基于網絡層次分析法的礦山救護隊救援能力評估

趙沛宇 郭修琪 許德春 姚 翔

(1. 首都經濟貿易大學，北京市豐臺區，100070；2. 國家礦山應急救援中煤新集隊，安徽省淮南市，232171；3. 新興際華集團應急研究總院，北京市豐臺區，100070)

近年來，煤礦企業重特大事故時有發生，安全生產形勢依舊嚴峻。十九大報告提出，要健全公共安全體系，完善安全生產責任制，堅決遏制重特大安全事故，提升防災減災救災能力。我國政府高度重視應急救援能力建設工作，做出了一系列重大決策部署，頒發了《國務院安委會關于進一步加強生產安全事故應急處置工作的通知》等文件。礦山救護隊作為煤礦企業事故應急救援體系中的“效應器”[1]，是處理礦山災害事故的職業性、技術性并實行軍事化管理的專業隊伍，為我國煤炭工業的發展保駕護航。礦山救護隊在事故救災減災中起著關鍵性的作用，其救援能力的高低直接影響救災減災的整體效能。目前我國對礦山應急救援的研究主要集中在礦山企業的應急救援能力評估和提升礦山救護隊救援能力的方式方法上，其中礦山救援能力能否滿足災情的需要還有待研究，因此本文以此為研究切入點，通過對我國礦山救護隊進行現場調研和咨詢領域專家構建了礦山救護隊救援能力評估體系，然后借助網絡層次分析模型和超級決策軟件對救護隊救援能力進行評估，使救援指揮中心和救護隊指戰員對自身的救援能力做到心中有數，為處置災情時科學高效救援提供參考依據。

1 基于ANP的礦山救護隊救援能力評估模型

1.1 評估體系的構建

評估體系的核心與基礎是評估指標的選取，指標選取是否有效、科學合理直接關系到評估結果的準確度和可信度。本文基于文獻[2]中所建立的軍隊核化醫學救援隊保障能力評價指標體系，結合礦山救護隊搶險救災特點和相關標準規范，采用德爾菲法(向遴選出的10位行業領域專家發放調查問卷，回收問卷對專家反饋的結果進行整理分析，然后對指標進行調整和修改，再次對專家進行問卷調查，再次回收問卷進行整理分析)選取最能反應礦山救護隊救援能力的指標作為最終的評估指標，構建出如表1所示的礦山救護隊救援能力評估指標體系。

表1 礦山救護隊救援能力評估指標體系

1.2 構建ANP的典型結構

網絡層次分析評價模型由網絡層次分析法(Analytic Network Process，簡稱ANP)發展形成，它是在層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)的基礎上發展而形成的一種新的實用決策方法，彌補了層次分析法(AHP)在復雜決策問題中的缺陷[3]。影響救援能力的指標既相互獨立又存在交叉影響，符合ANP模型的層次性和內部元素相互影響的特性，因此本文選用網絡層次分析法評估模型對礦山救護隊救援能力評估更富有科學性和適用性。根據評估指標體系各元素集之間和元素集內部以及各指標之間存在的依賴和反饋關系，建立如圖 1 所示的網絡層次分析模型。

1.3 基于ANP的指標權重計算過程

評估模型建立完成后，通過ANP法來求得各指標權重，然后運用綜合模糊評價來對礦山救護隊的救援能力進行評估。將礦山救護隊的救援能力設定為目標層元素A，將組織指揮能力、技術救援能力、救援裝備保障能力和應急機動與環境適應能力設定為準則層元素Bi(i=1，2，3，4)；將準則層包含的 4 個元素組設定為Ci，Cij表示元素組內的元素(j= 1，2，…，n;n為網絡層中各個元素組內元素的個數)，則基于 ANP 的指標權重計算過程如下。

1.3.1 構建判斷矩陣

每一層中各元素的相對重要性都要給出判斷，網絡層中各元素不僅與本元素組內的元素存在影響關系，也與其他元素組內的元素存在依賴和反饋關系，故根據特定的標度法，以準則層元素Bi為準則，以網絡層元素Cij為次準則，進行元素間的優勢度比較，形成兩兩判斷矩陣。

1.3.2 構建判斷矩陣

由圖1可知，本文的ANP結構屬于典型的內部依存的循環系統結構，由特征根法和排序向量獲得的超矩陣可表示為：

(1)

1.3.3 構建賦予權值的超矩陣和極限超矩陣

顯然超矩陣W中的各個列向量不是歸一化的，首先設定準則為Bi，設定次準則為Ci，然后計算Bi中各元素組內元素對Ci的重要程度得到所需的判斷矩陣，最后通過對 4 個判斷矩陣進行處理得到權矩陣[4]。

(2)

圖1 ANP網絡結構

1.4 綜合模糊評價

在完成各個評價指標賦權和建立評判集的工作后，利用專家打分法獲得模糊評判矩陣[5]。通過公式Fi=Bi·Ri(Fi、Bi、Ri分別表示第i個一級指標的評價向量、第i個一級指標的權重向量和第i個一級指標的模糊評價矩陣) 計算求得各指標的評價向量。最后結合評價集加權求得的礦山救護隊救援能力的綜合評分。由于網絡層次分析法的計算異常繁瑣復雜，元素多時用手工計算幾乎不可完成，然而超級決策(Super Decision)軟件很好地解決了這個問題[6]。因此，本文通過超級決策(Super Decision)軟件來求解各一級指標和各二級指標的權重。

2 實證研究

淮南中煤新集礦山救護隊位于安徽省淮南市，具備國家礦山救援隊伍一級資質，是37支礦山類國家救援隊伍之一。本文以淮南中煤新集礦山救護隊為例，根據建立的礦山救護隊救援能力評估指標體系和ANP評估模型，并采用SD 軟件對該救護隊的救援能力進行評估。

2.1 構建ANP結構圖和權重求解

在超級決策軟件SD中按照如圖1所示的網絡層次分析模型圖，通過執行菜單欄[Design]、[Cluster]、[Node]、[Node connexions from]等一系列操作命令，創建包含元素組、節點的指標框架并構建出各節點之間相互依存和反饋關系的網絡結構圖。邀請多位行業領域專家對相關元素間的重要度打分，將兩兩比較矩陣的結果錄入SD軟件之中，并進行一致性檢驗。部分過程如圖2所示。

完成所有的判斷矩陣構建后，進入主界面執行[Computations]、[Unweighted Super Matrix]進行未加權超級矩陣的計算。完成未加權的超級矩陣后即可對超級矩陣進行加權計算，進入主界面執行[Computations]、[Weighted Super Matrix]等命令來完成計算。接下來進入主界面執行[Computations]、[Limit Matrix]等命令來生成全局的加權矩陣，執行[Computations]、[Priorities]來產生成指標的全局權重，如表2所示。

表2 礦山救護隊救援能力各評價指標權重結果

由表2可得，一級指標( 準則層) 權重向量B=[0.2153，0.3148，0.2890，0.1809]，二級指標( 網絡層)權重向量: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]。

通過一級指標(準則層) 權重可得，技術救援能力和救援裝備保障能力對礦山救護隊的救援能力影響較大，而在二級指標(網絡層)中，權重占比較大的因素為安全防護能力、常規戰備物資保障能力、指揮能力和環境適應能力，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重較大的指標因素著手，提升現有救援裝備的現代化水平，如購置自組網的井下救援通訊系統、可用于實時監測分析井下氣體的單兵便攜式終端等新型救援裝備；提升技術救援能力，可采用系統化的培訓教材、引進火區的封閉新技術、改進日常教學訓練手段如引進VR技術，將具體的災害進行情景再現，通過VR進行培訓教學等，對救護隊綜合救援能力提高效果更佳。

2.2 模糊綜合評價結果

為本文的評價模型設置量化評價集V= (4，3，2，1)= (優，良，中，差)。由于在實際評估過程中評價結果往往不是整數，所以將這4個等級用區間來劃分，即( 優，良，中，差)= ([4，3.5]，(3.5，2.5]，(2.5，1.5]，(1.5，1])。對10名專家打分的結果進行歸一化處理，獲得礦山救護隊救援能力各指標的評價結果，如表3所示。

表3 礦山救護隊各指標評價結果

由表3可得，一級指標B1的模糊綜合評價矩陣為：

(3)

B1的綜合評價向量F1=B1·R1=[0.2931，0.6068，01000，0]。同理可得B2的綜合評價向量F2=[0.2712，0.5597，0.1691，0]，F3=[0.1677，0.4098，0.2895，0.1320]，F4=[0.2698，0.5453，0.1849，0]。故礦山救護隊救援能力的綜合評價向量D=B·[F1，F2，F3，F4]T= [0.2458，0.5239，0.1919，0.0381]。

根據本文的評價準則，將礦山救護隊救援能力綜合評價向量與各等級對應的分值相乘求和得到最終的評價分值。經計算淮南中煤新集礦山救護隊的救援能力得分為3.36，根據評價結果的區間劃分屬于良。

3 結論

(1)本文通過調研和德爾菲法選取最能反應礦山救護隊救援能力的指標，構建了礦山救護隊救援能力評估體系。針對評價指標之間存在依賴和反饋的關系，基于 ANP 建立了礦山救護隊救援能力評價模型。

(2)通過一系列操作，在SD軟件中建立了ANP結構圖，并將判斷矩陣的專家打分結果錄入其中，然后通過求解未加權超矩陣、加權超矩陣和極限矩陣，最終得到各指標的權重。從所得權重可得到以下結論：一級指標的相對重要性從高到低，依次為技術救援能力、救援裝備保障能力、組織和指揮能力和應急機動與環境適應能力；其中安全防護能力、常規戰備物資保障能力、指揮能力和環境適應能力在二級指標中起到主導作用。

(3)將評估模型應用到淮南中煤新集礦山救護隊的救援能力評估之中，通過模糊綜合評價獲得該礦山救護隊的救援能力為良。結合各指標權重，給出了在資源受限的情況下，集中資源投入指標綜合權重較大的評判因素之中，使救護隊的救援能力獲得最佳的提升效果。