中國(guó)石油西部管道公司

模糊相似優(yōu)先比法在大型油罐選址工程中的應(yīng)用

張文新中國(guó)石油西部管道公司

蘭州原油末站商業(yè)儲(chǔ)備庫大型油罐群是我國(guó)首次在飽和黃土地基修建的大型儲(chǔ)油設(shè)施，該大型油罐群修建后的正常運(yùn)營(yíng)和安全使用，為我國(guó)在黃土場(chǎng)地修建大型儲(chǔ)油罐提供了寶貴的工程實(shí)例。運(yùn)用多目標(biāo)模糊相似優(yōu)先比理論，選取蘭州地區(qū)和平、永登、皋蘭、榆中、永靖、紅古等6個(gè)黃土場(chǎng)地，將顆粒比重、天然含水率、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)等作為比選指標(biāo)，將以建成的蘭州原油末站實(shí)例作為源范例，擬比選的黃土場(chǎng)地作為目標(biāo)范例，通過源范例與目標(biāo)范例之間模糊因子的相似度計(jì)算，得到目標(biāo)范例與源范例之間的相似性序列，找出與蘭州原油末站黃土場(chǎng)地最相似的目標(biāo)場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)大型油罐的場(chǎng)址優(yōu)選。

模糊相似優(yōu)先比；黃土地區(qū)；大型儲(chǔ)油罐；選址

我國(guó)于1985年以來陸續(xù)修建了大量的大型油罐（群），容量從5×104～15×104m3不等[1]。蘭州原油末站商業(yè)儲(chǔ)備庫大型油罐群是我國(guó)首次在飽和黃土地基修建的大型儲(chǔ)油設(shè)施，該大型油罐群修建后的正常運(yùn)營(yíng)和安全使用，為我國(guó)在黃土場(chǎng)地修建大型儲(chǔ)油罐提供了寶貴的工程實(shí)例。本文采用模糊相似優(yōu)先比法實(shí)現(xiàn)大型油罐的場(chǎng)址優(yōu)選決策，將多目標(biāo)模糊相似優(yōu)先比決策法應(yīng)用到大型油罐的選址工程中，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的科學(xué)決策。

1 模糊決策

1.1 模糊意見集中決策的方法與步驟

設(shè)論域U={u1,u2,...,un}，將U中的元素進(jìn)行排序，專家組|M|=m（人），發(fā)表m種意見，記為

其中vi是第i種意見序列，即U中元素的某一個(gè)排序。

令u∈U，Bi(u)表示第i種意見序列vi中排在u之后的元素個(gè)數(shù)，即

若u在第i種意見vi中排在第一位，則Bi(u)=n-1；……

若u在第i種意見vi中排在第k位，則Bi(u)=n-k；

1.2 模糊優(yōu)先關(guān)系排序決策

設(shè)論域U={xi,x2,...,xn}為n個(gè)備選方案，在U上確定一個(gè)模糊集A，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法在n個(gè)備選方案中建立一種模糊優(yōu)先關(guān)系，將它們排出一個(gè)優(yōu)劣次序，這就是模糊優(yōu)先關(guān)系排序決策[3]。

以rij表示xi與xj相比較時(shí)xi對(duì)于A比xj對(duì)于A優(yōu)越的程度，或稱xi對(duì)xj的優(yōu)先選擇比，要求優(yōu)先選擇比rij滿足

上述條件表明：xi與xi相比較時(shí)，沒有優(yōu)越，則記rii=0，xi與xj相比較時(shí)把兩者的優(yōu)越成分加在一起為1，rij+rji=1；當(dāng)只發(fā)現(xiàn)xi與xj有長(zhǎng)處而未發(fā)現(xiàn)xj與xi有任何長(zhǎng)處時(shí)，記rij=1，rji=0；當(dāng)xi與xj相比較時(shí)部分優(yōu)劣，記rij=rji=0.5。

rij組成的矩陣

此矩陣確定的關(guān)系稱為模糊優(yōu)先關(guān)系。

取定閥值λ∈[0,1]，得λ截距陣

其中

當(dāng)λ由1逐漸下降時(shí)，若Rλ第i1行元素除對(duì)角線元素外全等于1，則認(rèn)定是第一優(yōu)越對(duì)象；再在R中劃去所在的行與列，得到一個(gè)新的n-1截模糊矩陣，用同樣的方法獲取最優(yōu)對(duì)象作為第二優(yōu)越對(duì)象；如此遞推下去，可將全體對(duì)象排出一定的優(yōu)劣次序。

1.3 模糊相似優(yōu)先比方法

假定樣本xi與xj與固定樣本xk比較，其相似優(yōu)先比Rij必須滿足如下要求：

（1）若Rij在[0.5，1.0]之間，則表示xi比xj優(yōu)先。

（2）若Rij在[0.0，0.5]之間，則表示xj比xi優(yōu)先。

（3）在極值情形下，有3種可能：如Rij=1，則表示xi比xj明顯優(yōu)先；如Rij=0，則表示xj比xi明顯優(yōu)先；如Rij=0.5，則xi和xj的優(yōu)先等級(jí)相等。

在模糊優(yōu)先比分析中，一般采用海明（Harming）距離作為相似優(yōu)先比中Rij的測(cè)度。如對(duì)樣本xi和樣本xj與固定樣本xk之間進(jìn)行比較，海明距離可定義為

式中dki=||xkxi，dkj=||xkxj，對(duì)給定的一樣本集合X={x1,x2,...,xn}和固定樣本xk，令任意xi、xj∈X和xk做比較，即計(jì)算兩兩樣本間的相似優(yōu)先比，從而得到模糊相關(guān)矩陣

建立模糊相似矩陣之后，從大到小選定λ值，以在λ值下降過程中首先到達(dá)的除主對(duì)角線元素外全行都為1的那一行的樣本最相似，然后刪除矩陣相應(yīng)的行和列，并降低λ水平值，繼續(xù)尋找。依此類推，直至截距處理完畢。

2 實(shí)例分析

2.1 蘭州原油末站工程概況

蘭州原油末站及商業(yè)儲(chǔ)備庫工程位于蘭州市西固區(qū)陳坪鄉(xiāng)，直線距離黃河只有300m，地勢(shì)平坦。場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，自上而下共劃分為4個(gè)大層，鉆孔揭露深度范圍內(nèi)從上至下土層分布及性狀為[4]：黃土狀土、飽和黃土狀土、卵石及泥巖，黃土和飽和黃土的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

2.2 黃土地區(qū)大型油罐選址分析

蘭州原油末站黃土場(chǎng)地大型儲(chǔ)油罐群的成功修建，豐富了我國(guó)黃土地區(qū)修建大型儲(chǔ)油罐的技術(shù)內(nèi)涵，為我國(guó)修建大型儲(chǔ)油罐積累了技術(shù)資料，如需要在和平、永登、皋蘭、榆中、永靖、紅古等6個(gè)黃土地區(qū)場(chǎng)地地上進(jìn)行大型油罐的工程場(chǎng)址優(yōu)選。根據(jù)對(duì)黃土工程性質(zhì)的調(diào)查研究，選取黃土顆粒比重、天然含水率、孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)為比選指標(biāo)，采用模糊相似優(yōu)先比方法選取最適合的場(chǎng)地，場(chǎng)地的黃土工程性質(zhì)見表2。

表1 黃土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2 各場(chǎng)地黃土工程性質(zhì)指標(biāo)

2.3 模糊相似優(yōu)先比結(jié)果分析

將已建成的蘭州原油末站實(shí)例作為源范例，標(biāo)識(shí)為1，擬比選的黃土場(chǎng)地作為目標(biāo)范例，標(biāo)識(shí)為0。計(jì)算源范例與目標(biāo)范例的Harming距離以及與目標(biāo)范例各個(gè)因素的模糊優(yōu)先比矩陣R，最后計(jì)算目標(biāo)范例對(duì)源范例各變量相似程度和目標(biāo)對(duì)源范例的優(yōu)先比值，并按順序排列，結(jié)果見表3、表4。

表3 目標(biāo)范例1與源范例0間絕對(duì)值

表4 待判場(chǎng)地1對(duì)各變量相似程度

通過模糊相似優(yōu)先比方法，從表4可以得出，如果要在和平、永登、皋蘭、榆中、永靖、紅古這6個(gè)黃土地區(qū)選擇一個(gè)場(chǎng)地，進(jìn)行大型儲(chǔ)油罐的建設(shè)，根據(jù)蘭州原油末站已經(jīng)修建好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，永登地區(qū)的黃土工程性質(zhì)與蘭州原油末站的黃土工程性質(zhì)最相似，是最好的一個(gè)選擇，紅古地區(qū)的相似程度最小，按相似程度大小排列：永登＞皋蘭＞和平＞榆中＞永靖＞紅古。

通過源范例與目標(biāo)范例之間模糊因子的相似度計(jì)算，得到目標(biāo)范例與源范例之間的相似性序列，找出與蘭州原油末站黃土場(chǎng)地最相似的目標(biāo)場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)大型油罐的場(chǎng)址優(yōu)選，為黃土地區(qū)大型油罐的選址提供了一種新方法。

3 結(jié)語

由工程實(shí)例結(jié)果分析可以得出，相似優(yōu)先比法綜合考慮了影響黃土工程性質(zhì)的各項(xiàng)物理參數(shù)，能夠優(yōu)選出在已有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)下，最能滿足工程選址要求的工程場(chǎng)地，與實(shí)際情況符合，說明該方法在黃土地區(qū)大型油罐選址中是合理的。模糊相似優(yōu)先比法能綜合考慮多種因素，因此，為了使大型油罐的建造盡可能滿足安全、經(jīng)濟(jì)合理的要求，建議決策者對(duì)工程選址作詳盡分析，在建設(shè)場(chǎng)地的初選上盡可能列出多個(gè)場(chǎng)地預(yù)選方案，這將使決策結(jié)果更切合實(shí)際，充分發(fā)揮模糊相似優(yōu)先比法在決策中的優(yōu)勢(shì)作用。

[1]翟振遠(yuǎn)．大型儲(chǔ)罐地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法研究[D]．大慶：大慶石油學(xué)院碩士學(xué)位論文，2007.

[2]謝季堅(jiān)，劉承平．模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M]．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005.

[3]陳守煌，系統(tǒng)模糊決策理論與應(yīng)用[M]．大連：大連理工出版社，1994.

[4]中油四維工程勘察有限公司．西部原油成品油管道工程蘭州原油末站（罐區(qū)）巖土工程勘察報(bào)告[R]．2005.

（0991）7561608、zhangwenxin@cnpc.com.cn

（欄目主持 李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.001

張文新：高級(jí)工程師，2002年西南石油大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)碩士畢業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)石油西部管道公司副總經(jīng)理。