模糊层次分析法在火电厂安全评价中的应用
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摘要：安全评价是火电厂科学管理制度的重要组成部分，为决策部门进行宏观调控提供科学的依据。本文从火电厂管理-设备-环境三个方面考虑，采用改进的模糊层次分析法建立火电厂安全评价模型，通过模糊一致判断矩阵和模糊隶属度函数，得到各指标对火电厂安全的影响程度，并计算出该火电厂的综合评分。该方法降低了层次分析法中专家判断的主观随意性，避免了一致性检验。该方法提高了安全评价的科学性和客观性，为电厂安全管理部门提供决策的依据。
关键词：安全评价；层次分析法；模糊层次分析法
一、引言
火力发电厂是电力工业的重要组成部分，为各行各业的顺利运转提供着源源不断的优质能源，一旦发生事故，轻则造成电网振荡，重则毁坏系统设备，给社会和家庭带来不可估量的损失。如何对火电厂安全生产现状做出科学的评价，有效地提高火电厂安全生产水平，预防和控制重大事故发生，具有重要的研究意义。安全评价是火电厂科学管理制度的重要组成部分，为决策部门进行宏观调控提供科学的依据。因此对火电厂安全评价具有重大现实意义。
安全评价是基于安全工程的原理和方法对系统中存在的风险进行识别和评价的过程，这一过程包括危险因素识别及危险程度评价两部分[1]。常见的安全评价方法有事故树分析法、模糊综合评价法、层次分析法等。每种方法都有其特点及适用的范围。事故树分析法能够描述事故原因及其相互之间的逻辑关系，及时发现系统中存在的潜在危险因素并从中找出不安全状态的关键环节，但它难以对系统的整体功能进行综合评价。层次分析法（ Analytic HierarchyProcess，简称AHP）是一种定性与定量相结合的多准则、多层次决策的综合评价方法，但AHP在构造判断模型时没有考虑到人的判断模糊性，评价结果在一定程度上受到专家主观判断的影响[2]。模糊层次分析法（FAHP）将模糊理论和层次分析法相结合，克服了层次分析法的局限和人类思维的主观性，提高了评价的科学性。本文采用模糊层次分析法建立火电厂安全评价模型并进行了实例分析。
二、模糊层次分析法
（一）层次分析法概述
美国数学家Saaty，T. L 于70年代提出了层次分析法（AHP）。通常AHP由四步构成：建立递阶层次结构、构造两两比较判断矩阵、判断矩阵并进行一致性检验、计算各指标的相对权重。AHP 方法强调人的思维判断在科学决策过程中的作用，把人的主观判断过程数学化，从而帮助人们对一些复杂的、难以精确定量描述的决策问题进行量化。但是这种标度未能很好地反映人类判断的模糊性。
（二）模糊层次分析法
模糊层次分析法是层次分析法与模糊数学结合的产物。FAHP和AHP的区别在于FAHP 通过元素的两两比较构造模糊判断矩阵，再由模糊判断矩阵求各元素相对重要性的权重。其分析过程是：
1.建立层次结构模型和评语集
利用FAHP解决问题时，首先应建立层次结构模型。层次结构分为三类：目标层——分析问题的预定目标或理想结果；准则层——包含为实现目标所涉及的中间环节，可以由若干个层次组成；方案层——包括为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等。假设被评估的系统A由n个指标（B1，B2，…，Bn）构成。
按照评价指标的等级值采用相应的评语集，例如将安全等级分为很安全、安全、一般、危险和很危险五个等级， 记为W ={W1， W2， W3， W4，W5 }。其中分，W1>90，80
2.构造模糊判断矩阵
以层次分析法为基础，根据火电厂专家意见和运行工况，应用表1所示标度法表征各指标的相对重要性，测量结果记为gij，以此构造模糊互补判断矩阵G=（gij）n×n。
其中0？燮gij？燮1，gij=0.5，gij+gij=1，（i，j=1，2，…，n），G=（gij）n×n为模糊互补矩阵。
G=g11 g12 … g1ng11 g12 … g1n… …g11 g12 … g1n（1）
3.构造模糊一致判断矩阵
求行和fi=■gij，（i=1，2，…，n）列和fj=■gij，（i=1，2，…，n），根据公式（1）将矩阵G=（g）n×n转换为模糊一致判断矩阵F=（f）n×n。
fij=■+0.5（2）
4.确定权重集
在安全评价中，用权重值来衡量风险指标的重要程度。模糊一致判断矩阵 的元素与权重 的关系是：fij=a（pi-pj+0.5） [6]。由此计算出各指标的权重pi，并得到权重集p=（p1，p2，…，pn）。
pi=■-■+■■fk（3）
5.建立模糊隶属度矩阵
设指标Bi（i=1，2，…，n）对评价等级Wj（j=1，2，…，m）的隶属度是rij，即评价指标ai以隶属度rij属于评价等级Wj。由此可以得出隶属度矩阵R（rij）n×n，（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）
6.综合评价
先进行一级模糊评判，把模糊隶属度矩阵R与各因素的权重矩阵P进行模糊运算，并进行归一化运算。然后进行二级指标的模糊综合评价 得到总的评价向量。
（三）基于模糊层次分析法的火电厂安全综合评价
1.层次结构模型的建立
本文从管理—环境—设备三个方面建立火力发电厂安全评价体系。模型的纵向层次结构由总目标A、准则层B 和指标层C 组成，建立了两级综合评价层次结构，如表2所示。
2.模糊一致判断矩阵的构造
将模糊评价模型应用于火电厂的安全评价中。利用matlab进行计算，得到各个指标的权重。根据（2）（3）步骤，构造火力发电厂安全层次结构中准则层和指标层的模糊判断矩阵
G■=0.5 0.6 0.7 0.8 0.80.4 0.5 0.6 0.7 0.70.3 0.4 0.5 0.6 0.60.2 0.3 0.4 0.5 0.50.2 0.3 0.4 0.5 0.5G■=0.5 0.5 0.6 0.8 0.80.5 0.5 0.6 0.7 0.80.4 0.4 0.5 0.6 0.70.3 0.3 0.4 0.5 0.60.2 0.2 0.3 0.4 0.5
G■=0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.80.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.70.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.70.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.60.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5GA0.5 0.5 0.70.3 0.5 0.60.2 0.4 0.5
3.权重的计算
通过公式（1）得到火力发电厂安全评价指标权重向量。
准则层对目标层的权重向量为PA={pB1，pB2，pB3}={0.617，0.237，0.146}
指标层对准则层的权重向量为：
PB1={pC1，pC2，pC3，pC4，pC5}=
{0.426，0.238，0.125，0.093，0.08}
PB2={pC6，pC7，pC8，pC9，pC10}=
{0.352，0.246，0.121，0.125，0.057}
PB3={pC11，pC12，pC13，pC14，pC15}=
{0.235，0.235，0.235，0.100，0.100，0.065，0.040}
通过上式计算出指标层对目标层的权重向量为：
PAC={0.275，0.163，0.079，0.05，0.05，0.074，
0.074，0.039，0.025，0.012，0.032，0.032，0.032，0.011，0.011，0.010，0.004}
数据表明，各指标对火力发电厂安全影响较大的依次是安全生产方针的贯彻（0.275），安全责任制（0.163），安全监督体系（0.079），劳动安全（0.074），防火防爆（0.074）。
4.模糊隶属度矩阵
R■=0.35 0.4 0.15 0.1 00.35 0.25 0.15 0.15 0.10.4 0.3 0.2 0.1 00.3 0.25 0.2 0.15 0.10.25 0.35 0.2 0.1 0.1
R■=0.3 0.45 0.10 0.10 0.050.35 0.25 0.2 0.1 0.10.3 0.4 0.2 0.1 00.25 0.3 0.25 0.2 00.2 0.35 0.25 0.15 0.05
R■=0.35 0.3 0.25 0.1 00.4 0.3 0.2 0.1 00.3 0.35 0.25 0.05 0.050.2 0.4 0.2 0.15 0.50.25 0.3 0.25 0.1 0.10.3 0.3 0.2 0.2 00.1 0.3 0.25 0.2 0.15
5.综合评价
分别对准则层B1，B2，B3进行模糊综合评价， Z■=P■×R■（0.3875，0.2543，
0.2039，0.0981，0.0561）
评语集W取中间值，计算相应的分值为： Z■′= Z■×VT =89.2
Z■′=Z■×VT =83.5
ZB3′= ZB3×VT =87.6
Z■= [ZB1，ZB2，ZB3]T ，为指标层隶属度矩阵。
则该火力发电厂的综合评分为： z=（PA×ZB）×WT=89.2
数据表明，该火电厂总体状况处于安全等级，准则层中安全生产管理方面（B1）和生产设备管理（B3）相对较好，劳动安全和作业环境（B2）接近一般水平，应采取改进措施。
三、结论
火力发电厂安全评价指标具有较强的模糊性，涉及因素众多，评价体系从管理-设备-环境三个方面考虑，采用模糊层次分析法建立模糊一致性判断矩阵。该方法降低了层次分析法中专家判断的主观随意性，避免了一致性检验，提高了安全评价的科学性，方便地确定了各指标的权重排序，得到各指标对火电厂安全的影响程度。在此基础上，运用模糊综合评价法获得风险值。从总的数据来看，该电厂在安全生产管理方面和生产设备管理相对较好，而劳动安全和作业环境处于薄弱环节。火力发电厂可以此为依据，有的放矢地采取改进措施，提高企业的整体安全水平。
参考文献：
1.杨辉，戴世山.模糊综合评价法在火电厂安全生产中的应用[J].湖南有色金属，2010（10）.
2.Yang Zongxiao，Yuan Xiaobo，Feng Zhiqiang，et al.A fault prediction approach for process plants using fault tree analysis in sensor malfunction[C].Proceedings of IEEE_ ICMA，Luoyang，2006.
3.刘俭.火力发电厂安全性评价（第二版）[M].中国电力出版社，2001.
4.费军，余丽华.基于模糊层次分析法的计算机网络安全评价[J].计算机应用与软件，2011.
5.田玲.基于层次分析法的购电方案模糊综合评价探讨[J].电网技术，2005.
6.Wu Chengru，Chang Chewei，Lin Hunglung. Evaluating the organizational performance of Taiwanese hospitals using the fuzzy analytic hierarchy process[J].Journal of American Academy of Business，2006.
7.袁小勃，杨宗霄，刘刚.系统分析法在火电厂安全评价中的应用[J].电网技术，2007（2）.
（作者单位：贾益普，卢建昌系华北电力大学；梁娜系石家庄职业技术学院）