基于Excel的層次分析法及化工企業危險性分析應用

沈科++劉英學

摘 要：為了對化工企業的危險性進行綜合評價分析，基于層次分析法構建了符合實際的化工企業危險性指標體系。這個體系包括3個子體系，它們分別涉及企業自身安全狀況、企業安全管理狀況和周邊區域安全狀況3個方面。同時，針對層次分析法計算的不足，運用Excel巧解層次分析，編制了相應的計算表，使得權重計算快捷準確。結果表明，企業自身安全狀況和企業安全管理狀況在化工企業危險性中占有較大權重，為企業降低危險性提供了一定的理論支持。

關鍵詞：化工企業 層次分析法 Excel 應用

中圖分類號：X932 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0253-04

Excel-based Analytical Hierarchy Process and Application of Risk Analysis of Chemical Companies

SHEN Ke LIU Yingxue

（College of Ocean Science and Engineering，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306，China）

Abstract：In order to carry out the risk of chemical enterprises comprehensive evaluation and analysis，the risk index system was constructed in line with the actual chemical industry based on AHP.This system consists of three sub-systems，which are involved in their own security，enterprise security management status and surrounding regional security situation three aspects.Meanwhile，for the lack of AHP calculated using Excel Solving level analysis，the preparation of the corresponding statement，making fast and accurate weight calculation.The results show that the security situation and their own corporate safety management have a large weight in the chemical business risk，in order to reduce the risk of the enterprise to provide a theoretical support.

Key words：chemical companies；AHP；Excel；application

化學工業作為國民經濟的支柱產業，與各行各業都有著密切的聯系。隨著高新技術的運用，為了提高勞動生產率、降低單位產品的建設投資和生產成本，世界各國都在積極發展化工生產裝置的大型化和高度自動化、連續化、集中化。此外，化學工業生產中的原料、中間產物及產品繁多，且絕大部分是易燃、易爆、易聚合、易腐蝕、劇毒的化學危險品[1]，同時生產條件十分苛刻，大部分反應均在高溫、高壓、低溫、低真空度的環境下進行，故化工企業潛在的危險性較大。近年來國內外發生的數起重特大化工事故，會化工行業職工產生心理壓力和不安全感。目前化工企業是否具有安全生產經營能力已成為大眾對企業的一個重要評判因素，因此，對化工企業整體進行安全評價，迫切需要一套理論為規避風險提供依據。

筆者從企業自身安全狀況、企業安全管理狀況和周邊區域安全狀況等三個方面入手，用層次分析法（Analytic Hierarchy Process簡稱AHP）對化工園區的危險性進行評估。但是AHP沒有專業計算軟件，需要重復繁復的矩陣計算，耗費大量的時間且容易出現計算錯誤，本文選用Excel編制對應的計算表，不僅思路清晰，而且能夠展示計算的全過程[3]。

1 層次分析法簡介

所謂層次分析法是美國運籌學專家T.L.Satty教授于20世紀70年代初期提出的[5]。是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。它的特點是把復雜問題中的各種因素通過劃分為相互聯系的有序層次，使之條理化，根據對一定客觀現實的主觀判斷結構（主要是兩兩比較）把專家意見和分析者的客觀判斷結果直接而有效地結合起來，將一層次元素兩兩比較的重要性進行定量描述。而后，利用數學方法計算反映每一層次元素的相對重要性次序的權值，通過所有層次之間的總排序計算所有元素的相對權重并進行排序。通過將一個復雜的多層次問題進行分解，成為多個較為淺顯的目標或子系統，再對各目標或系統進行比較判斷，以模糊量化的方法進行排序。現在主要通過明確問題、建立層次分析遞階結構、構造判斷矩陣、層次排序和一致性檢驗五個步驟來計算各層次指標對于目標層的相應權重，從而得出哪些因素指標對總目標的影響較大，為選擇最優方案提供依據。該方法比較適合于具有多層遞階評價指標的目標系統。

層次分析法要求逐層計算出相互聯系的元素間的相對重要性，關鍵就在于設法構建兩兩比較的判斷矩陣，并且使兩個同層次的元素指標對于某一準則的相對重要程度能夠量化。這就要以判斷矩陣作為分析的基礎，當一個標準層元素與多個二級元素有聯系時，一般難預測出兩者的相對重要程度，但如果定義二級元素中最不重要即影響程度最小的那個元素的相對重要程度為1，其他元素依次以此為標準進行比較就較易于確定哪個重要，哪個次要了。在標度判斷時，需要依賴專業知識，可通過相關專業人士或由一定數量的該領域專家調查確定。為了用數值來量化相對重要性的程度，根據Satty教授提出的標度方法，采用1～9標度法，相對重要性標度及含義如表1所示。endprint

2 化工企業危險性評價

2.1 指標體系的確立

在化工企業危險性評價中，建立指標體系是一個非常重要的環節，鑒于化工生產本身是一個十分復雜的系統，針對它選取指標體系應能夠合理有效的描述相應企業發展的規模、范圍與傾向，參照相關標準、法規及設備技術性能指標，同時咨詢專家和一線技術人員對安全評價體系的意見，在保證有聯系實際、關注重點的前提下，編制遞階結構及指標體系評價表。

考慮以化工企業危險性為總目標，以企業自身安全狀況（A）、企業安全管理狀況（B）和周邊區域安全狀況（C）為指標層，構建化工企業危險性評價指標體系。圖1給出了指標體系的遞階結構。

2.2 化工園區危險性指標的評價

評價指標由企業自身安全狀態、企業安全管理狀態和周邊區域安全狀況指標等四類構成。通過文獻查閱和專家調查，對各層因素的相對重要性進行調查，根據該調查結果，綜合構造兩兩比較判斷矩陣， 并將AHP編制成Excel表來求解各層指標權重。

2.2.1相對重要度統計

實際分析中，我們將調查表中的填寫情況轉化為相對重要性數值，共同構成判斷矩陣A。

（1）

式中，aij表示第i個指標元素對第j個指標元素的相對重要性。

在得到上述判斷矩陣的基礎上，仍要對m位專家關于各要素的重要度調查結果進行歸一化計算，有助于規避調查中的主觀誤差。

（2）

3.2.2 編制AHP的Excel計算表

將AHP的計算方法編制成Excel計算表，不僅能減少繁瑣的計算，還能完全的展現AHP計算的整個流程。其中我們需要計算判斷矩陣A每行元素的和，即

（3）

在此基礎上對向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]規格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的計算，即

（5）

式中，（A·W）i為判斷矩陣A與特征向量W乘積的第i項分量。

同時，為了盡量規避事物的復雜性以及人們認知的片面性，我們根據隨機一致性比CR來檢驗所構造的判斷矩陣是否滿足一致性，CR=CI/RI，當CR≤0.10時，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要重新調整判斷矩陣A，直至滿足一致性。其中一致性指標CI用來衡量判斷矩陣的不一致程度。

（6）

RI則需在隨機一致性指標表中根據n值找出對應數值。下表2給出了1～10階判斷矩陣的RI值。

本文選用標準層A的各二級指標的權重分析為例，A企業自身安全狀態指標包含7個二級指標，故n=7，參照隨機一致性指標表，RI=1.32。主要編制方法如下表3。

2.2.3 結果與分析

只需輸入對角線上方的數值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均會自動生成。其中，計算表的有效數字控制為小數點后4位。

評價指標相應權重結果見表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，滿足一致性要求。從其計算結果可以看到，準則層的三個因素中企業自身安全狀況和企業安全管理狀況尤為重要，權重分別為0.4640和0.4509，因此為了規避化工企業的危險性，要把好企業的自身安全生產和安全管理兩道關，但也不同放松對周邊安全情況的把握，仍需從每一個細節處做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分別為0.0686、0.0681、0.0688，雖滿足一致性要求，但數值仍然偏大，需要盡量規避誤差。

表8結果表明，在各組的二級指標中，分別是生產設備的危險性指標、安全教育情況指標、公共消防支援能力指標所占的權重最大，分別為0.3182、0.4508和0.4337。因此企業可從以下幾個方面入手降低風險。首先，企業自身安全方面應抓好設備危險排查情況，定期檢查，發現異常情況及時上報修理；企業安全管理方面需加強安全教育，積極開展三級安全教育，有條件的可聘請相關專家給員工定期開展安全講座，建設企業安全文化；其次，周邊區域安全方面重點應放在公共消防支援能力上，及早和消防隊等救援機構建立合作事宜，并根據本企業的實際情況具體安排；同時，也不可放松對其他指標的關注，安全無小事，每一個細節都需要安全技術與管理人員周全的考慮。

3 結語

化工企業涉及到的危險因素繁多，目前還無法將全部因素考慮齊全。本文針對上海某市屬大型化工企業的實際需求進行危險性評價，層次分析法選用Excel來計算表示，快捷簡便的進行分析與評價。通過分析研究，可以得到以下初步結論：

（1）為了在經濟合理的基礎上規避化工企業危險性，我們優先考慮那些易于改善和見效明顯的因素，例如：設備的危險問題方面，更換安全系數更高的設備難度較大，我們的重心應放在加強生產設備尤其是特種設備的定期檢查上；安全教育方面則應大力加強職工三級教育，進一步增強每位員工的安全意識，提升基層班組的應對能力，建設企業的安全文化，努力使安全成為全體職工的工作習慣。

（2）此外，危險性指標A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也較容易控制，可以考慮健全安全管理體系、落實勞動保護用品發放情況、開展班組級的安全教育。

（3）安全預案的作用沒有充分發揮，建議企業建立可操作性的安全預案，同時加強兄弟企業間的聯防聯動機制。

文中的評價指標仍不夠精細，特別是企業自身安全和管理能力兩方面，同時調查表的形式也會造成一定的誤差，我們仍需進一步細化指標，擴大調查范圍。

參考文獻

[1] 蔣軍成，喻健良，潘旭海，等.化工安全[M].機械工業出版社，2008：1-4.

[2] 楊凱，王云，王勇.層次分析法在石化企業安全風險評價中的應用[J].上海環境科學，1994，6（15）：36-39.

[3] 孫福東，魏鳳榮.應用Excel巧解層次分析法[J].統計與決策，2011，12（10）：173-174.

[4] 何天平，程凌.層次分析法在化工園區安全評價中的應用[J].中國安全生產科學技術，2008，8（15）：81-84.

[5] 廖紅強，邱勇，楊俠，等.對應用層次分析法確定權重系數的探討[J].機械工程師，2012，6（10）：22-25.

[6] 何詠玲.層次分析法在企業安全工作評價中的應用[J].安全，1996，12（25）：4-8.

[7] 胡海軍，程光旭，禹盛林，等.一種基于層次分析法的危險化學品源安全評價綜合模型[J].安全與環境學報，2007，6（25）：141-144.

[8] 袁斐，巫殷文，劉建，等.基于改進層次分析法的化工園區應急能力評估研究[J].中國安全生產科學技術，2009，2（15）：160-164.

[9] 梁彬，田金平，陳呂軍，等.層次分析法在精細化工園區生態環境效益評價中的應用[J].化工環保，2009，6（15）：264-268.endprint

2 化工企業危險性評價

2.1 指標體系的確立

在化工企業危險性評價中，建立指標體系是一個非常重要的環節，鑒于化工生產本身是一個十分復雜的系統，針對它選取指標體系應能夠合理有效的描述相應企業發展的規模、范圍與傾向，參照相關標準、法規及設備技術性能指標，同時咨詢專家和一線技術人員對安全評價體系的意見，在保證有聯系實際、關注重點的前提下，編制遞階結構及指標體系評價表。

考慮以化工企業危險性為總目標，以企業自身安全狀況（A）、企業安全管理狀況（B）和周邊區域安全狀況（C）為指標層，構建化工企業危險性評價指標體系。圖1給出了指標體系的遞階結構。

2.2 化工園區危險性指標的評價

評價指標由企業自身安全狀態、企業安全管理狀態和周邊區域安全狀況指標等四類構成。通過文獻查閱和專家調查，對各層因素的相對重要性進行調查，根據該調查結果，綜合構造兩兩比較判斷矩陣， 并將AHP編制成Excel表來求解各層指標權重。

2.2.1相對重要度統計

實際分析中，我們將調查表中的填寫情況轉化為相對重要性數值，共同構成判斷矩陣A。

（1）

式中，aij表示第i個指標元素對第j個指標元素的相對重要性。

在得到上述判斷矩陣的基礎上，仍要對m位專家關于各要素的重要度調查結果進行歸一化計算，有助于規避調查中的主觀誤差。

（2）

3.2.2 編制AHP的Excel計算表

將AHP的計算方法編制成Excel計算表，不僅能減少繁瑣的計算，還能完全的展現AHP計算的整個流程。其中我們需要計算判斷矩陣A每行元素的和，即

（3）

在此基礎上對向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]規格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的計算，即

（5）

式中，（A·W）i為判斷矩陣A與特征向量W乘積的第i項分量。

同時，為了盡量規避事物的復雜性以及人們認知的片面性，我們根據隨機一致性比CR來檢驗所構造的判斷矩陣是否滿足一致性，CR=CI/RI，當CR≤0.10時，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要重新調整判斷矩陣A，直至滿足一致性。其中一致性指標CI用來衡量判斷矩陣的不一致程度。

（6）

RI則需在隨機一致性指標表中根據n值找出對應數值。下表2給出了1～10階判斷矩陣的RI值。

本文選用標準層A的各二級指標的權重分析為例，A企業自身安全狀態指標包含7個二級指標，故n=7，參照隨機一致性指標表，RI=1.32。主要編制方法如下表3。

2.2.3 結果與分析

只需輸入對角線上方的數值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均會自動生成。其中，計算表的有效數字控制為小數點后4位。

評價指標相應權重結果見表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，滿足一致性要求。從其計算結果可以看到，準則層的三個因素中企業自身安全狀況和企業安全管理狀況尤為重要，權重分別為0.4640和0.4509，因此為了規避化工企業的危險性，要把好企業的自身安全生產和安全管理兩道關，但也不同放松對周邊安全情況的把握，仍需從每一個細節處做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分別為0.0686、0.0681、0.0688，雖滿足一致性要求，但數值仍然偏大，需要盡量規避誤差。

表8結果表明，在各組的二級指標中，分別是生產設備的危險性指標、安全教育情況指標、公共消防支援能力指標所占的權重最大，分別為0.3182、0.4508和0.4337。因此企業可從以下幾個方面入手降低風險。首先，企業自身安全方面應抓好設備危險排查情況，定期檢查，發現異常情況及時上報修理；企業安全管理方面需加強安全教育，積極開展三級安全教育，有條件的可聘請相關專家給員工定期開展安全講座，建設企業安全文化；其次，周邊區域安全方面重點應放在公共消防支援能力上，及早和消防隊等救援機構建立合作事宜，并根據本企業的實際情況具體安排；同時，也不可放松對其他指標的關注，安全無小事，每一個細節都需要安全技術與管理人員周全的考慮。

3 結語

化工企業涉及到的危險因素繁多，目前還無法將全部因素考慮齊全。本文針對上海某市屬大型化工企業的實際需求進行危險性評價，層次分析法選用Excel來計算表示，快捷簡便的進行分析與評價。通過分析研究，可以得到以下初步結論：

（1）為了在經濟合理的基礎上規避化工企業危險性，我們優先考慮那些易于改善和見效明顯的因素，例如：設備的危險問題方面，更換安全系數更高的設備難度較大，我們的重心應放在加強生產設備尤其是特種設備的定期檢查上；安全教育方面則應大力加強職工三級教育，進一步增強每位員工的安全意識，提升基層班組的應對能力，建設企業的安全文化，努力使安全成為全體職工的工作習慣。

（2）此外，危險性指標A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也較容易控制，可以考慮健全安全管理體系、落實勞動保護用品發放情況、開展班組級的安全教育。

（3）安全預案的作用沒有充分發揮，建議企業建立可操作性的安全預案，同時加強兄弟企業間的聯防聯動機制。

文中的評價指標仍不夠精細，特別是企業自身安全和管理能力兩方面，同時調查表的形式也會造成一定的誤差，我們仍需進一步細化指標，擴大調查范圍。

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[9] 梁彬，田金平，陳呂軍，等.層次分析法在精細化工園區生態環境效益評價中的應用[J].化工環保，2009，6（15）：264-268.endprint

2 化工企業危險性評價

2.1 指標體系的確立

在化工企業危險性評價中，建立指標體系是一個非常重要的環節，鑒于化工生產本身是一個十分復雜的系統，針對它選取指標體系應能夠合理有效的描述相應企業發展的規模、范圍與傾向，參照相關標準、法規及設備技術性能指標，同時咨詢專家和一線技術人員對安全評價體系的意見，在保證有聯系實際、關注重點的前提下，編制遞階結構及指標體系評價表。

考慮以化工企業危險性為總目標，以企業自身安全狀況（A）、企業安全管理狀況（B）和周邊區域安全狀況（C）為指標層，構建化工企業危險性評價指標體系。圖1給出了指標體系的遞階結構。

2.2 化工園區危險性指標的評價

評價指標由企業自身安全狀態、企業安全管理狀態和周邊區域安全狀況指標等四類構成。通過文獻查閱和專家調查，對各層因素的相對重要性進行調查，根據該調查結果，綜合構造兩兩比較判斷矩陣， 并將AHP編制成Excel表來求解各層指標權重。

2.2.1相對重要度統計

實際分析中，我們將調查表中的填寫情況轉化為相對重要性數值，共同構成判斷矩陣A。

（1）

式中，aij表示第i個指標元素對第j個指標元素的相對重要性。

在得到上述判斷矩陣的基礎上，仍要對m位專家關于各要素的重要度調查結果進行歸一化計算，有助于規避調查中的主觀誤差。

（2）

3.2.2 編制AHP的Excel計算表

將AHP的計算方法編制成Excel計算表，不僅能減少繁瑣的計算，還能完全的展現AHP計算的整個流程。其中我們需要計算判斷矩陣A每行元素的和，即

（3）

在此基礎上對向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]規格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的計算，即

（5）

式中，（A·W）i為判斷矩陣A與特征向量W乘積的第i項分量。

同時，為了盡量規避事物的復雜性以及人們認知的片面性，我們根據隨機一致性比CR來檢驗所構造的判斷矩陣是否滿足一致性，CR=CI/RI，當CR≤0.10時，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則就需要重新調整判斷矩陣A，直至滿足一致性。其中一致性指標CI用來衡量判斷矩陣的不一致程度。

（6）

RI則需在隨機一致性指標表中根據n值找出對應數值。下表2給出了1～10階判斷矩陣的RI值。

本文選用標準層A的各二級指標的權重分析為例，A企業自身安全狀態指標包含7個二級指標，故n=7，參照隨機一致性指標表，RI=1.32。主要編制方法如下表3。

2.2.3 結果與分析

只需輸入對角線上方的數值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均會自動生成。其中，計算表的有效數字控制為小數點后4位。

評價指標相應權重結果見表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，滿足一致性要求。從其計算結果可以看到，準則層的三個因素中企業自身安全狀況和企業安全管理狀況尤為重要，權重分別為0.4640和0.4509，因此為了規避化工企業的危險性，要把好企業的自身安全生產和安全管理兩道關，但也不同放松對周邊安全情況的把握，仍需從每一個細節處做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分別為0.0686、0.0681、0.0688，雖滿足一致性要求，但數值仍然偏大，需要盡量規避誤差。

表8結果表明，在各組的二級指標中，分別是生產設備的危險性指標、安全教育情況指標、公共消防支援能力指標所占的權重最大，分別為0.3182、0.4508和0.4337。因此企業可從以下幾個方面入手降低風險。首先，企業自身安全方面應抓好設備危險排查情況，定期檢查，發現異常情況及時上報修理；企業安全管理方面需加強安全教育，積極開展三級安全教育，有條件的可聘請相關專家給員工定期開展安全講座，建設企業安全文化；其次，周邊區域安全方面重點應放在公共消防支援能力上，及早和消防隊等救援機構建立合作事宜，并根據本企業的實際情況具體安排；同時，也不可放松對其他指標的關注，安全無小事，每一個細節都需要安全技術與管理人員周全的考慮。

3 結語

化工企業涉及到的危險因素繁多，目前還無法將全部因素考慮齊全。本文針對上海某市屬大型化工企業的實際需求進行危險性評價，層次分析法選用Excel來計算表示，快捷簡便的進行分析與評價。通過分析研究，可以得到以下初步結論：

（1）為了在經濟合理的基礎上規避化工企業危險性，我們優先考慮那些易于改善和見效明顯的因素，例如：設備的危險問題方面，更換安全系數更高的設備難度較大，我們的重心應放在加強生產設備尤其是特種設備的定期檢查上；安全教育方面則應大力加強職工三級教育，進一步增強每位員工的安全意識，提升基層班組的應對能力，建設企業的安全文化，努力使安全成為全體職工的工作習慣。

（2）此外，危險性指標A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也較容易控制，可以考慮健全安全管理體系、落實勞動保護用品發放情況、開展班組級的安全教育。

（3）安全預案的作用沒有充分發揮，建議企業建立可操作性的安全預案，同時加強兄弟企業間的聯防聯動機制。

文中的評價指標仍不夠精細，特別是企業自身安全和管理能力兩方面，同時調查表的形式也會造成一定的誤差，我們仍需進一步細化指標，擴大調查范圍。

參考文獻

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[3] 孫福東，魏鳳榮.應用Excel巧解層次分析法[J].統計與決策，2011，12（10）：173-174.

[4] 何天平，程凌.層次分析法在化工園區安全評價中的應用[J].中國安全生產科學技術，2008，8（15）：81-84.

[5] 廖紅強，邱勇，楊俠，等.對應用層次分析法確定權重系數的探討[J].機械工程師，2012，6（10）：22-25.

[6] 何詠玲.層次分析法在企業安全工作評價中的應用[J].安全，1996，12（25）：4-8.

[7] 胡海軍，程光旭，禹盛林，等.一種基于層次分析法的危險化學品源安全評價綜合模型[J].安全與環境學報，2007，6（25）：141-144.

[8] 袁斐，巫殷文，劉建，等.基于改進層次分析法的化工園區應急能力評估研究[J].中國安全生產科學技術，2009，2（15）：160-164.

[9] 梁彬，田金平，陳呂軍，等.層次分析法在精細化工園區生態環境效益評價中的應用[J].化工環保，2009，6（15）：264-268.endprint