浅析层次分析法在油气储运工程中的应用

引言

层次分析法实现了从定性分析到定量分析的转化, 其作为一种典型的系统工程方法, 能够将人们的复杂思维过程数学化, 将人们主观判断的定性分析定量化, 将各要素之间的差异数值化, 有利于实现思维判断的一致性和标准性, 对于复杂的综合评价体系尤其适用, 且其应用范围正在不断扩大。将层次分析法引入油气储运工程, 已经获得了可观的效果。

一、标准层次分析法在油气储运工程中的应用

标准层次分析法的根本思想是找到复杂工程问题的简单组成因素, 并将这些因素按照一定的关系进行分组, 最终建立各因素之间的递阶层次结构, 使一个复杂的工程问题转变为若干个有序的简单问题的组合体。各个因素之间通过两两比较的方式确定相对重要性, 利用九标度法生成的判断矩阵进行计算, 权衡每个因素的相对重要性, 同时对矩阵的一致性进行检验, 最终得出各因素重要程度的总排序。

例如, 层次分析的目标层可以选取最佳河流穿越方案, 将准则层立为选择条件, 方案层即为待选的河流穿越方案, 从而建立河流穿越方案的递阶层次模型。最后通过专家的评定, 建造出各层的矩阵, 权衡各因素的重要程度, 最终确定最佳的河流穿越方案。还可以将该种方法应用于地下储气库以及输气工程的最佳方案选择中。

二、改进层次分析法在油气储运工程中的应用

改进层次分析法相比于标准层次分析法, 其先进性主要体现在两个方面。一方面是改进了判断矩阵的赋值方式, 使赋值更具客观性, 且进一步增强了判断矩阵的的一致性和客观性;另一方面是将其他的评价判断方法融合到层次分析法中, 使判断更加准确。

1. 改进判断矩阵的层次分析法

标准的层次分析法将复杂的系统工程定量化, 是一种极为实用的决策方法, 其应用的领域也较为广泛。但是在油气储运工程的应用过程中, 出现了许多问题。主要是因为油气工程比较复杂, 加上收集的信息不全, 导致该方法难以全面地反映出决策的整体环境, 从而加大了判断矩阵的构建难度。改进层次分析法针对标准层次分析法的缺陷进行了改进, 有效弥补了这些缺陷。

下面简要介绍一种判断矩阵的改进方法, 将九标度矩阵变成三标度矩阵, 然后对矩阵每一行的元素进行求和, 最后通过公式将三标度转变回常见的九标度矩阵。通过这种方法改造的矩阵不一定能达到思维判断一致性的要求, 因此, 在应用之前, 要对判断矩阵进行严格的检验, 以保证其一致性。可以利用上述方法对管道土壤腐蚀因素进行计算, 包括土壤的电阻率、氧化还原电位、含盐量、含水量等, 最终通过比较得出最为理想的权重系数。

在层次分析法中融入模糊理论, 并将其应用于管道的穿越方案选择中, 就形成了模糊层次分析法。模糊理论的运用的主要目的是建立优先的关系矩阵, 加速因素分析由定性向定量的转化。通过优先关系矩阵建造模糊一致矩阵, 有效地解决了矩阵的一致性问题, 避免了判断矩阵的一致性出现差错以及人为因素的影响。

不确定层次分析法也是一种已经实践成功的改进层次分析法。改种方法主要应用于对管道风险因素的分析评价中。在对同一层次的因素进行判断比较时, 通过运用区间数对两因素进行重要性权衡, 根据所判断的重要性的差异计算出专家可信度, 最后依据专家的评判水平对评分的权重进行修正。各因素的最终评分权重要综合考虑不确定层次分析法的客观评价和专家的主观评分。这种方法有效地解决了数值计算与实际情况出入较大的问题, 能够很好地反映出事物的模糊性和不确定性, 在充分表达专家意见的基础之上, 更加准确地反映了事物的真实状态, 大大提升了评价结果的可信度。

2. 层次分析法与其他评价法相结合

在油气储运方案选择过程中, 使用单一的层次分析法往往不能对方案进行准确的评价, 因此, 可以采取层次分析法与其他方法相结合的方式对备选方案进行综合的评价和判断。

(1) 灰色关联法与层次分析法相结合生成灰色层次分析法。灰色关联法是建立在灰色系统理论基础之上的一种方法, 其根本思想是将各个备选方案的指标与理想中的最优方案进行比较, 发现差距所在。首先通过层次分析法得出各个因素的权重向量, 然后与关联矩阵的权重向量进行相乘并累加, 最终得到各个方案的关联度, 同时还可以通过排序的方法确定各个备选方案的顺序, 最终确定出最优方案。

(2) 模糊理论与层次分析法相结合生成模糊层次分析法。模糊理论既可以作为一种改进方法辅助层次分析法的判断矩阵, 又可以与层次分析法相结合生成一种全新的综合评价方法。该方法的根本思想是建造各个方案的从优隶属度, 最终形成评价数据列。其方法同上述的灰色关联法类似, 通过公式计算出各个因素的隶属度, 对权重向量进行相乘并累加, 最终计算出各因素的隶属度。