基于AHP-熵权法的某LPG储罐区应急救援能力评估

伍 蒙，许 渊，李 左，许 玮，钱 程

(武汉工程大学 兴发矿业学院，湖北 武汉 430074)

企业的应急救援是风险管理的重要组成部分，是防止重大特大事故的最后一道屏障[1]。2017年6月5日，山东临沂金誉石化有限公司装卸区的一辆运输LPG罐车，在卸车作业过程中发生液化气泄漏爆炸着火事故，造成10人死亡、9人受伤。通过初步调查可明显看出该企业应急救援处理存在严重问题。因此对LPG储罐区等相关企业的应急救援能力评估显得十分必要。

目前，国内学者多结合数理模型对应急能力进行评价研究。何沙等[2]从监控预警能力、应急处理能力、恢复总结能力3个方面构建了石油企业应急能力评价指标体系，将AHP法和最小判别法结合建立了石油化工企业事故应急能力评价模型，对事故应急能力进行评价。本文采用AHP-熵权法确定各因素权重，构建模糊综合评价模型，对某LPG储罐区应急救援能力进行评估。

1 评价体系的构建与权重的计算

1.1 LPG储罐区应急救援能力多级指标

应急救援能力评估的对象涉及的内容较多，需要考虑的指标广泛，可供选择的评价指标杂。因此构建LPG储罐区应急救援能力评价指标体系应当按照一定的原则，选取适当的评价指标，才能保证结果的真实性和可信度。

按照系统性、科学性、全面性、可操作性、动态灵活性等原则[3]，并且借鉴国内应急救援能力评估相关领域的研究成果[4-5]，将LPG储罐区应急救援能力评价指标体系分为3级，从左到右依次为一级、二级、三级评价指标，见表1。

1.2 评价指标的权重计算

1.2.1 主观权重计算─AHP法

AHP对复杂决策问题进行深入分析后构建层次结构，用一定的对人的主观判断进行量化，把决策的思维过程数学化。主要步骤如下：

(1)构造判断矩阵。

比较两个因素之间的重要程度，用1-9标度法构造判断矩阵 ，其中 表示重要性等级，具体含义见表2。

表1 LPG储罐区应急救援能力评价指标体系

表2 判断矩阵标度及其含义

标度具体含义1i、j两元素同等重要3i元素比j元素稍重要5i元素比j元素明显重要7i元素比j元素强烈重要9i元素比j元素极端重要2、4、6、8表示上述标度的中间值倒数若元素i与元素j重要性之比为aij,那么元素j与元素i的重要性之比就是1/aij

(2)一致性检验。

引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值，作为度量判断矩阵偏离一致性的指标。一致性比率计算公式为：

(1)

(3)权重向量的计算。

表3 平均随机一致性指标

1.2.2 客观权重计算─熵权法

熵原本是热力学概念，最先由Shannon引入信息论，称之为信息熵。熵权法根据各指标的变异程度计算出各指标的熵权，再通过熵权对各指标的权重进行修正，从而得出较为客观的指标权重。主要步骤如下：

1.2.2.1 数据的标准化处理

设有m个评价指标，n个评价对象，构成初始数据矩阵：

对该矩阵进行标准化处理后的矩阵为：

P=(pij)mxn

pij表示第j个评价对象在第i个评价指标上的标准值。

对于正向指标而言

(2)

对于逆向指标而言

(3)

1.2.2.2 定义熵

将第i个指标的熵定义为：

(4)

1.2.2.3 定义熵权

定义第i个指标熵值后，将其熵权定义为

(5)

1.2.3 综合权重的计算

对AHP法和熵权法得到的主观权重与客观权重进行复合计算，计算公式：

(6)

其中，α由专家对于两种两种方法的倾向进行赋值，询问专家后在此取0.55。

2 应急救援能力的模糊综合评价

模糊综合评价主要步骤如下：

(1)确定评价因素和评价等级

(2)构造评价矩阵和确定权重

其中rij表示第i个因素ui在第j个评语υj上的频率分布， ∑rij=1。

权重通过AHP法、熵权法等确定。

(3)模糊合成和做出决策

S=A*R

(7)

其中，A为模糊权向量， *为算子符号，称之为模糊变换，在此处选用加权平均法。

计算的结果通常采用最大隶属度法则对其处理，得到最终评判结果。

3 应用实例

现以武汉某企业LPG储罐区为例，采用本文中建立的评价指标体系，根据8位应急救援方面专家与2位企业内部工作人员的评分，采用AHP-熵权法与模糊综合评价法对其应急救援能力进行评估。

3.1 确定指标权重

基于专家与工作人员的打分，分别使用AHP法和熵权法计算权重，并通过式(6)计算各指标的综合权重，见表4。

3.2 二级评估指标的评价向量计算

令评价集V={好，较好，一般，较差，差}。

利用式(7)与计算得出的权重计算出二级评估指标的评价向量结果为：

3.3 一级评估指标与目标层的评价向量

，此处仅取2个评价向量，具体参考实例。有：

其中S2i为一级指标评价向量，“o”为广义的合成运算。此处采用加权平均法。计算得出一级评价向量为：

目标层归一化后评价向量为：

根据最大隶属度原则，可知该储罐区的应急救援能力为“一般”。

4 结论

(1)本文结合LPG储罐区特点建立了LPG储罐区应急救援能力三级评估体系，并构建了AHP-熵权法的模糊评价模型。将构建的模型应用到武汉市某LPG储罐区，评估结果与实际情况相符。

表4 各指标权重

(2)依据最大隶属度原则，确定此LPG储罐区的应急救援能力属于“一般”。由计算得出的二级评价向量可以看出，人员培训能力和紧急救援能力需要加强，以满足厂区应对突发事故的需要。