船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評估
發(fā)布日期:2010/1/20 點擊次數(shù):4984
摘要：為了對船舶機艙進行火災(zāi)風(fēng)險評估，針對船舶機艙的特點建立了一套完整的綜合評價指標(biāo)體系。采用層次分析法對各個指標(biāo)進行權(quán)重分析，并建立基于模糊識別模式的機艙火災(zāi)風(fēng)險評價模型，把權(quán)廣義距離之和最小的模糊識別模型用于綜合評判中。以一條浮油回收船為例對該船的機艙進行火災(zāi)風(fēng)險評估，結(jié)果表明，模糊綜合風(fēng)險評價方法是可行有效的，為船舶火災(zāi)風(fēng)險評估打下了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：機艙；火災(zāi)；模糊綜合評價；層次分析法
0前言
船舶在營運中發(fā)生火災(zāi)，由于撲救條件比陸上差，因此可能遭受的損失比較大。如果火災(zāi)發(fā)生時正遇船舶在大風(fēng)浪中航行，附近又無別的船舶救助，或雖有鄰船但無法靠攏，就更增加了撲救困難，這是船舶在海上發(fā)生火災(zāi)的重要特點。
機艙是船舶的心臟，是船舶防火管理的重中之重。機艙設(shè)施集中，管路縱橫交錯，且處于封閉狀態(tài)，通路出口狹小而單一，設(shè)備的常年使用又會造成部件老化。這都是促成機艙發(fā)生火災(zāi)概率較高而且難以撲救的基本原因。本文在分析和評述國內(nèi)外已有的火災(zāi)評價方法的基礎(chǔ)上，采用了火災(zāi)風(fēng)險模糊綜合評價的方法對機艙火災(zāi)進行評價。
1評價指標(biāo)體系的建立
機艙火災(zāi)風(fēng)險評價系統(tǒng)應(yīng)全面地反映機艙相關(guān)因素對安全的影響。由于機艙是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，需要考慮的因素很多，因此，將各因素分為不同的類別和層次，進行多級綜合評價。根據(jù)各因素的相互關(guān)聯(lián)及作用情況分析，評價系統(tǒng)可由風(fēng)險源因素、人員因素、管理因素、環(huán)境因素4個子系統(tǒng)組成。這4個子系統(tǒng)構(gòu)成對機艙火災(zāi)風(fēng)險的全方位評價，可作為機艙火災(zāi)風(fēng)險評價系統(tǒng)的一級因素。每個一級因素下還有許多因素，按由上至下、由大到小的原則，可對各因素進行分類分層，最下層因素稱為底層因素。這樣既保證較全面反映各種因素對船舶機艙安全的影響，又使得綜合評價過程不至于過分繁瑣，評價過程與因素分析過程相反，即按照多級模糊綜合評價的原則，由下至上逐層進行評價，最后得到機艙綜合評價結(jié)果。機艙火災(zāi)風(fēng)險評價指標(biāo)體系如圖1所示。
圖1機艙火災(zāi)風(fēng)險評估指標(biāo)體系
2權(quán)重的確定——層次分析法(AHP法)
AHP法是一種定性和定量相結(jié)合的權(quán)重確定方法。AHP的基本思想是先按問題要求建立一個描述系統(tǒng)功能或特征的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較評價因素的相對重要性，給出相應(yīng)的比例標(biāo)度，構(gòu)成上層某因素對下層相關(guān)因素的判斷矩陣，以給出相關(guān)因素對上層某因素的相對重要序列。
遞階層次結(jié)構(gòu)如圖1已經(jīng)給出，根據(jù)1～9級標(biāo)度法取值來表示兩元素間的相對重要性，1～9級標(biāo)度法的意義如表1所示。由此我們可以得到兩兩判斷矩陣A=(aij)n×n，我們稱A為正互反矩陣，其中：A為準(zhǔn)則層風(fēng)險因素的相對重要度判斷矩陣；n為準(zhǔn)則層風(fēng)險因素個數(shù)；aij為準(zhǔn)則層各風(fēng)險因素相對目標(biāo)層的相對重要度。
表1 元素兩兩對比時的重要性等級及其賦值
|
序號 |
重要性等級 |
aij賦值 |
|
1 |
i，j兩元素同樣重要 |
1 |
|
2 |
i元素比j元素稍重要 |
3 |
|
3 |
i元素比j元素明顯重要 |
5 |
|
4 |
i元素比j元素強烈重要 |
7 |
|
5 |
i元素比j元素極端重要 |
9 |
|
6 |
i元素比j元素稍不重要 |
1/3 |
|
7 |
i元素比j元素明顯不重要 |
1/5 |
|
8 |
i元素比j元素強烈不重要 |
1/7 |
|
9 |
i元素比j元素極端不重要 |
1/9 |
對判斷矩陣進行歸一化處理，計算其特征向量W=(w1，w2，⋯，wn)T。所得的特征向量W即是各風(fēng)險因素相對于其上一層風(fēng)險因素的權(quán)重向量。
3機艙火災(zāi)風(fēng)險綜合評價
考慮到船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評價的特點，必須建立一套能從總體上反映評價對象本質(zhì)的指標(biāo)體系，并能將各指標(biāo)綜合成一個能從總體上衡量火災(zāi)風(fēng)險的綜合指標(biāo)，這樣，選擇綜合評價方法作為船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評價是理所當(dāng)然的，又因為該指標(biāo)體系中的許多指標(biāo)都具有一定的模糊性，因此采用模糊綜合評判模型對這個系統(tǒng)進行綜合評判是符合系統(tǒng)的規(guī)律性的。
設(shè)待評價系統(tǒng)共有l個子系統(tǒng)，對船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評價系統(tǒng)而言，即：①風(fēng)險源因素子系統(tǒng)；②人員因素子系統(tǒng)；③管理因素子系統(tǒng)；④環(huán)境因素子系統(tǒng)。
設(shè)子系統(tǒng)①至(l)中的任一個子系統(tǒng)(k)中含有m個指標(biāo)，每個指標(biāo)均有n個樣本，則該子系統(tǒng)性的模糊信息采樣結(jié)果矩陣即指標(biāo)特征向量矩陣為：
=（kxij）,i=1，2，⋯，m；j=1，2，⋯，n。 (1)
式中kxij為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i的第j樣本的指標(biāo)特征值。
如子系統(tǒng)(k)中的m個指標(biāo)按c個級別的已知指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值進行識別，則c個級別的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征矩陣為：
(2)
h=1，2，⋯，m；j=1，2，⋯，c。(2)
式中kyih為子系統(tǒng)(k)中指標(biāo)i級別h的標(biāo)準(zhǔn)特征值，h=1，2，⋯，c；i=1，2，⋯，m。
根據(jù)綜合評價的模糊性，用相對隸屬度進行描述。子系統(tǒng)(k)中各指標(biāo)的相對隸屬度rij及指標(biāo)特征值的相對隸屬度sih可參照如下公式進行計算：
對于遞減型指標(biāo)：
(3)
(4)
對于遞增型指標(biāo)：
(5)
(6)
式中：krij為子系統(tǒng)(k)中指標(biāo)i第j個樣本對火災(zāi)危險狀態(tài)的相對隸屬度；kxij為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i的第j個樣本的指標(biāo)特征值；ksih為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i級別h的標(biāo)準(zhǔn)值對安全狀態(tài)的相對隸屬度；kyih為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i級別h的標(biāo)準(zhǔn)值；kyi1為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i級別1的標(biāo)準(zhǔn)值；kyic為子系統(tǒng)(k)中的指標(biāo)i級別c的標(biāo)準(zhǔn)值。
設(shè)船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評價系統(tǒng)子系統(tǒng)(k)的m個指標(biāo)的權(quán)重向量為：
kW=(kw1，kw2，⋯，kwm) (7)
則基于權(quán)廣義距離平方和最小的模糊模式識別模型為：
(8)
根據(jù)上面所推導(dǎo)出的模型，即可得到子系統(tǒng)(k)樣本j對各個級別的最優(yōu)相對隸屬度矩陣：
(9)
應(yīng)用級別特征值公式，可得
kH=(1，2，⋯，c)·kU*c×n=(1，2，⋯，c)·
(10)
式中kH為子系統(tǒng)(k)的火災(zāi)風(fēng)險狀態(tài)級別特征值，用來衡量與評價子系統(tǒng)(k)的火災(zāi)風(fēng)險狀態(tài)程度，k=1，2，⋯，l。
則船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評價系統(tǒng)的風(fēng)險狀態(tài)特征值為：
(11)
又設(shè) (12)
則為最終的級別特征值。
4算例
由于浮油回收船的機艙特點具有普遍性，且易發(fā)生火災(zāi)，本文將以浮油回收船為例對已建立的綜合評價模型進行檢驗。
以風(fēng)險源因素為例進行計算，首先進行專家打分，打分結(jié)果如表2所示。各因素的相對權(quán)重如表3-表6所示。
應(yīng)用已建立的綜合評價模型計算結(jié)果為：
1H=(3.929 3.537 3.663 3.705 3.503 3.585)
可見風(fēng)險源因素處于一般安全狀態(tài)。
表2 專家打分結(jié)果
|
專家 評價指標(biāo) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
電氣設(shè)備布置 |
85 |
90 |
85 |
88 |
88 |
92 |
|
防火設(shè)備布置 |
80 |
80 |
86 |
82 |
90 |
85 |
|
機艙結(jié)構(gòu)耐火等級 |
75 |
82 |
80 |
78 |
85 |
82 |
|
艙內(nèi)物品耐火等級 |
72 |
80 |
75 |
80 |
75 |
78 |
|
火災(zāi)荷載密度/(MJ/m2) |
700 |
685 |
680 |
690 |
680 |
700 |
|
火災(zāi)荷載分布 |
80 |
88 |
88 |
85 |
90 |
85 |
表3 風(fēng)險源因素
|
C1 |
C2 |
C3 |
權(quán)重 | |
|
C1 |
1 |
1/3 |
1/4 |
0.133 |
|
C2 |
3 |
1 |
1/2 |
0.293 |
|
C3 |
4 |
2 |
1 |
0.574 |
一致性檢驗 CR=0.0159<0.1
表4 機艙布置
|
D1 |
D2 |
權(quán)重 | |
|
D1 |
1 |
2 |
0.667 |
|
D2 |
1/2 |
1 |
0.333 |
一致性檢驗 CR=0<0.1
表5 機艙耐火等級
|
D3 |
D4 |
權(quán)重 | |
|
D3 |
1 |
1 |
0.500 |
|
D4 |
1 |
1 |
0.500 |
一致性檢驗 CR=0<0.1
表6 火災(zāi)荷載
|
D5 |
D6 |
權(quán)重 | |
|
D5 |
1 |
3 |
0.750 |
|
D6 |
1/3 |
1 |
0.250 |
一致性檢驗 CR=0<0.1
5結(jié)論
對船舶機艙火災(zāi)風(fēng)險評估需要采用動靜結(jié)合、由點到面的全面評價方式。實例計算結(jié)果表明：該船機艙火災(zāi)潛在的風(fēng)險較大，但消防管理水平較高，應(yīng)提高對船舶機艙消防安全的重視。模糊綜合評價方法是一種對難以定量的多因素體系做出定量評價的方法，它可以將定量的問題以及人們對此問題的主觀判斷以數(shù)量的形式表達出來，并進行模糊運算處理。實例表明本文建立的機艙火災(zāi)指標(biāo)體系和綜合評價方法是合理、實用的。
作者：黃衍順，陳夢華，馬焱 來源：中國修船
