艦艇火災風險分析及消防能力評估

晁小雨，浦金云，侯 岳

(海軍工程大學 動力工程學院，湖北 武漢430033)

0 引 言

現代艦艇內部結構復雜，易燃易爆物品多，一旦發生火災，人員逃生、滅火救援的難度極大。通過對艦船進行火災風險分析，辨識主要火災危險源，并對危險源進行分級，可以有效認識到在艦船火災中起重要作用的因素，從而為艦船的設計及日常消防管理提供理論依據，預防火災的發生。張光輝等［1］通過事故樹分析方法分析了艦艇火災危險源，但缺乏一定的客觀性。馮明初等［2］運用區域模擬方法，對全船火災危險等級進行劃分，但沒有針對消防能力做出評估。層次分析法［3］具有定性與定量分析相結合的優點，可以簡單有效地分析艦船火災風險。本文對風險因子建立評估指標，結合通過層次分析法得到風險因子的權重，提出一個全船的消防能力評估模型。

1 艦艇火災危險源辨析

1.1 火災危險源定義與分類

鄭紅梅等［4］將火災危險源定義為可能引起目標對象遭受火災災害影響的所有根源。火災危險源通常分為第1 類火災危險源和第2 類火災危險源。第1 類火災危險源為系統中存在的可燃物等可能意外釋放的能量載體;第2 類火災危險源為導致消除火災或限制火災失效的因素［5］。此外，由于艦艇火災主要由艦員自救進行滅火，因此應還有第3 類火災危險源，即指揮、組織管理中的不安全因素。

1.2 艦艇火災危險源

第1 類火災危險源分析如下:艦船上主要可燃物為燃油、滑油、污油、廚房用油、彈藥及生活用品等。燃油艙溢出或滲漏的燃油接觸到熱表面會形成燃油蒸汽，一旦達到閃點就會發生火災甚至爆炸。同樣，管路如果破裂或連接處密封不嚴，使油料噴出或滴落，也有可能引發火災。彈藥艙內彈藥自燃、由外界火災引燃都等有可能引起彈藥爆炸，大大增加了火災危險性，難以進行滅火。

第2 類火災危險源分析如下:火災報警系統的故障可能導致無法在火災初期發現火情，錯過最佳滅火時間，從而使火勢蔓延;在艦艇的結構防火方面，不合理的防火分隔可能會導致火災蔓延到其他艙室;進行滅火時，滅火器材或系統故障或使用錯誤有時甚至會加重火災的破壞效果。

第3 類火災危險源分析如下:在滅火活動中，相關艦員操作失誤、違反規章條令的操作和指揮人員的錯誤決定均可能使滅火失敗。

2 艦艇火災層次分析模型

2.1 建立層次分析模型

本文以艦艇火災危險為目標層，將艦船火災危險源轉化為準則層及指標層因子，構造層次分析模型如圖1所示。

圖1 艦艇消防能力層次分析模型Fig.1 AHP model of warship fire-fighting ability

2.2 構造判斷矩陣

將同一層次的因素進行兩兩比較，通過比較兩者重要度的差異，構造出該層次的判斷矩陣。判斷矩陣有多種標度方法，通常用1～9 標度表示［6］。

表1 判斷矩陣標度及其含義［7］Tab.1 The fundamental scale

2.3 權重計算與一致性檢驗

一致性指標CI 通常的計算方法為

平均隨機一致性指標RI與矩陣階數n的對應關系如表2所示。

表2 平均一致性指標Tab.2 Mean consistency index

隨機一致性比率CR為一致性指標與同階矩陣的平均隨機一致性指標之比，即CR = CI/RI。當CR ≤0.1 時，判斷矩陣的一致性檢驗通過，否則對判斷矩陣修正。

3 風險因子評估指標與總體消防能力評估

3.1 風險因子評估指標建立

根據層次分析法，將方案層的因子作為消防能力好壞的評估指標。由于不同因子性能評估指標不同，因此需要建立一個通用的標準指標。具體而言，風險因子可以分為可定性評估因子和可定量評估因子。對于定性評估因子，按照能滿足消防要求或規范的程度進行分級，具體分級與對應評分如表3所示。

表3 定性評估因子分級與評分Tab.3 Classification and grade of qualitative assessment factor

定量評估因子可進一步分為兩類:1)可以參照相關國軍標準進行量化評估，例如防火區域劃分、消防栓保護面積等;2)可以依照經驗或統計數據進行量化評估，例如燃料熱釋放速率、探測器響應時間等。此外，由于每個指標的量綱和特性不同，需要對指標進行無量綱處理。假設第i個指標的實際值為ti，該指標的標準值或經驗最佳值為t，則對于以大為優的指標，其評估值pi為ti/t;對于以小為優的指標，其評估值pi為t/ti。

3.2 總體消防能力評估模型

假設某一指標層的得分為

結合權重計算，該準則層的評價得分為

某型艦艇總體消防能力評價得分為

其中，n1為指標層下風險因子個數;pi為第i個風險因子的指標值;Sj為第j個指標層的評價得分;n2為某一準則層下指標層的個數;Zk為第k個準則層的評價得分;T為艦艇總體消防能力得分。

4 算 例

4.1 權重計算

以某型艦船為例，通過專家評判，建立判斷矩陣。經計算，其準則層及指標層的權重如表4～表8所示。

表4 準則層權重計算結果Tab.4 Pairwise comparison matrix for level 1

表5 指標層C1 計算結果Tab.5 Pairwise comparison matrix for level C1

表6 指標層C2 計算結果Tab.6 Pairwise comparison matrix for level C2

表7 指標層C3 計算結果Tab.7 Pairwise comparison matrix for level C3

表8 指標層C4 計算結果Tab.8 Pairwise comparison matrix for level C4

根據計算結果，在4個準則層中，消防裝備(0.412 8)和結構防火(0.337 7)占有較大比重，而可燃物管理(0.140 6)和人員管理(0.103 5)所占權重較小。

在指標層中，器材配置、武器規避、耐火分隔、自動報警系統在重要度總排名中依次為前4 名，因此在艦艇設計階段，應根據可能發生的火災的類型、規模、增長方式等特性，重視合理配置消防器材的種類、數量，確保能夠及時有效地滅火。

通風、油料管理、熱源管理和指揮不力等指標層對目標層的權重均低于0.05，相對其他指標層因素較小。因此可以適當減少對這些風險因子的檢查，將消防工作的重點轉到重要度高的因子上。

4.2 風險因子指標計算

根據準則層權重計算結果，以人員管理為例，分析某艦艇的消防能力并計算各個風險因子指標值。根據訓練及日常統計數據，得出風險因子指標值如表9所示。

表9 人員管理層風險因子指標值Tab.9 Risk factor of level C4

經計算，人員管理準則層的評價得分為0.085。對其他3個準則層下的風險因子分別通過上述方法進行評估，消防裝備、結構防火、可燃物管理、人員管理得分依次為0.886 9，0.905 2，0.875 6，0.08 5，該艦艇綜合消防能力評分為0.879 9。

5 結 語

本文在對艦艇火災危險源進行辨識的基礎上，建立了層次分析模型。分析結果表明，消防裝備對發現和消除艦艇火災有較大的影響。因此在艦艇設計階段應考慮可能發生的火災及其可能造成的損傷，以此作為依據，使消防裝備能夠滿足滅火需求。通過將計算各個危險源的權重與風險因子的評價得分相結合，建立了一個較為系統的艦艇消防能力評估模型，以此可作為評價不同的消防方案對于同一艦艇能力好壞的依據。由于火災發生及發展的不確定性，在下一步的工作中，還需對某些風險因子的評價指標做出更精細的認定。

［1］張光輝，浦金云，周瑞.艦艇艙室火災危險源的分析和辨識［J］.海軍工程大學學報，2014，26(2):104 -107.ZHANG Guang-hui，PU Jin-yun，ZHOU Rui.Analysis and identification of fire hazards in ship cabins［J］.Journal of Naval University of Engineering，2014，26(2):104 -107.

［2］馮明初，楊志青，仲晨華.用區域模擬方法評估艦艇火災危險性［J］.武漢理工大學學報，2006，30(3):512 -515.FENG Ming-chu，YANG Zhi-qing，ZHONG Chen-hua.Evaluation of the fire hazard of naval ship in a zone fire model［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2006，30(3):512 -515.

［3］SATTY T L.The analytic hierarchy process［M］.Mc Graw Hill，Inc.New York，1990.

［4］鄭紅梅，陳國良，王瑋，等.火災風險評估相關概念辨析［J］.中國安全科學學報，2008，18(6):75 -79.ZHENG Hong-mei，CHEN Guo-liang，WANG Wei，et al.Discussion on the difference and similarity of some terms related to fire risk assessment［J］.China Safety Science Journal，2008，18(6):75 -79.

［5］孫占輝，姚斌，孫金華.火災場景設計與火災危險度分析在火災性能化設計危險源危險源辨識中的應用［J］.火災科學，2004，13(2):106 -110.SUN Zhan-hui，YAO Bin，SUN Jin-hua.Application of design fire and fire hazard degree analysis in hazard identification of performance -based fire protection design［J］.Fire Safety Science，2004，13(2):106 -110.

［6］趙煥臣，許樹柏，和金生.層次分析法——一種簡易的新決策方法［M］.北京:科學出版社，1986:9 -24.

［7］劉鐵民，張興凱，劉功智.安全評價方法應用指南［M］.北京:化學工業出版社，2005:15 -38.