1、加气站的评价与选址摘要为完成对郑州市已建好的七座加气站进行经济效益与社会效益的综合评价及从三个候选方案中选出一个最佳方案，本文通过利用系统工程思想来建立数学模型。 第一问中，经济效益和社会效益相比，前者比较显性，较易量化，故采用层次分析法建立经济效益评价模型；而社会效益更隐性，更模糊，基于该特点，采用了模糊分析法建立社会效益评价模型。 第二问中，通过对城市加气站选址主要影响因素的分析，按照AHP层次分析法，结合专家调查，确立了城市加气站选址决策评价指标体系。应用模糊物元理论，建立一种基于模糊物元关联分析的城市加气站选址决策方法，为加气站选址决策提供了一个全新的思路。将模糊数学与物元分析相结合，
2、通过求解基于AHP的多方案、多特征复合模糊物元的关联度向量，将不相容问题转化为相容问题，最后确定第一方案农业路东路加气站为最优方案。 第三问中，通过大量的搜集资料，考虑到充分发挥其经济与社会效益在加气站建设中提出了若干考虑需考虑的因素。 第四问中，结合郑州的实际为更好的解决郑州CNG加气站供需矛盾对郑州以后的CNG加气站的建设提出了三条建议。关键词 加气站评价与选址 AHP层次分析法 模糊综合评价法 模糊物元分析法一、问题的重述压缩天然气（CNG）是一种新型的车用燃料，具有节能、环保的特点。目前国内各大城市都在公共交通领域大力推广CNG汽车。郑州市现有CNG加气站7座（分别为冉屯东路加气站、陇
3、海西路加气站、洁云路加气站、紫荆山路加气站、东明路加气站、丰庆路加气站、十里铺加气站），其服务对象为燃气出租车。题目中给出了各加气站的位置及周边设施等相关数据资料。对于一个CNG加气站的建设，我们需要考虑的问题有其初期建设还贷问题，管理费用问题，加气站设备的折旧维修费用问题，与销售利润有关的天然气成本、客流量等因素的问题及其加气站面临的现状。对于这些问题，题目分别给出了许多详细的信息。根据这些信息，我们现有以下问题需要解决：（1）请综合分析现有7个CNG加气站的经济效益和社会效益的相关因素，建立数学模型对7座CNG加气站建设与运行的合理性进行评价。（2）由于现有的7个CNG加气站不能满足实际的
4、出租车加气需求，天然气公司拟建一座新的加气站。现有3个候选地址，分别是农业东路和地秀街交叉口东北角、高新区雪松路与玉兰街交叉口西北角和花园路与东风路交叉口南200米路西，相关资料见附件3。根据实际情况建模分析，为燃气公司选出最合理的加气站选址方案。（3） 考虑合理建设CNG加气站的其他因素，使其能有更好的经济效益和社会效益，并给出结果。（4）提出对郑州市发展燃气交通和CNG加气站的建设与管理的合理化的建议和意见，请给燃气公司写一封建议书。二、基本假设假设1：把气箱容量差不多的车辆归为一类，对每一类的车辆取一个平均的容量。另外再根据车辆类型以及当地和过往车辆的加气习惯，分别取各类车主把气箱加满的
5、概率。这样，根据各类车辆的气箱容量和相应的加满概率，计算一个加气站在一定时间内的单车加气量。 假设2：对于问题二中的“建立评语集”及“城市加气站设施选址决策评价指标权重的确定”中需要的专家组意见，我们根据资料和实际调查给出了自己认为较合理的数据。 三、符号说明 A：目标层 Cj（j=1,2,3,4,5）:准则层的各个准则 Pi：(i=1,2,3,4,5,6,7):方案层中的各个方案 Vi:（i=1,2,3,4,5）:确定的评价的各个指标 CI：判断矩阵一致性指标 RI：同阶平均随即一致性指标 CR:CR=CI/RI M ：表示事物 C：表示事物的特征 ：表示与事物特征C相应量值z的隶属度 ：量
6、值，角标j代表比较事物的序号，角标i代表比较事物特征的序号 ：第j个方案与标准方案问第i项指标的关联系数 ：表示每一个方案各评价指标的权重复合物元 ：表示由m 个关联度组成的关联度复合模糊物元(关联度向量) Ki（i =1，2，3）：备选点四、问题分析1、问题(1)分析对选择郑州市现有的7个CNG加气站中经济效益最优的一个的问题进行层次分析，我们建立了一个层次结构模型，如图所示：图1这个结构模型共分为三层：最高层是目的层A，即选择经济效益最优的CNG加气站（或者排出其优劣顺序）；中间层是准则层C，包括对7个现有加气站进行评价的5 个准则，即建设还贷、管理费用、员工工资、销售利润和折旧费用等；最
7、底层是方案层P，即郑州市现有的7个CNG加气站。对于7个CNG加气站的评价，我们分别通过5个准则进行全面的衡量比较后确定。为了作出有说服力的定量分析，我们应用AHP建造了如图1所示的层次结构模型，然后由本小组在充分听取许多课题外人员意见的的基础上，就图1中的各种因素分别进行两两比较，从上而下依次构造出判断矩阵，并用解特征值方法求出各判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量。根据计算结果，我们即可得到答案。而对于CNG加汽站的社会效益，我们采用了模糊法评价。具体步骤如下：（1） 建立评价对象因素集（2） 建立评语集（3） 确定指标的隶属度，建立模糊关系矩阵R（4） 确定指标的模糊权重（5） 利用模
8、糊矩阵R 和权重向量A 复合运算可得到综合评价结果集2、问题(2)分析CNG加气站选址决策属于典型的多准则、不相容问题，所涉及的因素和指标较多，既有定性因素，又有定量因素。各因素之间并不都具有确定的关系，有的只能用文字来描述，具有较大的模糊性。将模糊物元分析引入到城市加气站选址决策中，根据“可拓集合”理论，通过关联变换将不相容问题转化为相容问题，将使得城市加气站选址决策得以科学解决。具体操作步骤如下：（1） 建立城市CNG加气站选址决策评价指标体系（2） 城市加气站选址决策指标权重的确定（3） 对城市加气站选址决策模型进行模糊物元分析1、 建立模糊物元矩阵2、 将复合物元矩阵变换为隶属度矩阵3
9、、 计算关联系数4、 求关联度向量5、 关联度处理3、问题（3）、（4）分析一方面我们参考了我国其他大中城市在建立CNG加气站时面临的问题和具体解决方案，另一方面我们根据郑州市的具体情况给出了较为合理的建议。五、模型的建立和求解问题（1）的模型建立及求解：对七个加气站的经济效益评价： 1、采用AHP层次分析法经过五个步骤对已建好的7个加气站的经济效益进行评价： （1）：建立层次结构模型 （2）：构造判断矩阵 在进行一致性检验时， （3）：层次单排序 （4）：层次总排序 （5）：一致性检验。其中后三个步骤在整个过程中需要逐层进行 根据各因素的重要性可以构造以下判断矩阵并进行计算，所得判断矩阵及相
10、应的计算结果如下：（1） 判断矩阵A-C（相对于总目标而言，各着眼准则之间的相对重要性比较）AC1C2C3C4C5WC11551/550.253C21/511/51/710.047C31/5511/550.133C4575150.516C51/511/51/510.051 最大特征根=5.088,RI=1.12,CI=0.0220,CR=0.0196,CR1.12判断矩阵C1-P(相对于建设还贷准则而言，各方案之间的相对重要性比较)C1P1P2P3P4P5P6P7WP118/1120/1910/1120/218/1120/210.241P211/8155/385/455/42155/420.1
11、26P319/2038/55119/2219/2138/5519/210.151P411/104/522/19122/214/522/210.171P521/2042/5522/1921/22142/5510.094P611/8155/385/455/42155/420.131P721/2042/5521/1921/22142/5510.085 最大特征根=7.034,RI=1.32,CI=0.057,CR=0.00430.1判断矩阵C2-P(相对于管理费用准则而言，各方案之间的相对重要性比较)C2P1P2P3P4P5P6P7WP114/78/74/514/72/30.1000P27/411/
12、25/74/716/70.2000P37/81/217/107/81/27/120.0900P45/45/710/715/45/75/60.1500P514/78/74/514/72/30.1000P67/4127/57/417/60.2000P73/26/712/76/53/26/710.1500 最大特征根=7.074,RI=1.32,CI=0.0123,CR=0.00930.1判断矩阵C3-P(相对于销售利润准则而言，各方案之间的相对重要性比较)C3P1P2P3P4P5P6P7WP1133/4933/2033/3411/1433/5011/120.1100P249/33149/2049/
13、347/649/5049/360.1500P320/3320/49110/1710/212/55/90.1300P434/3334/4917/10117/2117/2517/180.1600P514/116/721/1021/17121/257/60.1100P650/3350/495/225/1725/21125/180.1400P712/1136/499/512/176/718/2510.1200 最大特征根=7.052,RI=1.32,CI=0.087,CR=0.00660.1判断矩阵C4-P(相对于折旧维护准则而言，各方案之间的相对重要性比较)C4P1P2P3P4P5P6P7WP111
14、/22111/24/50.1000P2214218/51/20.2500P31/21/411/21/21/42/50.0500P411/22111/24/50.1000P511/22111/24/50.1000P62142218/50.2500P75/45/85/25/45/45/810.1500最大特征根=7.015,RI=1.32,CI=0.025,CR=0.00190.1判断矩阵C5-P(相对于折旧维护准则而言，各方案之间的相对重要性比较)C5P1P2P3P4P5P6P7WP111/22111/24/50.1000P2214218/51/20.2500P31/21/411/21/21/4
15、2/50.0500P411/22111/24/50.1000P511/22111/24/50.1000P62142218/50.2500P75/45/85/25/45/45/810.1500最大特征根=7.015,RI=1.32,CI=0.025,CR=0.00180.1层次总排序计算结果层次C层次PC10.253C20.047C30.133C40.516C50.051层次P总排序权值评价排序P10.2410.10000.11000.10000.10000.13702P20.1260.20000.15000.25000.25000.11795P30.1510.09000.13000.05000
16、.05000.08817P40.1710.15000.16000.10000.10000.12834P50.0940.10000.11000.10000.10000.09986P60.1310.20000.14000.25000.25000.20291P70.0850.15000.12000.15000.15000.12963CI=0.253*0.057+0.047*0.0123+0.133*0.87+0.516*0.025+0.051*0.02=0.1240RI=0.253*1.32+0.047*1.32+0.133*1.32+0.516*1.325+0.051*1.322=1.3227CR
17、=0.0937K2K3 可见K1所对应的事物M1即备选方案1农业东路加气站是最优的选址方案。 问题（3）：为更好的发挥郑州市CNG加气站的经济效益和社会效益本课题组认为加气站在建设的过程中还应考虑以下因素： 1、适应北方寒冷地区的特点车用天然气质量应符合GB18047-2000车用压缩天然气的规定，冬季冰冻时间长，建站时必须考虑它的特殊性。 (1)天然气深度脱水 天然气的脱水干燥在北方寒冷地区非常重要。天然气脱水后的水露点(低于一20)在工作压力下必须低于当地最低环境温度5 以下。 (2)安装保温系统 建有压缩机房的加气站及露天安装的橇装式压缩机站应配备取暖保温装置。再生装置应配设伴热装置，以
18、消除因节流造成的冰堵现象。 (3)采用风冷系统 加气站中的压缩机气缸和级间冷却采用风冷方式。在寒冷地区或冬季最好采用风冷方式，但有时也可采用混合冷却的方式。 2、工程建设资质CNG加气站属高压危险场所，输送介质是天然气，绝大部分设备属高压容器和高压管道。为了保证建设质量和运行安全，建设单位不仅要按规定办理一系列的审批手续，而且工艺设计、工程设计、设备制造、建设施工单位都必须具备国家质量技术监督部门批准颁发的相应资格证书。(1)设计 CNG加气站的设计属于高压燃气设计范畴，必须执行GB5O156-2OO2汽车加油加气站气计与施工规范，由具有燃气设计资格的单位来承担设计。(2)压力容器类设备加气站
19、中的脱水干燥装置、脱硫装置、储气瓶组和回收罐等都属于压力容器，设计制造厂商应具备相应的设计生产资质，符合国际通用标准要求，并且还必须取得中国进口许可证，选用有压力容器制造许可证的国家定点厂商所生产的合格产品。(3)高压管道及设备的安装燃气高压管道及设备的安装施工质量，直接影响加气站的运行安全，必须具有相应资质的施工队伍才能承建。德州加气站是由四川设备厂家组织具有专业技术资质的施工单位进行施工，地下高压管道采用焊接方式连接，经过了探伤和压力气密试验，安全可靠，地上高压管道为卡套式连接方式，便于维修更换。 3、储气瓶组容量应与压缩机匹配储气瓶组的容量既要考虑汽车加气量，又必须和压缩机的排气量相匹配
20、。若储气瓶组容量过小，会造成压缩机的频繁起动，缩短压缩机的使用寿命；若储气瓶组容量过大，虽然在加气高峰时可以和压缩机一起解决供气量不足的矛盾，但随着储气容量的增大，会延长储气瓶组灌充时间。因此，储气瓶组的容积应经过仔细测算后合理确定。储气容积与CNG加气站规模和不均衡充气程度紧密相关。天然气加气站发展最早、技术较成熟的四川省地方标准(“车用压缩天然气充装站建设技术规范”)规定的储气容积见表1。表1 车用压缩天然气充装站储气容积的要求压缩机总排气量(m。h)储气总容量(m。)压缩机总排气量(m。h) 储气总 容量(m。) 1800 7 500 600 2 5O0 1 200 5 000 其它地区
21、可参考表1中的数据，针对公交或环卫车辆为主要服务对象的CNG加气站，应尽量通过调度手段缓解加气过分集中的矛盾，以减少所需储气容器。问题（4）： 面对郑州市CNG加气站的现状为耿海的解决存在的突出矛盾结合郑州实际对今后郑州市CNG加气站的建设特提出以下建议： 1、CNG加气站的安全间距规定有待适当减小 从CNG加气站天然气扩散到着火浓度下限(约5)的扩散间距看，扩散距离与天然气量、风速、地形等多个条件有关。天然气比重轻，在CNG加气站在正常 情况下，天然气泄漏排放量很少，会很快向上扩散，事故机率极低。我国炼化行业规定的这类轻气体通风良好的危险区域仅是向上7.5米，向下及向左右4.5米 。 从燃烧
22、的直接着火范围看，CH4+2O2CO2+2H2O甲烷完全燃烧前后气体摩尔数不变，只是因温度上升体积膨胀约(1500+273)(20+273)6倍。假定10立方米天然气大气中燃烧呈球形膨胀，直接着火半径仅为6.7米(因为1243R3=106(1+9.5)。相对而言0.125立方米LPG的直接着火燃料范围约15米。从防爆看，CNG气瓶爆炸的危害范围虽可达几十上百米，但CNG气瓶的爆炸事故是应该杜绝发生的，CNG加气站还可用防爆墙、防爆拦等加强安全。 因此，本小组认为安全间距的规定既要确保安全又要合理用地，应以技术安全为主而不是单纯以距离来确保安全。建议技术安全重点为三方面：一是合理设计和合理 施工
23、，二是使用上严格火源管理和减少天然气泄漏量，三是提高设备安全可靠性，杜绝储气瓶爆破事故的发生，必要时采用防爆墙栅等。在此基础上对郑州现有规范 安全间距适当减小的是可行的，国外规范在这方面更为我们提供了良好的范例。 2、整体规划，分期建设 在城市总体规划的基础上，对CNG汽车加气站做出整体规划，合理布置建站位置、规模、数量。在整体规划的基础上分期、分批进行建设。逐渐形成一个合理高效的CNG汽车加气站网络，方便用户的使用。同时要符合环境保护和防火安全的要求。 3、 加大宣传开发力度，合理选择用户 CNG汽车在国内一些大城市如北京、重庆等已有越来越广泛的应用，但在大多中小城市的使用才刚刚起步。因此应
24、加大宣传力度，让人们充分认识到CNG汽车的优点，尤其是在价格上让用户接受。在车辆改造上，首先选择经常在市区行驶、使用频率高、年行驶里程长，在使用期内能迅速收回投资，且有一定经济效益的辆如公交车辆、出租车等，然后逐渐拓展市场。参考文献1 谭跃进等，系统工程，长沙：国防科技大学出版社，1999。2 王德荣等，基于模糊物元分析的城市加油站选址决策方法研究，重庆科技学院报，16731980(2008)03012104。3 刘俊宝，加油站选址的原则和影响因素，石油库与加油站 ，第16卷 第5期 总第93期 2007年10月出版。附录：求解最大特征根及其归一化特征向量的C程序：includeinclude
25、#define n 5/*随矩阵阶数改变*/main()int i,j,c=1,b=0,temp,k=0;float ann=1,5,5,1/5,5,1/5,1,1/5,1/7,1,1/5,5,1,1/5,5,5,7,5,1,5,1/5,1,1/5,1/5,1,t,e=0.0001,p=0,r=0;/*e为精度,wn1为正规化初始向量*/*printf(请输入精度：n);scanf(%fn,&e);printf(请输入判断矩阵：n); for(i=0;in;i+)for(j=0;jn;j+)scanf(%f ,&aij);*/for(; ;) int tag=1; k+; c=k%2;/*使c
26、的值保持在0和1*/ b=fabs(c-1);for(i=0;in;i+)for(j=0;jn;j+)wic=wic+aij*wjb;for(i=0;in;i+)p=wic+p;for(i=0;in;i+)wic=wic/p;/*归一化*/ p=0; for(i=0;ie) tag=0;/*求出最大差值*/if(tag=1)/*如果tag=1，则说明误差在精度内，循环可以停止*/for(i=0;in;i+)r=r+wic/(wib*n);printf(n特征根为：%f%dn,r,k);printf(特征向量为：n);for(i=0;in;i+)printf(%f ,wic);break;/*求最大特征向量*/elsecontinue;17
