

1.2 層次分析法（AHP）

層次分析法（analytic hierarchy process，簡稱AHP）對于被評價的對象，根據(jù)其性質(zhì)和要達成的總目標，將評價對象分解出不同的組成因素，并按照因素之間的相互作用、影響及隸屬關系，使因素聚集組合形成遞階層次結構，然后根據(jù)客觀現(xiàn)實數(shù)據(jù)和主觀認識判斷，對同一層次中的因素進行兩兩比較，經(jīng)過數(shù)學計算和檢驗，最后得到最底層對于最高層的權重及其相對優(yōu)劣排序。

1.3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是模糊數(shù)學和模糊統(tǒng)計方法的綜合應用，在多指標綜合評價實踐中應用廣泛。模糊綜合評價法設計5個要素（因素集、評價集、模糊關系矩陣、權重集以及單因素評判），通過模糊變換原理和最大隸屬度原則，實現(xiàn)定性和定量的結合，對該某一裝備的優(yōu)劣做出科學評價。

1.4 AHP-模糊綜合評價法

單一的模糊綜合評價法雖解決評價過程中出現(xiàn)的模糊性問題，但無法滿足權重指標的準確性需求，可能造成最終評價結果的失真，故引入層次分析法降低了傳統(tǒng)權重確定帶來的誤差，提高了評價的可靠性。

AHP-模糊綜合評價法是將層次分析法和模糊綜合評價法相結合，使用層次分析法科學地確定評價體系中各因素的權重，使用模糊綜合評價方法對各因素進行定性和定量相結合的等級評價，通過兩種方法結合使用，最終可得到針對評價目標客觀合理的評價結果。

此復合評價模型如圖1所示，先利用層次分析法建立合理遞階層次結構，通過專家打分法建立兩兩判斷矩陣，并進行歸一化處理和一致性分析，排除不合理矩陣，將其他權重矩陣取平均數(shù)，得到最終各元素的權重。然后模糊綜合評價法依據(jù)層次分析法已建立的層次結構，對其中各個因素確定其評價等級標準，并根據(jù)實際實驗或使用情況通過專家打分法進行指標等級判定，通過隸屬度計算建立評價結果集合。最后將各因素權重及其等級權重相結合，依據(jù)最大隸屬度原則，得出目標層的等級判斷。

圖1 AHP-模糊綜合評價模型

綜合評價將層次分析法對各個因素的權重評價結果，通過模糊評價進行統(tǒng)一的等級描述，得到對目標的評價結果。它將定性和定量的因素評價結合起來，既減少了單一使用層次分析法帶來的評價過程主觀性和隨機性，又滿足了分析過程中評價因素模糊性的需求。

2 評價實例分析

近年來我國火災事故頻頻發(fā)生，建筑火災災害環(huán)境仍是常見災害環(huán)境。該研究選取火災救援中使用的17式消防員滅火防護服（后文簡稱防火服）作為實例分析對象，依托于合肥工業(yè)大學“建筑火災環(huán)境下的適應性檢驗檢測平臺”，對兩種不同熱通量下不同品牌消防員滅火防護服開展適應性評價相關實驗。其中熱通量選取84 kW/m2、126 kW/m2和126 kW/m2為規(guī)范［1］所要求功率的150%。阻燃性實驗依托于平臺阻燃箱完成，熱防護性能實驗依托于燃燒裝置完成，實驗平臺如圖2所示。

圖2 適應性檢驗檢測平臺裝置

根據(jù)GA 10—2014《消防員滅火防護服》［2］，篩選出影響防火服環(huán)境適應性的元素。通過專家調(diào)查法和災害實際情況分析，進一步篩選出關鍵性影響因素，建立層次結構，如圖3所示。

圖3 防火服評價指標層次結構

根據(jù)專家打分法，對各層因素進行權重值的判斷。以其中一人的數(shù)據(jù)為例，其對于各層次的1—9標度打分如表1—表3所示。

表1 第一級判斷矩陣

表2 阻燃性能下第三級判斷矩陣

表3 熱防護性能下第三級判斷矩陣

對上述數(shù)據(jù)進行歸一化處理，首先對準則層1進行歸一化處理和一致性檢驗。

將收集到的權重評價結果，經(jīng)過計算和一致性分析，將所有通過一致性分析的評價結果進行平均取值，得到結果如下表4所示。

表4 總指標權重

依據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護服》［2］和GB/T 5455—2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》［3］中內(nèi)容，在專家調(diào)查法結果的指導下，結合火災中極端災害情況，建立防火服阻燃性模糊評價指標標準，如表5所示。

表5 阻燃性能下因素評價標準

依據(jù)兩種品牌17式防火服阻燃實驗結果，如表6所示，選取1號試樣實驗結果，根據(jù)隸屬度函數(shù)，計算定量指標評語，以續(xù)燃時間為例具體計算，已知x1=1.73s，v1=4s，v2=2s，v3=1.5s：

表6 阻燃性能實驗結果

依據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護服》［2］和GB/T 38302—2019《防護服裝熱防護性能測試方法》［1］中內(nèi)容，在專家調(diào)查法結果的指導下，結合火災中極端災害情況，建立防火服熱防護性能模糊評價指標等級標準，如表7所示。

表7 熱防護性能下因素評價標準

依據(jù)17式消防服熱防護性能實驗結果，如表8所示。

表8 熱防護性能實驗結果

選取1號試樣在84 kW/m2熱通量的實驗結果，根據(jù)隸屬度函數(shù)，計算定量指標評語。同前述過程經(jīng)計算，得到隸屬函數(shù)進一步可對熱防護性能的模糊綜合評價進行計算，F(xiàn)=W2×R2=（0，0.641，0.359），則對熱防護性能有0%的比重屬于“中”，有64.1%的比重屬于“良”，有35.9%的比重屬于“優(yōu)”。根據(jù)最大隸屬度原則，在3個等級的隸屬度中“64.1%”的數(shù)值最大，因此，所評價防火服的熱防護性能為“良”。

依據(jù)相同的綜合評價方法，對1號試樣防火服126 kW/m2熱通量下實驗結果和2號試樣在兩種熱通量下實驗結果進行評價處理，得到結果如表9—表10所示。

表9 剩余試樣的二級模糊評價結果

表10 剩余試樣環(huán)境適應性模糊評價結果

由此，根據(jù)最大隸屬度原則，在126 kW/m2下1號試樣的環(huán)境適應性評價等級為“優(yōu)”，在84 kW/m2下2號試樣的環(huán)境適應性評價等級為“良”，在126 kW/m2下2號試樣的環(huán)境適應性評價等級為“優(yōu)”。

3 結論

1）針對災害環(huán)境下應急資源的特點，構建了層次分析-模糊綜合評價體系。選取建筑火災環(huán)境下某品牌消防員滅火防護服為實例進行應用，結果符合實際情況，驗證該評價體系的合理性和可行性。在對其他應急資源的實際應用中，還可進一步考慮資源特點、使用情況以及環(huán)境等各種指標，建立具體的評價體系。該評價體系對應急資源的使用具有一定的指導意義，也為未來應急資源評價的發(fā)展提供了一種路徑。

2）該評價體系將層次分析法的權重計算與模糊綜合評價法的評價等級相結合，建立評價數(shù)學模型，確定評價步驟。兩種評價方法綜合使用補充了層次分析法在等級評價上的方法缺失，從一定程度上減少了模糊綜合評價確定權重帶來的主觀影響，保持對目標評價主觀和客觀的一致性，使評價方法更具準確性。