基于层次分析法的重大危险源模糊综合评价

1、第28卷第2期2006年3月南京工业大学学报JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.28No.2Mar.2006基于层次分析法的重大危险源模糊综合评价张明广,蒋军成(南京工业大学,摘要:,针对重大危险源评价因子建立层次结构模型,构建比较矩阵;,确定了评价因子的影响力排序;,为重大危险源分级和。关键词:;危险度评价3中图分类号:X931;TB496文献标识码:A文章编号:1671-7643(2006)02-0031-04现代城市中,易燃易爆有毒的重大危险源的存在,构成了危及工业生产和人民群众生命财产安全的隐患。对于重大危险源的危险特性的评价分析,可以为

2、重大危险源管理和控制工作提供科学依据和理论指导。我国从20世纪90年代初开始重视对重大危险源的评价和控制工作,取得了一定的研究成1-10果,并制定了相关的法律法规。通常来说,重大危险源单元主要由3个要素构成:潜在危险性、存在条件和触发因素。对于重大危险源的评价分级过程主要针对这3个要素进行综合认定、比较,再进行综合定级,以提供分级管理、监控的依据。从技术角度来看,目前我国城市重大危险源分级评价方法主要有两类:一类是重大危险源静态分级法,即分级的标准不变,或分级结果不随参加分级的危险源数目多少而变化,如死亡半径评价11法,易燃、易爆、有毒重大危险源评价法,基于3BP神经网络的重大危险源分级法和事

3、故后果分级法等;另一类是重大危险源动态分级法,即危险源数目发生变化或分级的标准是可变的或两者皆可变,如具有自组织模式聚类功能的无教师监督学4习的动态神经网络方法等。影响重大危险源危险程度的众多指标中,操作人员素质、管理水平、周围环境因素等指标均具有模糊性,复杂而难以量化,这就为综合分析评价重大危险源带来了困难。对此,在结合模糊数学理论的基1础上,应用AHP法可以有效地解决这一问题。层次分析法(analyticalhierarchyprocess,AHP)于20世纪70年代由美国运筹学家T.L.Satty提出,经过多年的发展,被广泛应用于工程领域11-13。这种方法适用于多准则、多目标的复杂问题

4、的决策分析,而这正好切合重大危险源分级评价的特点。本文以系统工程的观点,利用模糊数学理论综合考虑影响重大危险源危险程度的因素,应用层次分析法对其进行综合评价,提出一种重大危险源评价分级的新方法。1层次分析法原理及步骤1.1层次分析法的基本原理层次分析法基本原理是:将要评价系统的有关替代方案的各种要素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础上进行定性和定量分析的决策。这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上,利用较少的定量信息把决策者的决策思维过程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策手段。1.2层次分析法的基本步骤运用AH

5、P进行决策时,大体可分为4个步骤进3收稿日期:2005-05-17基金项目:国家自然科学基金(29936110)作者简介:张明广(1981-),男,江苏南京人,硕士生,主要研究方向为工业安全技术;蒋军成(联系人),教授,E2mail:jcjiang32南京工业大学学报第28卷行,详细参阅文献14。1.3权向量计算及一致性检验对每一个成对比较矩阵利用求和法计算最大特征根及对应特征向量,并计算矩阵的最大特征根max。AHP要求判断矩阵具有大体的一致性,从而确保计算的结果基本上合理。对矩阵进行一致性检验,CR=CI/RI。其中CI=(max-n)/(n-1),式中:max为一致性矩阵的最大特征根,n

6、个数;RI为随机一致性指标,表1I值Table1ValuesindexRI价的主要因素进行深入的分析,参考国家标准和其15(如道化法、他危险评价方法蒙德法等),广泛征求专家的意见后,在层次分析法理论基础上,结合模糊数学理论,建立基于层次分析法的重大危险源模糊评价指标集,进行综合评价2.1,。对于固有危险2000所述:(1)事故统计数据、爆炸和毒物泄漏危险在所有事故危险中后果最为严重;(2)这3类危险更容易涉及到危险源相邻地区,造成社会性灾难事故2。选取火灾、n1234567891011爆炸和毒物泄漏为主要危险影响因素。在前述基础上,对现有重大危险源的研究资料经过归纳总结,对于重大危险源危险程度

7、评价建立了如图1的4层结构模型。2.2矩阵权重系数计算RI00015801901112112411321141114511491151当一致性比率CR<011时,认为不一致程度在容许范围之内。1.4计算综合权重对应于多层结构,每个成对比较矩阵权向量计算后,通过逐层组合计算可得出最下层措施因素对于目标决策问题的组合权重系数,具体计算方法如表2。表2综合权重计算表Table2Calculationtableofsyntheticweights在综合10位专家的意见基础上,逐层建立如下成对比较矩阵并按照1.2节所述方法计算权向量。表3给出了针对某层因子建立比较矩阵。表3c22p矩阵形式Tabl

8、e3Formofc22pmatrixc2p1p2p1p2p3p4p6p7111/311/51/5111/311/51/533131/21/2111/311/51/5552511552511因素及权重c1c212a1a2cnn1n2n综合权重kp3p4p6p711122122v1=i1ii=1kv2=i2ii=1anvn=inii=1kn1n2nn经计算,max为610278,RC=010045,通过矩阵一致性检验,权向量为=(0124,0124,0112,0124,0108,0108)。2基于层次分析法重大危险源危险程度的评价重大危险源危险程度综合评价涉及众多因素。按照系统工程的观点,这是危险

9、源自身的因素、人为因素和周边自然社会环境因素交互作用的动态系统。为此,指标集的建立必须达到科学、合理、全面的要求。本研究从危险度评价的一般共性出发,考虑到重大危险源的特点,对影响重大危险源综合评按照1.4所述方法,计算各底层因素的综合权重,结果见表4。采用上述组合权重计算方法,对影响重大危险源危险程度的12个因素进行优先顺序排列:危险物质的数量、人员密集度、危险物质的能量特性、危险物质的数量、安全管理制度、工艺过程的危害特性、防火设施、人员安全素质、工艺控制措施、物质隔离、危险物质的毒害特性、建筑及配置的危害特性。第2期张明广等:基于层次分析法的重大危险源模糊综合评价33图1重大危险源危险度评

10、价层次结构模型Fig.1Hierarchystructureforassessmentofdangerdegreeonmajorhazardinstallations表4底层因素综合权重Table4Syntheticweightsofbasicelements影响因素综合权重p1p2p3p4p5p6p7p8p9p10p11p120120370121520109440121520102290106590100570107080102360102360102360103542.3重大危险源危险程度综合分析及分级重大危险源的分级,不仅是一项技术措施,也是一项政策行为。因此,对于危险系数的分级标准划分

11、,可由政府部门根据本地实际情况酌情调整。由前述重大危险源危险程度影响因素组成的重大危险源分级指标体系,对各分级指标取值后按照01级量化,结合各权重系数,建立重大危险源危险程度判别公式:n3实例分析D=i=1i×Ii(1)某农用化学品制剂生产公司的储罐区,主要储存物质为二甲苯,储量为50t,除此之外还有10t甲苯以及4t甲醇,按照重大危险源辨识标准已构成重大危险源。下面利用本文所述方法对该公司储罐区进行评价。(1)底层因素取值在2.2节中利用AHP法确定了底层因素的权重,对于每一个因素的具体值(01归一化取值)我们仍然采用专家打分法。由10位专家分别对某一因素进行打分,然后取均值为这一

12、因素的最终取值,得到底层所有因素的取值如表6所示。表6因素取值Table6Valuesforeffectivefactors式中:D为危险度系数;i为指标的权重系数;Ii为指标的归一化取值。对于指标的取值,可以参考现有评价方法(如道化法、蒙德法等)对相关属性的描述分级,由经验丰富的专家给出(限于篇幅所限,本文没有一一列出每个底层指标的赋值标准)。依据前面得出的危险度系数,建立重大危险源危险度判别分级表,见表5。表5重大危险源危险度判别分级表Table5Assessmentindexofdangerdegreeofmajorhazardinstallations危险度等级危险度系数D>01

13、8危险性评价危险性高危险性较高危险性低014<D<018D<014影响因素p1p2p3p4p5p6p7p8p9p10p11p12取值(01)014101801401301101601401501701201634南京工业大学学报第28卷(2)按照式(1),带入各底层因素的取值和权重,加权计算出该公司储罐区的重大危险源危险系数。(其中,n=12)D=014×012037+1×012152+018×010944+(2)依据最终评价危险度系数,建立更加完善基于层次分析法的重大危险源分级体系。参考文献:1吴宗之,高进东.重大危险源辨识与控制M.北京:冶金

14、工014×012152+013×010229+011×010659+016×010057+014×010708+015×010236+017×010236+012×010236+016×010354=015578015578,对照表5,业出版社,2001.2吴宗之.J.,(2):17-22.3,陈宝智.J.1996,6(增刊):143-147.4陈宝智.基于神经网络的重大危险源动态分级研究J.中国安全科学学报,1997,7(2):6-9.5李一.重大危险源等级、评估和定级方法介绍J.职业卫生4结论及分析(

15、1)利用层次分析法(AHP)进行重大危险源危与应急救援,2000,18(4):217-219.6钱新民,陈宝智.重大危险源的辨识与控制J.中国安全科学学报,1994,4(3):16-19.7吴宗之,高进东.重大危险源普查与建立重大事故预防控制险度评价,建立的层次结构模型,构造成对比较矩阵,提出了一种新的重大危险源危险度分级评价方法。(2)将成对比较矩阵的权向量作为评价指标的权重,较好地克服了确定评价指标权重的主观性。得出对重大危险源危险严重程度影响的指标优先顺序为:危险物质的数量、人员密集度、危险物质的能量特性、危险物质的数量、安全管理制度、工艺过程的危害特性、防火设施、人员安全素质、工艺控制

16、措施、物质隔离、危险物质的毒害特性、建筑及配置的危害特性。(3)通过对某农用化学品制剂公司储罐区采用该危险度评价方法,得出其危险度为015778。在本文的基础上,基于层次分析法的重大危险源评价方法还须在以下方面继续深入:(1)参考资料数据,建立评价指标集的每个指标的规范化取值,从而提高评价结论的通用性;体系J.安全与环境学报,2003,3(5):59-62.8汪丽华,虞汉华,赵林度.城市安全度与南京市重大危险源分布合理性研究J.江苏劳动保护,2003,(9):20-23.9虞汉华,赵林度.重大危险源分布的合理性与城市可持续发展研究J.城市管理与科技,2004,3(1):130-132.10钟茂

17、华,温丽敏,刘铁民,等.关于危险源分类与分级探讨J.中国安全科学学报,2003,13(6):18-20.11樊晓一,乔建平,陈永波.层次分析法在典型滑坡危险度评价中的应用J.自然灾害学报,2004,13(1):72-76.12张丽萍,高自友.层次分析法在铁路机务安全评价中的应用J.中国安全科学学报,2003,13(2):37-39.13邓吉秋,鲍光淑,刘斌.基于GIS的层次分析法的应用J.中南工业大学学报:自然科学版,2003,34(1):1-4.14王莲芳,徐树柏.层次分析法引论M.北京:中国人民大学出版社,1990.15梁庆堂.蒙德法与道化法的选取J.中国安全科学学报,2000,10(4)

18、:55-58.ApplicationofanalyticalhierarchyprocessinhazarddegreeassessmentofmajorhazardinstallationsZHANGMing2guang,JIANGJun2cheng(CollegeofUrbanConstructionandSafety&EnvironmentalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)Abstract:Severalassessmentmethodsofmajorhazardinstallationswereintrod