基于FAHP方法的電力場所火災應急管理能力評價

陳龍飛 李小松 周山新 尚峰舉 陳艷秋 李濤

摘要：本文針對電力場所火災應急能力評價建立了模糊層次模型，利用層次分析法（AHP）確定指標權重，然后通過模糊評判矩陣合成，進行電力場所火災應急能力的綜合評價。根據研究結果可知：應急救援與恢復對應急能力有重要的影響，并且，提高電力場所監測預警設備先進性對于提升電力場所火災整體應急能力也是十分必要的。本文的研究為電力場所火災及應急能力評價提供了切實可行的方法，能夠加深對電力場所火災應急的認識，為電力場所火災應急水平提升指明方向。同時，本文建立的評價模型也可以適用于高層建筑、地鐵、隧道等人員密集場所的火災應急能力分析。

關鍵詞：電力場所;火災應急;評價指標;模糊層次分析法

隨著我國經濟不斷發展，火災安全已成為社會關注的熱點話題。近年來，在我國的社會火災事件中，電力系統火災的比例不斷上升，電力系統的火災安全保障是一個需要解決的新課題。電力系統的組成部分包括以下幾個部分：發電廠、供配電所、送變電線路及用電等。電力系統中存在著大量的可燃物，一旦發生火災，就會在瞬間造成重大的災難性事故，帶來惡劣的社會影響，電力系統火災安全越來越吸引社會各界的關注。應急能力評價是保障電力系統火災安全的一個重要方法。然而，現階段針對電力場所的應急能力評價建設還缺乏系統的研究。因此，開展電力場所火災應急能力評價的研究，提高電力場所的火災應急能力是十分必要的。

國內外針對應急能力評價開展了相關的研究工作。國外方面，1971年，托雷蓋斯[1]等人首次針對通信設施的可靠性，利用建立模型的方法對其進行了評估;1998年，巴蒂尼[2]等人開創性地根據統計方法得到一個區域火災對應的資源需求量和潛在危險資源需求量，然后對該地區域的消防系統進行了評估。國內方面，2008年，黃棟[3]等人基礎性地針對艦船裝備承修單位的承修能力，使用模糊層次分析法進行了研究。

層次分析法是美國學者薩蒂提出的一種關于層次權重決策分析的方法。該方法首先把決策問題按下列幾個方面：總目標、各層子標、評價準則及備選擇方案來進行分解，使決策問題變成不同的層次結構。接下來，通過判斷矩陣特征向量的求解，可以得到不同層次的元素之間的優先權重。隨后，利用加權和的方法，遞階歸并出各備選擇方案對總目標的最終權重。根據各備選擇方案所得的最終權重的比較，如果最終權重最大，則說明該方案就是最優的方案[4-10]。在進行層次分析時，通常會遇到數學描述困難，難以定量的因素。針對這種情況，學者們采用模糊綜合評價法，基于模糊關系合成的基本理論，首先對這些模糊的因素定量化，然后基于模糊等級的隸屬度，再從多個因素進行綜合性評價 [11-16]。

考慮評價結果的客觀性和科學性，本文采用模糊層次分析法，構建電力場所火災應急能力評價模糊層次模型，為電力場所火災及應急能力評價提供了切實可行的方法，能夠加深對電力場所火災應急的認識，為電力場所火災應急水平提升指明方向。

一、應急指標體系建立

電力場所火災應急能力評價指標的設定，在構成要素方面需要包含自然因素至社會因素、制度設計至公眾行為、組織效能至工程能力等多方面要素。本文從電力場所的實際功能結構出發，通過系統的資料調研和專家咨詢，構建了電力場所火災應急管理能力評價體系如圖1所示。通過采用安全檢查表，把電力場所應急評價指標體系分成三個結構層，即目標層、準則層和指標層。其中，準則層包含5個二級指標，即監測預警能力、應急人員保障能力、日常建設工作、應急預案管理與演練和應急救援與恢復;指標層包含24個三級指標。至此，提出了由5個二級指標、24個三級指標構成的電力場所應急管理能力評價指標體系。

圖1 ?電力場所應急管理能力評價指標體系

二、基于模糊層次分析法的應急評價模型建立

（一）AHP各指標權重確定

根據圖1中建立的評價指標體系，從上到下每層進行判斷矩陣的構建，相鄰的兩層元素中，上層的元素作為下層元素的標準，按照表1中的1～9標度法兩兩比較，從而構造判斷矩陣。

本文在確定兩個元素比較后的標度值時，采用的是專家打分的方法。在進行專家打分前，本文先制作出評價指標重要度調查表，選擇電力和消防領域的多位專家學者（包括消防隊、電力和消防專業大學教師），統計各位專家對每兩項的對比結果，以少數服從多數的原則，選取最終標度值，得到每一級別的評判矩陣P，如表2所示。

由表2可知，P（A）形成一個五階矩陣，基于此矩陣，可以計算出最大特征值Kmax對應的特征向量w，如下式所示：

（1）

隨后，將求得的特征向量歸一化，則可以獲得每個評價元素的權重。但是，需要注意的是按上述公式求解得到的權重不是絕對合理的，還需把計算結果用判斷矩陣進行一致性檢驗，如下式所示：

（2）

（3）

式中，CI—為判斷矩陣一般一致性指標;CR—為判斷矩陣隨機一致性比率;RI—為判斷矩陣平均隨機一致性指標，取值如表3所示。

根據AHP的原理，當CR<0.1時或Kmax=n且CI=0時，認為判斷矩陣P具有滿意的一致性，否則需要重新構造判斷矩陣。本論文主要通過微調矩陣中的某些奇數值，使其變成接近的偶數值，總體來說并不改變專家們對指標的重要性排序。最終借助MATLAB軟件編程算出P（A）的權向量和CR值。權向量w（A）=（B1，B2，B3，B4，B5）=（0.2270，0.1007，0.1133，0.0499，0.5091），CR=0.084<0.1通過一致性檢驗。

（二）模糊評判矩陣確定及評價過程

在確定隸屬度時，本文采用的是專家意見法。首先，給出5個層次的專家評語集，即V={V1（很強），V2（強），V3（一般），V4（弱），V5（很弱）}。根據影響“監測預警能力”“應急人員保障能力”“日常建設工作”“應急預案管理與演練”“應急救援與恢復”的各種因素，通過經驗和客觀情況的綜合考慮，結合對AHP評價結果的分析，從而可以確定各因素的評語集。比如，對“監測預警能力”下的“應急物質投入”打分，有五人評價為“很強”，占0.5;三人評價為“強”，占0.3;兩人評價為“一般”，占0.2，因此得出“應急物質投入”的隸屬度為R=（0.5，0.3，0.2，0，0），同理，可以得出所有評價因素的隸屬度，組成一個單因素評價矩陣Ri。隨后，通過權重集與單因素評價矩陣，開展模糊算子運算，最終就可以得到電力場所應急能力所處的層次。

分析各位專家的評價結果，依次可以得到B1～B5中各因素的單因素評價矩陣，然后再根據公式（1）計算B1～B5的單因素評判矩陣：

（4）

式中，為合成算子符號，模糊數學中常用的合成算子還有和，表示取小，表示取大。因此，根據模糊數學的評價過程為：

同理可得，

接下來，把B級評價結果作為單元素構建A級的評價，可由下式計算：

對A在區間[0，1]內進行歸一化處理，得到：

從評價結果可以得知，認為電力場所火災應急管理能力很強和強均占26%，認為一般和弱各占19.5%，認為很弱的占9%。接下來，本文對模糊綜合評價得到的A值進行量化處理，把各個等級的結果變換為記分制，用百分制的方法來定量分析該模型的能力等級：（100，85]（很強）、（85，70]（強）、（70，55]（一般）、（55，40]（弱）、（40，0]（很弱）。令D=（85，70，55，40，25），則

計算得到的分數值落在（70，55]（一般）區間，所以評價結果為“一般”。

三、評價結果分析

根據上述模糊層次綜合評價結果，電力場所急管理能力評價總體水平為“一般”。根據FAHP方法分析得到的電力場所急管理能力評價指標體系權重表如表4所示。

綜合權重的綜合排序為提高電力場所應急管理能力指明了方向，一般原則為對其中權重最高值給予充分關注和重點評價，再找出其中的薄弱項進行重點建設。

由上表可知，B層中“應急救援與恢復”所占權重最大，說明此項對應急能力影響非常顯著，在建設過程中，應優先選擇該項所包含的各項進行著力建設。其中，C層中“應急疏散”“救援能力”和“應急信息傳遞”所占權重較高，這就告訴我們應急能力主要通過應急疏散和救援過程體現，應急疏散能力的強弱對應急能力具有重要影響。另外，從綜合權重中可知，“監測預警設備先進性”所占權重也較大，可見電力場所急管理能力也取決于是否擁有先進的探測預警設備，這說明提升火災的探測預警能力對增強電力場所火災應急能力具有重要意義。

四、結語

根據模糊層次評價的綜合結果，針對電力場所應急管理能力本文的主要結論如下：

（一）本文得到的電力場所火災應急管理能力總體水平結果為“一般”。B層中“應急救援與恢復”所占權重最大，說明此項對應急能力影響非常顯著，在建設過程中，應優先關注“應急救援與恢復”所包含的各子標層項。

（二）從綜合權重排序結果分析可知，應急能力與應急疏散和救援過程關聯較大，疏散能力對應急能力而言是至關重要的。B層中“應急救援與恢復”的子標層，C層中“應急疏散”和“救援能力”在專家打分時明顯處于低分，說明這兩項是影響總體水平為“一般”的最主要原因。

（三）從綜合權重排序結果分析可知，“監測預警設備先進性”所占權重也較大，可見先進的監測預警設備對于電力場所的應急能力也會產生重要影響。

（四）本文的研究為電力場所火災及應急能力評價提供了切實可行的方法，能夠加深對電力場所火災應急的認識，為電力火災應急水平提升指明方向。同時，本文建立的評價模型也可以適用于高層建筑、地鐵隧道等人員密集場所的火災應急能力分析。

參考文獻：

[1]Toregas C，Swain R，ReVelle C，et al. The Location of Emergency Service Facilities [J]. Operations Research，1971，19：1363-1373.

[2]Badri M A，Mortagy A K，A1sayed C A. A multi-objective model for locating fire stations [J]. European Journal of Operational Research，1998，110：243-260.

[3]黃棟，張懷強.基于模糊層次分析法的艦船裝備承修單位承修能力評估[J].中國修船，2008，21（4）： 51-54.

[4]王蓮芬，許樹柏.層次分析法引論[M].北京：中國人民大學出版社，1990：384-389.

[5]寧宣熙，劉思峰.管理預測與決策方法[M].北京：科學出版社，2003：234-241.

[6]郭亞軍. 綜合評價理論與方法[M].北京：科學出版社，2008，8：40-41.

[7]羅云，攀運曉，馬曉春.風險分析與安全評價[M].北京：北京化學工業出版社，2004：24-25.

[8]劉越，孟海波，沈玉君，等.基于模糊層次分析法的生物燃氣產業競爭力評價模型及應用[J].農業工程學報，2016，32：275-283.

[9]孫博，肖汝誠.基于層次分析-模糊綜合評價法的橋梁火災風險評估體系[J].同濟大學學報（自然科學版），2015，43（11）： 1619-1625.

[10]蔡晶菁，楊濤，田玉敏.裝飾裝修材料火災危險性綜合評價[J].消防科學與技術，2015，34（1）：127-129..

[11]張朝暉.基于層次分析法的醫院消防安全評估[J].消防科學與技術，2014，33（8）：954-957.

[12]唐飛，胡隆華，霍然，等.基于層次分析法的城中村區域火災風險評估模型[J].消防科學與技術，2010，29（6）： 533-537.

[13]趙偉.應用古斯塔夫法評估城中村火災風險[J].消防科學與技術，2012，31（3）：306-309.

[14]阮文，陳呂義.基于AHP-模糊評價的城鎮消防安全評價體系[J].消防科學與技術，2017，36（2）：266-268.

[15]吳鋼.基于模糊評價的區域火災風險評價[J].消防科學與技術，2016，35 （8）：1154-1157.

[16]羅永龍，白鳳杰.城市化進程中城中村消防安全改造探究[J].武警學院學報，2010，26（4）：54-56.

作者簡介：

陳龍飛（1988—），男，福建泉州人，講師，研究方向：隧道防滅火技術。

陳艷秋（1989—）（通訊作者），女，湖北荊門人，講師，研究方向：建筑火災預測及風險控制。