基于AHP-模糊综合评价法的应急装备灾害适应性评估_安子樱.pdf

6基于AHP-模糊综合评价法的应急装备灾害适应性评估*安子樱胡淋翔李伟祝健刘晓平（合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）摘要应急装备是应对各类灾害事故等突发事件应急过程中所必需的重要装备保障。为探讨应急装备在复杂多样灾害环境下的环境适应性评价方法，从现有装备评价方法出发，针对典型灾害环境及应急装备特点进行了改进和综合运用，发展了适用于典型应急装备灾害环境适应性的评价技术，最终建立了以层次分析法和模糊综合评价法相结合的多层次、多指标评价方法，并进行了应用。该方法可用于构建及完善应急装备环境适应性评价体系，同时也为建立灾害环境适应性检测平台提供关键支撑。关键词环境适应性评价体系层次分析法模糊综合评价Disaster environmental adaptability assessment of emergency equipment based on AHP-fuzzycomprehensive evaluation methodAN Ziying HU Linxiang LI Wei ZHU Jian LIU Xiaoping（College of Civil Engineering，Hefei University of Technology，Hefei Anhui 230009，China）AbstractEmergency equipment is the necessary materials to guarantee the process of responding to various disas-ters，accidents and other emergencies.In order to explore the environmental adaptation evaluation methods of emerg-ency equipment in complex or extreme disaster environment，the evaluation methods of equipment are improved andcomprehensively applied，which is directed at the typical characteristics of disaster environment and emergency equi-pment.And the evaluation technology for the environment adaptation of typical emergency equipment has been devel-oped.Finally，a multi-level and multi-index evaluation method is established and applied.This method can be used toconstruct and optimize the environmental adaptation evaluation system of emergency materials，and also provide keysupport for the establishment of disaster environment adaptability testing platform.Key wordsenvironmental adaptationevaluation systemthe analytic hierarchy processfuzzy comprehensiveevaluation method0引言环境适应性是装备的重要质量特性之一，同时是保证装备有效发挥其性能的非功能性指标之一。在装备的运输、贮存和使用过程中自然环境应力和诱发环境应力都可能对装备的功能或性能造成影响，尤其是对于处在恶劣灾害环境下的装备，环境适应性被破坏的情况时常发生，使其使用受到影响，甚至造成不可挽回的结果。因此，亟需开展应急装备在灾害环境下的适应性评价研究，建立适应性综合评价方法，及时对其性能进行分析，从而避免失效等情况的发生，对规范无法保障的情况进行补充。现有适应性评价方法大多针对风险评估，侧重于灾害对社会、经济的影响。通常，以城市或区域范围内灾害环境下的原有设施为主要承灾对象，并未考虑应急装备在灾害环境下的响应情况。国内装备评价体系的建立主要涉及武器类、电子类和航天装备类等，针对应急装备在灾害环境下适应性研究目前相对空缺，需要建立相关适应性评价方法填补其空缺。本文提出一种应急装备环境适应性的评价方法，实现对应急装备开展灾害环境条件下的适应性评价，并通过实例分析论证其可行性，保障应急装备在灾害环境下的使用。同时，建立该评价方法可用于完善环境适应性评价体系，为进一步设计和建立灾害环境适应性检测平台提供思路。1综合评价模型建立1.1常用评价方法现已提出的综合评价问题方法种类多样，应用较为广泛的主要有 TOPSIS 法、层次分析法、模糊综合评价法、熵值法等。依据应急资源功能性要求以及灾害情况下的特征性，确认因素集、评价集，选择*基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0810600）。2023 年第 49 卷第 2 期February 20237层次分析法和模糊综合评价法相结合，建立AHP-模糊综合评价体系，完成应急装备灾害环境适应性评价体系。1.2层次分析法（AHP）层次分析法（analytic hierarchy process，简称AHP）对于被评价的对象，根据其性质和要达成的总目标，将评价对象分解出不同的组成因素，并按照因素之间的相互作用、影响及隶属关系，使因素聚集组合形成递阶层次结构，然后根据客观现实数据和主观认识判断，对同一层次中的因素进行两两比较，经过数学计算和检验，最后得到最底层对于最高层的权重及其相对优劣排序。1.3模糊综合评价法模糊综合评价法是模糊数学和模糊统计方法的综合应用，在多指标综合评价实践中应用广泛。模糊综合评价法设计 5 个要素（因素集、评价集、模糊关系矩阵、权重集以及单因素评判），通过模糊变换原理和最大隶属度原则，实现定性和定量的结合，对该某一装备的优劣做出科学评价。1.4AHP-模糊综合评价法单一的模糊综合评价法虽解决评价过程中出现的模糊性问题，但无法满足权重指标的准确性需求，可能造成最终评价结果的失真，故引入层次分析法降低了传统权重确定带来的误差，提高了评价的可靠性。AHP-模糊综合评价法是将层次分析法和模糊综合评价法相结合，使用层次分析法科学地确定评价体系中各因素的权重，使用模糊综合评价方法对各因素进行定性和定量相结合的等级评价，通过两种方法结合使用，最终可得到针对评价目标客观合理的评价结果。此复合评价模型如图 1 所示，先利用层次分析法建立合理递阶层次结构，通过专家打分法建立两两判断矩阵，并进行归一化处理和一致性分析，排除不合理矩阵，将其他权重矩阵取平均数，得到最终各元素的权重。然后模糊综合评价法依据层次分析法已建立的层次结构，对其中各个因素确定其评价等级标准，并根据实际实验或使用情况通过专家打分法进行指标等级判定，通过隶属度计算建立评价结果集合。最后将各因素权重及其等级权重相结合，依据最大隶属度原则，得出目标层的等级判断。图 1AHP-模糊综合评价模型综合评价将层次分析法对各个因素的权重评价结果，通过模糊评价进行统一的等级描述，得到对目标的评价结果。它将定性和定量的因素评价结合起来，既减少了单一使用层次分析法带来的评价过程主观性和随机性，又满足了分析过程中评价因素模糊性的需求。2评价实例分析近年来我国火灾事故频频发生，建筑火灾灾害环境仍是常见灾害环境。该研究选取火灾救援中使用的 17 式消防员灭火防护服（后文简称防火服）作为实例分析对象，依托于合肥工业大学“建筑火灾环境下的适应性检验检测平台”，对两种不同热通量下不同品牌消防员灭火防护服开展适应性评价相关实验。其中热通量选取 84 kW/m2、126 kW/m2和 126kW/m2为规范1所要求功率的 150%。阻燃性实验依托于平台阻燃箱完成，热防护性能实验依托于燃烧装置完成，实验平台如图 2 所示。1铜板热流计（实验试样放置于此处）；2主喷灯；3两个辅助加热喷灯。图 2适应性检验检测平台装置8根据GA102014 消防员灭火防护服2，筛选出影响防火服环境适应性的元素。通过专家调查法和灾害实际情况分析，进一步筛选出关键性影响因素，建立层次结构，如图 3 所示。图 3防火服评价指标层次结构根据专家打分法，对各层因素进行权重值的判断。以其中一人的数据为例，其对于各层次的 19标度打分如表 1表 3 所示。表 1第一级判断矩阵因素阻燃性能热防护性能阻燃性能11/2热防护性能21表 2阻燃性能下第三级判断矩阵因素续燃时间阴燃时间外层损毁长度隔水透气层损毁长度内层损毁长度续燃时间111/31/31/4阴燃时间111/31/31/4外层损毁长度33111/2隔水透气层损毁长度33111/2内层损毁长度44221表 3热防护性能下第三级判断矩阵因素TPP 值铜量计温升TPP 值13铜量计温升1/31对上述数据进行归一化处理，首先对准则层1进行归一化处理和一致性检验。对矩阵A=2（0.511进行列归一化处理，得到矩阵 V1=2/3（1/32/31/3，对矩阵 V1进行行求和 W=（2/3，4/3）T，再将 W 向量进行归一化 W=（1/3，2/3）T，根据A=max可以求得最大特征根max=2，进行一致性检验CI=maxnn 1=0，CR=CIRI=00.1，通过了一致性检验。对矩阵B=1441进行列归一化处理，得到矩阵 V2=2/51/101/31/12，对矩阵 V2进行行求和 W=（43105，43105，7970，7970，202105）T，将 W 向量进行归一化W=（43525，43525，79350，79350，202525）T，根据 A=max求得最大特征根max=5.026，进行一致性检验CI=maxnn 1=0.006，CR=CIRI=0.0061.120.1，通过一致性检验。对矩阵C=1/3（311进行列归一化处理，得到矩阵V3=1/4（0.750.751/4，对矩阵V3进行行求和W=（1.5，0.5）T，再将W向量进行归一化W=（0.75，0.25）T，根据A=max可以求得最大特征根max=2，进行一致性检验CI=maxnn 1=0，CR=CIRI=0v2r2=1.5 1.731.52=0.46，v3x1v2r3=1-r2=1-0.46=0.54，v2x1v3经计算，得到隶属函数R1=00.06500.1400.460.9350.350.860.750.5400.6500.25。进一步可对阻燃性能的模糊综合评价进行计算，E=W1R1=（0.033，0.655，0.312），则对阻燃性能有 3.3%的比重属于“中”，有65.5%的比重属于“良”，有31.2%的比重属于“优”。根据最大隶属度原则，在 3 个等级的隶属度中“65.5%”的数值最大，因此，所评价防火服的阻燃性能为“良”。依据GA102014 消防员灭火防护服2和GB/T383022019 防护服装热防护性能测试方法1中内容，在专家调查法结果的指导下，结合火灾中极端灾害情况，建立防火服热防护性能模糊评价指标等级标准，如表 7 所示。依据 17 式消防服热防护性能实验结果，如表 8所示。表 7热防护性能下因素评价标准指标中良优TPP/（kWs m-2）90011001300铜量计温升/242118表 8热防护性能实验结果试样编号TPP/（kWm-2）铜量计温升/1 号 84 kW/m21168.919.81 号 126 kW/m21446.520.32 号 84 kW/m21125.620.82 号 126 kW/m21313.819.7选取 1 号试样在 84 kW/m2热通量的实验结果，根据隶属度函数，计算定量指标