基于德尔菲法和模糊层次分析法的玻璃破拆装备效能评估方法＊
2022-02-28张凤毛郭三学许慧娇
张凤毛 郭三学 许慧娇
1. 中国人民武装警察部队工程大学 2. 呼和浩特职业学院
引言
近年来，随着我国工业化、城镇化、现代化建设步伐的加快，各类公共安全事故、自然灾害、突发事件呈迅猛上升趋势。在应急救援行动中，突发事故（事件）安全设施建设不全、紧急逃生通道不畅、应急救援效率不高而导致的群死群伤事件令人触目惊心。
玻璃快速破拆是通过有效的技术手段对一定厚度的特种玻璃进行快速破除，是应急救援必备的技术手段。不同的玻璃破拆装置作用机理不同，在不同任务背景下效率效果不同，对操作者自身安全的影响也不同，对指挥员临机抉择选择破拆装备是一种考验。
本文提出一种综合运用德尔菲法和模糊综合分析法，该方法能够充分利用专家的经验智慧，在建立玻璃破拆装备指标评价体系的基础上，基于德尔菲法确定体系指标的权重比例，运用模糊层次分析法实现了3种常见玻璃破拆装置的效能量化评估，提出了装备运用优化方案，为公共场所和公交系统的玻璃破拆、应急救援，反恐作战中装备选择、性能优化，以及装备健康研究提供了参考借鉴。
一、评估方法步骤
（一）建立评估体系
评估体系分为三层，分别是目标层、准则层和指标层。目标层即是对常用的玻璃破拆装置（特种玻璃破除装置、破玻璃幕墙装置、玻璃聚能切割装置）效能的评估。准则层由技术性能B1、战术效能B2和实用性B3三个准则组成，也就是从该三个方面构建玻璃破拆装置综合效能评估指标体系。
玻璃破拆装置的综合效能既与其结构组成、作用机理、稳定性相关，又与其破拆能力、作用效率、安全性等指标有关，还应考虑其便携性、经济性、操作难易程度等。玻璃破拆装置综合效能评估指标体系设计[1]，如图1所示。
下面，针对近年来公共场所大量使用的钢化玻璃与夹胶玻璃[2]，以常用的3种玻璃破拆装置为例进行效能评估。具体包括，特种玻璃破除装置（图2）、破玻璃幕墙装置（图3）、玻璃聚能切割装置[3]（图4）。
特种玻璃切割装置和玻璃幕墙装置都是采用手持操作，不同的是前者是利用电爆管产生的冲击波进行破拆，后者是实施爆轰对玻璃幕墙进行破孔。玻璃聚能切割装置主要是针对大巴车型挡风玻璃和侧窗玻璃，它采用聚能装药加火药装药复合结构，利用聚能炸药爆炸[4]产生的高温射流及火药燃烧的热效应对夹胶玻璃实施破拆、切割[5]。这些装置在实践中各有自身的特点及运用规律，准确分析这些装备的性能特点、应用范围，采用科学的方法对其综合效能进行评价，这不仅为装备的运用提供了理论依据，也为装备性能的改进提高提供了有效的技术参考。
（二）技术性能
1.结构组成
特种玻璃破除装置主要由战斗部合件、操作杆组件、控制器组成，玻璃幕墙装置主要由击发机构、伸缩杆、威力架、保险标签等组成，这两种破拆装置都是经过人工简易组装，操作员手持操作杆将战斗部送至玻璃表面实施爆破[6]。玻璃聚能切割装置主要由聚能切割索、起爆传爆系统、防护装置等组成[7]。吸能防护装置是由多孔材料制作而成的长方形框，方框中有矩形沟槽结构，用来放置切割索；防护套外表面贴有双面不干胶带；起爆系统是由电雷管、起爆电线、伸缩拉杆式起爆器组成；利用它将切割装置引爆，从而实现车窗玻璃的“开窗”作业；聚能切割索由高爆速高猛度炸药黑索金、金属壳组成[8]。
2. 作用原理
特种玻璃破除装置战斗部组件有单点或多点分布式战斗部装药，主要是利用电爆管爆炸后产生的空气冲击波[9]破除玻璃；破玻璃幕墙装置是利用定向爆炸冲击波及高能气体击穿、震碎玻璃幕墙，将玻璃幕墙破孔；玻璃聚能切割装置利用炸药爆炸产生的能量，使金属合金形成金属射流，并使其聚焦，利用高速运动的金属射流和炸药爆炸产生的冲击波将车辆玻璃等切开。
3. 可靠性
特种玻璃破除装置的可靠作用率不低于95%，破玻璃幕墙装置可靠作用率不低于97%，大巴车玻璃聚能切割装置可靠作用率不低于97%。
（三）战术效能
1. 破除能力
特种玻璃破除装置工作温度为-10℃～+50℃，可有效破除1500mm×960mm×12mm大小的钢化玻璃或夹层玻璃等高强度特种玻璃，可靠破拆率大于95%；玻璃幕墙破除装置可在-30℃～+50℃温度下使用，可破除带框架的1200mm×1800mm双层中空钢化玻璃（6mm钢化玻璃+12mm空气间隔+6mm钢化玻璃），可靠破拆率大于97%；玻璃聚能切割装置可在-20℃～+50℃温度下使用，切割钢化玻璃或夹胶玻璃面积不小于840mm×580mm×45mm，可靠破拆率大于97%。
2. 作用效率
特种玻璃破除装置破除单层玻璃时，从操作人员完成战斗部安装到起爆耗时约0.5s；玻璃幕墙破除装置从安装完毕到击发起爆约需2s；玻璃聚能切割装置安装完成后现场人员需撤离到安全区域并实施隐蔽，具体时长视作业现场情况而定。
3. 安全性
特种玻璃破除装置前后上下左右安全距离不等，最大不超过2.5m；玻璃幕墙破除装置玻璃后作用点左右各15°、2.5m距离理论上看作安全距离。操作这两种装置需手持杆进行破拆，均要佩戴防护装备，以防飞溅物可能造成的人身伤害，具有一定危险性。玻璃聚能切割装置操作人员在安装完毕后可实施远距离遥控，起爆过程可视为安全性最高的，但安装过程需接触电雷管、黑索金等高速高爆炸药，需佩戴防护装置并严格遵守操作流程。
（四）实用性
1. 便携性
特种玻璃破除装置收缩状态长度约1.2m，重量1.2kg；玻璃幕墙破除装置勤务状态长度不超过1.2m，重量约3kg；玻璃聚能切割装置长度约1m，重量不超过2.3kg。以上三种装置在安装、检测和转移时，均应符合弹药有关运输规定，轻拿轻放、避免撞击、防火防潮、防雷防静电等，特别是玻璃聚能切割装置应严格遵守火工品储运有关规定。
2. 操作性
以上三种玻璃破除装置，均需要手动连线或连杆，特种玻璃破除装置接杆操作相对简单，玻璃幕墙破除装置次之，玻璃聚能切割装置既需要安装雷管又需要敷设线路，操作相对复杂。前两种装备在操作中始终需要人员手持、近距离操作，其作业的距离受到限制，人员安全性也较难保证。
3. 经济性
特种玻璃破除装置的价格最低；玻璃幕墙破除装置最高，约为特种玻璃破除装置的2倍；玻璃聚能切割装置约为特种玻璃破除装置的1.5倍。
二、层次分析法确定指标权重
（一）构造判断矩阵
由于玻璃破拆装置效能评估[10]这一问题较为复杂，上述各层级之间重要性无法直接定量，因此采用专家打分、两两比较方法确定权重。具体的，对于准则BK，其下属指标BKI和 BKJ哪一个重要，重要程度如何，邀请专家按1～9比例标度分别对其重要性程度进行赋值，而后将赋值分数两两相除可得判断矩阵：
（二）层次单排序及一致性检验
层次分析法使用求解判断矩阵的特征向量方法，计算备选方案的排序。特征向量是因素相对重要性向量，也就是因素相对权重向量[11]。这一步就是计算在准则BK下BK1、BK2、BK3的排序权重问题，并进行一致性检验，就是计算判断矩阵BK的 最大特征根λmax对应的特征向量W，形式为：
利用几何平均法计算特征根：
1. 一致性检验
对比较判断矩阵的一致性进行检验：CR=CI/RI
RI为平均随机一致性指标，3阶矩阵RI为0.58
当CR <0.1时，比较矩阵的一致性可以接受[12]。
2. 判断矩阵及权重计算
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三、模糊综合评价法判断综合效能
（一）建立评价对象的指标集和评语集
玻璃破除装置效能评估指标集如下：
将评语集定为V={V1,V2,V3,V4}={很好，较好，一般，较差}，评语对应的分数区间：很好（85～100）、较好（70～85）、一般（55～70）、较差（0～55）4级评语集。
由于上述指标集，难以得到具体的模糊分布函数，故采用专家打分法确定其隶属度。设单因素Bi的模糊向量为R=（r1,r2,r3,r4） ，则rj=xij/X。其中，X为专家人数，xij为因素Bi被 评为Vj的次数[13,14]。
邀请10位装备专家分别给每个指标进行打分[15]，确定隶属度如表5。
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（二）建立模糊评判矩阵
根据上表所得隶属度数据，分别建立三种装置的隶属度矩阵R=(rij)mxn，rij=xijp/X，则特种玻璃破除装置综合隶属度向量B11=W1R11=[0.5054,0.3243,0.1703,0]
综合判断矩阵为：
特种玻璃破除装置模糊判断向量为：
同理，B2=(0.6317, 0.2157, 0.1526, 0)
（三）计算综合评价结果
引入分数集C=（C1, C2, C3, C4），Cj表示第j级的评语分数，是该等级分数区间的中间值[14]，则分数集C=（92.5, 77.5,62.5, 22.5）
则其量化效能值计算结果为：
同理可计算得出其他两种装置的模糊综合结果：
由计算可知：特种玻璃破除装置、破玻璃幕墙装置、玻璃聚能切割装置综合效能分值分别为83.659、84.688、89.308。根据各评语对应的量化数值，前两种装置达到了“较好”的标准，玻璃聚能切割装置达到了“很好”的标准。
四、结论
从评估结果看，前2种玻璃破拆装置综合效能达到了较好的水平，能够满足任务需要，因其需要人员近距离手工操作，在操作性、定向起爆等方面还有待进一步提高，评价结果比较符合实际。玻璃聚能切割装置综合效能评价虽然达到了“很好”的层次，但操作过程还比较复杂，应进一步改进操作程序，强化防静电措施。
对于装备改进的建议：一是可以将战斗部改进为胶粘式；二是可以考虑加装遥控起爆装置；三是提高战斗部爆破方向性。抢险救援行动中，任务部队应根据行动特点、客观因素有针对性地进行装备选择，同时加强操作人员自身防护，以达到最优效果。
综上所述，对于一些难以用数据或参数直接定义效能的作战任务或装备，可以用德尔菲法和模糊层次分析法的评估方法来评估其综合效能。该方法能够充分利用专家的经验智慧，为各类应急救援以及反恐作战中装备选择、性能优化提供参考借鉴。
