基于德爾菲法和模糊層次分析法的玻璃破拆裝備效能評估方法＊

張鳳毛 郭三學 許慧嬌

1. 中國人民武裝警察部隊工程大學 2. 呼和浩特職業(yè)學院

引言

近年來，隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、現代化建設步伐的加快，各類公共安全事故、自然災害、突發(fā)事件呈迅猛上升趨勢。在應急救援行動中，突發(fā)事故（事件）安全設施建設不全、緊急逃生通道不暢、應急救援效率不高而導致的群死群傷事件令人觸目驚心。

玻璃快速破拆是通過有效的技術手段對一定厚度的特種玻璃進行快速破除，是應急救援必備的技術手段。不同的玻璃破拆裝置作用機理不同，在不同任務背景下效率效果不同，對操作者自身安全的影響也不同，對指揮員臨機抉擇選擇破拆裝備是一種考驗。

本文提出一種綜合運用德爾菲法和模糊綜合分析法，該方法能夠充分利用專家的經驗智慧，在建立玻璃破拆裝備指標評價體系的基礎上，基于德爾菲法確定體系指標的權重比例，運用模糊層次分析法實現了3種常見玻璃破拆裝置的效能量化評估，提出了裝備運用優(yōu)化方案，為公共場所和公交系統(tǒng)的玻璃破拆、應急救援，反恐作戰(zhàn)中裝備選擇、性能優(yōu)化，以及裝備健康研究提供了參考借鑒。

一、評估方法步驟

（一）建立評估體系

評估體系分為三層，分別是目標層、準則層和指標層。目標層即是對常用的玻璃破拆裝置（特種玻璃破除裝置、破玻璃幕墻裝置、玻璃聚能切割裝置）效能的評估。準則層由技術性能B1、戰(zhàn)術效能B2和實用性B3三個準則組成，也就是從該三個方面構建玻璃破拆裝置綜合效能評估指標體系。

玻璃破拆裝置的綜合效能既與其結構組成、作用機理、穩(wěn)定性相關，又與其破拆能力、作用效率、安全性等指標有關，還應考慮其便攜性、經濟性、操作難易程度等。玻璃破拆裝置綜合效能評估指標體系設計[1]，如圖1所示。

下面，針對近年來公共場所大量使用的鋼化玻璃與夾膠玻璃[2]，以常用的3種玻璃破拆裝置為例進行效能評估。具體包括，特種玻璃破除裝置（圖2）、破玻璃幕墻裝置（圖3）、玻璃聚能切割裝置[3]（圖4）。

特種玻璃切割裝置和玻璃幕墻裝置都是采用手持操作，不同的是前者是利用電爆管產生的沖擊波進行破拆，后者是實施爆轟對玻璃幕墻進行破孔。玻璃聚能切割裝置主要是針對大巴車型擋風玻璃和側窗玻璃，它采用聚能裝藥加火藥裝藥復合結構，利用聚能炸藥爆炸[4]產生的高溫射流及火藥燃燒的熱效應對夾膠玻璃實施破拆、切割[5]。這些裝置在實踐中各有自身的特點及運用規(guī)律，準確分析這些裝備的性能特點、應用范圍，采用科學的方法對其綜合效能進行評價，這不僅為裝備的運用提供了理論依據，也為裝備性能的改進提高提供了有效的技術參考。

（二）技術性能

1.結構組成

特種玻璃破除裝置主要由戰(zhàn)斗部合件、操作桿組件、控制器組成，玻璃幕墻裝置主要由擊發(fā)機構、伸縮桿、威力架、保險標簽等組成，這兩種破拆裝置都是經過人工簡易組裝，操作員手持操作桿將戰(zhàn)斗部送至玻璃表面實施爆破[6]。玻璃聚能切割裝置主要由聚能切割索、起爆傳爆系統(tǒng)、防護裝置等組成[7]。吸能防護裝置是由多孔材料制作而成的長方形框，方框中有矩形溝槽結構，用來放置切割索；防護套外表面貼有雙面不干膠帶；起爆系統(tǒng)是由電雷管、起爆電線、伸縮拉桿式起爆器組成；利用它將切割裝置引爆，從而實現車窗玻璃的“開窗”作業(yè)；聚能切割索由高爆速高猛度炸藥黑索金、金屬殼組成[8]。

2. 作用原理

特種玻璃破除裝置戰(zhàn)斗部組件有單點或多點分布式戰(zhàn)斗部裝藥，主要是利用電爆管爆炸后產生的空氣沖擊波[9]破除玻璃；破玻璃幕墻裝置是利用定向爆炸沖擊波及高能氣體擊穿、震碎玻璃幕墻，將玻璃幕墻破孔；玻璃聚能切割裝置利用炸藥爆炸產生的能量，使金屬合金形成金屬射流，并使其聚焦，利用高速運動的金屬射流和炸藥爆炸產生的沖擊波將車輛玻璃等切開。

3. 可靠性

特種玻璃破除裝置的可靠作用率不低于95%，破玻璃幕墻裝置可靠作用率不低于97%，大巴車玻璃聚能切割裝置可靠作用率不低于97%。

（三）戰(zhàn)術效能

1. 破除能力

特種玻璃破除裝置工作溫度為-10℃～+50℃，可有效破除1500mm×960mm×12mm大小的鋼化玻璃或夾層玻璃等高強度特種玻璃，可靠破拆率大于95%；玻璃幕墻破除裝置可在-30℃～+50℃溫度下使用，可破除帶框架的1200mm×1800mm雙層中空鋼化玻璃（6mm鋼化玻璃+12mm空氣間隔+6mm鋼化玻璃），可靠破拆率大于97%；玻璃聚能切割裝置可在-20℃～+50℃溫度下使用，切割鋼化玻璃或夾膠玻璃面積不小于840mm×580mm×45mm，可靠破拆率大于97%。

2. 作用效率

特種玻璃破除裝置破除單層玻璃時，從操作人員完成戰(zhàn)斗部安裝到起爆耗時約0.5s；玻璃幕墻破除裝置從安裝完畢到擊發(fā)起爆約需2s；玻璃聚能切割裝置安裝完成后現場人員需撤離到安全區(qū)域并實施隱蔽，具體時長視作業(yè)現場情況而定。

3. 安全性

特種玻璃破除裝置前后上下左右安全距離不等，最大不超過2.5m；玻璃幕墻破除裝置玻璃后作用點左右各15°、2.5m距離理論上看作安全距離。操作這兩種裝置需手持桿進行破拆，均要佩戴防護裝備，以防飛濺物可能造成的人身傷害，具有一定危險性。玻璃聚能切割裝置操作人員在安裝完畢后可實施遠距離遙控，起爆過程可視為安全性最高的，但安裝過程需接觸電雷管、黑索金等高速高爆炸藥，需佩戴防護裝置并嚴格遵守操作流程。

（四）實用性

1. 便攜性

特種玻璃破除裝置收縮狀態(tài)長度約1.2m，重量1.2kg；玻璃幕墻破除裝置勤務狀態(tài)長度不超過1.2m，重量約3kg；玻璃聚能切割裝置長度約1m，重量不超過2.3kg。以上三種裝置在安裝、檢測和轉移時，均應符合彈藥有關運輸規(guī)定，輕拿輕放、避免撞擊、防火防潮、防雷防靜電等，特別是玻璃聚能切割裝置應嚴格遵守火工品儲運有關規(guī)定。

2. 操作性

以上三種玻璃破除裝置，均需要手動連線或連桿，特種玻璃破除裝置接桿操作相對簡單，玻璃幕墻破除裝置次之，玻璃聚能切割裝置既需要安裝雷管又需要敷設線路，操作相對復雜。前兩種裝備在操作中始終需要人員手持、近距離操作，其作業(yè)的距離受到限制，人員安全性也較難保證。

3. 經濟性

特種玻璃破除裝置的價格最低；玻璃幕墻破除裝置最高，約為特種玻璃破除裝置的2倍；玻璃聚能切割裝置約為特種玻璃破除裝置的1.5倍。

二、層次分析法確定指標權重

（一）構造判斷矩陣

由于玻璃破拆裝置效能評估[10]這一問題較為復雜，上述各層級之間重要性無法直接定量，因此采用專家打分、兩兩比較方法確定權重。具體的，對于準則BK，其下屬指標BKI和 BKJ哪一個重要，重要程度如何，邀請專家按1～9比例標度分別對其重要性程度進行賦值，而后將賦值分數兩兩相除可得判斷矩陣：

（二）層次單排序及一致性檢驗

層次分析法使用求解判斷矩陣的特征向量方法，計算備選方案的排序。特征向量是因素相對重要性向量，也就是因素相對權重向量[11]。這一步就是計算在準則BK下BK1、BK2、BK3的排序權重問題，并進行一致性檢驗，就是計算判斷矩陣BK的 最大特征根λmax對應的特征向量W，形式為：

利用幾何平均法計算特征根：

1. 一致性檢驗

對比較判斷矩陣的一致性進行檢驗：CR=CI/RI

RI為平均隨機一致性指標，3階矩陣RI為0.58

當CR <0.1時，比較矩陣的一致性可以接受[12]。

2. 判斷矩陣及權重計算

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三、模糊綜合評價法判斷綜合效能

（一）建立評價對象的指標集和評語集

玻璃破除裝置效能評估指標集如下：

將評語集定為V={V1,V2,V3,V4}={很好，較好，一般，較差}，評語對應的分數區(qū)間：很好（85～100）、較好（70～85）、一般（55～70）、較差（0～55）4級評語集。

由于上述指標集，難以得到具體的模糊分布函數，故采用專家打分法確定其隸屬度。設單因素Bi的模糊向量為R=（r1,r2,r3,r4） ，則rj=xij/X。其中，X為專家人數，xij為因素Bi被 評為Vj的次數[13,14]。

邀請10位裝備專家分別給每個指標進行打分[15]，確定隸屬度如表5。

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（二）建立模糊評判矩陣

根據上表所得隸屬度數據，分別建立三種裝置的隸屬度矩陣R=(rij)mxn，rij=xijp/X，則特種玻璃破除裝置綜合隸屬度向量B11=W1R11=[0.5054,0.3243,0.1703,0]

綜合判斷矩陣為：

特種玻璃破除裝置模糊判斷向量為：

同理，B2=(0.6317, 0.2157, 0.1526, 0)

（三）計算綜合評價結果

引入分數集C=（C1, C2, C3, C4），Cj表示第j級的評語分數，是該等級分數區(qū)間的中間值[14]，則分數集C=（92.5, 77.5,62.5, 22.5）

則其量化效能值計算結果為：

同理可計算得出其他兩種裝置的模糊綜合結果：

由計算可知：特種玻璃破除裝置、破玻璃幕墻裝置、玻璃聚能切割裝置綜合效能分值分別為83.659、84.688、89.308。根據各評語對應的量化數值，前兩種裝置達到了“較好”的標準，玻璃聚能切割裝置達到了“很好”的標準。

四、結論

從評估結果看，前2種玻璃破拆裝置綜合效能達到了較好的水平，能夠滿足任務需要，因其需要人員近距離手工操作，在操作性、定向起爆等方面還有待進一步提高，評價結果比較符合實際。玻璃聚能切割裝置綜合效能評價雖然達到了“很好”的層次，但操作過程還比較復雜，應進一步改進操作程序，強化防靜電措施。

對于裝備改進的建議：一是可以將戰(zhàn)斗部改進為膠粘式；二是可以考慮加裝遙控起爆裝置；三是提高戰(zhàn)斗部爆破方向性。搶險救援行動中，任務部隊應根據行動特點、客觀因素有針對性地進行裝備選擇，同時加強操作人員自身防護，以達到最優(yōu)效果。

綜上所述，對于一些難以用數據或參數直接定義效能的作戰(zhàn)任務或裝備，可以用德爾菲法和模糊層次分析法的評估方法來評估其綜合效能。該方法能夠充分利用專家的經驗智慧，為各類應急救援以及反恐作戰(zhàn)中裝備選擇、性能優(yōu)化提供參考借鑒。