基于模糊綜合評價法的實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價

劉 音， 王瑞雪， 劉 洋， 馮 肖, 崔向崢

(山東科技大學(xué) a. 礦業(yè)與安全工程學(xué)院, b. 礦業(yè)工程國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心，山東 青島 266590)

0 引 言

隨著高等教育事業(yè)不斷普及和深入，無論從數(shù)量還是質(zhì)量上，高校實(shí)驗室建設(shè)都達(dá)到了前所未有的高度，實(shí)驗室所承擔(dān)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)進(jìn)一步加重，而同時實(shí)驗室安全工作也面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)[1]。當(dāng)前我國開設(shè)安全工程專業(yè)的高校達(dá)170所，而通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室是在安全工程教學(xué)過程中不可缺少的實(shí)驗場所。由于通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室一般設(shè)置在環(huán)境相對密閉的室內(nèi)，且設(shè)備材質(zhì)如通風(fēng)管道多為可燃性較高的塑膠，具有較大的安全隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，將嚴(yán)重影響到正常的教學(xué)秩序和師生身心健康，并將造成不良的社會影響[2]。

對于火災(zāi)預(yù)防及評價的研究，最早出現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國家。Moshashaei等[3]基于13類期刊的93篇學(xué)術(shù)論文對目前火災(zāi)風(fēng)險評估所涉及的領(lǐng)域及方法進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，為火災(zāi)風(fēng)險評估方法的選擇和應(yīng)用提供參考；我國對于火災(zāi)風(fēng)險評價研究的起步較晚，從20世紀(jì)80年代開始，對火災(zāi)風(fēng)險的評價工作逐步展開[4]；李志紅[5]通過對2001年以來的100起典型實(shí)驗室事故原因及后果分析，得出火災(zāi)和爆炸是實(shí)驗室事故的主要類型；基于火災(zāi)風(fēng)險評價的思路和方法，尤立明等[6]從安全系統(tǒng)工程學(xué)的有關(guān)原理出發(fā)，采用事故樹分析法，對實(shí)驗室火災(zāi)事故進(jìn)行了全面的分析，得出了發(fā)生火災(zāi)事故的可能途徑，為確立實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險指標(biāo)提供借鑒；李燕捷[7]分析了實(shí)驗室火災(zāi)事故因果關(guān)系，繪制了火災(zāi)事故因果建構(gòu)圖，為預(yù)防實(shí)驗室火災(zāi)的發(fā)生提供了指導(dǎo)。

為了切實(shí)保證實(shí)驗教學(xué)和科研的進(jìn)行、有效預(yù)防和控制火災(zāi)，本文以安全系統(tǒng)工程為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，基于模糊綜合評價，得出通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室的安全等級，結(jié)合通風(fēng)仿真實(shí)驗室的特點(diǎn)，提出實(shí)驗室管理和預(yù)防措施。

1 通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險綜合評價模型的建立

1.1 風(fēng)險識別

在遵循評價指標(biāo)體系建立原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗室的固有特點(diǎn)和有關(guān)專家的意見，針對通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室，歸納出了其主要的火災(zāi)風(fēng)險因素：

(1) 建筑物屬性。就建筑物本身耐火性而言，發(fā)生火災(zāi)的難易主要取決于建筑物的耐火等級和裝修材料的耐火性，除此之外，防火分區(qū)和防煙分區(qū)是影響火災(zāi)蔓延的重要因素。

(2) 滅火能力。 滅火能力首先考慮是否安裝能進(jìn)行預(yù)警和早期監(jiān)測的探測報警系統(tǒng)，其次還包括用于滅火的設(shè)備器械，包括消火栓和滅火器。發(fā)生火災(zāi)時排煙系統(tǒng)也是影響火災(zāi)危害程度的重要因素。

(3) 火災(zāi)負(fù)荷。 通俗來講，火災(zāi)負(fù)荷是指在自然條件下發(fā)生火災(zāi)的難易程度，主要取決于可燃物數(shù)量、超負(fù)荷電器使用率、意外點(diǎn)火源等因素，另外線路接頭和絕緣層是否存在破損，儀器設(shè)備是否老化也應(yīng)進(jìn)行考慮。

(4) 人員因素。實(shí)驗室中進(jìn)行的實(shí)驗操作本身就具有一定的火災(zāi)危險性，需要操作人員的大量專業(yè)知識和強(qiáng)大的動手能力進(jìn)行把控。實(shí)驗室人員的素質(zhì)、心理狀態(tài)、人員數(shù)量等都會影響火災(zāi)發(fā)生的幾率和危害程度。

(5) 安全疏散能力。發(fā)生火災(zāi)之后，是否能夠進(jìn)行有效的人員、財產(chǎn)疏散對火災(zāi)風(fēng)險評價具有十分重大的意義，包括安全出口數(shù)量、安全疏散距離、疏散標(biāo)志等因素。

(6) 安全管理。火災(zāi)事故需要防患于未然，日常管理中落實(shí)是否實(shí)行消防安全責(zé)任制，是否定期進(jìn)行消防演習(xí)和檢查、是否制定消防應(yīng)急預(yù)案等，直接影響火災(zāi)的危害程度。

1.2 評價體系的確定

評價體系框架見圖1。

圖1 通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系

1.3 建立通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室評價因素集和評語集

模糊綜合評價的目的在于將每個評價對象的綜合分值進(jìn)行大小排序，選擇一個最佳結(jié)果，應(yīng)用在本文中則是在評價結(jié)果V中挑選出最客觀合理的火災(zāi)風(fēng)險狀態(tài)。

評價對象的影響因素組成的集合稱為因素集[8]，表達(dá)式為：

U={u1,u2, …,un}

(1)

式中，Ui=(i=1,2,…,n)表示被評價系統(tǒng)的評價指標(biāo)。

在通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價中，因素集主要包含儀器操作、建筑物結(jié)構(gòu)與火災(zāi)載荷、消防設(shè)施配備、實(shí)驗室人員素質(zhì)、實(shí)驗室管理水平等因素。

被評價系統(tǒng)的各個影響因素的評判結(jié)果構(gòu)成的集合成為評語集，表達(dá)式為：

V={v1,v2,…,vm}

(2)

式中，Vi=(i=1,2,…,m)表示可能的評判結(jié)果，一般劃分為3至5個等級。在通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價中，評語集可設(shè)定為V={安全，比較安全，一般安全，不安全，很不安全}

1.4 基于專家評分法的各級評價指標(biāo)權(quán)重的確定

先由調(diào)查者擬定評價表格，然后交由各位專家獨(dú)立評分，專家之間互不交流，不受外界影響，保證評分的科學(xué)性。最后由調(diào)查者歸納整理數(shù)據(jù)，進(jìn)而得出結(jié)論。

(3)

因此可以得出各模糊子集A=(a1,a2,…,an)。

通過制定調(diào)查表、請專家打分、收集整理專家打分表等過程，代入式(3)計算得出各因素重要程度系數(shù)。如表1所示。

表1 通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價因素集權(quán)重分配表

1.5 評價指標(biāo)等級量化準(zhǔn)則

根據(jù)專家對指標(biāo)體系的打分，計算出了各指標(biāo)的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價的定量分析。然而對通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險評價的目的，是要獲得其火災(zāi)風(fēng)險性的高低，即需要獲得一個定性的評價結(jié)果。因此，依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合有關(guān)專家建議，制定了出合理的評分等級標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 評分等級標(biāo)準(zhǔn)

若對指標(biāo)的評分位于90～100分，則表示被評價指標(biāo)的安全等級高，能夠起到較好的預(yù)防和控制火災(zāi)的作用。若指標(biāo)評分位于80～90分，則表示被評價指標(biāo)的安全等級較高；若指標(biāo)評分位于70～80分，則表示被評價指標(biāo)的安全等級一般。如果指標(biāo)評分位于上述3個等級，則其安全性處于可以接受的水平。若指標(biāo)評分位于60～70分，則表示被評價指標(biāo)的安全等級較低；若指標(biāo)評分小于60分，則其安全水平難以接受。如果指標(biāo)評分位于這2個等級，那么必須立即采取有效措施進(jìn)行整改。

2 實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險綜合評價實(shí)證研究

2.1 通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室概況

實(shí)驗室建成于2006年并投入使用，建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，耐火等級為二級。該樓共4層，有眾多辦公室、機(jī)房和實(shí)驗室。被評價的通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室位于二樓東側(cè)，緊鄰疏散樓梯。

2.2 確定因素集及因素評分

通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險模糊綜合評價的因素集為通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系(圖1)的各評價指標(biāo)。指標(biāo)的定量化評分區(qū)間為90～100分、80～90分、70～80分、60～70分和不足60分，分別對應(yīng)安全等級為高、較高、一般、較低、低。對于最終綜合評價結(jié)果的安全等級定位分為安全、比較安全、一般安全、存在危險、非常危險5個等級。邀請10位專家根據(jù)實(shí)驗室的具體情況進(jìn)行打分，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果7位專家人為實(shí)驗室安全等級高、2位專家認(rèn)為安全等級較高、1位專家認(rèn)為安全等級一般，則此評價指標(biāo)的評分記為(0.7,0.2,0.1,0.0,0.0)。

2.3 模糊綜合評價

2.3.1單因素模糊綜合評判

單獨(dú)對某一個因素進(jìn)行模糊評價，可以得到這個因素與評語之間的模糊關(guān)系矩陣，這個過程稱為單因素模糊評判。

從單因素Ui來進(jìn)行評價，獲得對評價子集Vj的隸屬度rij，就可以得到第i個因素的單因素模糊評價集合ri=(ri1,ri2,…,rim)，那么完成對n個因素的模糊評價，即可得到模糊關(guān)系矩陣：

(4)

則綜合評判結(jié)果為：

B=AR=(b1,b2,…,bm)，i=1,2,…,m

其中，B為U對V的隸屬向量。例如

建筑物屬性U1：

B1=A1R1=(0.302,0.293,0.190,0.189)·

(0.158 6,0.498 8,0.240 6,0.076,0)

同理可得：

滅火能力U2

B2=(0.318 2,0.350 5,0.601 9,0.032 4,0)

火災(zāi)負(fù)荷U3

B3=(0.335 1,0.329 3,0.201 4,0.050 2,0)

人員因素U4

B4=(0.367 8,0.301 2,0.198,0,0)

安全疏散能力U5

B5=(0.255 6,0.235 8,0.198 6,0,0)

安全管理U6

B6=(0.02,0.358 2,0.549 1,0.119 7,0)

2.3.2二級模糊綜合評價

將U1,U2,U3,U4,U5,U6看做6個綜合影響因素，將B1,B2,B3,B4,B5,B6構(gòu)成其模糊矩陣R，計算如下：

B=AR=(0.294,0.246,0.264,0.286,0.245,0.339)·

(0.387 964 8,0.591 471 6,0.557 081 1,0.084 145 5,0)

根據(jù)最大隸屬度原則，綜合評價結(jié)果顯示，通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室的安全等級為比較安全。

3 實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險控制對策

綜合評價結(jié)果顯示實(shí)驗室處于比較安全的狀態(tài)，但從專家評分可以看出，仍存在一些安全等級偏低的單項指標(biāo)。比如安全管理U6，其專家評分為(0.02,0.358 2,0.549 1,0.119 7,0)，安全等級為一般安全，有較大的改進(jìn)提升空間。

綜合考慮上述的評價結(jié)果，對實(shí)驗室的火災(zāi)風(fēng)險控制提出以下整改措施：

(1) 完善消防安全責(zé)任制。安全管理是實(shí)驗室管理的一項重要內(nèi)容[9]，應(yīng)從人、物、環(huán)境三方面建立消防安全責(zé)任制，將實(shí)驗室消防安全管理的責(zé)任落實(shí)到每個人和每個時間段。各實(shí)驗室應(yīng)該根據(jù)自身存放實(shí)驗物品的性質(zhì)、實(shí)驗條件、可燃物數(shù)量等實(shí)際情況，建立健全有針對型的消防安全管理制度并落實(shí)防火崗位責(zé)任制。

(2) 建立健全火災(zāi)事故應(yīng)急預(yù)案。若要充分發(fā)揮火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案對事故處理的指導(dǎo)作用，應(yīng)當(dāng)確保應(yīng)急預(yù)案符合實(shí)驗室的管理現(xiàn)狀，才能使預(yù)案具有可操作性和可執(zhí)行性[10]。

(3) 加強(qiáng)消防安全檢查。安全檢查時要做的有章可循，根據(jù)法律法規(guī)、應(yīng)急預(yù)案和相關(guān)安全檢查表的詳細(xì)項目逐條進(jìn)行檢查，對于檢查過程中發(fā)現(xiàn)的隱患必須及時進(jìn)行上報和整改[11]。同時應(yīng)詳細(xì)記錄每次檢查的流程、結(jié)果和檢查人員，建檔保存并在一定時間內(nèi)再次檢查整改措施的落實(shí)情況。

(4) 加大實(shí)驗室消防安全建設(shè)力度。除了配備常見的各種滅火器、火災(zāi)探測警報裝置外，有條件的實(shí)驗室還應(yīng)安裝自動噴淋滅火系統(tǒng)、將室內(nèi)可燃裝修材料更換為不燃或難燃材料，抑制火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展[12-13]。

(5) 加強(qiáng)師生安全教育，堅持防火演習(xí)。高校應(yīng)當(dāng)定期開設(shè)消防安全知識講座，普及消防安全知識和技能[14]：會使用滅火器；正確處理初期火災(zāi)，爭取較多的人員疏散時間[15]；及時組織人員疏散。只有日常積累足夠的安全知識，才能在事故發(fā)生時采取正確的措施從容應(yīng)對。

4 結(jié) 語

本文以通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室為例，從建筑物屬性、滅火能力、火災(zāi)負(fù)荷等6個方面對通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險識別，建立了通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，通過專家評分法確定指標(biāo)集的權(quán)重，結(jié)合模糊綜合評價法得出通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室模糊綜合評價模型。通過對該實(shí)驗室進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險評價實(shí)證研究，得出通風(fēng)工程仿真實(shí)驗室的安全等級為比較安全，最后根據(jù)綜合評價結(jié)果提出相應(yīng)的對策措施，為進(jìn)行實(shí)驗室火災(zāi)風(fēng)險評價提供了理論指導(dǎo)。