基于集对分析法的储油库火灾风险分析

摘要： 储油库是典型的能量载体，一旦发生火灾爆炸等突发事故，后果不堪设想。本文简单介绍了集对分析的基本理论，建立了基于集对分析法的油库火灾危险评价指标体系。得到了在不考虑系统指标权重与考虑系统指标权重条件下储油库火灾危险性评价结果。结果表明，集对分析法能够较好的保证评价结果的客观性。

Abstract： Oil depot is a typical energy carrier. In the event of unforeseen incidents， such as fire and explosion， the consequences could be disastrous. In this paper， the basic theory of the set pair analysis （SPA） is described and a evaluation index system for the oil depot safety is set up based on the SPA. The result of oil depot fire risk assessment are given with and without considering the condition of the system index weights.The result shows that the set pair analysis can guarantee the objectivity of the evaluation result.

关键词： 储油库；风险；SPA；火灾

Key words： oil depot；risk；set pair analysis；fire

中图分类号：X928.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）02-0049-02

0 引言

储油库是国防力量的战略资源，也是危险源极为集中的地方。我国为规避国际石油价格波动带来的高风险，斥巨资建设了国家石油储备油库。特别是近年来，储油库等频频发生火灾爆炸事故，直接威胁到人们的生命财产和周围的生态环境。所以，我们要对储油库深入进行分析和研究，避免因不了解而发生火灾危害。

集对分析法[1-3]是从系统的角度来认识分析确定性和不确定性的关系，本文采用集对分析法对储油库避免火灾进行风险分析。

1 集对分析原理

集对分析（set pair analysis，SPA）是在1989年由我国学者赵克勤提出的一种新的确定不确定系统的分析理论方法，其应用领域广泛。在该系统中，其思想核心就是将确定、不确定视为一个确定不确定系统。并且两者是相互关联和相互制约的，能够在一定条件下相互转化。我们用系数？滋来进行描述的时候，要看导致各种不确定因素是否因为模糊、随机和信息等，从而改变抽象的认识，并把其转换成数学运算加以分析评价，这个系数？滋称之为联系度。

定义：设A，B为两个集合，那它们组成的集对为H=（A，B），在某个具体问题背景下我们可以设为w，然后对集对的特性展开分析，共设为N个特性：其中S个为H中A和B集合共有的特性，P为H中A和B相对立特性的个数，其余F=N-S-P个特性上既不能对立，又不为这两个集合所共同具有则称比值：

S/N为这2个集合在问题W下的同一度；F/N为差异度；P /N为对立度。

联系度？滋定义表达式为：？滋=■+■i+■j（1）

令a=S/N，b=F/N，c=P/N。则式（1）可简写为：

？滋=a+bi+cj（2）

式中，i为差异度标识数，i∈[-1，1]，j为对立度标识数，j=-1，由定义，a、b、c满足归一化条件a+b+c=1（3）

上述是3元联系度，可以根据公式（2）作进一步的扩展，为：？滋=a+b1i1+b2i3+…+bikik+cj（4）

式中：a+b1+…+bk+c=1，而b1，…，bk称为差异度分量，i1，…，ik称为差异度分量系数。考虑各特性权重的联系度为：？滋=■？棕k+■？棕ki+■？棕kj（5）

式中？棕k（k=1，2，…，N，■？棕k=1）为特性的权重，一般可由层次分析法以及专家打分法确定。

2 集对分析方法的评价步骤

2.1 选择评价对象的指标体系[4-5] 针对某一要评价的系统，假设其共有n个指标，可以表示为X=（X1，X2，…，Xn）。

2.2 确定评语等级论域[6] 考虑到？滋的取值范围只能是[-1，1]，木文采用“均分原则”将其分成3级论域“安全”（0.33，1]，“基本安全”（-0.33，0.33]，“危险”[-1，-0.33]。

2.3 计算指标权重 评价指标的权重对于待评价系统是非常重要的，它取决于每一个指标对整个系统的贡献的大小。而且我们确定指标权重主要利用的就是层次分析法，具体见文献[7]。而且，评价过程中需要专家打分，但是也要尊重专家自身的权重。

2.4 系统危险性的评价结果 在考虑指标权重的时候，我们可以根据以下两种计算方法。其中，不考虑权重的计算公式应该设为

？滋1=WR1E=（W1 W2…Wn）■=■（6）

式中 W为专家权重矩阵；R1为同异反三元评价矩阵，通过式（1）计算；E为联系分量矩阵。

考虑指标权重时，计算公式为：

？滋2=WR2E=（W1 W2…Wn）■=■（7）

式中 W为专家权重矩阵；R2为同异反三元评价矩阵，通过式（5）计算；E为联系分量矩阵。

3 集对分析法在储油库火灾危险性评价中的应用

以某储油库为例建立储油库火灾危险性评价指标体系[8]，见表1。

3.1 储油库火灾危险性评价 我们可以把储油库火灾危险性评价指标与储油库火灾评价指标打分标准视为集对。这样就可以分等级设定，其中，A表示 “安全”等级，B表示“基本安全”等级，C表示“危险”等级。

根据专家Mi（i=1，2，3，4）的打分结果，设各位专家权重为（0.25，0.25，0.20，0.30），应用层次分析法得到各项评价指标的权重，各指标权重为W=（0.07，0.05，0.03，0.12，

0.12，0.11，0.07，0.13，0.12，0.05，0.05，0.04，0.02，0.02），分别对考虑权重与不考虑权重两种情况进行分析。储油库火灾危险性现场打分见表2。

3.2 储油库火灾危险性的评价结果

3.2.1 不考虑评价指标权重

？滋1=（0.25 0.25 0.2 0.3）■■=0.379+0.346i+0.275j

3.2.2 考虑评价指标权重

？滋2=（0.25 0.25 0.2 0.3）■■=0.403+0.324i+0.273j

3.2.3 评价结果

①在不考虑指标权重的条件下，该储油库的安全管理人员就需要加强安全管理，提高自身安全素质修养，要把系统的“基本安全”等级指标转化为“安全”等级指标，即当i=1，j=-1时，得？滋1=0.45。该系统处于“安全”等级；相反，取i=-1，j=-1，这时？滋1=-0.242。系统处于“基本安全”等级。

②在考虑指标权重的条件下，若该储油库的安全管理人员通过加强安全管理，员工安全素质进一步提高，即当i=1，j=-1时，得？滋2=0.454。该系统处于“安全”等级；相反，取i=-1，j=-1，这时？滋2=-0.194。系统处于“基本安全”等级。这表明对于储油库的火灾风险管控来说，安全管理是一个很重要的因素。

③但同时，安全管理中完全的无瑕疵以及完全的无作为这两种极端情况都是不符合实际的，所以分析中采用均值法，即i=1，j=-1：1）不考虑指标权重时，？滋1=0.104；2）考虑指标权重时？滋2=0.13。通过计算，可知该系统均处于“基本安全”等级。

4 结论

根据上述计算结果，可以得出以下结论：

（1）当储油库在不考虑权重与考虑权重同时存在的情况下？滋1=0.104，？滋2=0.13的时候都处在“基本安全”的等级上，我们不难看出？滋1<？滋2的时候，指标权重是比较保守的，在特定情况下，若不能及时掌握专家指标权重以及各参数的权重，也可以参考不考虑权重的计算结果，虽然偏保守，但仍具有指示意义。

（2）选取油罐区防火设计布局、消防装备、火源控制、管理水平等参数进行集对分析，对储油罐火灾风险分析有很强的的参考价值。该方法也可以对储油库是否安全进行评价，对单一的储油库也可以适用。该方法易于实现程序化，且直观易懂，可操作性强。

参考文献：

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