基于因子分析的石化火災固定消防設施有效性分析

陶釔希,夏登友,朱 毅

(中國人民警察大學，河北 廊坊 065000)

2012—2017年，全國年均石化火災發生起數由97起上升到950起，火災的數量、規模和財產損失不斷增加。石化火災初期階段，固定消防設施能否有效發揮作用對控制火勢發展和蔓延至關重要。目前，學者對于固定消防設施有效性的研究主要集中在民用建筑方面，且普遍采取定性分析方法進行研究。由于石油化工火災的突發性和復雜性，對其固定消防設施的有效性研究較少，尤其是缺乏深入的定量分析。本文選取石油化工企業8類固定消防設施，考慮各類設施之間的相關性，采用因子分析方法對篩選后的73起重特大石化火災撲救過程中的有效性進行分析。通過提取公因子，在考慮各類設施關聯性的基礎上，實現對各類設施的有效性排序，進而提出有針對性的改進措施。

1 數據來源

本文所分析的73起重特大石油化工火災中的固定消防設施的相關信息來源于2000—2017年公開出版的《中國消防年鑒》《中國火災統計年鑒》以及“中國化學品安全網”等提供的數據。根據現行國家標準《石油化工企業設計防火規范》《石油庫設計規范》[1-2]，本文選取的8類石油化工企業固定消防設施，分別是火災探測系統、室內消火栓系統、室外消火栓系統、固定泡沫滅火系統、半固定泡沫滅火系統、固定消防水炮、儲罐噴淋冷卻系統和氣體滅火系統。

2 數據分析及結果

2.1 因子分析的條件

因子分析法是通過對多項指標相關系數矩陣的內部結構進行探究，找出能夠反映所有指標項信息的少量幾個主成分因子。同時，將相關性強的幾個原始指標歸在同一類中，每一類成為一個新的因子，從而實現指標的降維[3]。

2.1.1 計算相關系數矩陣。通過計算8類固定消防設施的相關系數矩陣，可以發現相關系數絕對值大于0.3，說明8類系統之間具有較強的相關性，可以提取公因子。

2.1.2 KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗。KMO檢驗用于研究變量之間的偏相關性，其適切性量數值越接近1越適合做因子分析，小于0.6則不宜做因子分析，Bartlett球形度檢驗用于檢驗變量之間的相關性，顯著性小于0.01則相關性較好[4]。通過KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗，發現KMO取樣適切性量數為0.704，大于0.6，且Bartlett球形度檢驗顯著相關性<0.01，因此該指標和數據滿足因子分析的前提條件，見表1。

2.2 提取公因子及命名

因子分析法中，根據提取的公因子初始特征值必須大于1的原則，滿足條件的特征值有3個，分別為3.213，2.399，1.183，因此，可提取3類公因子。通過進一步分析，3類公因子的方差貢獻率分別為40.160%、29.982%和14.782%，累積方差貢獻率為84.924%，說明3類公因子對8類固定消防設施原始指標的累積影響力為84.924%，即3類公因子能夠反映出原始指標84.924%的信息，見表2。

表1 KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗

表2 總方差解釋表

為明確3類公因子的具體意義，以便對固定消防設施撲救石化火災的有效性進行進一步的分析。因此，對原始數據作四次冪極大法旋轉處理，使成分矩陣中指數的平方值在[0，1]范圍內趨向兩極化，即使每類指標的指數僅在一類公因子上趨向兩極化，以便了解公因子的性質，進而解釋、命名公因子，見表3[5]。

表3 旋轉后的成分矩陣

通過四次冪極大法旋轉，可以發現火災探測系統(X1)、室內消火栓系統(X2)、室外消火栓系統(X3)、半固定式泡沫滅火系統(X5)在公因子F1上有較高荷載，固定泡沫滅火系統(X4)、固定消防水炮(X6)、儲罐噴淋冷卻系統(X7)在公因子F2上有較大荷載，氣體滅火系統(X8)在公因子F3上有較高荷載。考慮石油化工企業的火災特點和該類場所固定消防設施的設計特點，稱F1為火災探測與滅火供水系統公因子，稱F2為泡沫與冷卻水系統公因子，稱F3為氣體滅火系統公因子。以上3類公因子的具體含義和命名，見表4。

表4 公因子含義及命名

2.3 計算公因子得分及排序

為進一步計算因子得分及排名，綜合評價和分析各類固定消防設施的有效性，需要構建公因子得分函數。以8類指標的成分系數為權，通過線性組合得到公因子得分函數，用F1、F2、F3分別表示3類公因子得分，見表5。

F1=-0.540X1-0.749X2+0.838X3+0.537X4+0.848X5+0.645X6+0.469X7-0.111X8

(1)

F2=0.721X1+0.402X2-0.276X3+0.760X4-0.256X5+0.593X6+0.784X7-0.174X8

(2)

F3=0.101X1-0.333X2+0.270X3+0.028X4-0.238X5-0.221X6+0.027X7+0.939X8

(3)

表5 因子得分系數矩陣

利用公式(1)、(2)、(3)分別計算73起重特大石油化工火災事故的3類公因子得分，可以發現：在同一起火災事故中，如果3類公因子中有1類或2類得分較高，則余下的公因子得分較低。對同一起事故中3類公因子得分情況進行排序(見表6)發現：在73起重特大石油化工火災撲救過程中，F1排序為第一的有55起事故，F2排序為第一的有17起事故，F3排序為第一的有1起事故。說明在73起事故中，F1(火災探測與滅火供水系統公因子)所包含的系統：火災探測系統、室內消火栓系統、室外消火栓系統利用率最高。

表6 公因子得分排序情況

2.4 結果分析

3類公因子的累積方差貢獻率為84.924%，即3類公因子對8類原始指標的累積影響力為84.924%，表明3類公因子能夠反映出原始指標84.924%的信息。公因子的得分高低代表其包含的固定消防設施系統有效性發揮的程度，得分越高發揮的效能越好。通過對公因子進行得分計算可以發現：在同一起石化火災中，如果3類公因子中有1類或2類得分較高，則余下的公因子得分較低，說明在火災撲救過程中，若3類公因子中1類或2類包含的固定消防設施應用效能較高，則余下的固定消防設施對撲滅火災的有效性降低。通過對公因子得分進行排序可以發現：F1(火災探測與滅火供水系統公因子)包含的系統應用程度最高，而固定泡沫滅火系統、半固定泡沫滅火系統、固定消防水炮、儲罐噴淋冷卻系統和氣體滅火系統，由于設計缺陷、日常維護不到位、火災中被破壞無法使用和消防員未具備到場后優先使用固定消防設施的意識等原因，造成利用率偏低。

3 結論

結合石油化工企業火災特點，選取了撲救石化企業火災常見的8類固定消防設施，利用因子分析方法對8類指標數據進行分析，得到結論如下：

3.1 將8類固定消防設施系統變量降維成3類公因子變量進行考慮，以更加有效地描述不同變量之間的關系。

3.2 進行有效性分析發現：火災探測系統、室內消火栓系統、室外消火栓系統有效性最好，其次為固定泡沫滅火系統、半固定泡沫滅火系統、固定消防水炮和儲罐噴淋冷卻系統。

3.3 在石化火災撲救過程中，設計施工和日常維護缺陷、火災撲救過程中固定消防設施被損壞、消防員未具備到場后優先使用固定消防設施的意識，這些是造成一些固定消防設施有效性偏低的主要原因。