黃亮亮　姚安林　祁云清　范小霞

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院　2.四川省尺度建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司

基于云模型的石化企業(yè)應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)方法

黃亮亮1姚安林1祁云清1范小霞2

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院2.四川省尺度建設(shè)工程設(shè)計(jì)有限公司

摘要針對(duì)石化企業(yè)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)過(guò)程中隨機(jī)性與模糊性并存的問(wèn)題，提出一種基于云模型的綜合評(píng)價(jià)方法。首先，從危機(jī)管理的PPRR模型出發(fā)建立了石化企業(yè)應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；其次，分別采用逆向云發(fā)生器和CRITIC法計(jì)算指標(biāo)的評(píng)價(jià)云和權(quán)重值；最后，通過(guò)浮動(dòng)云和綜合云算法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急成熟度的綜合評(píng)價(jià)。實(shí)例分析表明，該方法能夠揭示評(píng)價(jià)因子與評(píng)價(jià)過(guò)程內(nèi)在的不確定性，評(píng)價(jià)結(jié)果直觀、符合實(shí)際，便于實(shí)現(xiàn)專家的群體決策。

關(guān)鍵詞石化企業(yè)應(yīng)急能力成熟度云模型CRITIC法

因石化企業(yè)的原料和產(chǎn)品的特殊性，其安全狀況一直以來(lái)都是政府與社會(huì)所關(guān)注的焦點(diǎn)。依據(jù)海因里希事故致因理論與REASON組織事故病理學(xué)模型[1]，石化企業(yè)的應(yīng)急處理措施是防止重大事故發(fā)生的最后一道屏障，其重要性不言而喻。因此，客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)企業(yè)的應(yīng)急能力具有重要意義。目前，應(yīng)急能力評(píng)價(jià)已廣泛地應(yīng)用于道路運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、自然災(zāi)害和化工園區(qū)等領(lǐng)域，主要方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、物元可拓評(píng)價(jià)法等[2-6]。以上方法均有一定的借鑒意義，但大多未充分考慮評(píng)價(jià)過(guò)程存在的各種不確定性，評(píng)價(jià)過(guò)程往往對(duì)某種精確的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型過(guò)分依賴。因此，很難對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的定性概念做出清楚的解釋。而實(shí)際上，石化企業(yè)應(yīng)急能力受人員、組織、設(shè)備和環(huán)境等不確定性因素影響，使應(yīng)急能力評(píng)價(jià)問(wèn)題變得較為復(fù)雜，成為一個(gè)模糊性和隨機(jī)性共存的不確定性難題。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的云模型理論為解決此類問(wèn)題提供了新的思路。鑒于此，本文嘗試將云模型引入石化企業(yè)的應(yīng)急能力分級(jí)，試圖從一個(gè)新的角度探討石化企業(yè)應(yīng)急能力評(píng)價(jià)這一不確定性問(wèn)題，以期能夠?yàn)閼?yīng)急管理工作提供決策依據(jù)。

1云模型理論簡(jiǎn)介

1.1云和云模型

云模型為用于處理定性概念與定量數(shù)值之間不確定性轉(zhuǎn)換的強(qiáng)有力的模型[7]。云的基本定義為：設(shè)U為一個(gè)用精確數(shù)值表示的定量論域，C是U上的定性概念，若定量值x∈U，且x是定性概念C的一次隨機(jī)實(shí)現(xiàn)，x對(duì)C的確定度μ(x)∈[0，1]是具有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)，滿足μ：U→[0，1] ，?x∈U，x→μ(x)，則x在論域U上的分布稱為云，每一個(gè)x稱為一個(gè)云滴。因正態(tài)云具有較強(qiáng)的普遍適用性[7]，本文主要運(yùn)用正態(tài)云模型進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和評(píng)價(jià)。

1.2云的數(shù)字特征

云用Ex(期望)、En(熵)、He(超熵)等3個(gè)數(shù)字特征反映概念的整體特性[7]，記為(Ex、En、He)。其中，Ex表示云滴在論域空間分布的期望；En為定性概念的模糊度；He為熵的不確定性度量，取決于熵的隨機(jī)性與模糊性。云用3個(gè)特征參數(shù)(Ex、En、He)將自然界中事物的隨機(jī)性與模糊性集成到一起，更好地理解定性概念的內(nèi)涵與外延。

1.3云發(fā)生器

云發(fā)生器是實(shí)現(xiàn)定量數(shù)值與定性概念相互轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)工具，包括正向云發(fā)生器、逆向云發(fā)生器、X條件、Y條件發(fā)生器[8]。以下僅對(duì)正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器作簡(jiǎn)要介紹。

正向云發(fā)生器由云的數(shù)字特征(Ex、En、He)產(chǎn)生大量云滴，達(dá)到定性概念的定量化處理的效果，所生成的云圖可直觀地反映定性概念的特征。正向正態(tài)云發(fā)生器執(zhí)行算法如下：

輸入：定性概念的數(shù)字特征參數(shù)(Ex、En、He)和所需的云滴數(shù)n。

輸出：n個(gè)云滴x及其確定度μ。

步驟1：生成以En為期望值，He為標(biāo)準(zhǔn)差的一個(gè)正態(tài)隨機(jī)數(shù)Eni′。

步驟2：生成以Ex為期望值，Eni′為標(biāo)準(zhǔn)差的一個(gè)正態(tài)隨機(jī)數(shù)xi。

步驟4：重復(fù)步驟1到3，直至產(chǎn)生要求的n個(gè)云滴為止。

逆向云發(fā)生器是從定量到定性的映射，可將一系列的精確數(shù)值轉(zhuǎn)化成定性概念的云模型數(shù)字特征(Ex、En、He)。具體執(zhí)行算法如下：

輸入：樣本點(diǎn)xi，i=1,2,3,…,n。

輸出：反映樣本點(diǎn)定性概念的云模型數(shù)字特征(Ex、En、He)。

2應(yīng)急成熟度綜合評(píng)價(jià)方法

借鑒生物免疫學(xué)中B細(xì)胞發(fā)育成熟度的概念，引入“應(yīng)急成熟度”衡量石化企業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)急狀況[5]?；谠颇Ｐ偷氖髽I(yè)應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)流程如圖1所示。首先建立應(yīng)急成熟度的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，從而建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)語(yǔ)云模型；其次確定指標(biāo)的評(píng)價(jià)云與指標(biāo)權(quán)重；最后通過(guò)云模型綜合評(píng)價(jià)得到應(yīng)急成熟度的評(píng)價(jià)云，與評(píng)語(yǔ)云模型比較即得到最終的應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

基于危機(jī)管理的PPRR(prevention, preparation, response and recovery)模型[9-10]，遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性和可比性的原則，從應(yīng)急預(yù)備能力、應(yīng)急準(zhǔn)備能力、應(yīng)急響應(yīng)能力和應(yīng)急恢復(fù)能力等4個(gè)一級(jí)指標(biāo)出發(fā)，共建立了15個(gè)二級(jí)指標(biāo)，如圖2所示。

2.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)語(yǔ)云模型

根據(jù)石化企業(yè)應(yīng)急能力符合要求程度，將應(yīng)急成熟度及底層指標(biāo)在[0,10]的分值論域上劃分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)(完全不符合)、Ⅱ級(jí)(大部分不符合)、Ⅲ級(jí)(基本符合)、Ⅳ級(jí)(大部分符合)、Ⅴ級(jí)(全面符合)。之后確定各等級(jí)的分值區(qū)間，分值愈高，表示企業(yè)應(yīng)急成熟度和評(píng)價(jià)因子的符合要求程度越高；然后將指標(biāo)的等級(jí)分值區(qū)間作為一個(gè)雙邊約束空間[cmin,cmax]，對(duì)約束空間邊界的模糊性與隨機(jī)性加以全面考慮并適度擴(kuò)展；最后通過(guò)區(qū)間數(shù)與正態(tài)云模型的轉(zhuǎn)換關(guān)系式[11]得到各等級(jí)的概念云模型的數(shù)字特征(Ex、En、He)，見(jiàn)公式(1)。

(1)

式中，k為常數(shù)，可根據(jù)變量的穩(wěn)定性與實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于形如[cmin,+∞]或[-∞，cmax]的單邊界線的等級(jí)取值范圍，可先確定其期望值或缺省邊界參數(shù)，再按式(1)計(jì)算。

采用上述方法得到各等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的評(píng)語(yǔ)云模型，如表1所列。

表1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)語(yǔ)云模型Table1 Assessmentstandardsandrespectivecloudmodel等級(jí)Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)0~33~55~77~99~10評(píng)語(yǔ)云模型(0,1,0.1)(4,0.33,0.05)(6,0.33,0.05)(8,0.33,0.05)(10,0.33,0.05)

2.3指標(biāo)評(píng)價(jià)云及權(quán)重

2.3.1底層指標(biāo)的評(píng)價(jià)云

邀請(qǐng)若干專家對(duì)圖2中15個(gè)底層指標(biāo)按表1的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分值評(píng)估，然后利用逆向云發(fā)生器得出一級(jí)指標(biāo)Ui下第j個(gè)底層因子的評(píng)價(jià)云(Exij,Enij,Heij)。

2.3.2指標(biāo)權(quán)重求解方法

CRITIC法權(quán)重計(jì)算步驟為：

①因文中均為效益型指標(biāo)，將指標(biāo)的評(píng)分值按式(2)進(jìn)行規(guī)范化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣A。

(2)

式中，aij為規(guī)范化的數(shù)據(jù)；fij為專家j對(duì)指標(biāo)i的原始評(píng)分值;fmax與fmin分別為指標(biāo)分值的上下限。

②在標(biāo)準(zhǔn)化矩陣A中，求以指標(biāo)i為準(zhǔn)則的向量Ai的標(biāo)準(zhǔn)差σi。

③計(jì)算指標(biāo)i與k的Pearson相關(guān)系數(shù)rki。

⑤按式(3)處理得到各指標(biāo)的歸一化權(quán)重值wi。

(3)

2.4云模型綜合評(píng)價(jià)

由于各底層指標(biāo)相對(duì)獨(dú)立，依據(jù)虛擬云中的浮動(dòng)云算法[11]進(jìn)行集結(jié)，得到一級(jí)指標(biāo)Ui的云模型(Exi、Eni、Hei)，計(jì)算式為：

(4)

式中，wij為底層評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值；Exij、Enij、Heij分別為評(píng)價(jià)因子的云模型參數(shù)；m為一級(jí)指標(biāo)Ui的底層評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)。

對(duì)于最高層指標(biāo)“應(yīng)急成熟度U”，可采用綜合云算法[11]將低層次概念躍升到高層次概念，使多個(gè)一級(jí)指標(biāo)的云模型集結(jié)為一個(gè)更廣義的云，得到企業(yè)應(yīng)急成熟度的云模型(Ex、En、He)。計(jì)算式為：

(5)

式中，wi為一級(jí)指標(biāo)Ui的權(quán)重值；n為一級(jí)指標(biāo)總數(shù)。

根據(jù)正向云發(fā)生器算法，將石化企業(yè)應(yīng)急成熟度的評(píng)價(jià)云模型(Ex、En、He)和表1的評(píng)語(yǔ)云模型分別仿真顯示，即可判定該企業(yè)的應(yīng)急成熟度所屬等級(jí)。

3實(shí)例分析

以西部地區(qū)某天然氣凈化廠進(jìn)行應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)的應(yīng)用為例。首先，以問(wèn)卷調(diào)查的方式邀請(qǐng)5名由安全管理人員、技術(shù)管理人員組成的評(píng)價(jià)小組對(duì)圖2中的所有底層指標(biāo)進(jìn)行分值評(píng)估。然后，按2.3節(jié)所述的方法計(jì)算指標(biāo)的評(píng)價(jià)云模型和指標(biāo)權(quán)重值，結(jié)果如表2所列。

表2 底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)云和權(quán)重值Table2 Assessmentcloudmodelandweightvalueofeachbottomindex底層評(píng)價(jià)指標(biāo)分值評(píng)估成員A成員B成員C成員D成員E評(píng)價(jià)云權(quán)重值應(yīng)急預(yù)案U1178977(7.6,0.9,0.12)0.075應(yīng)急制度U1268697(7.2,1.3,0.03)0.091應(yīng)急組織U138109109(9.2,0.8,0.24)0.055風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估U1457566(5.8,0.8,0.23)0.051宣傳教育U2189999(8.8,0.4,0.2)0.031演練培訓(xùn)U2267776(6.6,0.6,0.25)0.041監(jiān)測(cè)預(yù)警U23988910(8.8,0.8,0.24)0.078物資儲(chǔ)備U2498777(7.6,0.9,0.12)0.083應(yīng)急隊(duì)伍U2588878(7.8,0.4,0.2)0.039預(yù)案響應(yīng)能力U3176556(5.8,0.8,0.24)0.077應(yīng)急救援能力U3296589(7.4,0.9,0.57)0.174通信聯(lián)絡(luò)能力U3347566(5.6,1.1,0.29)0.071指揮協(xié)調(diào)能力U3489897(8.2,0.8,0.24)0.064善后恢復(fù)U4167777(6.8,0.4,0.2)0.031評(píng)估總結(jié)U4299989(8.8,0.4,0.2)0.039

采用浮動(dòng)云算法對(duì)底層評(píng)價(jià)因子進(jìn)行集結(jié)，形成一級(jí)評(píng)價(jià)因子的虛擬云，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 一級(jí)評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)云模型數(shù)字特征Table3 Cloudmodelnumericalcharacteristicsoffirstgradeassessmentindexes一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)急預(yù)備能力U1應(yīng)急準(zhǔn)備能力U2應(yīng)急響應(yīng)能力U3應(yīng)急恢復(fù)能力U4評(píng)價(jià)云(7.45,1.04,0.12)(7.96,0.76,0.19)(6.88,0.9,0.47)(7.91,0.4,0.2)

由表2可得，應(yīng)急預(yù)備能力U1、應(yīng)急準(zhǔn)備能力U2、應(yīng)急響應(yīng)能力U3和應(yīng)急恢復(fù)能力U4的權(quán)重值分別為0.272、0.272、0.386和0.07。將表3中一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)云通過(guò)綜合云算法進(jìn)行概念躍升，得到企業(yè)應(yīng)急成熟度的評(píng)價(jià)云模型為(7.36,0.87,0.28)。

根據(jù)正向云發(fā)生器算法，將企業(yè)應(yīng)急成熟度的評(píng)價(jià)云和表1中5個(gè)評(píng)語(yǔ)云模型分別進(jìn)行仿真顯示，見(jiàn)圖3。由圖3可知，應(yīng)急成熟度評(píng)價(jià)云的云滴大部分分布于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)兩朵云模型之間，且與Ⅳ級(jí)更為接近。因此，可判定該天然氣凈化廠的應(yīng)急成熟度為Ⅳ級(jí)，即大部分符合要求，能較好地處理解決突發(fā)事件。

從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，文中所采用的方法不僅得到企業(yè)應(yīng)急成熟度等級(jí)，還可直觀地看出評(píng)價(jià)結(jié)果在“評(píng)語(yǔ)云”圖3中的分布狀況，使評(píng)價(jià)結(jié)果一目了然。從圖3中可以看出，與評(píng)語(yǔ)云相比，評(píng)價(jià)云的離散程度更高，這綜合反映了評(píng)價(jià)小組成員對(duì)指標(biāo)的理解和認(rèn)同程度存在一定的差異性。實(shí)際上，無(wú)論是指標(biāo)選取、等級(jí)劃分和權(quán)重確定等評(píng)價(jià)過(guò)程都存在一定的隨機(jī)性和模糊性，現(xiàn)有的其他評(píng)價(jià)方法所得出的評(píng)價(jià)結(jié)果并不能夠很好地反映此類問(wèn)題，而基于云模型的評(píng)價(jià)方法不僅能夠得出評(píng)價(jià)結(jié)果，還可分析評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)過(guò)程內(nèi)在的不確定性，從而能夠?yàn)槠髽I(yè)應(yīng)急管理提供更豐富的參考信息。

4結(jié) 論

(1) 利用CRITIC法計(jì)算指標(biāo)的權(quán)重值，降低了專家主觀因素的干擾，使評(píng)價(jià)更為客觀。但是CRITIC法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值取決于數(shù)據(jù)樣本的信息，所以數(shù)據(jù)波動(dòng)對(duì)權(quán)重值的影響仍不容忽視。

(2) 考慮到評(píng)價(jià)過(guò)程和評(píng)價(jià)因子存在隨機(jī)性與模糊性，利用云模型理論的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)開(kāi)展石化企業(yè)的應(yīng)急成熟度評(píng)估。結(jié)果表明，該方法能夠較好地實(shí)現(xiàn)專家群體決策，減少主觀性的影響，揭示了評(píng)價(jià)因子和評(píng)價(jià)過(guò)程存在的不確定性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合客觀實(shí)際，為企業(yè)應(yīng)急管理提供更豐富的參考信息。

(3) 石化企業(yè)的應(yīng)急能力作為風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)，是防止事故發(fā)生的最后一道屏障，必須予以高度重視。為提高企業(yè)的應(yīng)急能力成熟度，可從應(yīng)急預(yù)備、應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急響應(yīng)和應(yīng)急恢復(fù)等4個(gè)方面制定具體的措施。

參 考 文 獻(xiàn)

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Emergency maturity assessment method of petrochemical enterprises based on cloud model

Huang Liangliang1, Yao Anlin1, Qi Yunqing1, Fan Xiaoxia2

(1.CollegeofPetroleum&NaturalGasEngineering，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China)

(2.SichuanCHIDUBuildingEngineeringConstructionDesignCompany，Chengdu610500，China)

Abstract:A comprehensive assessment method based on cloud model theory is proposed in order to deal with the problem of fuzziness and randomness in the process of emergency capacity assessment of petrochemical enterprises. Firstly, starting from PPRR(prevention, preparation, response and recovery) model of crisis management, assessment indicator system of emergency maturity in petrochemical enterprises was established; then, cloud model and weight value of indexes were obtained through backward cloud generator and CRITIC(criteria importance through intercriteria correlation) method; finally, comprehensive assessment of emergency maturity was accomplished by floating and comprehensive cloud algorithms. The results show that this method can reveal inherent uncertainty of assessment process and indexes, and the evaluation results are intuitive and practical, so as to achieve group decision-making easily.

Key words:petrochemical enterprise, emergency capacity, maturity, cloud model, CRITIC method

收稿日期：2014-07-25；編輯：鐘國(guó)利

中圖分類號(hào)：X92

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.02.026

作者簡(jiǎn)介：黃亮亮(1989-)，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與完整性管理。E-mail：icehll@163.com