2.1 AHP确定权重
原油储罐风险评估指标体系中，指标权重对被评价对象的分级结果具有显著影响，采用基于AHP[13-15]的指标权重确定方法建立模型。一级指标权重计算过程包括以下4个步骤。
1）构建比较矩阵。根据五标度法原则（表1）和改进的AHP[16-17]，将一级指标两两进行相对重要性比较（比较结果取自专家打分）并建立一级指标的比较矩阵A=(aij)n×n其中n为当前计算指标层级的指标数，一级指标取n＝4；i、j为当前计算指标层级的指标序号，对应矩阵中的行号、列号，i、j＝1，2，…，n。
2）计算重要性排序指数。根据比较矩阵，将每一行数字叠加，计算出储罐风险一级因素指标的重要性排序指数zi 、最大重要性排序指数zmax以及最小重要性排序指数zmin。
图1 原油储罐风险评估指标体系图Fig. 1 Indicator system for risk assessment of crude oil tanks
表1 五标度法取值原则表Table 1 Value principle of five-scale method
3）对A进行矩阵变换，逐步求取一级指标风险评估的判断矩阵B、最优传递矩阵C以及拟优一致矩阵D。
式中：bij、cij、dij分别为矩阵B、C、D中的第i行、第j列元素。
4）计算得到储罐风险一级指标的拟优一致矩阵D的最大特征值和相对应的特征向（列向量）量G（列向量），对G进行归一化，得到权重向量Y（列向量）：
式中：yi、gi分别为权重向量Y、特征向量G的第i个（行）元素。
经计算可得储罐一级指标的一级权重向量为（0.071 6，0.620 1，0.197 3，0.111 0）T。对于一级指标以下的指标层级，其对应的指标权重分为层级本身的权重与层级的总权重。以人的因素为例，其二级指标为：违章作业、违章指挥、人员违纪、作业失误、人员知识技能以及作业人员状态，按照一级权重的计算方法可得二级指标的二级权重为：(0.365 7，0.231 1，0.135 7，0.135 7，0.080 3， 0.051 5)T，二级权重与一级权重的乘积即为二级指标的二级总权重。可计算4个一级指标分别所对应的二级指标的二级权重与二级总权重（表2）。每个一级指标都有下设的二级指标，但并不都具有三级指标，故二级指标层将作为后续建模过程的标准层级，即建立规范化数据的层级。
2.2 TOPSIS风险评估
TOPSIS是一种在多属性决策过程中描述和处理不确定信息的有用工具，对于储罐风险评估的4个一级指标而言，该方法既适用于罐区设备因素、环境因素的评估预警，也可通过对人的因素、管理因素的相对贴近度计算实现罐与罐之间的排序[15-16，18]。对于设备因素与环境因素，其决策往往基于检测数据和客观条件，不会出现意见冲突，因此决策矩阵不存在模糊性；且通常情况下，待评估的多个储罐位于同一罐区，其所处环境及人员管理基本一致，储罐之间的差异主要体现在设备因素。因此，将设备因素指标作为评估储罐风险重要的单指标因素，以其为例，引入TOPSIS的建模过程。
表2 原油储罐风险评估的一级、二级指标权重表Table 2 Weights for primary and secondary indicators for risk assessment of crude oil tanks
假设存在m个决策单元（储罐），q个评估指标（当前为一级指标设备因素下的底层三级指标）。 ps k表示第s个储罐的第k个评估指标实测值（其中s=1，2，…， m ；k=1 ，2 ，…，q ），是初始决策矩阵P中的第s行、第k列元素。设备因素的TOPSIS建模按如下步骤进行：
1）使用AHP进行设备因素底层指标（当前为三级指标）的权重划分。
2）确定储罐设备因素底层指标数据集的最优状态和最劣状态对应值，以备数据的预处理。其中浮顶、壁板、底板厚度的最优值由公称壁厚决定；最劣值由标准规定的最小允许壁厚决定。因壁板有不同层数，且底板有边缘板与中幅板，故确定最劣值时，选用最差情况，即壁厚损失比例最高的壁板（底板）。
3）底层指标规范化处理。评估指标分为效益型与成本型两种，其中效益型指标数值越大越好，成本型指标数值越小越好[10]，如与腐蚀速率相关的评估指标为成本型指标。对两种评估指标进行规范化处理，得到规范化决策矩阵〔当前为三级指标的规范化决策矩阵P*，需通过步骤4）求取标准层级的二级指标的规范化决策矩阵E=（esu）m×t，其中t为当前一级指标下设的二级指标数；esu为第s个储罐的第u个评估指标值，u=1，2，…，t；若当前P*处于标准层级，则E=P*，直接进入步骤5）〕。式（6）、式（7）分别给出了效益型与成本型指标规范化值的计算式：
式中：p*s k为指标的规范化值；pkov为储罐最优状态时第k个评估指标的值；pkwv为储罐最劣状态时第k个评估指标的值。
4）针对每个二级指标下的各三级指标的规范化值，应用三级指标的三级权重对其进行加权求和，得到二级指标规范化决策矩阵E。
5）基于二级指标的权重矩阵W（评估目标为一级指标时W取二级权重，为一级指标占总目标的份额时W取二级总权重。当前评估目标为一级指标设备因素），计算加权规范化决策矩阵V=（ v su ）m×t 。
式中：wu为第u个评估指标的权重值。
6）计算正理想解V+与负理想解V-：
式中：I为评估指标集；vu+为第u列最优的vsu，取最大值；vu－为第u列最劣的vsu，取最小值。
7）计算各储罐评估目标的相对贴近度r hs 。
式中：ls+为评估目标值与正理想解的分离度；ls－为评估目标值与负理想解的分离度；rhs为第s个储罐第h个（设备因素h=2）一级指标的相对贴近度（W取二级总权重时，rhs为第s个储罐第h个一级指标的相对贴近度份额，储罐风险评估总目标的相对贴近度R为4个一级指标的相对贴近度份额之和），相对贴近度的取值范围为[0，1]，当其接近于1时，该储罐处于更安全状态。
2.3 等级划分
以油气管道状态划分（完好、较好、一般、危险以及极其危险）[18]为参照，建立原油储罐风险分级预警体系，将储罐预警分为5个等级：Ⅰ级（重警）、Ⅱ级（中警）、Ⅲ级（轻警）、Ⅳ级（微警）、Ⅴ级（无警）[19-20]，具体等级的判定考虑单指标因素预警（主要考虑人的因素、设备因素、环境因素、管理因素）和综合预警两种情况，且Ⅰ级（重警）在单指标因素预警中判定，其余4个预警等级的判定则是基于对评估值进行分区间量化来实现的。单指标因素预警中：选取一级指标下设的最底层的若干个核心指标（设备因素取壁板厚度、底板厚度、浮顶厚度3个指标）为判据，当任一核心指标值低于其最劣值时，储罐风险被判定为Ⅰ级（重警）；Ⅱ~Ⅴ级根据待评估一级指标相对贴近度（人的因素r1、设备因素r2、环境因素r3、管理因素r4）所属的量化区间判定。当单指标因素预警考虑个别重要的二级指标时，以设备因素下的二级指标罐体腐蚀为例，基于其下6个三级指标组成的规范化决策矩阵及三级权重组成的权重矩阵，按照TOPSIS计算可得到评估目标罐体腐蚀的相对贴近度，并通过量化区间判定风险等级。综合预警等级的判定则需将单指标因素与评估总目标相结合来考虑（表3）：该研究仅选取单指标因素中的设备因素参与综合预警等级划分；储罐风险评估总目标的相对贴近度R即为该储罐的综合预警值，同时，根据不同综合预警等级对应的安全状态给出预警措施。
表3 原油储罐风险综合预警等级划分及预警措施表Table 3 Ranking of comprehensive early warning and corresponding measures for crude oil tank risks
