基于模糊層次綜合分析法的在役道路運輸危險化學品罐式車輛安全分級評價

陳曉偉 賈雪峰 王 健 陳增江 王加慶

（泰安市特種設備檢驗研究院 泰安 271000）

近年來隨著人民安全意識的提高，危險化學品的道路運輸安全越來越受到社會各界的廣泛關注和重視。?；饭捃嚨陌踩潭戎苯雨P系到危險化學品道路運輸的安全問題。由于?；饭捃嚨慕煌ㄊ鹿食錆M著偶然性和不確定性，?；饭捃嚨谋举|安全對危險化學品的運輸安全起決定性的作用，因此?；饭捃囆枰谌接匈Y質的機構檢驗合格后才能進行運輸作業。隨著?；饭捃嚪勰晗薜难娱L，金屬罐體的變形量及腐蝕程度逐漸增加，降低罐體的承載能力和抗沖擊能力；金屬罐體的焊縫在腐蝕介質的作用下將逐漸出現微裂紋、晶間腐蝕等缺陷，嚴重影響焊縫的性能；罐車制動系統會發生磨損、變形，影響車輛的制動性能；金屬罐體與車體的連接部位將會發生腐蝕、磨損及變形，降低金屬罐體和車體的連接強度和抗沖擊強度，以上問題不同程度的影響危險化學品在運輸過程中的安全，僅依靠檢驗不能完全滿足?；饭捃嚨陌踩?。因此，結合危化品罐車各部件及各類缺陷對安全的影響程度，選擇合適的方法對整機作全面的安全分級評價具有較強的現實意義，為?；饭捃嚨木S護、保養及修理提供理論依據，進一步保證危險化學品的道路運輸安全。

1 模糊層次綜合分析法應用分析

模糊綜合評價（FCE）以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，結合所有的因素對事物進行評價。該方法簡單易行，可綜合定性和定量方法的特征，有效地解決評價的不確定性。層次分析法（AHP）是在理論和實際分析的基礎上，將目標的相關的因素按照不同屬性分解成若干層次，各層因素是相互制約、相互關聯的，同一因素既從屬于上一層又對下一層因素起到支配作用，最下層因素構成若干評價子集。AHP各層各因素對上一層支配目標的影響程度不一樣，通過兩兩比較的方式構造各因素重要度的判斷矩陣并計算出各因素對上層目標的權重，該方法彌補模糊綜合評價方法在權重確定的不足，降低人為因素的干擾度，保證評價結果的準確性。

模糊層次綜合分析法（FAHP）是一種將模糊綜合評價法和層次分析法相結合的評價方法，是一種定性與定量相結合的評價模型，一般是先用層次分析法將評價因素集分成合理的若干層，確定各層評價因素的權重集，然后利用模糊數學原理將底層各評價因素定量化，通過逐層的模糊合成，最終確定目標層的綜合評判結果，兩種方法相互融合，相互補充，使目標的評價結果具有很好的可靠性[1]。

?；饭捃嚨陌踩旨壴u價涉及評價因素是多樣化、多層次的，將評價因素按照屬性的差異分成若干層次，各層因素對?；饭捃嚢踩缘挠绊懗潭仁遣灰粯拥?，只有逐層的比較關聯因素的重要性才能評判整機的安全性；?；饭捃嚨讓拥母髟u價因素是一個模糊的概念，需要用模糊關系原理將各評價因素進行定性和定量化處理才能進行安全評價[2]。因此，?；饭捃嚨恼麢C安全分級評價是符合模糊層次綜合分析法的基本模型要求的，具有較強的可操作性。

2 基于模糊層次綜合分析法危化品罐車安全分級評價的模型構建

2.1 模型的評價指標體系

根據道路運輸危險化學品罐式車輛結構特點及相關安全標準的規定，結合模糊層次綜合分析法的要求，建立模型評價指標體系，該評價指標體系分為A、B、C、D四層[3-5]。A層為目標層，即為在役道路運輸危險化學品罐式車輛整機；B層為目標層的影響層，也是C層的支配層，包括金屬罐體B1、罐車車體B2、司機和操作人員B3共3個指標；C層為B層各評價指標的影響層，也是D層各評價指標的支配層，共有12個評價指標；D層是C層的影響層，共有24個評價指標，具體的評價指標體系如圖1所示：

圖1 模型的評價指標體系

2.2 模型的評價指標權重集

模型的指標體系已經建立，各層評價指標對上一層支配指標的影響程度不一樣，即各評價指標對上層支配指標的權重是不一樣的，通過同層次兩兩評價指標的重要程度的比較，形成同層次評價指標的判斷矩陣。在同層次兩兩評價指標重要程度比較的過程中，本模型引入“1-9標度法”對兩兩評價指標則重要程度進行標度，構造同層評價指標的判斷矩陣，表1為“1-9標度法”中兩個指標比較時相對重要度的標度含義[6]。本模型在評價指標的實際標度過程中，采取征詢相關專家并通過多人討論標度的方式以最大程度的確保兩兩比較標度的準確性，最終構建一個客觀的、合理的評價指標的判斷矩陣。

在判斷矩陣的實際構造過程中，由于評價對象的復雜性及評價者思維的差異性，各評價指標的排序可能會出現錯誤或混亂，因此有必要對判斷矩陣進行一致性檢驗。定義判斷矩陣A的一致性指標（ConsistenceIndex，CI）為：

其中，λmax為判斷矩陣A的最大特征值，λmax越大，CI越大，A的不一致性就越嚴重。

由于不同標度的隨機一致性指標（Random Consistency Index，RI）是不同的，見表2[6]。為了更準確地表達判斷矩陣的一致性，設計引入評價一致性比例（Consistence Ratio，CR）指標：

當CR〈0.1時，認為該層次判斷矩陣總排序的計算結果具有令人滿意的一致性，否則，本層次的判斷矩陣應當做出調整，直到層次總排序的一致性檢驗達到要求為止[7]。

利用方根法近似求解各判斷矩陣的最大特征值和特征向量[8]，并通過一致性檢驗后，將特征向量歸一化后求得各層評價指標的權重集W-A、W-B1、W-B2、W-B3、W-C11、W-C12、W-C13、W-C14及W-C15，見表3～表11。

表1 1-9標度法

表2 1-10階平均隨機一致性指標表

表3 A級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表4 B1級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表5 B2級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表6 B3級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表7 C11級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表8 C12級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表9 C13級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表10 C14級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

表11 C15級評價指標判斷矩陣、權重值及一致性檢驗

2.3 模型的模糊評價集

?；饭捃嚢踩旨壴u價本身就是一個模糊的概念，它由很多的模糊的評價指標支撐，在模糊化的過程中每個評價指標的屬性和定性的標準是不一樣的，但是量化標準是一致的，即根據不同評價指標的屬性，制定不同的定性標準并客觀的、有益的調整，達到定量標準一致的原則。模型模糊評價集在實際建立過程中要遵循客觀、合理及簡潔的原則，將各評價指標進行模糊化處理，定性的標準分為4級，即為優、良、中、差，各評價指標級別的判定標準要制定的客觀、合理[9]。為便于計算，該模型將各評價指標主觀定性評價的語義學標度進行量化，指標的測量參照“李克特量表”的方法，并依次賦值為4、3、2、1，分別代表評價指標優、良、中、差，在實際的指標評價中，根據指標的實際情況，對照評價指標的定性標準，確定該評價指標的評價等級，最終選擇該評價項目的量化分值即可。本文以評價指標裂紋的定性和定量標準為例進行描述，見表12。

表12 裂紋的模糊評價標準

在?；饭捃噷嶋H的安全分級評價中，將底層中屬上一層指標支配的若干組指標進行模糊化處理，對照評價指標的定性標準，確定各評價指標的評價等級；為了盡量消除人為主觀因素對各評價指標評價等級的影響，需要多人對各指標進行重復評價，并將各指標的評價結果進行統計，計算出各評價指標等級的隸屬度，形成模糊評價集矩陣。

2.4 模型的模糊層次綜合評價

模糊合成運算中常用取小取大算子、乘積取大算子、取小相加算子、乘積相加算子，其中，乘積相加算子體現權數作用比較明顯、綜合程度比較強，利用模糊合成向量的信息比較充分，是模糊綜合評價中綜合應用效果最好的一種方法[10]。因此，本模型采用乘積相加算子對各層權重矩陣與模糊評價矩陣進行逐層模糊合成運算，最終得到目標層的模糊綜合評價向量，乘積相加算子的計算公式為：

式中：

bj——隸屬于第j個等級的隸屬度；

ai——第i個評價指標的權重；

rij——第i個評價指標隸屬于第j等級的隸屬度。

目標層模糊綜合評價向量的綜合分析一般有最大隸屬度原則、加權平均原則及模糊向量單值化原則等方法，其中，加權平均原則能夠綜合運用所有的評價信息，具有較高的客觀性、準確性，因此，本模型采用加權平均原則對目標層的模糊綜合評價向量進行分析，最終計算出目標層的綜合量化分值，對設備的整機進行安全分級。其中，加權平均原則的計算公式：

式中：

uj——第j個等級的評價賦值；

bj——隸屬于第j個等級的隸屬度。

本模型在充分考慮綜合評價量化分值的計算原則并參考與模型相關的文獻資料、征詢相關專家意見的基礎上，將評價目標分為E1、E2、E3和E4四個等級，分別代表評價目標的狀態為安全、合格、異常、危險，各等級具體評價量化分值的范圍見表13。評價模型不同的等級具有不同的含義，代表著該等級設備使用、維護保養及修理的策略，評價模型不同等級對應的含義與策略見表14。

表13 評價模型的分級標準

表14 評價模型等級的含義與策略

3 基于模糊層次綜合分析法的危化品罐車安全分級評價實例應用

利用上述評價模型，選取1臺、型號為TAG5060GYY的?；饭捃囘M行安全分級評價，綜合考慮課題組研究團隊的專業人員的數量及評定人員主觀因素的影響，選取10名專業檢驗人員對該罐車共計31個評價指標進行模糊評價，形成評價指標等級隸屬度的模糊評價集矩陣，見表15。

利用乘積相加模糊合成算子進行各層權重矩陣與模糊評價矩陣進行合成運算求得C1層、B層的評價向量分別為：

C11=(0.5960，0.2821，0.0864，0.0355)，

C12=(0.8360，0.1240，0.0399，0.0000)，

C13=(0.3777，0.3084，0.1921，0.1218)，

C14=(0.5634，0.2201，0.1562，0.0603)，

C15=(0.6308，0.2989，0.0703，0.0000)，

B1=(0.5773，0.2781，0.1034，0.0411)，

B2=(0.6769，0.2769，0.0462，0.0000)，

B3=(0.1667，0.5667，0.2000，0.0667)。

利用乘積相加模糊合成算子求得目標層A的評價向量為：

表15 各指標的模糊評價矩陣

利用加權平均的原則求得模糊評價向量A即?；饭捃囌麢C的量化評價值V為：

根據表13的規定，該?；饭捃嚨恼麢C的評價等級為合格，等級代碼為E2，表明該設備大部分安全指標符合規定，存在少量安全指標不達標，對整機安全影響較小，整機可以繼續使用，但需要適時的保養、修理，模型得出的結論與設備的實際情況相符。

4 結束語

本文建立了基于模糊層次綜合分析法在役道路運輸危險化學品罐式車輛的安全分級評價模型，模型將模糊綜合評價和層次分析法相互補充、相互融合，充分考慮每個因素對整機安全性的影響，實例應用表明該模型具有較高的可靠性。

該模型為?；饭捃嚨陌踩旨壴u價提供了一種方法，能夠較準確地反映設備的實時運行安全等級，為設備使用單位制定維護保養及修理策略提供理論指導，提高設備運行的安全性。

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