層次分析法的研究與應用

1、層次分析法的研究與應用作者郭金玉張忠彬?qū)O慶云【摘要】層次分析法(AHP)作為一種定性與定量分析方法相結(jié)合的綜合性評價方法，在安全和環(huán)境研究的多個領(lǐng)域得到廣泛應用。對層次分析法、改進層次分析法、模糊層次分析法、改進模糊層次分析法和灰色層次分析法等在安全與環(huán)境科學中的應用進行分析、研究和展望。對影響我國職業(yè)危害監(jiān)管工作的主要因素進行研討，同時，基于層次分析法能將復雜問題進行分解，為最佳方案選擇提供科學依據(jù)的特點，提出將層次分析法應用于職業(yè)危害監(jiān)管研究領(lǐng)域的構(gòu)想?！娟P(guān)鍵詞】層次分析法(AHP)；模糊層次分析法；灰色層次分析法；安全科學；環(huán)境科學；職業(yè)衛(wèi)生0引言層次分析法是一種將定性與定量分析方法相結(jié)

2、合的多目標決策分析方法。該法的主要思想是通過將復雜問題分解為若干層次和若干因素，對兩兩指標之間的重要程度作出比較判斷，建立判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征值以及對應特征向量，就可得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳方案的選擇提供依據(jù)。秦吉等對層次分析法的基本原理和計算方法進行了介紹1。近年來，我國的經(jīng)濟進程不斷加快，安全和環(huán)境問題成為各級政府和公眾所關(guān)注的問題，對安全和環(huán)境風險的評價成為治理安全和環(huán)境問題的一個重要方面。所謂安全和環(huán)境風險是指一定時期產(chǎn)生安全和環(huán)境災害事件的概率與有害事件后果的乘積，即指安全、環(huán)境災害事故發(fā)生的可能性及其產(chǎn)生的危害兩方面。風險評價方法多種多樣，每種方法都有其

3、適用的范圍，當被評價系統(tǒng)同時存在幾類危害因素時，往往需要采用幾種評價方法。層次分析法作為一種綜合評價方法在風險評價尤其是安全和環(huán)境風險評價中得到廣泛應用。層次分析法經(jīng)過多年的發(fā)展，衍生出改進層次分析法、模糊層次分析法、可拓模糊層次分析法和灰色層次分析法等多種方法，并根據(jù)研究的實際情況各有其適用的范圍。改進層次分析法、模糊層次分析法和可拓模糊層次分析法都是基于判斷矩陣不好確定的情況下，通過改進判斷標度來幫助決策者更加容易地構(gòu)造質(zhì)量好的判斷矩陣；灰色層次分析法則是將灰色系統(tǒng)理論和層次分析法相結(jié)合，使灰色理論貫穿于建立模型、構(gòu)造矩陣、權(quán)重計算和結(jié)果評價的整個過程中2-4。筆者對層次分析法及其衍生方法

4、在安全和環(huán)境科學研究中的應用進行了分析、總結(jié)和展望，并對我國當前職業(yè)危害監(jiān)管工作中的復雜多變的影響因素進行探討，提出利用層次分析法對我國職業(yè)危害監(jiān)管模式進行研究的構(gòu)想。層次分析法的應用層次分析法主要應用在安全科學和環(huán)境科學領(lǐng)域。在安全生產(chǎn)科學技術(shù)方面主要應用包括煤礦安全研究、危險化學品評價、油庫安全評價、城市災害應急能力研究以及交通安全評價等5；在環(huán)境保護研究中的應用主要包括：水安全評價、水質(zhì)指標和環(huán)境保護措施研究、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系研究以及水生野生動物保護區(qū)污染源確定等。在安全科學研究中的應用煤礦安全研究煤礦安全研究包括：煤礦安全綜合評價、煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系以及與煤礦瓦斯和通風相

5、關(guān)的研究。煤礦安全綜合評價運用層次分析法時，可以在煤礦安全評價中的眾多指標中建立起相應的指標體系，定量確定評價指標體系中各種災害因素的權(quán)重，可以更客觀地反映煤礦的安全生產(chǎn)狀況6。應用層次分析法綜合評價影響煤礦安全生產(chǎn)的技術(shù)、管理、環(huán)境等多種因素作用，確立影響煤礦安全生產(chǎn)能力的指標體系，能較客觀地反映煤礦安全生產(chǎn)能力，從而為煤礦安全評價及管理決策提供依據(jù)7。層次分析法在煤礦（礦山）安全研究中的應用還包括對瓦斯事故評價模型、煤與瓦斯突出影響因素、煤礦通風及管理制度與煤巷錨桿支護等的研究8-11。危險化學品評價危險化學品安全評價與分級的研究因其必要性而受到廣泛關(guān)注，評價與分級中使用單一方法或幾種方法

6、聯(lián)合使用時都存在一些問題。胡海軍等運用層次分析法建立起一種危險化學品源安全評價綜合模型，采用危險分數(shù)劃定危險級別，最后取綜合危險分數(shù)作為綜合評價模型下的危險分級標準，采用該模型有利于對危險化學品源的苊險級別作出統(tǒng)一判斷12。油庫安全性評價對油庫的安全狀況進行科學與客觀的評價有助于不斷提高油庫安全水平。蘇欣等用層次分析法確定影響油庫安全的各主要因素的權(quán)重，有助于提高對敏感因素的檢測，警惕易忽略的因素，提高油庫安全管理水平13。城市災害應急能力城市災害應急能力是衡量一個城市災害管理水平高低的重要因素，可以有效地減輕城市災害的損失和保證城市的可持續(xù)發(fā)展。鐵永波等用層次分析法評價城市災害應急能力，研究

7、了完善的城市災害應急能力評價指標14。交通安全評價道路交通系統(tǒng)是由人、車輛、道路組成的相互協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。運用層次分析法對道路安全性進行評價，可以有效地處理道路安全性評價準則多、不同指標對道路安全性影響程度不同的問題。層次分析法在交通安全領(lǐng)域的應用主要包括：GIS事故救援系統(tǒng)、高速公路交通安全評價、對航空安全進行評估以及對鐵路機車行車安全進行評價等15-18。在環(huán)境科學研究中的應用大氣環(huán)境研究在環(huán)境空氣污染防治規(guī)劃、決策中，污染防治方法選擇是一項復雜的工作?？刂瓶諝馕廴镜姆椒ㄓ卸喾N，選擇各方面效益平衡的方案是空氣污染防治規(guī)劃、決策應當解決的問題。賈龍華等運用層次分析法進行空氣污染防治措施的比選19

8、。隨著城市化進程的加速及環(huán)境空氣連續(xù)自動監(jiān)測的全面展開，部分站面臨點位重新布設(shè)的問題，王新蘭運用層次分析法對環(huán)境空氣點位進行遴選，將各功能區(qū)點位根據(jù)專家比例標度賦值的評定進行確定20。水環(huán)境研究近年來，水環(huán)境安全問題成為學術(shù)界及社會各界關(guān)注的焦點，并已成為21世紀社會發(fā)展的嚴重制約因素。王彥威等應用層次分析法建立了多層次的水環(huán)境安全評價體系21。在水污染系統(tǒng)的研究中，王曉明等運用層次分析法分析了水質(zhì)指標，確定了主要的水污染源并進行了防治保護措施的研究22。生態(tài)環(huán)境研究對我國煤炭工業(yè)城市從生態(tài)環(huán)境的各個方面進行定性、定量分析和評價，進而為提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。呂連

9、宏等運用層次分析法構(gòu)建了中國煤炭工業(yè)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系23。水生野生動物保護區(qū)由于地理位置和環(huán)境條件的原因，可能受到許多人類社會產(chǎn)生的污染的影響，在對保護區(qū)進行環(huán)境評價和規(guī)劃等工作時，由于各污染源排出的污水中污染物及其濃度各不相同，很難通過簡單的比較來判斷主要污染物和主要污染源。李鑄衡運用層次分析法來確定水生野生動物保護區(qū)主要污染源24。根據(jù)掌握的資料，目前層次分析法在安全科學和環(huán)境科學的研究與應用，主要包括表1所示的幾個方面。表1層次分析法在安全和環(huán)境研究中的應用硏究領(lǐng)城安全科學研究壞境料學研究研究方向煤礦蛍全綜皆評折，煤礦玄全牛產(chǎn)陡力”瓦斯略故、煤礦通風晉理，煤巷福桿支護*危碗化

10、學陽厲油座安空柱研究，城市災害應急陀力城幣逍協(xié)安全，cism通事故數(shù)握、髙逵梵賂童逋安全機空飛行安全，視車打乍安全等殲境空輕防治雄旅、環(huán)境空白動監(jiān)澆水環(huán)境安定評加水污集污毎熬的確定口斷潔”牌琬城成牛態(tài)環(huán)境質(zhì)*評價楷標體乘，水生野生動獅保護區(qū)杓卑源饌定等衍生層次分析法的應用衍生層次分析法的研究與應用情況如表2所示。表2衍生層次分析法的研究與應用運用方法研兗方向曠山安住綜。詫價，礦井去全錚輕，仙陳蠱全，氷污嚥恬染養(yǎng)神橋耳區(qū)間層伙井析法建耶敗血急決陳方案，奇屋建筑火次安全罪熬呼安金評價總茁或雜畫理上大危險源研憶地按曲菠車班袖梁艮全評怙.機事水吁瓏質(zhì)城評價第水阿梟控判尋萩邑Y出分析志城市防謨工砥電廠去

11、化呼改進層次分析法的應用改進的層次分析法是指利用層次分析法的原理建立綜合評價模型，然后提出新的指數(shù)標度或評價方法。秦波濤等在綜合評價礦山的安全性時根據(jù)實際情況對層次分析法指數(shù)標度及評價進行了改進，應用改進的層次分析法能夠更全面地反映礦山的安全狀況2，楊永清等在對礦井安全管理進行綜合評價時也運用了改進的層次分析法25，改進層次分析法還應用于油庫安全因素權(quán)重的確定26；在工業(yè)污染源的研究中，汪家權(quán)等從環(huán)境、經(jīng)濟和社會整體效益出發(fā)，用改進的層次分析法來評價污染源27。區(qū)間層次分析法的應用區(qū)間層次分析法是指確定指數(shù)標度時采用與傳統(tǒng)層次分析法不一樣的互反性標量化方法。辛晶在進行核事故應急決策系統(tǒng)研究時，

12、用區(qū)間層次分析法建立了核事故應急決策方案優(yōu)選模型，解決了核事故應急決策中專家經(jīng)驗判斷的不確定性和模糊性問題28，可以在發(fā)生嚴重核事故時，及時、有效地給出合理的應急防護方案。高層建筑物的火災安全影響因素繁多，采用傳統(tǒng)的層次分析法對某些因子的影響權(quán)重進行確定時難度較大。王振等應用區(qū)間層次分析法研究高層建筑火災安全因素，首先建立影響高層建筑火災安全的層次分析模型，然后用區(qū)間層次分析法確定影響因子并計算每個因子的權(quán)重，計算結(jié)果與實際情況基本相符29。模糊層次分析法的應用模糊層次分析法是將層次分析法和模糊綜合評價結(jié)合起來，使用層次分析法確定評價指標體系中各指標的權(quán)重，用模糊綜合評價方法對模糊指標進行評定

13、。模糊層次分析法近年來在安全和環(huán)境研究中應用廣泛，包括對煤礦安全評價、礦井安全管理、重大危險源研究、地鐵火災事故研究、橋梁安全性能研究、機械安全性研究和水環(huán)境質(zhì)量評價等。王玉懷等利用模糊層次分析法進行煤礦安全評價30，趙伏軍等將層次分析法和模糊綜合評判相結(jié)合對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化31；對于安全事故中的安全管理工作，何正風等通過數(shù)學建模的思想，用模糊數(shù)學以及層次分析法對礦山的安全評價進行建模，為礦山的安全管理提供參考32。通常來說，影響重大危險源危險程度的眾多指標中，操作人員素質(zhì)、管理水平、周圍環(huán)境因素等指標均具有模糊性。張明廣等將層次分析法和模糊學理論相結(jié)合對重大危險源進行綜合評價，通過利用模

14、糊數(shù)學理論綜合考慮影響重大危險源危險程度的因素，應用層次分析法進行綜合評價，對重大危險源危險度進行分級33。根據(jù)國家現(xiàn)有規(guī)范和標準以及國內(nèi)外地鐵火災特點分析，導致地鐵火災事故的因素眾多，宋維華等通過綜合考慮火災事故成因，運用層次分析建立了一套應用模糊數(shù)學原理進行地鐵火災事故預防措施的定量分析方法34。影響橋梁安全性能評估的因素很多，在應用傳統(tǒng)層次分析法檢驗判斷矩陣的一致性時常常出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。袁海慶等將模糊層次分析法應用于橋梁綜合評估中，其中的模糊判斷矩陣的一致性反映了人們思維判斷的一致性35。對機械安全進行分析和評價時，段志善等將模糊數(shù)學與層次分析法進行了結(jié)合36。模糊層次分析法也可應用于

15、機械設(shè)備可靠性考核領(lǐng)域，它能定量化、系統(tǒng)化地處理各項指標間的關(guān)系，為設(shè)備的可靠性水平提高提供科學的依據(jù)37。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水環(huán)境質(zhì)量日益惡化，嚴重妨礙了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展因而對水環(huán)境質(zhì)量進行評價顯得尤為重要。在水環(huán)境質(zhì)量綜合評價中，涉及到大量的復雜現(xiàn)象和多種因素的相互作用，并且評價中存在大量的模糊現(xiàn)象和模糊概念，將模糊綜合評價和層次分析法相結(jié)合對水環(huán)境質(zhì)量進行評價取得較好的評價效果38。改進模糊層次分析法的應用改進模糊層次分析法是指運用模糊一致性矩陣與其權(quán)重的關(guān)系構(gòu)造評價模型，然后采用基于實數(shù)編碼的遺傳算法來求解該模型，得到評價指標的排序權(quán)重。在水污染系統(tǒng)研究中，黃慧梅等用改進的模

16、糊層次分析法進行水污染控制方案的優(yōu)選39。灰色層次分析法的應用灰色層次分析法是將傳統(tǒng)層次分析法和灰色系統(tǒng)理論相結(jié)合的一種綜合分析方法。黃俊等應用層次分析法的基本決策理論，建立了城市防洪工程方案選擇的層次分析模型，應用層次分析法原理和灰色關(guān)聯(lián)分析的方法對城市防洪工程方案進行了綜合評價40。施泉生應用灰色層次分析法對中小型電廠41進行了安全性評價。運用灰色層次分析評價法將評價專家的分散信息處理成一個描述不同灰類程度的權(quán)向量，在該基礎(chǔ)上再對其單值化處理，便可得到受評電廠安全性體系的綜合評價值。層次分析法在職業(yè)危害監(jiān)管研究中的應用層次分析法在安全和環(huán)境研究中有如此廣泛的應用是由于它所具有的優(yōu)點，基于這

17、一優(yōu)點，可以將層次分析法引入到職業(yè)危害監(jiān)管工作的研究中。作業(yè)場所職業(yè)危害監(jiān)管，是政府實施職業(yè)衛(wèi)生管理、保障廣大勞動者職業(yè)健康權(quán)益的一個重要手段。影響作業(yè)場所職業(yè)危害監(jiān)管的因素主要包括：作業(yè)場所的職業(yè)危害風險水平、企業(yè)所屬行業(yè)的職業(yè)危害風險水平、企業(yè)所處區(qū)域的職業(yè)危害風險水平。這其中可以分為職業(yè)病發(fā)生情況、職業(yè)衛(wèi)生管理狀況、職業(yè)衛(wèi)生服務(wù)狀況和經(jīng)濟發(fā)展水平等。具體到企業(yè)層面又主要包括：企業(yè)職業(yè)危害固有風險、企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生管理狀況、企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生培訓狀況、企業(yè)職業(yè)危害防護措施、企業(yè)職業(yè)健康監(jiān)護狀況、企業(yè)職業(yè)病發(fā)生情況和企業(yè)的經(jīng)濟實力、人員數(shù)量等。相對于我國數(shù)量龐大的企業(yè)，監(jiān)管力量不足是我國多年來職業(yè)危害

18、監(jiān)管存在的突出問題。因此，綜合考慮影響作業(yè)場所職業(yè)危害監(jiān)管的因素，合理分配職業(yè)危害監(jiān)管資源，是有效開展職業(yè)危害監(jiān)管工作急需解決的問題。根據(jù)層次分析法的計算原理，建立職業(yè)危害監(jiān)管影響因素的層次結(jié)構(gòu)，進而構(gòu)造判斷矩陣，運用特征根法計算權(quán)重系數(shù)，并對建立的判斷矩陣進行一致性檢驗，從而確定影響我國作業(yè)現(xiàn)場職業(yè)危害監(jiān)管的主要因素，建立職業(yè)危害監(jiān)管的指標體系，為進一步研究奠定基礎(chǔ)。結(jié)論層次分析法作為一種綜合評價方法，筆者認為：該方法不僅廣泛用于安全科學研究和環(huán)境研究領(lǐng)域，而且還可為決策者面對其他領(lǐng)域紛繁復雜的形勢作出正確決策提供科學的依據(jù)，同時，將其運用在職業(yè)危害監(jiān)管工作中有著美好前景。通過對層次分析法及

19、其衍生方法的應用研究，可以有以下幾點結(jié)論：層次分析法具有將定性和定量相結(jié)合的優(yōu)點，它能將復雜的問題進行分解，為最佳方案的選擇提供科學依據(jù)，為決策層作出正確的決策提供理論參考。層次分析法經(jīng)過多年的發(fā)展和改進，衍生出改進的層次分析法、模糊層次分析法、可拓模糊層次分析法和灰色層次分析法等。層次分析法在安全科學中的研究主要包括煤礦安全研究、危險化學品評價、油庫安全評價、城市災害應急能力研究以及交通安全評價等；在環(huán)境科學中的研究主要包括大氣環(huán)境研究、水環(huán)境研究和生態(tài)環(huán)境研究，這其中既有綜合性的研究，又有具體到某一方面的研究，可以為改善安全和環(huán)境狀況提供理論依據(jù)。目前，我國的職業(yè)危害監(jiān)管工作正在緊張有序的

20、開展，由于影響因素復雜多變，需要建立一套科學有效的管理模式。利用層次分析法的優(yōu)勢，可以在復雜的形勢中找出主要的影響因素，制定出一套適合我國國情的切實可行的職業(yè)危害監(jiān)管模式。參考文獻秦吉，張翼鵬現(xiàn)代統(tǒng)計信息分析技術(shù)在安全工程方面的應用層次分析法原理J.工業(yè)安全與防塵，1999,25(5)：4448秦波濤，李增華.改進層次分析法用于礦井安全性綜合評價J.西安科技學院學報，2002，22(2)：126129高新春，馮洪淵.用模糊層次分析法評價礦井安全狀況J.礦業(yè)安全與環(huán)保，2003,30(5)：68施泉生，涂娜娜.層次灰色分析法在電廠安全評價中的應用J.上海電力學院學報，2005，21(1)：818

21、4郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法在安全科學研究中的應用J.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2008，4(2)：6973劉亞靜，毛善君，姚紀明等.基于層次分析法的煤礦安全綜合評價J.礦業(yè)研究與開發(fā)，2007，27(2)：8284荊全忠，姜秀慧，楊鑒淞等.基于層次分析法(AHP)的煤礦安全生產(chǎn)能力指標體系研究J.中國安全科學學報，2006，16(9)：7479李玉明，張嘉勇，趙禮兵.基于層次分析法建立瓦斯事故評價模型J.煤炭技術(shù),2006,25(9)：6667范金志，郭德勇，張建國.層次分析法確定煤與瓦斯突出影響因素的權(quán)重J.礦山安全與環(huán)保，2004，31(3)：45張西志.利用層次分析法對煤礦通風管理

22、制度進行安全評價J.中州煤炭，2007(1)：7677張文泉，俞海玲.應用層次分析法確定礦井頂板涌水影響因素的權(quán)值J.礦業(yè)安全與環(huán)保，2006，33(2)：5052胡海軍，程光旭，禹盛林等.一種基于層次分析法的危險化學品源安全評價綜合模型J.安全與環(huán)境學報，2007，7(3)：141144.蘇欣，袁宗明，王維等.層次分析法在油庫安全評價中的應用J.天然氣與石油，2006，24(1)：14鐵永波，唐川，周春花.層次分析法在城市災害應急能力評價中的應用J.地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2005，16(4)：433437常志雁，薩殊利，范鵬飛.層次分析法在GIS事故救援系統(tǒng)中的應用J.武漢理工大學學報(交通科

23、學與工程版)，2004，28(2)：255257吳義虎，劉文軍，肖旗梅.高速公路交通安全評價的層次分析法J.長沙理工大學學報(自然科學版)，2006，3(2)：711高揚，牟德一.航空安全評估中的層次分析法一AHPJ.中國安全科學學報，2000,10(3)：3841宋祥波，肖貴平，賈明濤.基于層次分析法的機車行車安全評價研究J.中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2006，2(6)：8689賈龍華，吳錦利.層次分析法在空氣污染防治措施比選中的應用J.污染防治技術(shù)，2000，13(2)：8688王新蘭.層次分析法在環(huán)境空氣點位遴選項中應用J.黑龍江環(huán)境通報，2006,30(3)：4648王彥威，鄧海利，王永成

24、.層次分析法在水安全評價中的應用J.黑龍江水利科技，2007，35(3)：117119王曉明，許玉，王秀珍等.運用層次分析法的水質(zhì)指標和環(huán)境保護措施研究J.黑龍江水專學報，2005，32(4)：130133呂連宏，張征，李道峰等應用層次分析法構(gòu)建中國煤炭城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系J.能源環(huán)境保護，2005，19(5)：5356李鑄衡.應用層次分析法確定水生野生動物保護區(qū)主要污染源J.長春師范學院學報(自然科學版)，2005，24(4)：116119楊永清，許先云.改進的層次分析法用于礦井安全管理的綜合評價J.系統(tǒng)工程理論與實踐，1999，(6)：121125胡安鑫，謝英，蘇欣“改進層次分析法”在確定油庫安全因素權(quán)重中的應用J.石油化工安全技術(shù)，2005，21(5)：1315汪家權(quán)，薛聯(lián)青.改進層次分析法評價區(qū)域工業(yè)污染源J.中國環(huán)境科學，1999,19(3)：230233辛晶.基于區(qū)間層次分析法