基于云模型的礦山應急救援隊伍能力評估標準研究

楊三軍，朱新菲，譚 波

（1.中國礦業大學（北京），北京 100083；2.中國礦業大學（北京）應急管理與安全工程學院，北京 100083）

現階段，煤炭行業是我國一大能源主體產業，同時也是我國安全生產中傷亡最多的產業。由于煤礦系統的復雜性、工程的巨大性，事故的多樣性等特點，若發生事故，便很容易產生人員傷亡、財產損失，對社會形成巨大危害。因此，為了削減損失，需要建立合理的礦山應急救援隊伍能力指標評價體系，提升礦山應急救援隊伍能力評價研究，量化礦山救援隊自身應急救援隊伍能力，以充分了解自身應急救援隊伍能力，為防范事故、提高緊急救援能力提供科學依據[1]。

針對礦山應急救援隊伍能力評價指標的研究，國內外諸多學者都進行了研究，大多是選擇AHP法、模糊綜合評價法等[2-7]。因此，運用云模型法對礦山應急救援隊伍能力進行評價，構建了由保障系統、制度基礎、綜合體質、組織建設、專業救援等一、二級指標相結合的綜合評價體系，憑借云理論，設置了指標權重云，指標標準云。又基于各評價指標信息和云運算規則得到各指標最終評價云，最后和評價標準云相比，確定優勢及劣勢指標。并應用于開灤隊的救援隊伍能力評價中，為國家礦山應急救援隊提高礦山事故應急救援水平提供參考。

1 礦山應急救援隊伍能力評估指標模型

為了科學的對礦山應急救援隊伍能力進行評估，就必須處理好評估指標的模糊性和不確定性。云模型是一個數學模型，它將定性指標及其定量數值轉換為3 個數值特征，期望Ex、熵En和超熵He，對指標的模糊性和不確定性進行綜合評判，找出定量數值的范疇和分布規律，或將定量數值抽象化，得到適當的定性描述，使定性描述與定量數值互相對應[8]。因此，建立礦山應急救援隊伍能力評估指標模型，既能夠處理好礦山應急救援系統中多主體、多因素的問題，也可以避免評估系統中的模糊性和不確定性。

1.1 評估指標權重標準云

1）評估指標集。建立評估指標集是評估的第一步。根據礦山事故特點及其救援隊伍能力特征，通過專家調查和問卷訪談，從一級評估指標集Q＝（Q1，Q2，…，Qm，1≤m≤5，）即保障系統、指揮管理、綜合體質、組織建設和專業救援5 個方面入手，在眾多礦山應急救援隊伍能力評估指標中選取應急響應、統一調配等30 個二級指標作為礦山應急救援隊伍能力評估指標[8]，建立二級評估指標集V＝（V1Q1，V2Q1，…，V30Q5），礦山應急救援隊伍能力評價指標如圖1。

圖1 礦山應急救援隊伍能力評價指標Fig.1 Evaluation index of mine emergency rescue capability

2）確定評估指標權重標準云。由二級指標集可知礦山應急救援隊伍能力評估指標既有定性指標，也有定量指標，無法準確量化各指標權重值，但評估指標的權重值又是極為重要的。因此規定指標權重值A＝（A1，A2，…，A5）的數域為［0，1］，選擇AP（1≤p≤5）即定性語言值來表示所評估指標的重要性，有5 個評判標準：“極重要A1”、“ 很重要A2”、“相對重要A3”、“不重要A4”和“很不重要A5”來表示所評估指標的重要性。并且對AP（1≤p≤5）進行專家打分Ri（Ri表示第i 位專家打分，且0≤Ri≤1，1≤i≤n），而后使用云模型的逆向云發生器算法計算AP的數字特征（ExAp，EnAp，HeAp），即評估指標權重初始云。根據評估指標權重初始云（ExAp，EnAp，HeAp），可以用正向云發生器得到指標權重云圖；若專家未達成一致認識，則需要反復多次，逐步減少差異，得到最終的權重標準云。通過統計計算，得到最終的權重標準云：A1（0.995，0.064，0.002）、A2（0.785，0.055，0.005）、A3（0.545，0.055，0.005）、A4（0.285，0.055，0.005）、A5（0.015，0.064，0.002）。評估指標權重初始云計算如下：

1.2 評估指標標準云

由于評估指標不全是定性或定量指標，因此采用定性語言值對礦山應急救援隊伍能力進行評價，由于篇幅限制，僅選取部分指標評價標準，指揮管理指標評估標準見表1。假定用定性語言值“不及格”、“及格”、“良好”、“優秀”等4 個等級表示礦山應急救援隊伍能力評估指標的優劣程度，且每一個定性語言值的數域都在［0，1］之間。

表1 指揮管理指標評估標準Table 1 Criteria for evaluation of command and management indicators

設置定性語言值的數值區間為［Kmin，Kmax］，Kmin為雙邊約束下的最小值，Kmax為雙邊約束下的最大值，基于正態云來闡釋各定性語言值，即云模型的云數字特征為[9]：

式中：α 為1 個常數，它的大小是通過評語來特別調整的。

在專家咨詢和問卷調查的基礎上，確定4 個評價等級的數值分布范圍及其云數字特征，得到評估指標標準云，評估等級數值分布范圍及其云數字特征見表2，評估等級的正態標準云如圖2。

表2 評估等級數值分布范圍及其云數字特征Table 2 Numerical distribution ranges and cloud digital features of evaluation levels

圖2 指標評價標準云圖Fig.2 Evaluation standard cloud of indexes

1.3 應急救援隊伍能力評估

應急救援隊伍能力評估，是指專家根據某應急救援隊伍能力，依據指標評價標準云打出各二級指標評價值，得到各二級指標評價云；再借助各指標權重云，采用云運算規則，得出各應急救援隊伍能力一級指標評價云；最后將各應急救援力量能力一級指標評價云和評價標準云比較，評出優勢指標。

1）確定評估指標評價云。一級評估指標集為Q=（Q1，Q2，…，Qm，1≤m≤5），二級評估指標集為V＝（V1，V2，…，V30）。經專家打分決定二級指標評價值，選擇L 位專家學者對二級指標進行打分，則對于評估指標VtQm（VtQm為應急救援力量能力一級指標Qm的第t 個指標，1≤m≤5，1≤t≤30）的L 個評價值來說，VtQm的數字特征首先使用逆向云發生器算法得出，然后使用正向云發生器創建評估云圖；根據VtQm評估云圖上云滴的凌亂程度，逐漸控制專家打分，直到專家認識一致并且得到二級指標最終評價云VtQm（Ex（VtQm），En（VtQm），He（VtQm））。

2）確定應急救援隊伍能力評價云。根據二級評估指標VtQm的最終評價云，得出應急救援隊伍能力各一級指標Qm最終評價云；同時結合指標權重云，采用云運算規則[10]，按照式（5）可得某隊應急救援隊伍能力一級指標Qm的評價云Qm（ExQm，EnQm，HeQm）。

式中：AVtQm為與VtQm評價云相對應的權重云，AVtQ∈A。

3）應急救援隊伍能力指標優選。將應急救援隊伍能力各一級指標評價云Qm與評價標準云比較，判斷Qm在標準云中的位置（即評價等級）并評選出優勢指標。

2 實證研究

選擇國家礦山應急救援隊開灤隊為調研對象，開灤隊以礦山救護大隊、搶險排水大隊、救援鉆探大隊、醫療急救大隊和專家組“四隊一組”為組織架構[9]，共計54 個小隊，負責河北、北京、天津、遼寧、山東；內蒙古赤峰、通遼市的重大礦山事故及社會災害的緊急救援任務，和全國大規模深井排水事故救援和礦山救援培訓任務。同時配備了高揚程排水設備、350 t 大型吊裝設備、大口徑鉆機、衛星通訊指揮車、多功能救援裝備保障車等大型設備和正壓氧氣呼吸器、氣體檢測、破拆、急救等救援裝備。評介過程如下：

1）確定指標權重云。經過調研，專家認為：①極重要指標6 個：接警響應V1、專家配備V4、決策建言V5、預案調整V7、身體耐力V21、心理應激能力V21；②較重要指標12 個：應急培訓與演練V13、危險源辨識V14、救援反應速度V15、救援技術應用V16、救援裝備操作V17、救援知識掌握V18、緊急救護技術V19、身體力爆發力V20、高壓耐受能力V23、裝備資源支持V24、救援技術支持V26、應急通信系統V28；③一般重要指標12 個：統一指揮V2、危機控制V3、應急預案V6、恢復總結V8、預防檢查V9、規章制度建設V10、機構設置與分工V11、公共宣傳與教育V12、醫療資源支持V25、監測監控系統V27、應急后勤保障V29、應急資金保障V30。極重要指標V1、V4、V5、V7、V21、V22評估指標權重云為（0.900，0.058，0.003），較重要指標V13、V14、V15、V16、V17、V18、V19、V20、V23、V24、V26、V28評估指標權重云為（0.850，0.040，0.005），一般重要指標V2、V3、V6、V8、V9、V10、V11、V12、V25、V27、V29、V30評估指標權重云為（0.800，0.083，0.005）。

2）計算指標評價云。基于開灤隊的實際狀況，8位專家根據表2 的評價數值分布區間對30 個評估指標進行打分，開灤隊各評估指標專家打分表（略）。在對指標評價打分的基礎上，運用式（1）～式（3）即逆向云發生器算法計算指標評價初始評價云，再借助正向云發生器生成初始評價云的評價云圖。以應急響應V1Q1為例，V1Q1初始評價云為（0.896，0.057，0.073），V1Q1初始正態評價云圖如圖3。由圖3 可知，云滴混亂程度較大，說明專家未形成一致認識。因此，經過專家深入研究，確定V1Q1最終評價云為（0.910，0.019，0.005），V1Q1最終正態評價云圖如圖4。

圖3 V1Q1 初始正態評價云圖Fig.3 Initial normality evaluation cloud of V1Q1

圖4 V1Q1 最終正態評價云圖Fig.4 Final normality evaluation cloud of V1Q1

3）計算評估標準評價云。計算出各指標最終評價云和相應的權重云后，結合式（5）和云運算規則，得到一級指標Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的評價云。開灤隊各評估指標最終評價云見表3。

表3 開灤隊各評估指標最終評價云Table 3 Final evaluation cloud of each evaluation index of Kailuan team

4）確定優勢指標能力。把各一級指標的評價云與評價標準云進行比較，將各評價云圖在標準云圖上表示，各一級指標評價云與評價標準云比較圖如圖5。由圖5 可知，Q4＞Q1＞Q3＞Q5＞Q2，所以優勢指標能力為Q4、Q1。

圖5 各一級指標評價云與評價標準云比較圖Fig.5 Comparison chart between first-degree evaluation cloud and evaluation standard cloud

通過研究可以看出：開灤隊的Q1、Q4指標評價云處于良好至優秀區間中并且傾向于優秀；Q2、Q3、Q5指標評價云處于及格和良好區間中并且傾向于良好。

把開灤隊各評估指標評價云與評價標準云相比，可以看出指揮管理指標和綜合體質指標幾乎都優于組織建設、專業救援、保障系統指標。這表明：開灤隊的應急救援隊伍能力中指揮管理能力，綜合體質能力較好，但專業救援、組織建設、保障系統等指標卻存在一定不足，建議開灤隊繼續保持其優勢指標，加強劣勢指標能力，提高礦山應急救援隊伍能力水平。

3 結 語

為了更好的解決應急救援隊伍能力中評估指標的模糊性和不確定性，基于煤礦事故救援特點，借助云模型對礦山應急救援隊伍能力進行評價，確定指標權重標準云和評價標準云，構建礦山應急救援隊伍能力評價云模型。相對于傳統的評價方法來說，基于云模型的定性評價方法適用性較強，同時評價結果詳細深刻。