基于層次熵和雷達圖的電氣火災風險評估研究

馬曉霞

(包頭市消防支隊，內蒙古 包頭 014010)

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基于層次熵和雷達圖的電氣火災風險評估研究

馬曉霞

(包頭市消防支隊，內蒙古 包頭 014010)

隨著我國經濟的快速發展，企業發生電氣火災的事故率攀升，目前已成為我國傷亡人數最多的火災事故之一，研究關于企業電氣火災風險的理論和評價方法等意義重大。在系統搜集整理我國2005—2013年企業電氣火災事故的數據資料的基礎上，參考國內外研究成果，結合實地調研及專家研討的結果，構建了企業電氣火災風險評價指標體系。利用層次分析法和熵值法等數學方法計算指標體系中各指標的權重系數，并將電氣火災風險程度劃分為五個等級，最后利用雷達圖來綜合反映企業電氣火災風險級別。以國內某綜合性商場為研究對象，對其電氣火災風險進行評估，結果表明該商場的火災風險等級為二級，并且在雷達圖中可直觀地看出影響電氣火災的高風險指標，為該商場有針對性地開展防火監控提供了科學有效的手段。

層次分析法；熵值法；電氣火災；風險評估

電氣火災是指因電氣設備、電氣線路故障或者違章操作而引發的火災[1]，具有季節性、時間性的特點。對企業內部的電氣火災隱患進行綜合評價，可以做到提前預防、重點監控，及時排除事故隱患。企業電氣火災風險評估不僅是企業安全生產評價的一個重要組成部分，而且是保障企業用電安全管理及安全運行的有效辦法[2]。Brett等[3]認為電氣火災風險評估是降低工作場所由電氣引發火災造成財產損失以及人員傷亡的重要方法。Hugh等[4]指出許多企業均做不到科學的電氣火災風險評估，且這些企業當中發生的許多電氣火災事故都是可以提前預防阻止發生的。例如，工作人員在操作通電的器械或設備時使用絕緣手套，使用電弧額定服裝可以在一定程度上阻止燃燒，從而起到保護工作人員的人身安全的作用。

關于企業電氣火災風險評估方面的研究，國內學者已做了大量的工作，且取得了一定的成果。如徐亞博[5]、宋桂君[6]等針對國內企業因電氣發生火災的數量、傷亡情況、財產損失以及起火原因等進行了分析，并深入分析了電氣火災發生的特點及規律，根據不同的特點提出相應的電氣防火策略。本文通過企業電氣火災風險評價指標體系的構建，評估企業的電氣火災風險，從而為企業及時采取防火安全措施，降低事故發生率提供有效的理論依據。

1 評價指標體系的建立

評價指標體系中指標的選擇應遵循科學性、完備性、現實可行性、相對獨立性的原則，在綜合考慮人、材料、機械、方法、環境等五大主要因素的前提下，筆者搜集整理我國2005—2013年企業電氣火災事故的數據資料，采用指標頻次統計分析的方法，并通過實地調研，參考多次專家學者研討會的結果，構建了一套企業電氣火災風險評價指標體系，見表1。

2 權重的計算

目前，國內外學者提出的關于企業電氣火災風險綜合評價的方法多達幾十種，其中使用較多的是層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評價法、熵值法等。層次分析法雖然能夠解決指標綜合排序的相關問題，但是含有很大的主觀性[7]；熵值法是一種客觀賦權法，是指利用樣本數據之間的熵來判斷各樣本數據之間的離散程度，并依據信息熵來計算各樣本指標數據之間的權重，計算過程雖然避免了人為主觀影響帶來的偏差，但也有可能出現計算結果與實際情況完全相反的情況[8]。因此，在利用多指標綜合評價法對企業電氣火災風險進行評估時，各指標權重系數的大小對最終綜合評價結果的正確性、科學性、合理性起著決定性的作用。結合本文研究對象的特點及層次分析法與熵值法各自的優缺點，現將層次分析法與熵值法結合起來，即應用層次熵綜合評價方法對企業電氣火災風險等級進行綜合評價。通過綜合發揮層次分析法和熵值法的優點，既能降低由于專家知識結構、技術人員理論知識專一等人為主觀因素造成的誤差，又能充分考慮到樣本原始數據的客觀性，將定性評價與定量評價相結合，評價結果比單一的定量或者定性評估可靠。

2.1 層次分析法

層次分析法[9-11]是把人的主觀判斷用數值的形式來表述和處理，是一種把復雜問題中的各因素劃分成相關聯的有序層次，使之條理化的多目標、多準則的決策方法[12]。層次分析法具有高度的邏輯性、系統性、簡潔性、實用性，其主要計算步驟如下：

2.1.1 構建判斷矩陣

(1)

式中，P為判斷矩陣;μi，μj為因素，其中i,j=1,2,…,n;μij代表μi對μj的影響程度。

2.1.2 計算重要性排序

基于以上的判斷矩陣，求解對應的特征向量。

(2)

式中，w為特征向量，λmax為最大特征根。

將特征向量w歸一化處理，即可得到各指標的權重。

2.1.3 一致性檢驗

在得到各指標權重后，需要進一步對權重系數進行一致性檢驗。

(3)

式中，CR為一致性檢驗結果，當CR<0.1時，表示檢驗通過，否則需要繼續進行循環判斷，一直到CR<0.1，滿足一致性檢驗。

2.2 熵值法

在信息論中，熵是系統無序度的度量[13]。評價指標體系中各指標的熵權反映了其所提供的有用信息量，若某一指標的無序程度較高，則表示其信息熵也越大，其信息的效用值也就越大。反之，若信息熵越小，則其指標的效用值也就越小。利用熵值法對企業電氣火災風險評價指標進行賦權的步驟如下：

2.2.1 數據標準化

由于企業電氣火災風險評價指標體系中各影響因子的樣本數據單位不統一，因此在利用熵值法計算權重之前必須要對原始數據進行標準化處理，采用線性歸一化的方法，使其值域為[0,1]。

(4)

2.2.2 數據的絕對值處理

在計算樣本指標數據的熵時不能出現負值或者零，因此必須要對標準化后的原始樣本數據進行非負化平移處理。

(5)

2.2.3 計算權重

首先，計算第j項指標下第i個樣本占該指標的比重。

(6)

其次，計算第j項指標的熵值ej。

(7)

式中，k>0，ej≥0，常數k與樣本數n相關，通常有k=1/ln(n)。

再次，計算第j項指標的差異系數gj。gj越大，該指標也就越重要。

(8)

最終可按式(9)求權重。

(9)

2.3 組合評價法

綜合層次分析法和熵值法各自的優缺點，將兩種評價方法計算的權重結果進行加權平均，求得各指標的綜合權重值，這種通過綜合多種不同評價方法所提供的信息的評價方法就是組合評價法。近年來，組合評價方法已成為評價領域中一個重要的研究方向[14]。對于本文中兩種評價方法得到的權重，在經過本領域多位專家的多次討論，結合不同評價方法的特點，同時以多種權重組合進行計算比較的基礎上，決定層次分析法和熵值法的權重分別設為0.5和0.5，最后組合加權得到企業電氣火災風險評價指標體系各項指標的權重系數。

2.4 雷達圖分析法

雷達圖分析法是一種基于形似導航雷達顯示屏上的圖形而構建的多變量對比分析技術[15]。雷達圖分析法通常用于評價對象的綜合評估，先繪制評價對象的雷達圖，然后計算雷達圖的相關變量，最后給出定性評估的結果[16]。該評價分析方法簡單，可以直觀地看出評價對象的狀況，反映各樣本之間的關系，并對評價對象進行歸類分析[17]，因此，目前國內已有大量研究學者采用雷達圖來對企業進行綜合評價。

3 電氣火災的風險分級

3.1 分級的計算

根據企業電氣火災風險指標體系的構建，計算出企業各環節風險的得分，從而得出最終的電氣火災風險評估值。電氣火災的風險綜合評分值按式(10)計算：

(10)

式中，PA為企業電氣火災風險綜合評價值；n為一級指標個數；PBi為各一級指標的得分；Wi為一級指標的權重值。

電氣火災風險一級指標綜合得分值可按式(11)計算：

(11)

式中，PB為一級指標綜合得分值；n為評價指標體系中相應二級指標的總個數；PCi為第i項電氣火災二級指標綜合得分值；Wi為第i項二級指標的權重。

3.2 分級評估標準

企業電氣火災風險等級的評估是按照人們心理測度變化的分值來進行劃分和評估的，同時需要考慮人員、設備、環境以及管理等因素。通過研究分析，參考相關研究結論[18]，經統計分析軟件SPSS擬合后，得出如下冪函數：

(12)

式中，x為平均分配的分值;y為心理測度發生非線性變化時的分值。

根據以上的冪函數，確定分級標準如表2所示。

表2 企業電氣火災風險評價指標各等級分值范圍

4 應用研究

商場在人們日常生活中扮演著越來越重要的角色，且其具有人員密集、人員流動頻繁、空間狹窄、儲物易燃等特點，一旦發生電氣火災事故，往往會造成巨大的人員傷亡和財力損失[19]。因此，針對商場自身的特點，分析其火災特點及易引發火災的關鍵因子，通過構建商場電氣火災風險評價指標體系，找出潛在的火災隱患，提早做出相應的整改措施，可以有效預防電氣火災事故的發生。以某商場為例，通過實地調查數據以及設置的問卷調查結果，結合專家意見，經過組合評價方法計算，得出企業電氣火災風險評價各項指標的權重系數，歸一化處理后，最后得出商場的電氣火災風險評價各項指標評分值。

4.1 評價指標權重的確定

運用層次分析法與熵值法相結合的方法，確定企業電氣火災風險評價指標體系中各級指標的權重系數，經歸一化處理后結果見表1。從表中可以看出，設備的安全性對于電氣火災風險的權重系數最大，達到了0.475，說明設備的安全性是引發企業電氣火災事故的主要因素。人員因素對于電氣火災風險的權重系數達到了0.287，顯著高于環境因素和管理因素對電氣火災風險的權重，說明人員因素也是引發企業電氣火災事故的主要因素之一。

4.2 計算企業電氣火災風險值

企業電氣火災風險評價指標體系中各項指標風險得分結果見表1。從表1可以看出，該商場電氣火災風險綜合評分值為36.733，依據分級評估標準，該商場的電氣火災風險等級為二級，“比較安全”，表明其電氣火災的風險系數還在可控范圍之內。一級指標中環境風險的綜合評分值最高，達到了79.373，說明該商場由環境因素引發電氣火災的風險最大，防火控制能力急需整改完善。設備風險的綜合評分值達到44.321，說明該商場的設備防火控制能力有一定的不足，需要進一步整改。

表1 電氣火災風險評估指標體系中各級指標的權重系數及風險值

此外，該商場電氣火災風險評價指標體系的二級指標中，避難自救能力的評分值最高，達到了24.441，風險等級為二級，說明該商場的避難自救能力較差。安全疏散距離、其他消防設施、環境與設備監控系統等指標的評分值分別為19.103，16.592，15.060，風險級別為一級，其余指標的評分值均低于15，風險級別較低。

4.3 商場的電氣火災風險雷達圖

應用OriginPro 9.0繪制該商場電氣火災風險雷達圖，如圖1所示。從圖1可以看出，在整個企業電氣火災風險評價指標體系的35個二級指標當中，避難自救能力、安全疏散距離、其他消防設施、環境與設備監控系統等指標地理位置偏離圓心最遠，說明這四項指標的防火控制能力最差，急需整改完善。由此可見，企業可通過這種計算針對火災風險提出應急解決方案。

圖1 某商場電氣火災風險雷達圖

5 結論

企業電氣火災風險一直是危害企業的重大隱患，本文融合層次分析法和熵值法，對企業電氣火災風險評價體系進行構建，并給出對應的權重系數，從而使企業電氣火災風險評估更加客觀準確。

5.1 在構建評價指標體系時選擇企業人員風險、設備風險、環境風險和安全管理風險等四個指標作為一級指標，同時構建35個二級指標，并由此提出了企業電氣火災風險的標準，主要有非常安全、比較安全、一般安全、比較危險、非常危險，分別采用一級、二級、三級、四級、五級等五個級別來表示。

5.2 根據本文構建的評價指標體系以及電氣火災風險評估模型，針對某大型商場進行評估。結果表明，該商場的電氣火災風險綜合評分值為36.733，屬于二級風險。此外，利用OriginPro 9.0軟件繪制電氣火災風險雷達圖，從雷達圖中可以明顯看出所有二級指標的風險級別，從而為企業采取有針對性的預防措施提供一定的理論與實踐依據。

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(責任編輯 馬 龍)

Study on Electric Fire Risk Assessment Based on Hierarchical Entropy and Radar Graph

MA Xiaoxia

(BaotouMunicipalFireBrigade,InnerMongoliaAutonomousRegion014010,China)

With the rapid development of economy in China, there have been so many electrical fires at enterprises that electrical fires become one of the leading fires resulting in largest casualties. So it is of great significance to study the theory and assessment methods of electrical fire risks. Based on the data of national electrical fires from 2005 to 2013, and making reference to the domestic and foreign research, field investigation and expert discussion, this paper puts forward an electrical fire risk assessment index system and uses it to assess the fire risk of a shopping mall. The assessment result of the shopping mall is visualized by a radar graph, showing the mall’s electrical fire risk is the second of a five-level scale which is rated according to the weight of indexes resulted from the calculation of analytic hierarchy process (AHP) and hierarchical entropy method. This electrical fire risk assessment index system can provide the shopping mall with an effective scientific means to conduct intensive monitoring so as to prevent fires.

analytic hierarchy process; entropy method; electrical fire; risk assessment

2017-02-20

馬曉霞(1974— )，女，內蒙古左旗人，工程師。

X932

A

1008-2077(2017)06-0018-05