模糊相似优先比法在大型油罐选址工程中的应用

中国石油西部管道公司

模糊相似优先比法在大型油罐选址工程中的应用

张文新中国石油西部管道公司

兰州原油末站商业储备库大型油罐群是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施，该大型油罐群修建后的正常运营和安全使用，为我国在黄土场地修建大型储油罐提供了宝贵的工程实例。运用多目标模糊相似优先比理论，选取兰州地区和平、永登、皋兰、榆中、永靖、红古等6个黄土场地，将颗粒比重、天然含水率、孔隙比、饱和度、塑性指数等作为比选指标，将以建成的兰州原油末站实例作为源范例，拟比选的黄土场地作为目标范例，通过源范例与目标范例之间模糊因子的相似度计算，得到目标范例与源范例之间的相似性序列，找出与兰州原油末站黄土场地最相似的目标场地，实现大型油罐的场址优选。

模糊相似优先比；黄土地区；大型储油罐；选址

我国于1985年以来陆续修建了大量的大型油罐（群），容量从5×104～15×104m3不等[1]。兰州原油末站商业储备库大型油罐群是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施，该大型油罐群修建后的正常运营和安全使用，为我国在黄土场地修建大型储油罐提供了宝贵的工程实例。本文采用模糊相似优先比法实现大型油罐的场址优选决策，将多目标模糊相似优先比决策法应用到大型油罐的选址工程中，实现工程建设的科学决策。

1 模糊决策

1.1 模糊意见集中决策的方法与步骤

设论域U={u1,u2,...,un}，将U中的元素进行排序，专家组|M|=m（人），发表m种意见，记为

其中vi是第i种意见序列，即U中元素的某一个排序。

令u∈U，Bi(u)表示第i种意见序列vi中排在u之后的元素个数，即

若u在第i种意见vi中排在第一位，则Bi(u)=n-1；……

若u在第i种意见vi中排在第k位，则Bi(u)=n-k；

1.2 模糊优先关系排序决策

设论域U={xi,x2,...,xn}为n个备选方案，在U上确定一个模糊集A，运用模糊数学方法在n个备选方案中建立一种模糊优先关系，将它们排出一个优劣次序，这就是模糊优先关系排序决策[3]。

以rij表示xi与xj相比较时xi对于A比xj对于A优越的程度，或称xi对xj的优先选择比，要求优先选择比rij满足

上述条件表明：xi与xi相比较时，没有优越，则记rii=0，xi与xj相比较时把两者的优越成分加在一起为1，rij+rji=1；当只发现xi与xj有长处而未发现xj与xi有任何长处时，记rij=1，rji=0；当xi与xj相比较时部分优劣，记rij=rji=0.5。

rij组成的矩阵

此矩阵确定的关系称为模糊优先关系。

取定阀值λ∈[0,1]，得λ截距阵

其中

当λ由1逐渐下降时，若Rλ第i1行元素除对角线元素外全等于1，则认定是第一优越对象；再在R中划去所在的行与列，得到一个新的n-1截模糊矩阵，用同样的方法获取最优对象作为第二优越对象；如此递推下去，可将全体对象排出一定的优劣次序。

1.3 模糊相似优先比方法

假定样本xi与xj与固定样本xk比较，其相似优先比Rij必须满足如下要求：

（1）若Rij在[0.5，1.0]之间，则表示xi比xj优先。

（2）若Rij在[0.0，0.5]之间，则表示xj比xi优先。

（3）在极值情形下，有3种可能：如Rij=1，则表示xi比xj明显优先；如Rij=0，则表示xj比xi明显优先；如Rij=0.5，则xi和xj的优先等级相等。

在模糊优先比分析中，一般采用海明（Harming）距离作为相似优先比中Rij的测度。如对样本xi和样本xj与固定样本xk之间进行比较，海明距离可定义为

式中dki=||xkxi，dkj=||xkxj，对给定的一样本集合X={x1,x2,...,xn}和固定样本xk，令任意xi、xj∈X和xk做比较，即计算两两样本间的相似优先比，从而得到模糊相关矩阵

建立模糊相似矩阵之后，从大到小选定λ值，以在λ值下降过程中首先到达的除主对角线元素外全行都为1的那一行的样本最相似，然后删除矩阵相应的行和列，并降低λ水平值，继续寻找。依此类推，直至截距处理完毕。

2 实例分析

2.1 兰州原油末站工程概况

兰州原油末站及商业储备库工程位于兰州市西固区陈坪乡，直线距离黄河只有300m，地势平坦。场地地层结构较为简单，自上而下共划分为4个大层，钻孔揭露深度范围内从上至下土层分布及性状为[4]：黄土状土、饱和黄土状土、卵石及泥岩，黄土和饱和黄土的物理力学指标见表1。

2.2 黄土地区大型油罐选址分析

兰州原油末站黄土场地大型储油罐群的成功修建，丰富了我国黄土地区修建大型储油罐的技术内涵，为我国修建大型储油罐积累了技术资料，如需要在和平、永登、皋兰、榆中、永靖、红古等6个黄土地区场地地上进行大型油罐的工程场址优选。根据对黄土工程性质的调查研究，选取黄土颗粒比重、天然含水率、孔隙比、饱和度、塑性指数为比选指标，采用模糊相似优先比方法选取最适合的场地，场地的黄土工程性质见表2。

表1 黄土的物理力学性质指标

表2 各场地黄土工程性质指标

2.3 模糊相似优先比结果分析

将已建成的兰州原油末站实例作为源范例，标识为1，拟比选的黄土场地作为目标范例，标识为0。计算源范例与目标范例的Harming距离以及与目标范例各个因素的模糊优先比矩阵R，最后计算目标范例对源范例各变量相似程度和目标对源范例的优先比值，并按顺序排列，结果见表3、表4。

表3 目标范例1与源范例0间绝对值

表4 待判场地1对各变量相似程度

通过模糊相似优先比方法，从表4可以得出，如果要在和平、永登、皋兰、榆中、永靖、红古这6个黄土地区选择一个场地，进行大型储油罐的建设，根据兰州原油末站已经修建好的实践经验，永登地区的黄土工程性质与兰州原油末站的黄土工程性质最相似，是最好的一个选择，红古地区的相似程度最小，按相似程度大小排列：永登＞皋兰＞和平＞榆中＞永靖＞红古。

通过源范例与目标范例之间模糊因子的相似度计算，得到目标范例与源范例之间的相似性序列，找出与兰州原油末站黄土场地最相似的目标场地，实现大型油罐的场址优选，为黄土地区大型油罐的选址提供了一种新方法。

3 结语

由工程实例结果分析可以得出，相似优先比法综合考虑了影响黄土工程性质的各项物理参数，能够优选出在已有工程实践经验下，最能满足工程选址要求的工程场地，与实际情况符合，说明该方法在黄土地区大型油罐选址中是合理的。模糊相似优先比法能综合考虑多种因素，因此，为了使大型油罐的建造尽可能满足安全、经济合理的要求，建议决策者对工程选址作详尽分析，在建设场地的初选上尽可能列出多个场地预选方案，这将使决策结果更切合实际，充分发挥模糊相似优先比法在决策中的优势作用。

[1]翟振远．大型储罐地基基础设计方法研究[D]．大庆：大庆石油学院硕士学位论文，2007.

[2]谢季坚，刘承平．模糊数学方法及其应用[M]．武汉：华中科技大学出版社，2005.

[3]陈守煌，系统模糊决策理论与应用[M]．大连：大连理工出版社，1994.

[4]中油四维工程勘察有限公司．西部原油成品油管道工程兰州原油末站（罐区）岩土工程勘察报告[R]．2005.

（0991）7561608、zhangwenxin@cnpc.com.cn

（栏目主持 李艳秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.001

张文新：高级工程师，2002年西南石油大学石油与天然气工程专业硕士毕业，现任中国石油西部管道公司副总经理。