基于區間灰色直覺模糊語言集的水利工程應急能力評價

陳 璇，孫開暢，馬文俊，顏 鑫

(三峽大學水利與環境學院，湖北宜昌443002)

0 引 言

隨著我國水利事業的迅速發展，對工程工期要求越來越緊，施工速度越來越快，水利工程安全事故時有發生[1]。為了高效有序地開展救援工作，提高水利工程應急救援能力刻不容緩。由于水利工程大都地處偏遠山區，一旦發生事故，外界通常獲取的是不完整、模糊不確定的信息，且由于各評估專家的知識水平、經驗、個人偏好等方面的差異，因此在進行應急救援能力評價時模糊性和灰性同時存在。目前，針對水利工程事故應急能力評價的研究尚未成熟，且現應急研究主要集中在城市突發事件[2-3]、化工園區[4-5]等綜合應急能力方面。葛悅[6]結合層次分析法和灰色理論，對突發事件應急管理能力進行了評價研究；陳文濤[7]采用三角模糊數理論和模糊綜合評價理論，對化工園區事故應急救援能力進行了綜合評價；苗成林[8]針對煤礦企業應急能力，提出基于層次分析法和模糊數學方法的多級模糊綜合評價模型；郭燕[9]在解釋結構模型(ISM)基礎上，構建了地震應急管理能力評估體系結構，對各層次因素的影響力進行了研究。

本文根據以上研究成果和水利工程安全事故應急救援特點，建立了水利工程安全事故應急救援評價指標體系，將直覺不確定語言集和區間灰度結合起來，利用C-OWA算子對區間灰色直覺模糊不確定語言集進行集結，識別出對水利工程安全事故應急能力影響較大的因素，以完善水利工程事故應急救援體系。

1 水利工程應急能力評價指標

水利工程安全事故應急救援工作涉及技術事故、自然災害(引發)、環境保護、公共衛生和人為突發事件等多個公共安全領域，是一個復雜的系統，具有如下特點：①不確定性和突發性。大部分事故在發生前無明顯征兆，事故一旦發生，管理人員必須在信息量不足的情況下做出應急救援決策。②復雜性。與其地理位置、承擔任務、施工特點都密切相關。③危險性。由于工作條件較為復雜，事故發生后，救援環境變得更加危險，對救援人員的要求較高。④后果易碎變、激化和放大。安全事故一旦發生，一般會造成比較嚴重的后果，若應急處理不及時有效，將會造成嚴重的社會影響，有可能會改變事故的性質。⑤救援力量單薄。工程多處于偏遠山區，通訊不發達，事故應急救援力量單薄，缺少完整的救援體系與裝備。

國內學者對應急能力評價指標體系的研究主要集中在城市突發事件應急能力方面，余納新[10]采用層次分析法，建立了包括預防與應急準備、監測與預警、應急處置及救援、事后恢復與重建4個一級指標及16個二級指標的城市災害應急能力的評價指標體系；楊青[11]從災前預警、災中應急、災后恢復3個方面建立了基于過程管理的應急指標體系。由于水利工程應急能力的影響因素涉及多方面，在建立評價指標體系時，必須遵循科學性、靈活性、層次性和可行性的原則。本文根據水利工程安全事故的救援特點，從已建立的水利工程綜合應急能力評價指標體系[12-13]中篩選出部分重要指標，參考城市突發事件應急能力評價指標體系，并通過工程現場技術人員及安全生產專家對指標進行篩選，結合羅伯特·西斯博士提出的危機管理4R理論[14]，從應急管理時間軸的角度出發，建立了水利工程安全事故應急救援能力評價指標體系，見圖1。

圖1 水利工程應急能力評價體系

2 區間灰色直覺模糊不確定語言集及其集結算子

2.1 區間灰色直覺模糊不確定語言集

(1)

(2)

2.2 C-OWA算子定義

C-OWA算子是一種連續區間數據集成算子[15]，設[ai，bi](i=1，2，…，n)為1組區間數，且有

(3)

3 模型建立

3.1 獲取區間灰色模糊不確定語言集決策表

表1 區間灰色直覺模糊語言集評價標準

3.2 計算專家群的區間灰色模糊不確定語言數

已知專家權重δ=[δs]1×n，運用式(2)進行加權計算，得到專家群的區間灰色直覺模糊不確定語言數，即

(4)

3.3 計算灰度集結值

(5)

3.4 計算各指標的影響期望

(μic+1-γic)

(6)

(7)

4 實例分析

4.1 工程概況

某水電站在進行右岸二道壩下游至尾水洞出口段貼坡混凝土澆筑施工時，班組各成員在右岸高程412 m平臺開完班前會和預知危險活動之后進入各自作業面，準備收倉時，下游側面模板突然發生爆模，整倉混凝土從爆模處涌至正在備倉的混凝土倉面，導致該混凝土倉面靠下游的正面模板被沖垮，隨即多人被坍塌的混凝土掩埋，造成2人死亡，多人重傷。

事故發生后，工程項目部立即啟動了生產安全事故應急救援預案，調動儲備的應急物資，將事故經過應急通訊系統層層上報，爭取相關組織的幫助和支持。由于水電站施工現場環境復雜，其安全事故的救援需要具備很強的現場應急處理能力，為保證搜救工作的時效性，需要快速有序地進行現場資源協調、人員配置以及保證通訊系統的暢通。事故緊急處理后，項目部聯合各單位對此次事故進行了反思與總結，評估事故的損失，降低事故的社會影響力，并引以為戒。

4.2 應急救援能力評價

本文在綜合考慮水利工程安全事故應急救援特點的情況下，建立如圖1所示的應急能力指標體系，對此次事故的水電站應急救援能力進行評估。邀請5位行業專家進行參評，各專家根據《水利工程建設重大質量與安全事故應急預案》，按此次事故的影響范圍和嚴重性，判定為IV級，并結合圖1確定準則權重ξ=[0.178 2，0.289 6，0.376 4，0.155 8]；專家權重δ=[0.136 6，0.243 2，0.195 8，0.226 7，0.197 7]。

請受邀專家根據工程實況，結合圖1和表1估計各應急指標Bi對準則層A1、A2、A3、A4的區間灰色直覺模糊不確定語言集，利用式(4)計算專家群的區間灰色模糊不確定語言數，計算結果如下

表2 影響期望及排序

由式(5)計算灰度集結值，取ρ(y)=y2計算[17]，結果如下

從表2可以看出，運用直覺模糊集和區間灰色直覺模糊集計算得到各指標對準則層的影響期望排序相同，其綜合期望排名前3的指標也一致。在水利工程事故應急救援能力的13個指標中，應急救援能力綜合期望排在前3位的分別是現場搜救能力B9、應急資源調度能力B7和應急通訊系統保障能力B8，說明這3個指標對水利工程安全事故應急能力影響較大，在應急救援中占有最重要的地位。而在對準則層的影響期望中，危險源識別能力B1、應急信息系統建設能力B5、現場搜救能力B9和恢復與重建能力B12對其各自的準則層的影響最大，這說明在日常管理中，需要有針對性地加強和完善對準則層影響較大的各方面的能力建設，以完善應急救援體系；此外，人員培訓與演練能力B3的綜合期望最低，但在實際工作中，為了避免薄弱環節造成不必要的損失，人員培訓與演練能力也是不容忽視的。

同時，在與直覺模糊集計算結果的對比中，區間灰色直覺模糊集計算結果有明顯差異，期望排序清晰合理。相比于直覺模糊集的計算結果，運用區間灰色直覺模糊集進行計算時，應急物資儲備能力B4和應急信息系統建設能力B5的綜合期望排序上升；危險源識別能力B1和應急人員執行能力B10的排序下降。在實際救援過程中，項目部充足的物資儲備在本次救援起到了重要作用，傷員得到及時的物資補給，沒有造成更嚴重的后果；完善的應急信息系統大大提高了救援效率。這說明相比于直覺模糊集，區間灰色直覺模糊集更貼合實際救援過程，在評價過程中能較完整地保留評價信息。

5 結 語

本文在分析水利工程施工特點和安全管理模式，充分考慮專家判斷信息的模糊性和事故情景的復雜性的基礎上，結合危機管理4R理論，建立了水利工程安全事故應急救援能力指標評價體系，得出以下結論：

(1)采用區間灰色直覺模糊不確定語言集表達評價信息，使信息表達更全面，更真實。利用C-OWA算子對區間灰度和不確定語言數進行集結，將區間灰色直覺模糊不確定語言集轉變為實數問題，能大大減少計算過程，評價指標能更好地定量化。

(2)建立的水利工程應急能力評價模型能更充分利用各專家所給出的評價信息，得出客觀的評價結果。

(3)現場搜救能力和應急資源調度能力在應急救援中占有重要地位。