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1、精品论文改进的模糊层次综合评判法在重大危险源评价中的应用吕康，郑洪波，张芸 大连理工大学“工业生态与环境工程”教育部重点实验室，大连（116024） E-mail：lvkangsky摘要：以石油化工、煤化工及制药行业涉及到的危险装置、设施构成的危险源为研究对象。 在简要介绍分析我国目前采用的几种重大危险源评价方法的基础上，针对重大危险源评价因子建立层次结构模型，运用改进的层次分析法确立模糊一致性矩阵，进而计算出综合评价结果并对其分级，并借鉴安全预警体系中的红、橙、黄、绿，作为分级结果的警示色，为重大 风险源的预防与控制提供了科学依据。并通过实例进行了基于改进层次分析法的重大危险源评价方法的实际
2、运用。关键词：风险源三标度模糊层次综合评价分级 中图分类号:X820.31. 引言现代石油化工、煤化工、制药及其相关行业中，生产、储存和使用着各种各样的有毒 有害气体和液体，这些物质一旦由于人为因素、设备因素、生产管理和环境因素等导致泄漏、 火灾爆炸事故发生，就可能以毒气云、热辐射、冲击波等形式给周边区域造成人员伤亡、财 产损失和生态破坏，随着化学工业的迅速发展，大储量，高能量的装置和单元越来越多，而 与之相应的，我国的安全管理和预防措施水平相对落后，因此发生泄露、火灾爆炸事故的危 险性相应增加，为使人民生命财产有所保障，企业生产安全工作必须做好。随着安全系统工 程技术的发展，人们越来越认识到
3、，安全工作的重点必须从“事后处理”向“预防为主”的方向 转移，将潜在的危险消灭在萌芽之中。因此，运用安全评价方法对生产中的重大危险源进行 评价、分级和控制是预防为主思想的具体体现，是改善物的不安全状态，人的不安全行为的 重要方法。鉴于影响重大危险源危险程度的各因素较为复杂，许多输入输出关系在现实中只能表达 为模糊关系，其在模糊评价用层次分析法确定各因素权重时可能存在计算繁琐的情况。 因 此本文将改进的模糊层次综合评价法应用于重大危险源风险评价中，可以使计算量减少，而 又不影响结论的正确性。2. 重大危险源评价的研究进展重大危险源是指长期地或临时地生产、加工、搬运、使用或贮存危险物质，且危险物
4、质的数量等于或超过临界量的单元。单元指一个（套）生产装置、设施或场所，或同属于一 个工厂的且边缘距离小于 500m 的几个（套）生产装置、设施或场所8。一般来说，目前我 国的重大危险源评价方法分两类，一类是静态分级法，即分级的标准不变，或分级结果不随 参加分级风险源数目多少而变化，如美国 DOW 化学公司的火灾、爆炸指数法，ICI/MOND 火灾、爆炸、毒性指数法，日本劳动省基准局制定的化工企业六阶段评价法，化工厂危险程 度分级法9，易燃易爆有毒重大危险源评价法1，基于 BP 神经网络的重大危险源分级法2 等，这类分级方法主要是以打分方式来进行的，虽然打分法操作起来比较简单，但是可靠性 不佳；
5、另一类是动态分级法，即分级的标准是可变的，或参加分级风险源数目的多少变化了， 其分级结果也相应的有所变动，如具有自组织模式聚类功能的无教师监督学习的神经网络方- 6 -法3，DT 动态分级法等4，这类方法适用对象是企业管理者或项目投资方，便于他们进行 危险源管理或投资决策。本着评价指标更科学合理，计算过程更简洁，所得结论更可靠的原则，本文通过阅读大 量安全评价技术方法的文献，构建危险源危险度评价层次结构模型，考虑到影响危险源危险程度的众多评价指标中，员工素质、管理水平、周围环境因素等均具有模糊性，不确定性，难以量化，对此可以在结合模糊数学的理论上，采用改进的层次分析法来解决这一问题。3. 重大
6、危险源危险度评价模型指标的选择及模型的建立重大危险源危险程度的综合评价涉及到多种因素，按照系统工程的观点，它是危险源 自身因素、人为因素和周围自然社会环境因素相互作用的动态系统。因此，指标集的建立必 须达到科学、合理、全面的要求。本文从安全评价的一般共性出发，考虑到重大危险源的特 征，利用主成份分析法对影响重大危险源的因素进行分析，得出主要影响因子，参考国家标 准和其他危险评价方法5（如道化学法、蒙德法、六阶段评价法），在广泛征求专家意见的 基础上，建立基于改进层次分析法的危险源模糊评价指标集。评价指标集可分为固有危险程度和安全补偿因素两大部分。固有危险主要反映的是物质 自身的特性、危险物质生
7、产过程、工艺过程的特点以及危险单元的内外部环境情况，安全补 偿因素主要是指人在控制事故发生和防止事故后果扩大方面所采取的措施。对于固有危险程 度，基于 GB18218-2000 所述: (1)事故统计数据表明火灾、爆炸和毒物泄漏危险在所有事故 危险中后果最为严重；(2)这三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6， 并且最有可能形成大空间、大尺度的危害区域，故选取火灾、爆炸和毒物泄漏为主要危险影 响因素。在上述基础上，借鉴重大危险源的研究资料，建立重大危险源危险程度评价指标体系如图 1 所示图 1 重大危险源危险度评价层次结构模型4. 改进的模糊层次综合评判模型4.1 改进的层次
8、分析法层次分析法是将待评价系统的各种替代方案的各种要素分解为目标、准则、子准则、指标等层次，然后对同一层内的各个因素进行两两比较，比较结果构成判断矩阵，确定出相对于上一层目标的各自权重系数。根据最优传递矩阵的思想，采用改进的基于专家打分法的 层次分析法，由三标度法可将比较矩阵直接转化为判断矩阵，求出权重值，无须进行一致性 检验7。三标度法的含义为：当 B1、B2 两元素比较时，若 B1 比 B2 重要，则用 2 表示；若 B1 与 B2 同等重要，则用 1 表示；若 B1 没有 B2 重要，则用 0 表示。设在同一层次中有 n 种元素， 相对于上一层次中某一元素，通过元素的两两比较重要性，用三
9、标度可得比较矩阵 C c11c12Kc1n c = c21c22Kc2 n MMMM 比较矩阵转变为判断矩阵的步骤：1 重要性排序指数的计算cn1ncn 2Kcnn 2 求判断矩阵的元素ri = cijj =1i = 1, 2, 3Kn取 rmax = max ri ， rmin = min ri ，则判断矩阵 B 的元素为:iirirj(b 1) + 1r r rmax rminmijbij = 1ri rj(b 1) + 1ri = rj1r r其中 bm= rmaxrmin m rmax rmin ij通过上述方法将比较矩阵 C 转化为判断矩阵 B 后，根据判断矩阵得出最大特征根及其n对
10、应的特征向量，进而求出该层内各指标的权重， w = (w1 , w2 ,K, wn ), wi = 1 。i =14.2 综合权重的计算对于具有多层结构的的评价体系，可通过分别计算各层的指标权重，然后经过逐层组 合计算，得出最下层各个指标对决策目标的的组合权重系数，具体计算过程如表 1 所示：表 1 综合权重计算表权因 素重因 素C1C2Cn综合权重12nP111121nmv1 = wi w1ii =1P221222nmv2 = wi w2ii =1Pnn1n2nnmvn = wi wnii =14.3 指标的隶属度取值对于补偿措施中的各个指标的取值，可以参考现有的评价方法（道化学法、蒙德法）
11、 对相关指标的描述计算得出该指标的的取值 C1=k1.k2.kn。对于固有危险中的指标，根据 模糊理论,常见的隶属函数有线性型(如三角形分布、梯形分布)和非线性型(如正态分布、岭 形分布) 等类型10，在经济、环境领域中，应用较多的是降半梯形分布和升半梯形分布11。 本文参考国家政府相关行业标准，采用升半梯形分布来量化。0x aA(x) = x a b aa x b1x b4.4 重大危险源危险程度的计算及分级对上述给出的重大危险源危险度评价指标体系中指标层内的各个因素进行赋值，然后按 照 01 级量化，结合其各自的综合权重系数，建立重大危险源危险程度评价公式：mD = i d inj j (
12、1 s )i =1j = m式中：D 为危险度系数， i 为指标的权重系数，dj 和 sj 为指标的归一化取值。由前面得出的危险度系数，本文试给出重大危险源危险度判别分级表，如表 2 所示表 2 重大危险源危险度评判分级表危险度等级危险度系数警示色危险等级10.8红一级20.40.8橙二级30.080.4黄三级40.08绿四级重大危险源的分级不仅要从技术层面考虑，还要从政策层面考虑，因此，对于危险等级的划分标准，可由政府部门结合当地的实际情况酌情调整。5. 应用举例某化工厂硫磺回收装置，厂区一带人口密度大约 500 人/km2，其在不利气象条件下瞬时 泄漏源强为 2.47kg/s，该装置危险物
13、质的存有量及临界量如下表 3 所示，硫化氢的性质见表4表 3 危险物质的存有量及临界量装置名称物质名称实际存在量 q（t）临界量 Q(t)qi/Qi硫磺回收 装置酸性水汽提酸性气（H2S）5632281.5胺液再生酸性气（H2S）153276.5硫磺回收酸性气（H2S）1929.5qi/Qi=367.51（重大风险源）表 4 硫化氢的性质物质 名称相态闪 点沸点爆炸极限%（v）危险性类 别燃烧爆 炸危险 度火灾危 险性分 类毒性毒 物 分 级上限下限LD50LC50mg/kgmg/m3硫化氢气-60.4446第 2.1 类易燃气体10.5甲618II(1)底层指标综合权重的取值由上面给出的三标
14、度法求出综合权重如表 5 所示表 5 底层指标综合权重影响因素D1D2D4D5D6S1S2S3综合权重0.22010.22010.17440.09270.09270.16660.01670.0167(2)底层指标的取值对于每一指标值，参照上面给出的隶属度取值方法，由经验丰富的专家给出，并将其归 一化。得到的所有因素取值如表 6 所示表 6 底层指标的取值影响因素D1D2D4D5D6S1S2S3取值10.80.60.20.350.60.60.5(3)D=0.21+0.22010.8+0.17440.6+0.0920.2+0.09270.35-0.1666(1-0.6)-0.0167(1-0.6+
15、0.0167(1-0.5）=0.470135。计算得到的该危险源的危险系数为 0.470135，属于橙色二级危险12。6. 结论及分析模糊层次综合评价法作为一种新的重大危险源评价法，理论上在国内已经开始得到应 用，它可以较好的解决指标的不确定性和难定量化问题，但在应用该方法时，一般采用专家 咨询，利用 1-9 标度来构造判断矩阵，而标度越多，由于人的思维惯性及判断的不确定性， 两两比较时出现不合理结果的可能性越大，因此采用三标度法来确定判断矩阵，更好的解决 了人对指标做判断时的不确定性和模糊性，同时也避免了判断矩阵一致性的问题，简化了计 算方法。并通过实例计算，得出用改进的模糊层次综合评价法与
16、无改进时的结果吻合，证明 了该方法是可靠有效的。参考文献1 吴宗之,高进东.重大危险源辨识与控制M.北京:冶金工业出版社，20012 钟茂华,陈宝智.基于神经网络的重大危险源分级研究J.中国安全科学学报，1996，6(增刊): 143-147. 3 钟茂华,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): 6-9.4 李德顺，许开立.重大危险源分级技术的研究J.风险管理，2007，9（10）:44-47.5 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): 55-58.6 吴宗之.重大危险源控制技术研究现状及若干问题探讨J.中国安
17、全科学学报，1994，4(2): 17-22. 7 辛杨.AHP 在群决策中的应用研究D. 大连:大连理工大学, 2001. 8刘铁民,张兴凯,刘公智.安全评价方法应用指南M.化学工业出版社.20059 钟茂华,温丽敏.关于危险源分类与分级探讨J.中国安全科学学报，2003，6(13):18-20. 10 孙英兰,宋荣兴.城市水资源系统模糊综合评价J.中国海洋大学学报,2008,38(2):232-236 11 刘旭政,徐胜乐.大跨度悬索桥模糊安全性评价模型J.南昌大学学报,2008,30(1):100-102 12 郭振仁,张剑民.突发性环境污染事故与应急M.中国环境科学出版社.2006Ap
18、plication of the Model of Improved Fuzzy AHP SyntheticEvaluation in major Risk Sources AssessmentLv Kang, Zheng Hongbo, Zhang YunKey Laboratory of Industrial Ecology and Environmental Engineering, MOE, Dalian University ofTechnology, Dalian (116024)AbstractIn this paper, It mainly studies the instal
19、lations of risk sources including petrochemical, coal-chemical and pharmaceutical industry. Based on several current assessment methods of major hazardinstallations are introduced, this paper establishes the hierarchy structure of assessment factors for major risk sources, using the improved AHP to
20、get fuzzy consistent matrix and establishvarious factors weight, then the results of comprehensive evaluation are calculated and had grade, by using environmental warning system for reference, we utilize red orange yellow green as a warning color of the results of the grade,providing a scientific basis for significant risk sources prevention and control.This method is applied to a practical case.Keyword: risk sources assessment; three standard degree method; fuzzy AHP; grade
