基于因子分析的石化火災(zāi)固定消防設(shè)施有效性分析

陶釔希,夏登友,朱 毅

(中國(guó)人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000)

2012—2017年，全國(guó)年均石化火災(zāi)發(fā)生起數(shù)由97起上升到950起，火災(zāi)的數(shù)量、規(guī)模和財(cái)產(chǎn)損失不斷增加。石化火災(zāi)初期階段，固定消防設(shè)施能否有效發(fā)揮作用對(duì)控制火勢(shì)發(fā)展和蔓延至關(guān)重要。目前，學(xué)者對(duì)于固定消防設(shè)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(jìn)行研究。由于石油化工火災(zāi)的突發(fā)性和復(fù)雜性，對(duì)其固定消防設(shè)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(yè)8類固定消防設(shè)施，考慮各類設(shè)施之間的相關(guān)性，采用因子分析方法對(duì)篩選后的73起重特大石化火災(zāi)撲救過(guò)程中的有效性進(jìn)行分析。通過(guò)提取公因子，在考慮各類設(shè)施關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)施的有效性排序，進(jìn)而提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所分析的73起重特大石油化工火災(zāi)中的固定消防設(shè)施的相關(guān)信息來(lái)源于2000—2017年公開(kāi)出版的《中國(guó)消防年鑒》《中國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》以及“中國(guó)化學(xué)品安全網(wǎng)”等提供的數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1-2]，本文選取的8類石油化工企業(yè)固定消防設(shè)施，分別是火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)、固定泡沫滅火系統(tǒng)、半固定泡沫滅火系統(tǒng)、固定消防水炮、儲(chǔ)罐噴淋冷卻系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果

2.1 因子分析的條件

因子分析法是通過(guò)對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究，找出能夠反映所有指標(biāo)項(xiàng)信息的少量幾個(gè)主成分因子。同時(shí)，將相關(guān)性強(qiáng)的幾個(gè)原始指標(biāo)歸在同一類中，每一類成為一個(gè)新的因子，從而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的降維[3]。

2.1.1 計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣。通過(guò)計(jì)算8類固定消防設(shè)施的相關(guān)系數(shù)矩陣，可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大于0.3，說(shuō)明8類系統(tǒng)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，可以提取公因子。

2.1.2 KMO檢驗(yàn)和Bartlett球形度檢驗(yàn)。KMO檢驗(yàn)用于研究變量之間的偏相關(guān)性，其適切性量數(shù)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(yàn)用于檢驗(yàn)變量之間的相關(guān)性，顯著性小于0.01則相關(guān)性較好[4]。通過(guò)KMO檢驗(yàn)和Bartlett球形度檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)KMO取樣適切性量數(shù)為0.704，大于0.6，且Bartlett球形度檢驗(yàn)顯著相關(guān)性<0.01，因此該指標(biāo)和數(shù)據(jù)滿足因子分析的前提條件，見(jiàn)表1。

2.2 提取公因子及命名

因子分析法中，根據(jù)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(gè)，分別為3.213，2.399，1.183，因此，可提取3類公因子。通過(guò)進(jìn)一步分析，3類公因子的方差貢獻(xiàn)率分別為40.160%、29.982%和14.782%，累積方差貢獻(xiàn)率為84.924%，說(shuō)明3類公因子對(duì)8類固定消防設(shè)施原始指標(biāo)的累積影響力為84.924%，即3類公因子能夠反映出原始指標(biāo)84.924%的信息，見(jiàn)表2。

表1 KMO檢驗(yàn)和Bartlett球形度檢驗(yàn)

表2 總方差解釋表

為明確3類公因子的具體意義，以便對(duì)固定消防設(shè)施撲救石化火災(zāi)的有效性進(jìn)行進(jìn)一步的分析。因此，對(duì)原始數(shù)據(jù)作四次冪極大法旋轉(zhuǎn)處理，使成分矩陣中指數(shù)的平方值在[0，1]范圍內(nèi)趨向兩極化，即使每類指標(biāo)的指數(shù)僅在一類公因子上趨向兩極化，以便了解公因子的性質(zhì)，進(jìn)而解釋、命名公因子，見(jiàn)表3[5]。

表3 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

通過(guò)四次冪極大法旋轉(zhuǎn)，可以發(fā)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)(X1)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)(X2)、室外消火栓系統(tǒng)(X3)、半固定式泡沫滅火系統(tǒng)(X5)在公因子F1上有較高荷載，固定泡沫滅火系統(tǒng)(X4)、固定消防水炮(X6)、儲(chǔ)罐噴淋冷卻系統(tǒng)(X7)在公因子F2上有較大荷載，氣體滅火系統(tǒng)(X8)在公因子F3上有較高荷載?？紤]石油化工企業(yè)的火災(zāi)特點(diǎn)和該類場(chǎng)所固定消防設(shè)施的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，稱F1為火災(zāi)探測(cè)與滅火供水系統(tǒng)公因子，稱F2為泡沫與冷卻水系統(tǒng)公因子，稱F3為氣體滅火系統(tǒng)公因子。以上3類公因子的具體含義和命名，見(jiàn)表4。

表4 公因子含義及命名

2.3 計(jì)算公因子得分及排序

為進(jìn)一步計(jì)算因子得分及排名，綜合評(píng)價(jià)和分析各類固定消防設(shè)施的有效性，需要構(gòu)建公因子得分函數(shù)。以8類指標(biāo)的成分系數(shù)為權(quán)，通過(guò)線性組合得到公因子得分函數(shù)，用F1、F2、F3分別表示3類公因子得分，見(jiàn)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(shù)矩陣

利用公式(1)、(2)、(3)分別計(jì)算73起重特大石油化工火災(zāi)事故的3類公因子得分，可以發(fā)現(xiàn)：在同一起火災(zāi)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(duì)同一起事故中3類公因子得分情況進(jìn)行排序(見(jiàn)表6)發(fā)現(xiàn)：在73起重特大石油化工火災(zāi)撲救過(guò)程中，F(xiàn)1排序?yàn)榈谝坏挠?5起事故，F(xiàn)2排序?yàn)榈谝坏挠?7起事故，F(xiàn)3排序?yàn)榈谝坏挠?起事故。說(shuō)明在73起事故中，F(xiàn)1(火災(zāi)探測(cè)與滅火供水系統(tǒng)公因子)所包含的系統(tǒng)：火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)利用率最高。

表6 公因子得分排序情況

2.4 結(jié)果分析

3類公因子的累積方差貢獻(xiàn)率為84.924%，即3類公因子對(duì)8類原始指標(biāo)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(biāo)84.924%的信息。公因子的得分高低代表其包含的固定消防設(shè)施系統(tǒng)有效性發(fā)揮的程度，得分越高發(fā)揮的效能越好。通過(guò)對(duì)公因子進(jìn)行得分計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)：在同一起石化火災(zāi)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(shuō)明在火災(zāi)撲救過(guò)程中，若3類公因子中1類或2類包含的固定消防設(shè)施應(yīng)用效能較高，則余下的固定消防設(shè)施對(duì)撲滅火災(zāi)的有效性降低。通過(guò)對(duì)公因子得分進(jìn)行排序可以發(fā)現(xiàn)：F1(火災(zāi)探測(cè)與滅火供水系統(tǒng)公因子)包含的系統(tǒng)應(yīng)用程度最高，而固定泡沫滅火系統(tǒng)、半固定泡沫滅火系統(tǒng)、固定消防水炮、儲(chǔ)罐噴淋冷卻系統(tǒng)和氣體滅火系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)缺陷、日常維護(hù)不到位、火災(zāi)中被破壞無(wú)法使用和消防員未具備到場(chǎng)后優(yōu)先使用固定消防設(shè)施的意識(shí)等原因，造成利用率偏低。

3 結(jié)論

結(jié)合石油化工企業(yè)火災(zāi)特點(diǎn)，選取了撲救石化企業(yè)火災(zāi)常見(jiàn)的8類固定消防設(shè)施，利用因子分析方法對(duì)8類指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到結(jié)論如下：

3.1 將8類固定消防設(shè)施系統(tǒng)變量降維成3類公因子變量進(jìn)行考慮，以更加有效地描述不同變量之間的關(guān)系。

3.2 進(jìn)行有效性分析發(fā)現(xiàn)：火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室外消火栓系統(tǒng)有效性最好，其次為固定泡沫滅火系統(tǒng)、半固定泡沫滅火系統(tǒng)、固定消防水炮和儲(chǔ)罐噴淋冷卻系統(tǒng)。

3.3 在石化火災(zāi)撲救過(guò)程中，設(shè)計(jì)施工和日常維護(hù)缺陷、火災(zāi)撲救過(guò)程中固定消防設(shè)施被損壞、消防員未具備到場(chǎng)后優(yōu)先使用固定消防設(shè)施的意識(shí)，這些是造成一些固定消防設(shè)施有效性偏低的主要原因。