基于AHP-模糊综合评价法的应急装备灾害适应性评估*

安子樱 胡淋翔 李伟 祝健 刘晓平

（合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

0 引言

环境适应性是装备的重要质量特性之一，同时是保证装备有效发挥其性能的非功能性指标之一。在装备的运输、贮存和使用过程中自然环境应力和诱发环境应力都可能对装备的功能或性能造成影响，尤其是对于处在恶劣灾害环境下的装备，环境适应性被破坏的情况时常发生，使其使用受到影响，甚至造成不可挽回的结果。因此，亟需开展应急装备在灾害环境下的适应性评价研究，建立适应性综合评价方法，及时对其性能进行分析，从而避免失效等情况的发生，对规范无法保障的情况进行补充。

现有适应性评价方法大多针对风险评估，侧重于灾害对社会、经济的影响。通常，以城市或区域范围内灾害环境下的原有设施为主要承灾对象，并未考虑应急装备在灾害环境下的响应情况。国内装备评价体系的建立主要涉及武器类、电子类和航天装备类等，针对应急装备在灾害环境下适应性研究目前相对空缺，需要建立相关适应性评价方法填补其空缺。本文提出一种应急装备环境适应性的评价方法，实现对应急装备开展灾害环境条件下的适应性评价，并通过实例分析论证其可行性，保障应急装备在灾害环境下的使用。同时，建立该评价方法可用于完善环境适应性评价体系，为进一步设计和建立灾害环境适应性检测平台提供思路。

1 综合评价模型建立

1.1 常用评价方法

现已提出的综合评价问题方法种类多样，应用较为广泛的主要有TOPSIS法、层次分析法、模糊综合评价法、熵值法等。依据应急资源功能性要求以及灾害情况下的特征性，确认因素集、评价集，选择层次分析法和模糊综合评价法相结合，建立AHP-模糊综合评价体系，完成应急装备灾害环境适应性评价体系。

1.2 层次分析法（AHP）

层次分析法（analytic hierarchy process，简称AHP）对于被评价的对象，根据其性质和要达成的总目标，将评价对象分解出不同的组成因素，并按照因素之间的相互作用、影响及隶属关系，使因素聚集组合形成递阶层次结构，然后根据客观现实数据和主观认识判断，对同一层次中的因素进行两两比较，经过数学计算和检验，最后得到最底层对于最高层的权重及其相对优劣排序。

1.3 模糊综合评价法

模糊综合评价法是模糊数学和模糊统计方法的综合应用，在多指标综合评价实践中应用广泛。模糊综合评价法设计5个要素（因素集、评价集、模糊关系矩阵、权重集以及单因素评判），通过模糊变换原理和最大隶属度原则，实现定性和定量的结合，对该某一装备的优劣做出科学评价。

1.4 AHP-模糊综合评价法

单一的模糊综合评价法虽解决评价过程中出现的模糊性问题，但无法满足权重指标的准确性需求，可能造成最终评价结果的失真，故引入层次分析法降低了传统权重确定带来的误差，提高了评价的可靠性。

AHP-模糊综合评价法是将层次分析法和模糊综合评价法相结合，使用层次分析法科学地确定评价体系中各因素的权重，使用模糊综合评价方法对各因素进行定性和定量相结合的等级评价，通过两种方法结合使用，最终可得到针对评价目标客观合理的评价结果。

此复合评价模型如图1所示，先利用层次分析法建立合理递阶层次结构，通过专家打分法建立两两判断矩阵，并进行归一化处理和一致性分析，排除不合理矩阵，将其他权重矩阵取平均数，得到最终各元素的权重。然后模糊综合评价法依据层次分析法已建立的层次结构，对其中各个因素确定其评价等级标准，并根据实际实验或使用情况通过专家打分法进行指标等级判定，通过隶属度计算建立评价结果集合。最后将各因素权重及其等级权重相结合，依据最大隶属度原则，得出目标层的等级判断。

图1 AHP-模糊综合评价模型

综合评价将层次分析法对各个因素的权重评价结果，通过模糊评价进行统一的等级描述，得到对目标的评价结果。它将定性和定量的因素评价结合起来，既减少了单一使用层次分析法带来的评价过程主观性和随机性，又满足了分析过程中评价因素模糊性的需求。

2 评价实例分析

近年来我国火灾事故频频发生，建筑火灾灾害环境仍是常见灾害环境。该研究选取火灾救援中使用的17式消防员灭火防护服（后文简称防火服）作为实例分析对象，依托于合肥工业大学“建筑火灾环境下的适应性检验检测平台”，对两种不同热通量下不同品牌消防员灭火防护服开展适应性评价相关实验。其中热通量选取84 kW/m2、126 kW/m2和126 kW/m2为规范［1］所要求功率的150%。阻燃性实验依托于平台阻燃箱完成，热防护性能实验依托于燃烧装置完成，实验平台如图2所示。

图2 适应性检验检测平台装置

根据GA 10—2014《消防员灭火防护服》［2］，筛选出影响防火服环境适应性的元素。通过专家调查法和灾害实际情况分析，进一步筛选出关键性影响因素，建立层次结构，如图3所示。

图3 防火服评价指标层次结构

根据专家打分法，对各层因素进行权重值的判断。以其中一人的数据为例，其对于各层次的1—9标度打分如表1—表3所示。

表1 第一级判断矩阵

表2 阻燃性能下第三级判断矩阵

表3 热防护性能下第三级判断矩阵

对上述数据进行归一化处理，首先对准则层1进行归一化处理和一致性检验。

将收集到的权重评价结果，经过计算和一致性分析，将所有通过一致性分析的评价结果进行平均取值，得到结果如下表4所示。

表4 总指标权重

依据GA10—2014《消防员灭火防护服》［2］和GB/T 5455—2014《纺织品燃烧性能垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》［3］中内容，在专家调查法结果的指导下，结合火灾中极端灾害情况，建立防火服阻燃性模糊评价指标标准，如表5所示。

表5 阻燃性能下因素评价标准

依据两种品牌17式防火服阻燃实验结果，如表6所示，选取1号试样实验结果，根据隶属度函数，计算定量指标评语，以续燃时间为例具体计算，已知x1=1.73s，v1=4s，v2=2s，v3=1.5s：

表6 阻燃性能实验结果

依据GA10—2014《消防员灭火防护服》［2］和GB/T 38302—2019《防护服装热防护性能测试方法》［1］中内容，在专家调查法结果的指导下，结合火灾中极端灾害情况，建立防火服热防护性能模糊评价指标等级标准，如表7所示。

表7 热防护性能下因素评价标准

依据17式消防服热防护性能实验结果，如表8所示。

表8 热防护性能实验结果

选取1号试样在84 kW/m2热通量的实验结果，根据隶属度函数，计算定量指标评语。同前述过程经计算，得到隶属函数进一步可对热防护性能的模糊综合评价进行计算，F=W2×R2=（0，0.641，0.359），则对热防护性能有0%的比重属于“中”，有64.1%的比重属于“良”，有35.9%的比重属于“优”。根据最大隶属度原则，在3个等级的隶属度中“64.1%”的数值最大，因此，所评价防火服的热防护性能为“良”。

依据相同的综合评价方法，对1号试样防火服126 kW/m2热通量下实验结果和2号试样在两种热通量下实验结果进行评价处理，得到结果如表9—表10所示。

表9 剩余试样的二级模糊评价结果

表10 剩余试样环境适应性模糊评价结果

由此，根据最大隶属度原则，在126 kW/m2下1号试样的环境适应性评价等级为“优”，在84 kW/m2下2号试样的环境适应性评价等级为“良”，在126 kW/m2下2号试样的环境适应性评价等级为“优”。

3 结论

1）针对灾害环境下应急资源的特点，构建了层次分析-模糊综合评价体系。选取建筑火灾环境下某品牌消防员灭火防护服为实例进行应用，结果符合实际情况，验证该评价体系的合理性和可行性。在对其他应急资源的实际应用中，还可进一步考虑资源特点、使用情况以及环境等各种指标，建立具体的评价体系。该评价体系对应急资源的使用具有一定的指导意义，也为未来应急资源评价的发展提供了一种路径。

2）该评价体系将层次分析法的权重计算与模糊综合评价法的评价等级相结合，建立评价数学模型，确定评价步骤。两种评价方法综合使用补充了层次分析法在等级评价上的方法缺失，从一定程度上减少了模糊综合评价确定权重带来的主观影响，保持对目标评价主观和客观的一致性，使评价方法更具准确性。