基于FAHP方法的电力场所火灾应急管理能力评价

■ 陈龙飞，李小松，周山新，尚峰举，陈艳秋，李涛

（1.西南交通大学 消防工程系；2.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 电力火灾与安全防护安徽省重点实验室）

随着我国经济不断发展，火灾安全已成为社会关注的热点话题。近年来，在我国的社会火灾事件中，电力系统火灾的比例不断上升，电力系统的火灾安全保障是一个需要解决的新课题。电力系统的组成部分包括以下几个部分：发电厂、供配电所、送变电线路及用电等。电力系统中存在着大量的可燃物，一旦发生火灾，就会在瞬间造成重大的灾难性事故，带来恶劣的社会影响，电力系统火灾安全越来越吸引社会各界的关注。应急能力评价是保障电力系统火灾安全的一个重要方法。然而，现阶段针对电力场所的应急能力评价建设还缺乏系统的研究。因此，开展电力场所火灾应急能力评价的研究，提高电力场所的火灾应急能力是十分必要的。

国内外针对应急能力评价开展了相关的研究工作。国外方面，1971年，托雷盖斯[1]等人首次针对通信设施的可靠性，利用建立模型的方法对其进行了评估；1998年，巴蒂尼[2]等人开创性地根据统计方法得到一个区域火灾对应的资源需求量和潜在危险资源需求量，然后对该地区域的消防系统进行了评估。国内方面，2008年，黄栋[3]等人基础性地针对舰船装备承修单位的承修能力，使用模糊层次分析法进行了研究。

层次分析法是美国学者萨蒂提出的一种关于层次权重决策分析的方法。该方法首先把决策问题按下列几个方面：总目标、各层子标、评价准则及备选择方案来进行分解，使决策问题变成不同的层次结构。接下来，通过判断矩阵特征向量的求解，可以得到不同层次的元素之间的优先权重。随后，利用加权和的方法，递阶归并出各备选择方案对总目标的最终权重。根据各备选择方案所得的最终权重的比较，如果最终权重最大，则说明该方案就是最优的方案[4-10]。在进行层次分析时，通常会遇到数学描述困难，难以定量的因素。针对这种情况，学者们采用模糊综合评价法，基于模糊关系合成的基本理论，首先对这些模糊的因素定量化，然后基于模糊等级的隶属度，再从多个因素进行综合性评价[11-16]。

考虑评价结果的客观性和科学性，本文采用模糊层次分析法，构建电力场所火灾应急能力评价模糊层次模型，为电力场所火灾及应急能力评价提供了切实可行的方法，能够加深对电力场所火灾应急的认识，为电力场所火灾应急水平提升指明方向。

一、应急指标体系建立

电力场所火灾应急能力评价指标的设定，在构成要素方面需要包含自然因素至社会因素、制度设计至公众行为、组织效能至工程能力等多方面要素。本文从电力场所的实际功能结构出发，通过系统的资料调研和专家咨询，构建了电力场所火灾应急管理能力评价体系如图1所示。通过采用安全检查表，把电力场所应急评价指标体系分成三个结构层，即目标层、准则层和指标层。其中，准则层包含5 个二级指标，即监测预警能力、应急人员保障能力、日常建设工作、应急预案管理与演练和应急救援与恢复；指标层包含24 个三级指标。至此，提出了由5 个二级指标、24 个三级指标构成的电力场所应急管理能力评价指标体系。

二、基于模糊层次分析法的应急评价模型建立

（一）AHP 各指标权重确定

根据图1中建立的评价指标体系，从上到下每层进行判断矩阵的构建，相邻的两层元素中，上层的元素作为下层元素的标准，按照表1中的1~9 标度法两两比较，从而构造判断矩阵。

图1 电力场所应急管理能力评价指标体系

表1 各级标度的含义

倒数 因素i 与j 的重要性之比为aij，则因素j与i 重要性之比为1/aij

本文在确定两个元素比较后的标度值时，采用的是专家打分的方法。在进行专家打分前，本文先制作出评价指标重要度调查表，选择电力和消防领域的多位专家学者（包括消防队、电力和消防专业大学教师），统计各位专家对每两项的对比结果，以少数服从多数的原则，选取最终标度值，得到每一级别的评判矩阵P，如表2所示。

表2 判断矩阵P（A）

由表2可知，P（A）形成一个五阶矩阵，基于此矩阵，可以计算出最大特征值Kmax对应的特征向量w，如下式所示：

随后，将求得的特征向量归一化，则可以获得每个评价元素的权重。但是，需要注意的是按上述公式求解得到的权重不是绝对合理的，还需把计算结果用判断矩阵进行一致性检验，如下式所示：

式中，CI—为判断矩阵一般一致性指标；CR—为判断矩阵随机一致性比率；RI—为判断矩阵平均随机一致性指标，取值如表3所示。

表3 平均随机一致性指标RI 标准值

根据AHP 的原理，当CR<0.1时或Kmax=n 且CI=0时，认为判断矩阵P 具有满意的一致性，否则需要重新构造判断矩阵。本论文主要通过微调矩阵中的某些奇数值，使其变成接近的偶数值，总体来说并不改变专家们对指标的重要性排序。最终借助MATLAB 软件编程算出P（A）的权向量和CR 值。权向量w（A）=（B1,B2,B3,B4,B5）=（0.2270,0.1007，0.1133，0.0499，0.5091），CR=0.084<0.1 通过一致性检验。

（二）模糊评判矩阵确定及评价过程

在确定隶属度时，本文采用的是专家意见法。首先，给出5 个层次的专家评语集，即V={V1（很强），V2（强），V3（一般），V4（弱），V5（很弱）}。根据影响“监测预警能力”“应急人员保障能力”“日常建设工作”“应急预案管理与演练”“应急救援与恢复”的各种因素，通过经验和客观情况的综合考虑，结合对AHP 评价结果的分析，从而可以确定各因素的评语集。比如，对“监测预警能力”下的“应急物质投入”打分，有五人评价为“很强”，占0.5；三人评价为“强”，占0.3；两人评价为“一般”，占0.2，因此得出“应急物质投入”的隶属度为R=（0.5，0.3，0.2，0，0），同理，可以得出所有评价因素的隶属度，组成一个单因素评价矩阵Ri。随后，通过权重集与单因素评价矩阵，开展模糊算子运算，最终就可以得到电力场所应急能力所处的层次。

分析各位专家的评价结果，依次可以得到B1~B5 中各因素的单因素评价矩阵，然后再根据公式（1）计算B1~B5 的单因素评判矩阵：

式中，◦为合成算子符号，模糊数学中常用的合成算子还有∧和∨，∧表示取小，∨表示取大。因此，根据模糊数学的评价过程为：

同理可得，

接下来，把B 级评价结果作为单元素构建A 级的评价，可由下式计算：

对A 在区间[0,1]内进行归一化处理，得到：

从评价结果可以得知，认为电力场所火灾应急管理能力很强和强均占26%，认为一般和弱各占19.5%，认为很弱的占9%。接下来，本文对模糊综合评价得到的A’值进行量化处理，把各个等级的结果变换为记分制，用百分制的方法来定量分析该模型的能力等级：（100,85]（很强）、（85,70]（强）、（70,55]（一般）、（55,40]（弱）、（40,0]（很弱）。令D=（85,70,55,40,25），则

计算得到的分数值落在（70,55]（一般）区间，所以评价结果为“一般”。

三、评价结果分析

根据上述模糊层次综合评价结果，电力场所急管理能力评价总体水平为“一般”。根据FAHP 方法分析得到的电力场所急管理能力评价指标体系权重表如表4所示。

表4 电力场所应急管理能力评价指标体系权重表

综合权重的综合排序为提高电力场所应急管理能力指明了方向，一般原则为对其中权重最高值给予充分关注和重点评价，再找出其中的薄弱项进行重点建设。

由上表可知，B 层中“应急救援与恢复”所占权重最大，说明此项对应急能力影响非常显著，在建设过程中，应优先选择该项所包含的各项进行着力建设。其中，C 层中“应急疏散”“救援能力”和“应急信息传递”所占权重较高，这就告诉我们应急能力主要通过应急疏散和救援过程体现，应急疏散能力的强弱对应急能力具有重要影响。另外，从综合权重中可知，“监测预警设备先进性”所占权重也较大，可见电力场所急管理能力也取决于是否拥有先进的探测预警设备，这说明提升火灾的探测预警能力对增强电力场所火灾应急能力具有重要意义。

四、结语

根据模糊层次评价的综合结果，针对电力场所应急管理能力本文的主要结论如下：

（一）本文得到的电力场所火灾应急管理能力总体水平结果为“一般”。B 层中“应急救援与恢复”所占权重最大，说明此项对应急能力影响非常显著，在建设过程中，应优先关注“应急救援与恢复”所包含的各子标层项。

（二）从综合权重排序结果分析可知，应急能力与应急疏散和救援过程关联较大，疏散能力对应急能力而言是至关重要的。B 层中“应急救援与恢复”的子标层，C 层中“应急疏散”和“救援能力”在专家打分时明显处于低分，说明这两项是影响总体水平为“一般”的最主要原因。

（三）从综合权重排序结果分析可知，“监测预警设备先进性”所占权重也较大，可见先进的监测预警设备对于电力场所的应急能力也会产生重要影响。

（四）本文的研究为电力场所火灾及应急能力评价提供了切实可行的方法，能够加深对电力场所火灾应急的认识，为电力火灾应急水平提升指明方向。同时，本文建立的评价模型也可以适用于高层建筑、地铁隧道等人员密集场所的火灾应急能力分析。