安子櫻 胡淋翔 李偉 祝健 劉曉平

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

環(huán)境適應(yīng)性是裝備的重要質(zhì)量特性之一，同時(shí)是保證裝備有效發(fā)揮其性能的非功能性指標(biāo)之一。在裝備的運(yùn)輸、貯存和使用過程中自然環(huán)境應(yīng)力和誘發(fā)環(huán)境應(yīng)力都可能對(duì)裝備的功能或性能造成影響，尤其是對(duì)于處在惡劣災(zāi)害環(huán)境下的裝備，環(huán)境適應(yīng)性被破壞的情況時(shí)常發(fā)生，使其使用受到影響，甚至造成不可挽回的結(jié)果。因此，亟需開展應(yīng)急裝備在災(zāi)害環(huán)境下的適應(yīng)性評(píng)價(jià)研究，建立適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)方法，及時(shí)對(duì)其性能進(jìn)行分析，從而避免失效等情況的發(fā)生，對(duì)規(guī)范無法保障的情況進(jìn)行補(bǔ)充。

現(xiàn)有適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法大多針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，側(cè)重于災(zāi)害對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的影響。通常，以城市或區(qū)域范圍內(nèi)災(zāi)害環(huán)境下的原有設(shè)施為主要承災(zāi)對(duì)象，并未考慮應(yīng)急裝備在災(zāi)害環(huán)境下的響應(yīng)情況。國內(nèi)裝備評(píng)價(jià)體系的建立主要涉及武器類、電子類和航天裝備類等，針對(duì)應(yīng)急裝備在災(zāi)害環(huán)境下適應(yīng)性研究目前相對(duì)空缺，需要建立相關(guān)適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法填補(bǔ)其空缺。本文提出一種應(yīng)急裝備環(huán)境適應(yīng)性的評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急裝備開展災(zāi)害環(huán)境條件下的適應(yīng)性評(píng)價(jià)，并通過實(shí)例分析論證其可行性，保障應(yīng)急裝備在災(zāi)害環(huán)境下的使用。同時(shí)，建立該評(píng)價(jià)方法可用于完善環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和建立災(zāi)害環(huán)境適應(yīng)性檢測平臺(tái)提供思路。

1 綜合評(píng)價(jià)模型建立

1.1 常用評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)已提出的綜合評(píng)價(jià)問題方法種類多樣，應(yīng)用較為廣泛的主要有TOPSIS法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、熵值法等。依據(jù)應(yīng)急資源功能性要求以及災(zāi)害情況下的特征性，確認(rèn)因素集、評(píng)價(jià)集，選擇層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，建立AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)體系，完成應(yīng)急裝備災(zāi)害環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系。

1.2 層次分析法（AHP）

層次分析法（analytic hierarchy process，簡稱AHP）對(duì)于被評(píng)價(jià)的對(duì)象，根據(jù)其性質(zhì)和要達(dá)成的總目標(biāo)，將評(píng)價(jià)對(duì)象分解出不同的組成因素，并按照因素之間的相互作用、影響及隸屬關(guān)系，使因素聚集組合形成遞階層次結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)客觀現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)和主觀認(rèn)識(shí)判斷，對(duì)同一層次中的因素進(jìn)行兩兩比較，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算和檢驗(yàn)，最后得到最底層對(duì)于最高層的權(quán)重及其相對(duì)優(yōu)劣排序。

1.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是模糊數(shù)學(xué)和模糊統(tǒng)計(jì)方法的綜合應(yīng)用，在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。模糊綜合評(píng)價(jià)法設(shè)計(jì)5個(gè)要素（因素集、評(píng)價(jià)集、模糊關(guān)系矩陣、權(quán)重集以及單因素評(píng)判），通過模糊變換原理和最大隸屬度原則，實(shí)現(xiàn)定性和定量的結(jié)合，對(duì)該某一裝備的優(yōu)劣做出科學(xué)評(píng)價(jià)。

1.4 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法

單一的模糊綜合評(píng)價(jià)法雖解決評(píng)價(jià)過程中出現(xiàn)的模糊性問題，但無法滿足權(quán)重指標(biāo)的準(zhǔn)確性需求，可能造成最終評(píng)價(jià)結(jié)果的失真，故引入層次分析法降低了傳統(tǒng)權(quán)重確定帶來的誤差，提高了評(píng)價(jià)的可靠性。

AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)法是將層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，使用層次分析法科學(xué)地確定評(píng)價(jià)體系中各因素的權(quán)重，使用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)各因素進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的等級(jí)評(píng)價(jià)，通過兩種方法結(jié)合使用，最終可得到針對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)客觀合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。

此復(fù)合評(píng)價(jià)模型如圖1所示，先利用層次分析法建立合理遞階層次結(jié)構(gòu)，通過專家打分法建立兩兩判斷矩陣，并進(jìn)行歸一化處理和一致性分析，排除不合理矩陣，將其他權(quán)重矩陣取平均數(shù)，得到最終各元素的權(quán)重。然后模糊綜合評(píng)價(jià)法依據(jù)層次分析法已建立的層次結(jié)構(gòu)，對(duì)其中各個(gè)因素確定其評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)或使用情況通過專家打分法進(jìn)行指標(biāo)等級(jí)判定，通過隸屬度計(jì)算建立評(píng)價(jià)結(jié)果集合。最后將各因素權(quán)重及其等級(jí)權(quán)重相結(jié)合，依據(jù)最大隸屬度原則，得出目標(biāo)層的等級(jí)判斷。

圖1 AHP-模糊綜合評(píng)價(jià)模型

綜合評(píng)價(jià)將層次分析法對(duì)各個(gè)因素的權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果，通過模糊評(píng)價(jià)進(jìn)行統(tǒng)一的等級(jí)描述，得到對(duì)目標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果。它將定性和定量的因素評(píng)價(jià)結(jié)合起來，既減少了單一使用層次分析法帶來的評(píng)價(jià)過程主觀性和隨機(jī)性，又滿足了分析過程中評(píng)價(jià)因素模糊性的需求。

2 評(píng)價(jià)實(shí)例分析

近年來我國火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，建筑火災(zāi)災(zāi)害環(huán)境仍是常見災(zāi)害環(huán)境。該研究選取火災(zāi)救援中使用的17式消防員滅火防護(hù)服（后文簡稱防火服）作為實(shí)例分析對(duì)象，依托于合肥工業(yè)大學(xué)“建筑火災(zāi)環(huán)境下的適應(yīng)性檢驗(yàn)檢測平臺(tái)”，對(duì)兩種不同熱通量下不同品牌消防員滅火防護(hù)服開展適應(yīng)性評(píng)價(jià)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。其中熱通量選取84 kW/m2、126 kW/m2和126 kW/m2為規(guī)范［1］所要求功率的150%。阻燃性實(shí)驗(yàn)依托于平臺(tái)阻燃箱完成，熱防護(hù)性能實(shí)驗(yàn)依托于燃燒裝置完成，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示。

圖2 適應(yīng)性檢驗(yàn)檢測平臺(tái)裝置

根據(jù)GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》［2］，篩選出影響防火服環(huán)境適應(yīng)性的元素。通過專家調(diào)查法和災(zāi)害實(shí)際情況分析，進(jìn)一步篩選出關(guān)鍵性影響因素，建立層次結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 防火服評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)專家打分法，對(duì)各層因素進(jìn)行權(quán)重值的判斷。以其中一人的數(shù)據(jù)為例，其對(duì)于各層次的1—9標(biāo)度打分如表1—表3所示。

表1 第一級(jí)判斷矩陣

表2 阻燃性能下第三級(jí)判斷矩陣

表3 熱防護(hù)性能下第三級(jí)判斷矩陣

對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，首先對(duì)準(zhǔn)則層1進(jìn)行歸一化處理和一致性檢驗(yàn)。

將收集到的權(quán)重評(píng)價(jià)結(jié)果，經(jīng)過計(jì)算和一致性分析，將所有通過一致性分析的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行平均取值，得到結(jié)果如下表4所示。

表4 總指標(biāo)權(quán)重

依據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》［2］和GB/T 5455—2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測定》［3］中內(nèi)容，在專家調(diào)查法結(jié)果的指導(dǎo)下，結(jié)合火災(zāi)中極端災(zāi)害情況，建立防火服阻燃性模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。

表5 阻燃性能下因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)兩種品牌17式防火服阻燃實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表6所示，選取1號(hào)試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)隸屬度函數(shù)，計(jì)算定量指標(biāo)評(píng)語，以續(xù)燃時(shí)間為例具體計(jì)算，已知x1=1.73s，v1=4s，v2=2s，v3=1.5s：

表6 阻燃性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》［2］和GB/T 38302—2019《防護(hù)服裝熱防護(hù)性能測試方法》［1］中內(nèi)容，在專家調(diào)查法結(jié)果的指導(dǎo)下，結(jié)合火災(zāi)中極端災(zāi)害情況，建立防火服熱防護(hù)性能模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如表7所示。

表7 熱防護(hù)性能下因素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)17式消防服熱防護(hù)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表8所示。

表8 熱防護(hù)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取1號(hào)試樣在84 kW/m2熱通量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)隸屬度函數(shù)，計(jì)算定量指標(biāo)評(píng)語。同前述過程經(jīng)計(jì)算，得到隸屬函數(shù)進(jìn)一步可對(duì)熱防護(hù)性能的模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行計(jì)算，F(xiàn)=W2×R2=（0，0.641，0.359），則對(duì)熱防護(hù)性能有0%的比重屬于“中”，有64.1%的比重屬于“良”，有35.9%的比重屬于“優(yōu)”。根據(jù)最大隸屬度原則，在3個(gè)等級(jí)的隸屬度中“64.1%”的數(shù)值最大，因此，所評(píng)價(jià)防火服的熱防護(hù)性能為“良”。

依據(jù)相同的綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)1號(hào)試樣防火服126 kW/m2熱通量下實(shí)驗(yàn)結(jié)果和2號(hào)試樣在兩種熱通量下實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)處理，得到結(jié)果如表9—表10所示。

表9 剩余試樣的二級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

表10 剩余試樣環(huán)境適應(yīng)性模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

由此，根據(jù)最大隸屬度原則，在126 kW/m2下1號(hào)試樣的環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)等級(jí)為“優(yōu)”，在84 kW/m2下2號(hào)試樣的環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)等級(jí)為“良”，在126 kW/m2下2號(hào)試樣的環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)等級(jí)為“優(yōu)”。

3 結(jié)論

1）針對(duì)災(zāi)害環(huán)境下應(yīng)急資源的特點(diǎn)，構(gòu)建了層次分析-模糊綜合評(píng)價(jià)體系。選取建筑火災(zāi)環(huán)境下某品牌消防員滅火防護(hù)服為實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果符合實(shí)際情況，驗(yàn)證該評(píng)價(jià)體系的合理性和可行性。在對(duì)其他應(yīng)急資源的實(shí)際應(yīng)用中，還可進(jìn)一步考慮資源特點(diǎn)、使用情況以及環(huán)境等各種指標(biāo)，建立具體的評(píng)價(jià)體系。該評(píng)價(jià)體系對(duì)應(yīng)急資源的使用具有一定的指導(dǎo)意義，也為未來應(yīng)急資源評(píng)價(jià)的發(fā)展提供了一種路徑。

2）該評(píng)價(jià)體系將層次分析法的權(quán)重計(jì)算與模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)等級(jí)相結(jié)合，建立評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，確定評(píng)價(jià)步驟。兩種評(píng)價(jià)方法綜合使用補(bǔ)充了層次分析法在等級(jí)評(píng)價(jià)上的方法缺失，從一定程度上減少了模糊綜合評(píng)價(jià)確定權(quán)重帶來的主觀影響，保持對(duì)目標(biāo)評(píng)價(jià)主觀和客觀的一致性，使評(píng)價(jià)方法更具準(zhǔn)確性。