基于区间灰色直觉模糊语言集的水利工程应急能力评价

陈 璇，孙开畅，马文俊，颜 鑫

(三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002)

0 引 言

随着我国水利事业的迅速发展，对工程工期要求越来越紧，施工速度越来越快，水利工程安全事故时有发生[1]。为了高效有序地开展救援工作，提高水利工程应急救援能力刻不容缓。由于水利工程大都地处偏远山区，一旦发生事故，外界通常获取的是不完整、模糊不确定的信息，且由于各评估专家的知识水平、经验、个人偏好等方面的差异，因此在进行应急救援能力评价时模糊性和灰性同时存在。目前，针对水利工程事故应急能力评价的研究尚未成熟，且现应急研究主要集中在城市突发事件[2-3]、化工园区[4-5]等综合应急能力方面。葛悦[6]结合层次分析法和灰色理论，对突发事件应急管理能力进行了评价研究；陈文涛[7]采用三角模糊数理论和模糊综合评价理论，对化工园区事故应急救援能力进行了综合评价；苗成林[8]针对煤矿企业应急能力，提出基于层次分析法和模糊数学方法的多级模糊综合评价模型；郭燕[9]在解释结构模型(ISM)基础上，构建了地震应急管理能力评估体系结构，对各层次因素的影响力进行了研究。

本文根据以上研究成果和水利工程安全事故应急救援特点，建立了水利工程安全事故应急救援评价指标体系，将直觉不确定语言集和区间灰度结合起来，利用C-OWA算子对区间灰色直觉模糊不确定语言集进行集结，识别出对水利工程安全事故应急能力影响较大的因素，以完善水利工程事故应急救援体系。

1 水利工程应急能力评价指标

水利工程安全事故应急救援工作涉及技术事故、自然灾害(引发)、环境保护、公共卫生和人为突发事件等多个公共安全领域，是一个复杂的系统，具有如下特点：①不确定性和突发性。大部分事故在发生前无明显征兆，事故一旦发生，管理人员必须在信息量不足的情况下做出应急救援决策。②复杂性。与其地理位置、承担任务、施工特点都密切相关。③危险性。由于工作条件较为复杂，事故发生后，救援环境变得更加危险，对救援人员的要求较高。④后果易碎变、激化和放大。安全事故一旦发生，一般会造成比较严重的后果，若应急处理不及时有效，将会造成严重的社会影响，有可能会改变事故的性质。⑤救援力量单薄。工程多处于偏远山区，通讯不发达，事故应急救援力量单薄，缺少完整的救援体系与装备。

国内学者对应急能力评价指标体系的研究主要集中在城市突发事件应急能力方面，余纳新[10]采用层次分析法，建立了包括预防与应急准备、监测与预警、应急处置及救援、事后恢复与重建4个一级指标及16个二级指标的城市灾害应急能力的评价指标体系；杨青[11]从灾前预警、灾中应急、灾后恢复3个方面建立了基于过程管理的应急指标体系。由于水利工程应急能力的影响因素涉及多方面，在建立评价指标体系时，必须遵循科学性、灵活性、层次性和可行性的原则。本文根据水利工程安全事故的救援特点，从已建立的水利工程综合应急能力评价指标体系[12-13]中筛选出部分重要指标，参考城市突发事件应急能力评价指标体系，并通过工程现场技术人员及安全生产专家对指标进行筛选，结合罗伯特·西斯博士提出的危机管理4R理论[14]，从应急管理时间轴的角度出发，建立了水利工程安全事故应急救援能力评价指标体系，见图1。

图1 水利工程应急能力评价体系

2 区间灰色直觉模糊不确定语言集及其集结算子

2.1 区间灰色直觉模糊不确定语言集

(1)

(2)

2.2 C-OWA算子定义

C-OWA算子是一种连续区间数据集成算子[15]，设[ai，bi](i=1，2，…，n)为1组区间数，且有

(3)

3 模型建立

3.1 获取区间灰色模糊不确定语言集决策表

表1 区间灰色直觉模糊语言集评价标准

3.2 计算专家群的区间灰色模糊不确定语言数

已知专家权重δ=[δs]1×n，运用式(2)进行加权计算，得到专家群的区间灰色直觉模糊不确定语言数，即

(4)

3.3 计算灰度集结值

(5)

3.4 计算各指标的影响期望

(μic+1-γic)

(6)

(7)

4 实例分析

4.1 工程概况

某水电站在进行右岸二道坝下游至尾水洞出口段贴坡混凝土浇筑施工时，班组各成员在右岸高程412 m平台开完班前会和预知危险活动之后进入各自作业面，准备收仓时，下游侧面模板突然发生爆模，整仓混凝土从爆模处涌至正在备仓的混凝土仓面，导致该混凝土仓面靠下游的正面模板被冲垮，随即多人被坍塌的混凝土掩埋，造成2人死亡，多人重伤。

事故发生后，工程项目部立即启动了生产安全事故应急救援预案，调动储备的应急物资，将事故经过应急通讯系统层层上报，争取相关组织的帮助和支持。由于水电站施工现场环境复杂，其安全事故的救援需要具备很强的现场应急处理能力，为保证搜救工作的时效性，需要快速有序地进行现场资源协调、人员配置以及保证通讯系统的畅通。事故紧急处理后，项目部联合各单位对此次事故进行了反思与总结，评估事故的损失，降低事故的社会影响力，并引以为戒。

4.2 应急救援能力评价

本文在综合考虑水利工程安全事故应急救援特点的情况下，建立如图1所示的应急能力指标体系，对此次事故的水电站应急救援能力进行评估。邀请5位行业专家进行参评，各专家根据《水利工程建设重大质量与安全事故应急预案》，按此次事故的影响范围和严重性，判定为IV级，并结合图1确定准则权重ξ=[0.178 2，0.289 6，0.376 4，0.155 8]；专家权重δ=[0.136 6，0.243 2，0.195 8，0.226 7，0.197 7]。

请受邀专家根据工程实况，结合图1和表1估计各应急指标Bi对准则层A1、A2、A3、A4的区间灰色直觉模糊不确定语言集，利用式(4)计算专家群的区间灰色模糊不确定语言数，计算结果如下

表2 影响期望及排序

由式(5)计算灰度集结值，取ρ(y)=y2计算[17]，结果如下

从表2可以看出，运用直觉模糊集和区间灰色直觉模糊集计算得到各指标对准则层的影响期望排序相同，其综合期望排名前3的指标也一致。在水利工程事故应急救援能力的13个指标中，应急救援能力综合期望排在前3位的分别是现场搜救能力B9、应急资源调度能力B7和应急通讯系统保障能力B8，说明这3个指标对水利工程安全事故应急能力影响较大，在应急救援中占有最重要的地位。而在对准则层的影响期望中，危险源识别能力B1、应急信息系统建设能力B5、现场搜救能力B9和恢复与重建能力B12对其各自的准则层的影响最大，这说明在日常管理中，需要有针对性地加强和完善对准则层影响较大的各方面的能力建设，以完善应急救援体系；此外，人员培训与演练能力B3的综合期望最低，但在实际工作中，为了避免薄弱环节造成不必要的损失，人员培训与演练能力也是不容忽视的。

同时，在与直觉模糊集计算结果的对比中，区间灰色直觉模糊集计算结果有明显差异，期望排序清晰合理。相比于直觉模糊集的计算结果，运用区间灰色直觉模糊集进行计算时，应急物资储备能力B4和应急信息系统建设能力B5的综合期望排序上升；危险源识别能力B1和应急人员执行能力B10的排序下降。在实际救援过程中，项目部充足的物资储备在本次救援起到了重要作用，伤员得到及时的物资补给，没有造成更严重的后果；完善的应急信息系统大大提高了救援效率。这说明相比于直觉模糊集，区间灰色直觉模糊集更贴合实际救援过程，在评价过程中能较完整地保留评价信息。

5 结 语

本文在分析水利工程施工特点和安全管理模式，充分考虑专家判断信息的模糊性和事故情景的复杂性的基础上，结合危机管理4R理论，建立了水利工程安全事故应急救援能力指标评价体系，得出以下结论：

(1)采用区间灰色直觉模糊不确定语言集表达评价信息，使信息表达更全面，更真实。利用C-OWA算子对区间灰度和不确定语言数进行集结，将区间灰色直觉模糊不确定语言集转变为实数问题，能大大减少计算过程，评价指标能更好地定量化。

(2)建立的水利工程应急能力评价模型能更充分利用各专家所给出的评价信息，得出客观的评价结果。

(3)现场搜救能力和应急资源调度能力在应急救援中占有重要地位。