基于Excel的层次分析法及化工企业危险性分析应用

沈科++刘英学

摘 要：为了对化工企业的危险性进行综合评价分析，基于层次分析法构建了符合实际的化工企业危险性指标体系。这个体系包括3个子体系，它们分别涉及企业自身安全状况、企业安全管理状况和周边区域安全状况3个方面。同时，针对层次分析法计算的不足，运用Excel巧解层次分析，编制了相应的计算表，使得权重计算快捷准确。结果表明，企业自身安全状况和企业安全管理状况在化工企业危险性中占有较大权重，为企业降低危险性提供了一定的理论支持。

关键词：化工企业 层次分析法 Excel 应用

中图分类号：X932 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0253-04

Excel-based Analytical Hierarchy Process and Application of Risk Analysis of Chemical Companies

SHEN Ke LIU Yingxue

（College of Ocean Science and Engineering，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306，China）

Abstract：In order to carry out the risk of chemical enterprises comprehensive evaluation and analysis，the risk index system was constructed in line with the actual chemical industry based on AHP.This system consists of three sub-systems，which are involved in their own security，enterprise security management status and surrounding regional security situation three aspects.Meanwhile，for the lack of AHP calculated using Excel Solving level analysis，the preparation of the corresponding statement，making fast and accurate weight calculation.The results show that the security situation and their own corporate safety management have a large weight in the chemical business risk，in order to reduce the risk of the enterprise to provide a theoretical support.

Key words：chemical companies；AHP；Excel；application

化学工业作为国民经济的支柱产业，与各行各业都有着密切的联系。随着高新技术的运用，为了提高劳动生产率、降低单位产品的建设投资和生产成本，世界各国都在积极发展化工生产装置的大型化和高度自动化、连续化、集中化。此外，化学工业生产中的原料、中间产物及产品繁多，且绝大部分是易燃、易爆、易聚合、易腐蚀、剧毒的化学危险品[1]，同时生产条件十分苛刻，大部分反应均在高温、高压、低温、低真空度的环境下进行，故化工企业潜在的危险性较大。近年来国内外发生的数起重特大化工事故，会化工行业职工产生心理压力和不安全感。目前化工企业是否具有安全生产经营能力已成为大众对企业的一个重要评判因素，因此，对化工企业整体进行安全评价，迫切需要一套理论为规避风险提供依据。

笔者从企业自身安全状况、企业安全管理状况和周边区域安全状况等三个方面入手，用层次分析法（Analytic Hierarchy Process简称AHP）对化工园区的危险性进行评估。但是AHP没有专业计算软件，需要重复繁复的矩阵计算，耗费大量的时间且容易出现计算错误，本文选用Excel编制对应的计算表，不仅思路清晰，而且能够展示计算的全过程[3]。

1 层次分析法简介

所谓层次分析法是美国运筹学专家T.L.Satty教授于20世纪70年代初期提出的[5]。是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。它的特点是把复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化，根据对一定客观现实的主观判断结构（主要是两两比较）把专家意见和分析者的客观判断结果直接而有效地结合起来，将一层次元素两两比较的重要性进行定量描述。而后，利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重并进行排序。通过将一个复杂的多层次问题进行分解，成为多个较为浅显的目标或子系统，再对各目标或系统进行比较判断，以模糊量化的方法进行排序。现在主要通过明确问题、建立层次分析递阶结构、构造判断矩阵、层次排序和一致性检验五个步骤来计算各层次指标对于目标层的相应权重，从而得出哪些因素指标对总目标的影响较大，为选择最优方案提供依据。该方法比较适合于具有多层递阶评价指标的目标系统。

层次分析法要求逐层计算出相互联系的元素间的相对重要性，关键就在于设法构建两两比较的判断矩阵，并且使两个同层次的元素指标对于某一准则的相对重要程度能够量化。这就要以判断矩阵作为分析的基础，当一个标准层元素与多个二级元素有联系时，一般难预测出两者的相对重要程度，但如果定义二级元素中最不重要即影响程度最小的那个元素的相对重要程度为1，其他元素依次以此为标准进行比较就较易于确定哪个重要，哪个次要了。在标度判断时，需要依赖专业知识，可通过相关专业人士或由一定数量的该领域专家调查确定。为了用数值来量化相对重要性的程度，根据Satty教授提出的标度方法，采用1～9标度法，相对重要性标度及含义如表1所示。endprint

2 化工企业危险性评价

2.1 指标体系的确立

在化工企业危险性评价中，建立指标体系是一个非常重要的环节，鉴于化工生产本身是一个十分复杂的系统，针对它选取指标体系应能够合理有效的描述相应企业发展的规模、范围与倾向，参照相关标准、法规及设备技术性能指标，同时咨询专家和一线技术人员对安全评价体系的意见，在保证有联系实际、关注重点的前提下，编制递阶结构及指标体系评价表。

考虑以化工企业危险性为总目标，以企业自身安全状况（A）、企业安全管理状况（B）和周边区域安全状况（C）为指标层，构建化工企业危险性评价指标体系。图1给出了指标体系的递阶结构。

2.2 化工园区危险性指标的评价

评价指标由企业自身安全状态、企业安全管理状态和周边区域安全状况指标等四类构成。通过文献查阅和专家调查，对各层因素的相对重要性进行调查，根据该调查结果，综合构造两两比较判断矩阵， 并将AHP编制成Excel表来求解各层指标权重。

2.2.1相对重要度统计

实际分析中，我们将调查表中的填写情况转化为相对重要性数值，共同构成判断矩阵A。

（1）

式中，aij表示第i个指标元素对第j个指标元素的相对重要性。

在得到上述判断矩阵的基础上，仍要对m位专家关于各要素的重要度调查结果进行归一化计算，有助于规避调查中的主观误差。

（2）

3.2.2 编制AHP的Excel计算表

将AHP的计算方法编制成Excel计算表，不仅能减少繁琐的计算，还能完全的展现AHP计算的整个流程。其中我们需要计算判断矩阵A每行元素的和，即

（3）

在此基础上对向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]规格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的计算，即

（5）

式中，（A·W）i为判断矩阵A与特征向量W乘积的第i项分量。

同时，为了尽量规避事物的复杂性以及人们认知的片面性，我们根据随机一致性比CR来检验所构造的判断矩阵是否满足一致性，CR=CI/RI，当CR≤0.10时，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要重新调整判断矩阵A，直至满足一致性。其中一致性指标CI用来衡量判断矩阵的不一致程度。

（6）

RI则需在随机一致性指标表中根据n值找出对应数值。下表2给出了1～10阶判断矩阵的RI值。

本文选用标准层A的各二级指标的权重分析为例，A企业自身安全状态指标包含7个二级指标，故n=7，参照随机一致性指标表，RI=1.32。主要编制方法如下表3。

2.2.3 结果与分析

只需输入对角线上方的数值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均会自动生成。其中，计算表的有效数字控制为小数点后4位。

评价指标相应权重结果见表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，满足一致性要求。从其计算结果可以看到，准则层的三个因素中企业自身安全状况和企业安全管理状况尤为重要，权重分别为0.4640和0.4509，因此为了规避化工企业的危险性，要把好企业的自身安全生产和安全管理两道关，但也不同放松对周边安全情况的把握，仍需从每一个细节处做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分别为0.0686、0.0681、0.0688，虽满足一致性要求，但数值仍然偏大，需要尽量规避误差。

表8结果表明，在各组的二级指标中，分别是生产设备的危险性指标、安全教育情况指标、公共消防支援能力指标所占的权重最大，分别为0.3182、0.4508和0.4337。因此企业可从以下几个方面入手降低风险。首先，企业自身安全方面应抓好设备危险排查情况，定期检查，发现异常情况及时上报修理；企业安全管理方面需加强安全教育，积极开展三级安全教育，有条件的可聘请相关专家给员工定期开展安全讲座，建设企业安全文化；其次，周边区域安全方面重点应放在公共消防支援能力上，及早和消防队等救援机构建立合作事宜，并根据本企业的实际情况具体安排；同时，也不可放松对其他指标的关注，安全无小事，每一个细节都需要安全技术与管理人员周全的考虑。

3 结语

化工企业涉及到的危险因素繁多，目前还无法将全部因素考虑齐全。本文针对上海某市属大型化工企业的实际需求进行危险性评价，层次分析法选用Excel来计算表示，快捷简便的进行分析与评价。通过分析研究，可以得到以下初步结论：

（1）为了在经济合理的基础上规避化工企业危险性，我们优先考虑那些易于改善和见效明显的因素，例如：设备的危险问题方面，更换安全系数更高的设备难度较大，我们的重心应放在加强生产设备尤其是特种设备的定期检查上；安全教育方面则应大力加强职工三级教育，进一步增强每位员工的安全意识，提升基层班组的应对能力，建设企业的安全文化，努力使安全成为全体职工的工作习惯。

（2）此外，危险性指标A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也较容易控制，可以考虑健全安全管理体系、落实劳动保护用品发放情况、开展班组级的安全教育。

（3）安全预案的作用没有充分发挥，建议企业建立可操作性的安全预案，同时加强兄弟企业间的联防联动机制。

文中的评价指标仍不够精细，特别是企业自身安全和管理能力两方面，同时调查表的形式也会造成一定的误差，我们仍需进一步细化指标，扩大调查范围。

参考文献

[1] 蒋军成，喻健良，潘旭海，等.化工安全[M].机械工业出版社，2008：1-4.

[2] 杨凯，王云，王勇.层次分析法在石化企业安全风险评价中的应用[J].上海环境科学，1994，6（15）：36-39.

[3] 孙福东，魏凤荣.应用Excel巧解层次分析法[J].统计与决策，2011，12（10）：173-174.

[4] 何天平，程凌.层次分析法在化工园区安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2008，8（15）：81-84.

[5] 廖红强，邱勇，杨侠，等.对应用层次分析法确定权重系数的探讨[J].机械工程师，2012，6（10）：22-25.

[6] 何咏玲.层次分析法在企业安全工作评价中的应用[J].安全，1996，12（25）：4-8.

[7] 胡海军，程光旭，禹盛林，等.一种基于层次分析法的危险化学品源安全评价综合模型[J].安全与环境学报，2007，6（25）：141-144.

[8] 袁斐，巫殷文，刘建，等.基于改进层次分析法的化工园区应急能力评估研究[J].中国安全生产科学技术，2009，2（15）：160-164.

[9] 梁彬，田金平，陈吕军，等.层次分析法在精细化工园区生态环境效益评价中的应用[J].化工环保，2009，6（15）：264-268.endprint

2 化工企业危险性评价

2.1 指标体系的确立

在化工企业危险性评价中，建立指标体系是一个非常重要的环节，鉴于化工生产本身是一个十分复杂的系统，针对它选取指标体系应能够合理有效的描述相应企业发展的规模、范围与倾向，参照相关标准、法规及设备技术性能指标，同时咨询专家和一线技术人员对安全评价体系的意见，在保证有联系实际、关注重点的前提下，编制递阶结构及指标体系评价表。

考虑以化工企业危险性为总目标，以企业自身安全状况（A）、企业安全管理状况（B）和周边区域安全状况（C）为指标层，构建化工企业危险性评价指标体系。图1给出了指标体系的递阶结构。

2.2 化工园区危险性指标的评价

评价指标由企业自身安全状态、企业安全管理状态和周边区域安全状况指标等四类构成。通过文献查阅和专家调查，对各层因素的相对重要性进行调查，根据该调查结果，综合构造两两比较判断矩阵， 并将AHP编制成Excel表来求解各层指标权重。

2.2.1相对重要度统计

实际分析中，我们将调查表中的填写情况转化为相对重要性数值，共同构成判断矩阵A。

（1）

式中，aij表示第i个指标元素对第j个指标元素的相对重要性。

在得到上述判断矩阵的基础上，仍要对m位专家关于各要素的重要度调查结果进行归一化计算，有助于规避调查中的主观误差。

（2）

3.2.2 编制AHP的Excel计算表

将AHP的计算方法编制成Excel计算表，不仅能减少繁琐的计算，还能完全的展现AHP计算的整个流程。其中我们需要计算判断矩阵A每行元素的和，即

（3）

在此基础上对向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]规格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的计算，即

（5）

式中，（A·W）i为判断矩阵A与特征向量W乘积的第i项分量。

同时，为了尽量规避事物的复杂性以及人们认知的片面性，我们根据随机一致性比CR来检验所构造的判断矩阵是否满足一致性，CR=CI/RI，当CR≤0.10时，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要重新调整判断矩阵A，直至满足一致性。其中一致性指标CI用来衡量判断矩阵的不一致程度。

（6）

RI则需在随机一致性指标表中根据n值找出对应数值。下表2给出了1～10阶判断矩阵的RI值。

本文选用标准层A的各二级指标的权重分析为例，A企业自身安全状态指标包含7个二级指标，故n=7，参照随机一致性指标表，RI=1.32。主要编制方法如下表3。

2.2.3 结果与分析

只需输入对角线上方的数值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均会自动生成。其中，计算表的有效数字控制为小数点后4位。

评价指标相应权重结果见表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，满足一致性要求。从其计算结果可以看到，准则层的三个因素中企业自身安全状况和企业安全管理状况尤为重要，权重分别为0.4640和0.4509，因此为了规避化工企业的危险性，要把好企业的自身安全生产和安全管理两道关，但也不同放松对周边安全情况的把握，仍需从每一个细节处做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分别为0.0686、0.0681、0.0688，虽满足一致性要求，但数值仍然偏大，需要尽量规避误差。

表8结果表明，在各组的二级指标中，分别是生产设备的危险性指标、安全教育情况指标、公共消防支援能力指标所占的权重最大，分别为0.3182、0.4508和0.4337。因此企业可从以下几个方面入手降低风险。首先，企业自身安全方面应抓好设备危险排查情况，定期检查，发现异常情况及时上报修理；企业安全管理方面需加强安全教育，积极开展三级安全教育，有条件的可聘请相关专家给员工定期开展安全讲座，建设企业安全文化；其次，周边区域安全方面重点应放在公共消防支援能力上，及早和消防队等救援机构建立合作事宜，并根据本企业的实际情况具体安排；同时，也不可放松对其他指标的关注，安全无小事，每一个细节都需要安全技术与管理人员周全的考虑。

3 结语

化工企业涉及到的危险因素繁多，目前还无法将全部因素考虑齐全。本文针对上海某市属大型化工企业的实际需求进行危险性评价，层次分析法选用Excel来计算表示，快捷简便的进行分析与评价。通过分析研究，可以得到以下初步结论：

（1）为了在经济合理的基础上规避化工企业危险性，我们优先考虑那些易于改善和见效明显的因素，例如：设备的危险问题方面，更换安全系数更高的设备难度较大，我们的重心应放在加强生产设备尤其是特种设备的定期检查上；安全教育方面则应大力加强职工三级教育，进一步增强每位员工的安全意识，提升基层班组的应对能力，建设企业的安全文化，努力使安全成为全体职工的工作习惯。

（2）此外，危险性指标A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也较容易控制，可以考虑健全安全管理体系、落实劳动保护用品发放情况、开展班组级的安全教育。

（3）安全预案的作用没有充分发挥，建议企业建立可操作性的安全预案，同时加强兄弟企业间的联防联动机制。

文中的评价指标仍不够精细，特别是企业自身安全和管理能力两方面，同时调查表的形式也会造成一定的误差，我们仍需进一步细化指标，扩大调查范围。

参考文献

[1] 蒋军成，喻健良，潘旭海，等.化工安全[M].机械工业出版社，2008：1-4.

[2] 杨凯，王云，王勇.层次分析法在石化企业安全风险评价中的应用[J].上海环境科学，1994，6（15）：36-39.

[3] 孙福东，魏凤荣.应用Excel巧解层次分析法[J].统计与决策，2011，12（10）：173-174.

[4] 何天平，程凌.层次分析法在化工园区安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2008，8（15）：81-84.

[5] 廖红强，邱勇，杨侠，等.对应用层次分析法确定权重系数的探讨[J].机械工程师，2012，6（10）：22-25.

[6] 何咏玲.层次分析法在企业安全工作评价中的应用[J].安全，1996，12（25）：4-8.

[7] 胡海军，程光旭，禹盛林，等.一种基于层次分析法的危险化学品源安全评价综合模型[J].安全与环境学报，2007，6（25）：141-144.

[8] 袁斐，巫殷文，刘建，等.基于改进层次分析法的化工园区应急能力评估研究[J].中国安全生产科学技术，2009，2（15）：160-164.

[9] 梁彬，田金平，陈吕军，等.层次分析法在精细化工园区生态环境效益评价中的应用[J].化工环保，2009，6（15）：264-268.endprint

2 化工企业危险性评价

2.1 指标体系的确立

在化工企业危险性评价中，建立指标体系是一个非常重要的环节，鉴于化工生产本身是一个十分复杂的系统，针对它选取指标体系应能够合理有效的描述相应企业发展的规模、范围与倾向，参照相关标准、法规及设备技术性能指标，同时咨询专家和一线技术人员对安全评价体系的意见，在保证有联系实际、关注重点的前提下，编制递阶结构及指标体系评价表。

考虑以化工企业危险性为总目标，以企业自身安全状况（A）、企业安全管理状况（B）和周边区域安全状况（C）为指标层，构建化工企业危险性评价指标体系。图1给出了指标体系的递阶结构。

2.2 化工园区危险性指标的评价

评价指标由企业自身安全状态、企业安全管理状态和周边区域安全状况指标等四类构成。通过文献查阅和专家调查，对各层因素的相对重要性进行调查，根据该调查结果，综合构造两两比较判断矩阵， 并将AHP编制成Excel表来求解各层指标权重。

2.2.1相对重要度统计

实际分析中，我们将调查表中的填写情况转化为相对重要性数值，共同构成判断矩阵A。

（1）

式中，aij表示第i个指标元素对第j个指标元素的相对重要性。

在得到上述判断矩阵的基础上，仍要对m位专家关于各要素的重要度调查结果进行归一化计算，有助于规避调查中的主观误差。

（2）

3.2.2 编制AHP的Excel计算表

将AHP的计算方法编制成Excel计算表，不仅能减少繁琐的计算，还能完全的展现AHP计算的整个流程。其中我们需要计算判断矩阵A每行元素的和，即

（3）

在此基础上对向量ωi=[ω1，ω2，…，ωn]规格化，即

（4）

另需完成最大特征向量λmax的计算，即

（5）

式中，（A·W）i为判断矩阵A与特征向量W乘积的第i项分量。

同时，为了尽量规避事物的复杂性以及人们认知的片面性，我们根据随机一致性比CR来检验所构造的判断矩阵是否满足一致性，CR=CI/RI，当CR≤0.10时，则认为判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要重新调整判断矩阵A，直至满足一致性。其中一致性指标CI用来衡量判断矩阵的不一致程度。

（6）

RI则需在随机一致性指标表中根据n值找出对应数值。下表2给出了1～10阶判断矩阵的RI值。

本文选用标准层A的各二级指标的权重分析为例，A企业自身安全状态指标包含7个二级指标，故n=7，参照随机一致性指标表，RI=1.32。主要编制方法如下表3。

2.2.3 结果与分析

只需输入对角线上方的数值，如C4、D4、E4、F4、G4、H4，其余值均会自动生成。其中，计算表的有效数字控制为小数点后4位。

评价指标相应权重结果见表4、表5、表6和表7。表7中，一致性比例CR=0.0017<0.1，满足一致性要求。从其计算结果可以看到，准则层的三个因素中企业自身安全状况和企业安全管理状况尤为重要，权重分别为0.4640和0.4509，因此为了规避化工企业的危险性，要把好企业的自身安全生产和安全管理两道关，但也不同放松对周边安全情况的把握，仍需从每一个细节处做好安全工作。

表5、6、7中，一致性比例CR分别为0.0686、0.0681、0.0688，虽满足一致性要求，但数值仍然偏大，需要尽量规避误差。

表8结果表明，在各组的二级指标中，分别是生产设备的危险性指标、安全教育情况指标、公共消防支援能力指标所占的权重最大，分别为0.3182、0.4508和0.4337。因此企业可从以下几个方面入手降低风险。首先，企业自身安全方面应抓好设备危险排查情况，定期检查，发现异常情况及时上报修理；企业安全管理方面需加强安全教育，积极开展三级安全教育，有条件的可聘请相关专家给员工定期开展安全讲座，建设企业安全文化；其次，周边区域安全方面重点应放在公共消防支援能力上，及早和消防队等救援机构建立合作事宜，并根据本企业的实际情况具体安排；同时，也不可放松对其他指标的关注，安全无小事，每一个细节都需要安全技术与管理人员周全的考虑。

3 结语

化工企业涉及到的危险因素繁多，目前还无法将全部因素考虑齐全。本文针对上海某市属大型化工企业的实际需求进行危险性评价，层次分析法选用Excel来计算表示，快捷简便的进行分析与评价。通过分析研究，可以得到以下初步结论：

（1）为了在经济合理的基础上规避化工企业危险性，我们优先考虑那些易于改善和见效明显的因素，例如：设备的危险问题方面，更换安全系数更高的设备难度较大，我们的重心应放在加强生产设备尤其是特种设备的定期检查上；安全教育方面则应大力加强职工三级教育，进一步增强每位员工的安全意识，提升基层班组的应对能力，建设企业的安全文化，努力使安全成为全体职工的工作习惯。

（2）此外，危险性指标A3、A5、A7、B2、B3、B4、B5也较容易控制，可以考虑健全安全管理体系、落实劳动保护用品发放情况、开展班组级的安全教育。

（3）安全预案的作用没有充分发挥，建议企业建立可操作性的安全预案，同时加强兄弟企业间的联防联动机制。

文中的评价指标仍不够精细，特别是企业自身安全和管理能力两方面，同时调查表的形式也会造成一定的误差，我们仍需进一步细化指标，扩大调查范围。

参考文献

[1] 蒋军成，喻健良，潘旭海，等.化工安全[M].机械工业出版社，2008：1-4.

[2] 杨凯，王云，王勇.层次分析法在石化企业安全风险评价中的应用[J].上海环境科学，1994，6（15）：36-39.

[3] 孙福东，魏凤荣.应用Excel巧解层次分析法[J].统计与决策，2011，12（10）：173-174.

[4] 何天平，程凌.层次分析法在化工园区安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2008，8（15）：81-84.

[5] 廖红强，邱勇，杨侠，等.对应用层次分析法确定权重系数的探讨[J].机械工程师，2012，6（10）：22-25.

[6] 何咏玲.层次分析法在企业安全工作评价中的应用[J].安全，1996，12（25）：4-8.

[7] 胡海军，程光旭，禹盛林，等.一种基于层次分析法的危险化学品源安全评价综合模型[J].安全与环境学报，2007，6（25）：141-144.

[8] 袁斐，巫殷文，刘建，等.基于改进层次分析法的化工园区应急能力评估研究[J].中国安全生产科学技术，2009，2（15）：160-164.

[9] 梁彬，田金平，陈吕军，等.层次分析法在精细化工园区生态环境效益评价中的应用[J].化工环保，2009，6（15）：264-268.endprint