化学灾害灭火救援行动能力评估模型构建及应用研究

张丽艳

(特警学院 教学科研部，北京 102211)

化学灾害灭火救援行动能力评估模型构建及应用研究

张丽艳

(特警学院 教学科研部，北京 102211)

针对化工消防模拟训练装置的实战化训练，探讨应对化学灾害灭火救援行动能力评估模型的构建及应用。根据化学灾害灭火救援行动的特点，利用层次分析法构建公安消防部队执行石油化工装置灭火救援行动能力的评估指标体系；再利用模糊综合评价法建立评价模型；然后，针对在移动式消防模拟化工装置上开展的灭火救援训练，应用所建的评估模型来计算数据、完成评判，以确保其训练效果。

灭火救援行动；层次分析法；模糊综合评价法；指标体系

灭火和应急救援是消防法赋予消防部队在新时期的主要任务。近年来，伴随我国经济的高速发展，化学灾害事故的多发性和抢险救援任务的艰巨性日显凸出，如何有效提高消防部队现场处置能力已经成为亟须解决的问题。训练是部队提升战斗力的根本途径，灭火救援训练是实现消防部队军事过硬的必然要求[1]。实践证明，实战化训练在提高指战员现场指挥和处置能力及心理素质方面富有成效，其作用是不可替代的。然而受训练经济性、安全性等方面的限制，实战化训练不能经常性开展。所以，在每次实战化训练中，对受训者训练过程的考核评价尤为重要，其对改进训练方式、增强训练效果都有重要作用。为此，本文以移动式化工消防模拟训练装置的灭火救援实战化训练为研究对象，进行化学灾害灭火救援行动能力评估模型的构建与应用研究。

1 基于层次分析法确定评估指标体系

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是一种定量和定性相结合、系统化、层次化的分析方法，它在处理复杂的决策问题上具有很强的实用性。该方法用一定标度把人的主观判断进行客观量化，模拟人的决策思维过程，以解决多因素复杂系统，特别是难以定量描述的系统分析[2]。所谓指标体系就是测量评估对象的尺度集。建立科学、系统、易测的评价指标体系，是评估成败的关键[3]。化学灾害的灭火救援主要针对石化企业的常见事故，如危害较大的火灾、爆炸、化学物质泄漏等事故。这些事故造成的经济损失大、环境污染严重，如果处置不当，很有可能造成二次事故。因此，人们通常认为的“最得当、最合理”的化学灾害应急处置的特点是：能使经济损失降到最小，环境污染影响最小，应急处置用时最短，应急操作最安全可靠[4]。这里我们结合移动式化工消防模拟装置的灭火救援训练特点，通过广泛征求专家的意见，综合考虑能力评估的可行性和科学性，运用层次分析原理，拟从安全性、侦察检测能力、操作处置能力、协同作战能力和迅捷度五个方面对化学灾害的灭火救援行动能力进行综合评价。其评价指标体系如图1所示。

1.1 安全性

化工装置发生事故的危害是巨大的，不仅会严重威胁人民群众的生命安全，对参加处置的人员也存在严重的威胁，处置不当将会造成巨大的经济损失，影响社会稳定。所以对化学灾害灭火救援行动能力的评价指标必须考虑安全性，这里从划定警戒范围、个人防护装备、人员及器材的洗消和归位三项指标来评判安全性。

图1 化学灾害灭火救援行动能力评估指标体系

1.2 侦察检测

在处理特殊火灾时，消防员到场，先要侦察火情，即消防官兵在到达现场后，应立刻开展火情侦察工作，加强特殊灾害下的火场指挥通信预案的规划和组织，保证高危灾害现场的各种灭火救援措施和手段能有条不紊地展开和进行。例如，对于危险化学品泄漏事故的处置，首要问题是对泄漏物质进行鉴别和检测，查明泄漏物质的品名、理化性质以采取针对性的处置措施。为此对化工装置事故的侦检检测工作就显得尤为重要。

1.3 操作处置

在化学灾害事故灭火救援行动中，消防指战员必须了解各种特殊灾害发展蔓延的基本机理和趋势，掌握扑救特殊火灾的流程和规范，灵活运用和操作灾害现场具体情况下各种灭火救援设备的操作技能，在具体实施救援中能正确选择器材，采用最合适的方式方法展开灭火救援工作。可以说，在化学灾害灭火救援行动能力的评估中，此项指标占有重要地位，我们以器材选择、对装备器材的熟练操作程度、救援的方式方法三项指标来评判。

1.4 协同作战

加强消防业务理论知识学习，提高消防官兵在灭火救援中的认识能力、操作能力和协同作战能力，事关灭火救援的根本。在具体的灭火救援战斗中，消防员间的协同作战能力也是决胜的因素。对于化学灾害的灭火救援能力评估，我们以互检互助防护装备的正确穿戴和任务协同完成情况两项指标来评判协同作战能力。

1.5 迅捷度

时间就是生命，迅速的反应及操作可以使危害降到最小。接警及首战中队到场时间、防护装备穿戴及器材到位时间、操作直至控制事故态势时间都是决定救援能力的关键。对于化学灾害的灭火救援能力评估，我们从人员及装备到位时间和控制事故态势时间两项指标来评判迅捷度这项重要指标。

2 基于模糊评价法构建评估模型

所谓模糊综合评判法就是应用模糊数学方法汇总评价结果，取得定量描述，从而对评价对象做出综合评判的一种方法[5]。其基本思想是：在确定因素、因子的评价等级标准和权值的基础上，运用模糊集合变换原理,以隶属度描述各因素及因子的模糊界线，构造模糊评价矩阵，通过多层的复合运算，最终确定评价对象所属等级[6]。其评判过程是：首先确定被评判对象的因素(指标)集和评价(等级)集；再分别确定各个因素的权重及它们的隶属度(以隶属度描述各因素及因子的模糊界线)向量，获得模糊评判矩阵；最后把模糊评判矩阵与因素的权向量进行模糊运算并进行归一化，得到模糊评价综合结果。

可见，模糊综合评判过程是由着眼因素和评语构成的二要素系统，其步骤如图2如下：

图2 模糊综合评判过程示意图

2.1 确定模糊评价集V

评语集是评价者对评价对象可能做出的各种评价结果组成的集合。设V={v1,v2,…，vn}为刻画每一因素所处状态的n种决断，即评价等级，这里n为评语的个数。式中vi表示由高到低的各级评语，通常至少要等于4而不超过9。一般设定为{优秀，良好，中，差}，或{最佳，较好，一般，较差，极差}。

根据灭火救援行动能力评估的各层能力指标，这里确定模糊评价集V={很好，较好，一般，较差}。

2.2 用层次分析法构造判断矩阵和确定权重集

建立层次分析模型(评估指标体系)之后，我们就可以在各层元素中进行两两比较，构造出比较判断矩阵。即根据各评估指标对应上层指标的相对重要性，可以确定其标度值，将同层次指标两两比较，确定判断矩阵(成对比矩阵)中的n×n个比较值。

对判断矩阵判定是否满足一致性要求，若满足一致性要求，解出其特征向量W=(w1,w2,w3,…,wn)。归一化后即为对应指标的权重系数。若不满足一致性要求，则可通过调整判断矩阵使其达到一致性要求。

2.3 计算隶属度矩阵

这里采用专家打分法确定数据矩阵，并计算隶属度矩阵。设有N个专家对二级指标按照很好、较好、一般、较差进行评估，记mij为二级指标i对第j个等级的评估专家人数，用Pij=mij/N作为二级指标i对第j个等级的模糊隶属度，记作Pk=(Pij)，即为隶属度矩阵。

2.4 计算综合评估向量E

令Ek=Wk×Pk，其中Wk为二级指标k的权重向量，Pk为二级指标k的隶属度矩阵，Ek即为二级指标k的模糊综合评估值；再令E=W×Ek，其中W为一级指标的权重向量，E即为一级指标的模糊综合评估向量。根据最大隶属度原则，将E的各级从大到小进行排序，就可得到行动能力的量化分析，最终形成灭火救援行动能力综合评估结果。

2.5 计算评定成绩

假设B是对每个被评判对象综合状况分等级的程度描述，它不能直接用于被评判对象间的排序评优，必须要进一步的分析处理。通常采用最大隶属度法则对其处理，得到最终评判结果。方法是把各种等级的评级参数和评判结果B进行综合考虑，使得评判结果更加符合实际。假设相对于各等级Vj规定的参数列向量为：

则得出等级参数评判结果P为：P=BC

P是一个实数，它反映了由等级模糊子集B和等级参数向量C所带来的综合信息，在许多实际应用中，它是十分有用的综合参数。

3 化学灾害灭火救援行动能力评估模型的应用

针对公安消防部队处置化学灾害灭火救援行动能力评估指标的模糊性，我们选择基于层次分析法基础上的模糊综合评价法，建立模拟化工装置灭火救援行动能力的评估模型。首先确定模糊评价集，构建公安消防部队处置化工装置事故的灭火救援行动能力评估指标体系，然后计算各级指标的权重值，再通过专家打分，计算各级指标的隶属度，最终确定综合评估的结果，形成综合评判值。

3.1 层次分析法构造评判矩阵和确定指标权重

计算出某层次因素相对于上一层次中某一因素的相对重要性，这种排序计算称为层次单排序。具体地说，层次单排序是根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言本层次与之有联系的元素重要性次序的权值。这可归结为计算判断矩阵的最大特征根λmax及其对应的特征向量。由特征向量可以得到该层各指标的权重值。

针对移动式化工消防模拟训练装置的功能特点，我们征询业内专家的意见，对化学灾害灭火救援行动能力评估的各项指标进行评价并构造判断矩阵，然后采用方根法计算出判断矩阵的特征向量，即权重。

3.1.1 计算二级指标权重

首先，分析一级指标下的二级指标两两相互重要程度，确定判断矩阵(成对比较矩阵)中的n×n个比较值，见表1所示。进而得出相应的成对比较阵。

表1 化学灾害灭火救援行动能力评估二级指标相互比较重要程度表

根据表1，各指标两两相互比较可以得到成对比较阵为：

然后，用方根法计算矩阵B1的最大特征根λmax和相应的特征向量Wb1，具体计算步骤如下：

M1=1×1/2×1=1/2

M2=2×1×2=4

M3=1×1/2×1=1/2

β1=0.794,β2=1.587,β3=0.794

W1=0.794/3.175=0.25

W2=1.587/3.175=0.50

W3=0.794/3.175=0.25

即B1的特征向量(权重)为：

W=(0.25，0.50，0.25)。

(BW)1=1×0.25+1/2×0.5+ 1×0.25=0.75

(BW)2=2×0.25+1×0.5+ 2×0.25=1.5

(BW)3=1×0.25+1/2×0.5+ 1×0.25=0.75

则λ=1/3×(0.75/0.25+1.5/0.5+0.75/0.25)=3.0。

经计算，B1最大特征值为3.0≈3，通过一致性检验。

最后，利用上述方法可求得权向量为：

Wb1=(0.25，0.50，0.25)

同理求得B2、B3、B4、B5的权向量为：

Wb3=(0.230,0.122,0.648)

Wb4=(0.334,0.667)

3.1.2 计算一级指标权重

模拟化工装置化学灾害灭火救援行动能力评估指标体系中一级指标包含安全性、侦察检测能力、操作处置能力、协同作战能力和迅捷度，现对它们之间两两相互重要程度进行比较，确定判断矩阵(成对比较阵)中的n×n个比较值，得出相应的成对比较阵，如表2所示：

表2 化学灾害灭火救援行动能力评估一级指标相互比较重要程度表

根据表2，各指标经过两两相互比较可得成对比较阵, 即针对一级评估指标建立的判断矩阵A为：

现在用方根法计算矩阵A的最大特征根λmax和相应的特征向量WA，具体计算步骤如下：

M4=1/2×1×1/5×1×1/2=1/20

β1=0.8706,β2=0.5065,

β3=2.8854,β4=0.5493,β5=1.4310

(3)对向量β=(β1，β2，…，βn)T进行规范化，

W1=0.8706/6.2428=0.1395

W2=0.5065/6.2428=0.0811

W3=2.8854/6.2428=0.4622

W4=0.5493/6.2428=0.0880

W5=1.4310/6.2428=0.2292

所以，向量W=(0.1395,0.0811,0.4622,0.0880,0.2292)T即为所求特征向量。

经计算，A的最大特征值为5.0504>5，需进行一致性检验。查表可知RI=1.12，又因为：

这说明成对比较阵A的不一致是可以接受的。若不满足一致性要求，则可通过德尔菲法调整判断矩阵使其达到一致性要求。

所以，向量WA=(0.1395,0.0811,0.4622,0.0880,0.2292)T为化学灾害灭火救援行动能力评估的一级指标权重。

3.2 利用模糊综合评价法计算综合评估向量，确定其隶属度矩阵

3.2.1 创建二级指标隶属度矩阵

假设由9名专家对化学灾害灭火救援行动能力评估中的二级指标按照很好、较好、一般和较差进行打分，如表3所示，就可计算二级指标相对一级指标的隶属度。

根据表3，用各评价项目评定等级的专家人数除以专家数，得到二级指标隶属度矩阵：

表3 9名专家对化学灾害灭火救援行动能力中的二级指标成绩评定表

3.2.2 计算二级指标的综合评估向量

有了上面建立的化学灾害灭火救援行动能力的隶属度矩阵，根据已建立的模型和已获得的数据，可求出二级指标的综合评估向量，如下：

Eb1=Wb1Pb1=(0.167，0.417，0.305，0.110)

Eb2=Wb2Pb2=(0.222，0.333，0.259，0.185)

Eb3=Wb3Pb3=(0.150，0.359，0.379，0.111)

Eb4=Wb4Pb4=(0.407，0.296，0.222，0.074)

Eb5=Wb5Pb5=(0.472，0.333，0.111，0.083)

3.2.3 求出化学灾害灭火救援行动能力的隶属度矩阵

利用得出的二级指标的综合评估向量就可得到化学灾害灭火救援行动能力的隶属度矩阵如下：

3.3 利用层次分析法和模糊综合评价法确定综合评估结果

现在我们就可以对化学灾害灭火救援行动能力进行评估了。由上面的推导计算，已知化学灾害灭火救援行动能力的隶属度矩阵为PA，其权重为WA=(0.1395,0.0811,0.4622,0.0880,0.2292)，则化学灾害灭火救援行动能力模糊综合评估向量为：

EA=WAPA=(0.2543,0.3526,0.2831,0.1070)

如果确定模糊评估集V={A级很好，B级较好，C级一般，D级较差}，由以上计算结果可知，在化学灾害灭火救援行动能力模糊综合评估向量中：“A级”占25.43%，“B级”占35.26%，“C级”占28.31%，“D级”占10.70%。根据最大隶属度原则，此次化学灾害灭火救援行动能力综合评估结果为“较好”。

3.4 计算综合评判成绩Z

根据化学灾害灭火救援行动能力评估的各层次能力指标，首先确定模糊评估集，V={A级很好，B级较好，C级一般，D级较差}，并且该行动方案可以采用等级赋值的方法计算得分。这里假设A级赋值95分，B级赋值85分，C级赋值70分，D级赋值50分。这样可以计算出化学灾害灭火救援行动能力的具体得分值Z：

即此次化学灾害灭火救援行动能力的综合成绩为：79.3分。

4 结束语

本文根据化学灾害灭火救援行动的特点，利用层次分析法构建公安消防部队执行石油化工装置灭火救援行动能力的评估指标体系；其次，利用模糊综合评价法建立灭火救援行动能力评估模型；最后，针对在移动式消防模拟化工装置上开展的灭火救援训练，应用所建的评估模型来评判该灭火救援行动能力，以确保其训练效果。本文无论从评价指标体系的构建还是评估模型的实证分析都来源于实战训练，具有很强的理论性、针对性与实战性，为公安消防部队开展化学灾害灭火救援行动能力评估提供了一套科学的评估方法。

[1] 王长江.“移动式化工消防模拟训练装置”技术报告[R].

[2] 任玉辉,肖羽堂.层次分析法在校园火灾危险性分析中的应用[J].安全与环境工程，2008,15(1)：85-88.

[3] 杜栋,庞庆华,吴炎.现代综合评价方法与案例精选[M].北京：清华大学出版社，2008.

[4] 承奇,张礼敬,邢培育,等.基于层次分析法的化工事故应急演练模糊综合评估[J].南京工业大学学报：自然科学版，2009，31(4)：98-102.

[5] 熊允发.公安情报分析的数量方法[M].呼和浩特：内蒙古人民出版社，2007.

[6] 宋晓莉,余静,孙海传,等.模糊综合评价法在风险评估中的应用[J].微计算机信息，2006,(36)：71-73，79.

(责任编辑 陈 华)

A Research of the Construction and the Application of the Evaluation Model of Chemical Fire Fighting and Rescue Operation

ZHANG Liyan

(DepartmentofTeachingandResearch,TheSpecialPoliceAcademy,Beijing102211,China)

This paper aims at analyzing the construction and the application of the evaluation model of chemical fire fighting and rescue operation. Firstly, according to the characteristic of chemical disaster fire fighting and rescuing operations, the evaluation index system of the fire fighting rescue operation capability of public security of a fire brigade is constructed by using a hierarchy analytic method. Secondly, the evaluation model is established by applying the vague comprehensive evaluation method. Lastly, for the chemical fire fighting and rescue operation training, the evaluation model is used to calculate the data, to accomplish the judgment in order to ensure the effectiveness of the training.

fire fighting and rescue operation; hierarchy analytic method; vague comprehensive evaluation method; index system

2015-10-08

张丽艳(1969— )，女，黑龙江肇源人，教授。

D631.6;G642.4

A

1008-2077(2015)12-0031-06