基于灰色聚类评估和变权理论的煤化工企业的火灾风险评估

谭新蕊 陈健(沈阳航空航天大学安全工程学院，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

近年来，煤化工企业蓬勃发展，创造了许多经济价值，与此同时其火灾爆炸风险极高，事故后果严重。目前的研究大多是安全评价，对于消防安全的认识不足，因此，在消防安全的基础上全面的认识煤化工企业的火灾风险，运用火灾风险评估方法定量化的评估风险，对于煤化工企业的火灾风险管理有重要意义。

1 火灾风险分析

在消防安全评估内容的基础上，根据三类危险源[1]的理论对煤化工企业进行火灾风险分析，影响因素如下：消防安全管理、建筑防火、安全疏散、消防设施、消防队。消防安全制度与规程、人员管理、设备及工艺过程管理、危险品管理、灭火和应急管理；建筑平面布局、建筑装修；疏散通道、疏散标志；功能设施、辅助设施；内部消防队、外部消防队[2]。

2 火灾风险评估

2.1 风险分级

根据相关资料可以得知，分数其实是人们对事物变化的一个主观的心理测度的反映[3]，而这种变化是非线性的。因此在进行分值范围划分的时候，就不能选择均匀分配，因此分值区间划分为(0.85,1]，(0.6,0.85]，(0.3,0.6]，(0,0.3]，分数越低越危险。

2.2 基于中心点三角白化权函数的灰色评价模型

设有n个专家，m个评估指标，s个不同的灰类，专家i对指标j进行打分，评分xij(i=1, 2,…,n;j=1, 2,…,m）来表示，要根据xij的值对评估指标进行判断，具体步骤[4]如下：

(1)根据评价的需要划分出灰类数s，分别确定灰类1,2,…,s的中心点λ1,λ2,…,λs，同样的评估指标的取值范围也需要划分为s个灰类，因此，使λ1,λ2,…,λs能够代表每一灰类。

(2)可以将灰类向不同方向进行延伸，考虑增加0灰类和s+1灰类，并确定其中心点λ0,λs+1，经过延伸可以得到一组新的中心点序列λ0,λ1,λ2,…,λs,λs+1。将点(λk,1）与第k-1和k+1个灰类的中心点(λk-1,0)，(λk+1,0）连接，得到j指标关于k灰类的三角白化权函数对于指标j的一个观测值x，可由

计算出其属于灰类k的隶属度

(3)计算指标i关于灰类k的综合聚类系数

2.3 变权重理论

在灰色变权评价模型中，需要计算各个指标的权重，煤化工企业具有多层风险，因此选取层次分析法。为了防止部分危险指标被中和，引入了变权的思想。它实际上是常权向量与状态变权向量的组合，变权公式[5,6]如下：

xj是指标评价值，m是指标的个数，ωi是指标i的变权重，ω0是指标i的常权重。

评价指标间比较平衡时，一般取α＞1/2；当系统安全不允许某些指标的出现严重缺陷时，取α＜1/2；当α=1时，就是指常权重。因为煤化工企业风险因素一旦出现，容易造成极大的损失，因此本文对所有指标α均取0.5。

2.4 评价结果的定量化处理

假设有n个专家对m个指标进行评估，每个专家以区间的形式给出每个指标安全度的评价值Xij=[aij,bij](i=1, 2,…,m;j=1, 2,…,n)，专家对于各评价指标给出了评价值区间，则就构成了一个集值统计序列[7]。

由集值统计方法，评价指标ri的安全评价值可根据以下公式进行计算：

式中：i=1, 2,…,m;j=1, 2, …,n

文章评价指标的安全等级为四级，根据上文可以得到各指标的灰类系数值，建立评价指标的集值统计序列，评价等级与灰类系数对应，其对应的集值统计序列(评分区间)分别为：(0.85,1]，(0.6,0.85]，(0.3,0.6]，(0,0.3]。

那么指标i在该评分等级下的评分值可以按下式进行计算：

通过取指标完全属于一级、四级以及相邻级别分界点的灰类系数值，带入公式可以到集值统计评分区间的端点值，从而得到了各个分级区间。具体计算过程如下：

完全处于第一等级时取(1,0,0,0)，第一和第二等级分界点时取(0.5,0.5,0,0)，处于第二和第三等级分界点取(0,0.5,0.5,0)，处于第三和四等级分界点取(0,0,0.5,0.5)，完全处于第四等级时取(0,0,0,1)代入公式，计算后的规格化区间Q分别为：(0.85,0.925]，(0.575,0.8]，(0.3,0.575]，(0.15,0.3]

规格化结果运用以下公式得到：

式中：Qi,ha、Qi,hb为规格化区间的上下限；Yi,ha、Yi,hb评分区间的上下限。

假设对某煤化工企业进行风险评估，有五位专家对第三层风险指标进行了打分，对专家打分进行平均化处理，如表1所示。

表1 专家打分情况

利用层次分析法计算的到常权重，利用变权理论计算变权重，计算结果如表2所示。

表2 常权重与变权重

确定灰类为4类，分别表示安全、较安全、较危险、危险，其中心分别为0.9,0.7,0.5,0.2。将灰类进行延拓后，新的中心点序列为1,0.9,0.7,0.5,0.2,0.1。构造三角白化权函数：

根据公式计算聚类系数，消防安全管理1灰类0.09，2灰类0.82，3灰类0.09；建筑防火1灰类0.57，2灰类0.43，安全疏散1灰类0.33，2灰类0.67，消防设施1灰类0.61，2灰类0.39，消防队1灰类0.05，2灰类0.80，3灰类0.15。

经过计算评价结果分别为：消防安全管理0.75，建筑防火0.86，安全疏散0.82，消防设施0.87，消防队0.72。由最终的定量评价结果可以看出，该煤化工企业的火灾风险的5个方面均处于比较安全的状态，对于不安全的风险，可以针对性的提出管理意见和措施。

3 结语

(1)运用三类危险源理论对煤化工企业的火灾风险进行识别分析。

(2)将灰色评价方法与变权思想结合，并对最终的结果做定量计算，得到了灰色变权评价模型，可以运用灰色变权评价模型对其他企业的火灾风险进行评估。

(3)风险评估结果的定量化处理可以用于风险转移措施中保险费率的浮动情况研究。