基于Gahp-改進系統聚類算法和云模型的化工園區脆弱性評價

摘 要 為了精確評估化工園區的脆弱性，考慮個體差異對評估結果的影響，提出基于Gahp-改進系統聚類算法和云模型的化工園區脆弱性評價模型。應用文本挖掘技術對化工園區脆弱性影響因素進行挖掘，在此基礎上構建以園區固有危險、園區潛在危險、園區承載體脆弱性和事故損失程度為準則的評估體系；為綜合決策者意愿和客觀信息，通過群決策層次分析法（Gahp）和改進系統聚類算法組合，確定指標的主觀權重和專家的客觀權重；引入云模型理論對化工園區脆弱性等級進行評價。對某化工園區開展實證分析，結果表明：該模型能夠全面表征某化工園區脆弱性的關鍵節點，該園區的云數字特征為（0.766 7，0.026 5，0.011 1），脆弱性等級為“輕度脆弱”，與實際情況一致。

關鍵詞 群決策層次分析法（Gahp）-改進系統聚類算法-云模型 安全風險評價 化工園區

中圖分類號 TP274+.4；X959" "文獻標志碼 A" "文章編號 10003932（2025）02030707

隨著化學工業的持續發展，化工園區建設逐漸成為化工行業的必然趨勢。化工園區是指若干化工企業集中在一起共同發展的特定區域，由于園區內危險源多且分布密集，發生事故時其破壞性更為集中和嚴重，因此開展化工園區安全風險評價，科學評估其安全風險，對化工園區安全風險防范具有重要意義。近年來，許多學者從不同角度對化工園區的安全管理進行了深入研究，文獻［1］提出一種基于熵權-云模型的脆弱性評價方法，選取3個典型化工園區驗證了該方法的合理性和有效性；文獻［2］以事故機理為研究視角，運用事故因果分析法識別化工園區脆弱性因素，建立理論模型，并在江蘇某化工園區進行了驗證；文獻［3］辨識了化工園區多災種耦合風險，分析其結構與作用機理，建立由地震引發的設備泄漏概率模型，利用QRA軟件對某化工園區進行定量評價，得到了地震災害對該化工園區的影響程度；文獻［4］對化工園區定量風險評價進行概述，探究影響風險評價的因素，提出目前化工園區風險評價的不足；文獻［5］通過DEA對抗交叉評價方法對5個化工園區成災效率進行了評估，并探究了影響其脆弱性的因素。

為了進一步研究化工園區的脆弱性，確保化工園區安全、高效、平穩運行，筆者在現有研究的基礎上，構建化工園區脆弱性評價模型，運用群決策層次分析法（Gahp）對評價指標進行權重分析，利用改進系統聚類算法優化完善賦值過程中主觀因素帶來的誤差，削弱主觀偏好程度條件下描述各指標自身在所處指標集中的相對重要程度，同時引入云模型理論確定化工園區的脆弱性等級，以期為下一步化工園區制定針對性的安全管控措施提供參考和依據，對化工園區整體安全管理水平的提高起到積極作用。

1 化工園區脆弱性評價模型

1.1 化工園區脆弱性評價指標體系

筆者參考化工風險評價類文獻20篇［6～24］，以R語言為平臺，運用文本挖掘技術，對化工園區脆弱性影響因素進行字段抽取，保留影響因素描述部分文字，消除無關字段對挖掘結果的干擾；隨后對語料中相同意義不同表述的詞組歸類，從原始特征項中提取出關鍵影響因素，形成4個一級指標和16個二級指標的化工園區脆弱性評價指標體系，詳見表1。

1.2 群決策層次分析法

群決策層次分析法（Gahp）是一種量化決策標準權重的方法，通過成對比較來確定指標權重。

1.2.1 構建判斷矩陣

1.2.2 一致性檢驗

1.3 改進系統聚類算法

1.4 云模型

2 實例分析

以某化工園區為例，基于Gahp-改進系統聚類算法組合賦權和云模型理論構建化工園區脆弱性評價模型，驗證該組合賦權法和評價模型的適用性。

2.1 評價指標權重

通過Gahp計算該化工園區脆弱性評價指標的主觀權重向量，得到4個一級指標和16個二級指標的主觀權重。利用改進的系統聚類算法確定專家個體權重，根據式（1）～（5）計算所有類的畸變程度，繪制聚類系數與聚類類別數折線圖（圖1），根據肘部法則可以觀測出，當聚類類別數為1～2時，折線下降趨勢顯著，畸變程度變化較大；聚類類別數為2～8時，折線下降趨勢趨緩，畸變程度變化減緩，故本研究取J=0.011、K=2，各專家所處類的具體情況如圖2所示的聚類譜系。根據式（6）～（9）計算得到的類間權重與專家個體權重：專家1為0.131 5，專家2為0.143 5，專家3為0.112 7，專家4為0.242 8，專家5為0.121 4，專家6為0.067 3，專家7為0.072 2，專家8為0.038 9，專家9為0.069 7。

2.2 標準云、指標云和綜合云

將評語值域［0，1］劃分為5個脆弱性等級區間，通過式（12）計算脆弱性評價等級對應的云模型特征參數，結果見表3。將得到的脆弱性等級云模型特征參數輸入正向云發生器得到脆弱性等級標準云圖（圖3）。

邀請9位相關領域的專家對準則層因素進行一分制打分，得到指標評價矩陣Z，通過式（13）計算得到一、二級指標特征參數，見表4。

3 評價結果與分析

由表2可知，該園區一級指標綜合權重排序為：事故損失程度D（0.438 5）＞園區承載體脆弱性C（0.323 3）＞園區潛在危險B（0.144 9）＞園區固有危險A（0.093 2），事故損失程度和園區承載體脆弱性因素所占權重較高，對該化工園區脆弱性影響較大。二級綜合指標中死亡人數D（0.170 7）、人員自救能力C（0.110 7）、受傷人數D（0.108 2）所占權重較高，相關人員可以此為參考有針對性地制定化工園區安全管理細則。

該化工園區脆弱性綜合云C（0.766 7，0.026 5，0.011 1）與等級為“輕度脆弱”標準云C（0.700，0.033，0.005）的相似度較高，圖3所示綜合云更貼近“輕度脆弱”標準云，以此判斷該化工園區脆弱性等級為“輕度脆弱”，表明該化工園區較為安全，與實際情況相符。

4 結束語

筆者以縱向的關系視角探討化工園區的脆弱性，找出關鍵影響因素，引入云模型理論評估該化工園區的整體風險，對化工園區安全管理具有一定的指導意義。為兼顧專家經驗與數據客觀特征，減小所賦權值隨意性和片面性，采用組合賦權法。該方法以總偏差最小為目標，將主觀權值與客觀權值進行有機結合，較好地兼顧了數據蘊含的客觀性和決策者的主觀價值，避免了單一賦權方法缺陷與個體差異對賦權結果的影響，使計算結果更加貼近實際情況。由于化工園區環境復雜多變，導致其脆弱性影響因素具有很強的關聯性，因此要深入研究各種評價指標的關聯性，從而使所獲得的指標更加科學和準確。

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（收稿日期：2024-09-13，修回日期：2024-10-14）