基于事故樹分析的棉花倉儲保管火災(zāi)防治關(guān)鍵環(huán)節(jié)辨識研究

■ 劉妍妍 徐 捷

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

棉花是關(guān)系我國國計民生的重要物資，棉花的生產(chǎn)、流通、加工和消費(fèi)，與人民群眾的生活和廣大棉農(nóng)的利益息息相關(guān)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著重要影響。由于棉花易燃、陰燃、自燃等特性的存在，使得棉花倉儲環(huán)節(jié)火災(zāi)頻發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2001年至2018年棉花在儲存過程中發(fā)生火災(zāi)事故20多起，造成直接經(jīng)濟(jì)損失超過5億元，嚴(yán)重影響了我國棉花產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，因此對棉花存儲時的火災(zāi)問題進(jìn)行系統(tǒng)分析進(jìn)而找出防治棉花火災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是非常有必要的。在前期的研究中，童琦[1]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建棉花庫火災(zāi)風(fēng)險定量評估的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析和識別棉花儲備庫致災(zāi)安全隱患；湯進(jìn)[2]研究了棉花加工企業(yè)火災(zāi)成因，將其分為自然因素和人為因素；張金峰[3]基于L-R型模糊數(shù)對原棉庫的火災(zāi)進(jìn)行事故樹分析，以確立影響系統(tǒng)最主要因素。

在災(zāi)害分析方法中，事故樹分析法由于可快速、全面、形象、簡明分析各因素的相互關(guān)系，成為一種工程系統(tǒng)可靠性分析與評價的有效方法[4]。因此，本研究引入事故樹分析方法，結(jié)合對棉花倉儲管理的作業(yè)分析[5]，對引起棉花倉儲火災(zāi)事故的因素進(jìn)行分析，探討棉花存儲火災(zāi)的關(guān)鍵防治環(huán)節(jié)，為改善棉花存儲庫的系統(tǒng)安全提供依據(jù)，為分析棉花倉儲火災(zāi)事故提供了有效手段。

二、棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹的構(gòu)建

棉花儲存分為露天存放和庫內(nèi)存放，棉花儲備環(huán)節(jié)致災(zāi)因素與安全管理、設(shè)備設(shè)施和環(huán)境條件密切相關(guān)，由于棉花倉儲時堆垛密集，且垛與垛之間存有縫隙，一旦發(fā)生火災(zāi)，大量的新鮮空氣可以進(jìn)入，而堆垛間距較小，使棉花倉儲火災(zāi)具有燃燒猛烈，蔓延迅速等特點，所以棉花倉儲在庫保管是非常重要的環(huán)節(jié)。據(jù)此，對棉花倉儲在庫管理進(jìn)行工作分析，以棉花產(chǎn)生火災(zāi)為頂事件，然后把引起頂事件發(fā)生的各種可能原因分別看作頂事件，構(gòu)建以邏輯門符號表示的棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹，如圖1和表1所示。

圖1 棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹

表1 棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹事件編號和名稱

三、棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹分析

（一）棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹割集分析

由事故樹理論可知，如果事故樹中的全部基本事件都發(fā)生，則頂上事件必然發(fā)生。但是，大多數(shù)情況下并不是一定要求所有基本事件都發(fā)生頂上事件才能發(fā)生，而是只要某些基本事件一起發(fā)生就可以導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生。事故樹的最小割集就是指能夠引起頂上事件發(fā)生的最低數(shù)量的基本事件的組合[6]。最小割集指明了哪些基本事件同時發(fā)生就可以引起頂上事件發(fā)生的事故模式。根據(jù)事故樹理論，割集公式可以表述為：

式中：i——門的編號或代碼；

xi,j——第i個門的第j個輸入變量（j=1，2，…，λi）；當(dāng)輸入變量是基本事件時，xi,j=1；當(dāng)輸入變量是門K時，xi,j=xk；

λi——第i個門輸入事件的數(shù)量；

xi——表示門i的變量，若門i是緊接著頂上事件的門，則xi=xTOP即為割集的數(shù)目。

分析圖1的棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹，發(fā)現(xiàn)27個底事件可解構(gòu)出最小割集876項，這說明可以導(dǎo)致棉花倉儲火災(zāi)的因素是非常多的，必須加強(qiáng)棉花倉儲管理，才能有效避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

（二）棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹徑集分析

根據(jù)事故樹理論，如果事故樹中的全部底事件（基本事件）都不發(fā)生，則頂上事件一定不會發(fā)生。這一結(jié)論毋庸置疑，但是在實際應(yīng)用中，要達(dá)到基本事件都不發(fā)生也是非常難的。慶幸的是，事故樹分析還認(rèn)為，如果事故樹中某些基本事件不同時發(fā)生，則也可以使得頂上事件不發(fā)生。這些不同時發(fā)生就可以使頂上事件不發(fā)生的基本事件集合被稱為徑集。最小徑集就是指能夠使得頂上事件不發(fā)生的最低數(shù)量的基本事件的集合。這樣，最小徑集就指明了哪些基本事件不同時發(fā)生就可以使頂上事件不發(fā)生的安全模式。根據(jù)事故樹理論，徑集公式可以表述為：

式中：i——邏輯門的編號或代碼；

xi,j——第i個邏輯門的第j個輸入變量（j=1，2，…，λi）；當(dāng)輸入變量是基本事件時，xi,j=1；當(dāng)輸入變量是門K時，xi,j=xk；

λi——第i個門輸入事件的數(shù)量；

xi——表示門i的變量，若門i是緊接著頂上事件的門，則xi=xTOP即為徑集的數(shù)目。

分析圖1的棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹，找出圖1所示事故樹的最小徑集事件，可以得到該事故樹的最小徑集由2個一階集合，1個三階集合，2個五階集合和1個十二階集合構(gòu)成，分別為：

1.（X13）

2.（X14）

3.（X20*X21*X22）

4.（X15*X16*X17*X18*X19）

5.（X23*X24*X25*X26*X27）

6.（X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12）

其具體含義為：

1.（X13），X13：領(lǐng)導(dǎo)未嚴(yán)格24小時值守。

2.（X14），X14：警消人員接報警未檢查確認(rèn)。

3.（X20*X21*X22），X20：未按規(guī)定每天巡查，X21：未檢查庫內(nèi)外溫濕度，X22：未按照要求通風(fēng)。

4.（X15*X16*X17*X18*X19），X15：未按規(guī)定時間巡查，X16：未按規(guī)定路線巡查，X17：未兩人巡查，X18：未對重點部位、場所巡查，X19：未對動態(tài)作業(yè)庫房巡查。

5.（X23*X24*X25*X26*X27），X23：未對外來人員檢查，X24：私自放行外來人員，X25：未收繳火種、火源等，X26：外來車輛未檢查、登記，X27：運(yùn)棉入庫車輛無防火罩。

6.（X1*X2*X3*X4*X5*X6*X7*X8*X9*X10*X11*X12），X1：作業(yè)人員未規(guī)范操作，X2：未配備消防器材，X3：動火作業(yè)未按照要求隔離，X4：地線連接不規(guī)范，X5：動火作業(yè)后未按要求檢查，X6：庫內(nèi)溫度35°相對濕度75%，X7：棉包回潮率大于10%，X8：棉包回潮率小于6%，X9：避雷針接觸不良，X10：避雷器損壞，X11：超出避雷針覆蓋范圍，X12：未定期檢測避雷針。

結(jié)合棉花倉儲保管的實際作業(yè)含義，可以看到，集合6主要是倉庫保管作業(yè)中能產(chǎn)生火星的事件，集合5主要是外來人員和車輛帶來火星火種的事件，集合4則是倉儲管理的日常巡查作業(yè)未執(zhí)行到位，集合3則是倉庫內(nèi)微環(huán)境（通風(fēng)、溫濕度）狀況的日常監(jiān)測不到位；集合1、2則是領(lǐng)導(dǎo)和警消人員職責(zé)未執(zhí)行到位。可見，要使頂上事件——火災(zāi)事故不發(fā)生，領(lǐng)導(dǎo)值守、警消人員、巡查人員定時巡查、保管員每天巡檢以及庫外閑雜人員及火種控制是截斷火災(zāi)誘因的重要保障，也是保證安全隱患不能進(jìn)一步演化為災(zāi)害的重要保證。

（三）棉花倉儲保管火災(zāi)事故樹定量分析

除對事故樹進(jìn)行最小割集和徑集的分析外，運(yùn)用事故樹定量分析方法計算出危險概率系數(shù)，以便了解改善系統(tǒng)應(yīng)從何處入手。此方面的研究方便研究者根據(jù)重要程度的不同，按輕重緩急安排人力、物力，分別采取對策，或按主次順序編制安全檢查表，以加強(qiáng)系統(tǒng)控制，使系統(tǒng)處于最佳安全狀態(tài)。

定量化事故的概率是非常困難的，要通過大量反復(fù)的試驗、觀測、分析和檢驗才能得到，而其準(zhǔn)確性也受到環(huán)境和應(yīng)用條件的影響。本研究中主要采用調(diào)查法和德爾菲法來定量化災(zāi)害發(fā)生的危險概率。其中，專家調(diào)查法是選定本專業(yè)領(lǐng)域中有實際工作經(jīng)驗的從業(yè)人員，將待定概率的評價指標(biāo)和有關(guān)資料發(fā)給他們，請他們獨立給出各指標(biāo)的頻率或后果系數(shù)，根據(jù)意見的等權(quán)或不等權(quán)的加權(quán)平均。德爾菲方法的數(shù)學(xué)運(yùn)算基本思想是把m個評價模型排成一個m階判斷矩陣，通過評價因素兩兩比較，根據(jù)因素的相對重要程度來確定矩陣中元素值的大小，然后，計算出判斷矩陣的最大特征根及其對應(yīng)的特征向量，此特征向量即為所求的概率系數(shù)。

在本研究中，火災(zāi)事件事故樹基本事件概率系數(shù)情況定義為兩種，陰燃火星產(chǎn)生系數(shù)用加權(quán)頻率系數(shù)來表征；其他類系數(shù)用頻率與后果加權(quán)乘算子來表征。中間層概率系數(shù)運(yùn)用德爾斐算法進(jìn)行計算，計算步驟如下：

（1）確定各因素ui的重要性序列值

請從業(yè)為各評價因素ui的排定重要性序列值Fi。Fi值是1，2，3，……m這m個數(shù)中間的某個數(shù)，即Fi∈{1，2，3，…，m}。最重要的因素，其Fi值為m，最次要的因素，其值為1。將第k位從業(yè)人員就因素ui所給定的因素重要度序列值，記為Fi-k，（i－因素ui，k－第k位專家），這樣，對于每個從業(yè)人員的評議，都可以列出關(guān)于因素ui的Fi值評定表。Fi值評定表形式如表2：

表2 第k個人員的F值評定

（2）計算優(yōu)先序列得分表

設(shè)參加評議的從業(yè)人員共有n位。將所有參加評議的專家的Aij-k值累加起來，即

這樣，m×m個統(tǒng)計值A(chǔ)ij組成下列優(yōu)先序列得分表3。

表3 優(yōu)先序列得分

將表中各行的Aij值累加，以表示第i行的Aij的累加值，得到

（3）計算級差d

令bmax=1，bmin=0.1（bmax，bmin在[0，1]中任意選?。?，則極差

（4）計算概率系數(shù)a

根據(jù)上述計算依據(jù)，得出ai的計算公式如下：

對所得數(shù)值進(jìn)行歸一化，即是所需要的危險概率系數(shù)。

采用調(diào)查問卷方法對棉花在庫保管危險因素進(jìn)行四級定量分析：發(fā)生頻率描述為經(jīng)常發(fā)生、有時發(fā)生、偶爾才發(fā)生、一般不會發(fā)生四種情況，對應(yīng)定量化賦值為：經(jīng)常發(fā)生——1分，有時發(fā)生——2分，偶爾才發(fā)生——3分，一般不會發(fā)生——4分。安全后果情況描述為：非常嚴(yán)重、較嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、不嚴(yán)重四級；對應(yīng)量化賦值為：非常嚴(yán)重——1分，較嚴(yán)重——2分，一般嚴(yán)重——3分，不嚴(yán)重——4分。

問卷面向棉麻儲備庫在職管理人員發(fā)放，共發(fā)出80份，回收答卷57份，其中一份答卷為無效數(shù)據(jù)。答卷發(fā)放范圍為新疆、河南、河北、山東、湖北、福建等地棉麻儲備庫，可以代表全國情況。

根據(jù)德爾菲算法整理調(diào)查問卷結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和歸一化，確定在庫保管的定量化分析，如表4所示。

表4 棉花倉儲保管危險環(huán)節(jié)定量化分析

表4 棉花倉儲保管危險環(huán)節(jié)定量化分析（續(xù)）

根據(jù)棉花倉儲保管危險環(huán)節(jié)定量化分析，倉儲保管環(huán)節(jié)的危險因素依次包括：（1）節(jié)日期間燃放煙花和孔明燈進(jìn)入庫區(qū)；（2）熱作業(yè)未按要求隔離；（3）熱作業(yè)時作業(yè)人員違規(guī)操作；（4）雷擊事件；（5）公路鐵路煙火和居民煙火進(jìn)入庫區(qū)；（6）熱作業(yè)后未按照要求檢查等。從目前的調(diào)查數(shù)據(jù)分析來看，不可防不可控的外來火種是棉花倉儲的重要安全隱患來源，庫區(qū)需要加強(qiáng)熱作業(yè)人員的安全意識，進(jìn)一步規(guī)范操作規(guī)程。

四、研究結(jié)論

棉花倉儲由于處于封閉狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)后容易造成巨大損失，因此需要進(jìn)行系統(tǒng)研究。事故樹是風(fēng)險評價中常用且非常有效的方法，對于改善系統(tǒng)安全有重要的作用。本文結(jié)合棉花倉儲管理作業(yè)，運(yùn)用事故樹定性定量方法，確定棉花儲備保管火災(zāi)的最小徑集，并通過頻率-后果結(jié)合的定量分析方法，識別棉花儲備中危險因素情況，為保障棉花儲備的系統(tǒng)安全提供現(xiàn)實指導(dǎo)。綜合各研究環(huán)節(jié)，可得如下研究結(jié)論：

（1）結(jié)合事故樹徑集分析與定量調(diào)查可以看出，不可防不可控的外來火種構(gòu)成了棉花倉儲的重要安全隱患來源。這類事件危險時間往往可以產(chǎn)生嚴(yán)重的安全后果，而且發(fā)生頻率不可防不可控，比如節(jié)日期間燃放煙花和孔明燈進(jìn)入庫區(qū)、雷擊事件；節(jié)日燃放煙花和孔明燈被調(diào)查人員認(rèn)為是最為重要的安全隱患之一。因此建議在實踐管理中要針對外來火種高發(fā)的時間段（如節(jié)日期間）和空間范圍（公路鐵路及居民煙火與庫區(qū)的位置關(guān)系），采取預(yù)防性措施、進(jìn)行周密部署，嚴(yán)防空中的不可防不可控火種進(jìn)入庫區(qū)。

（2）從棉花倉儲危險因素定量調(diào)查分析還可以發(fā)現(xiàn)，在棉花倉儲過程中，還有一類比較危險的事件是：單次安全后果不嚴(yán)重，但由于各種原因人員不重視，發(fā)生頻率較高，最終也可以帶來較大的安全隱患，比如庫區(qū)熱作業(yè)不規(guī)范、作業(yè)后未按規(guī)定檢查等。對此類問題，需要切實加強(qiáng)員工安全意識，通過教育培訓(xùn)嚴(yán)格規(guī)范操作規(guī)程，有效減少火災(zāi)隱患。

（3）綜合棉花火災(zāi)的割集和徑集分析可以看出，棉花存儲的火災(zāi)災(zāi)害存在環(huán)節(jié)性，具有“引入火種——巡檢、領(lǐng)導(dǎo)、警消等管理失當(dāng)——火災(zāi)發(fā)生”災(zāi)害鏈的形式。作業(yè)火星、外來火種等構(gòu)成了火災(zāi)災(zāi)害安全隱患，管控措施則是防治安全隱患轉(zhuǎn)化成災(zāi)難的有效措施。有些可以產(chǎn)生嚴(yán)重后果的危險因素（比如引入火種），如果巡檢、領(lǐng)導(dǎo)等管控措施到位，可以有效截斷災(zāi)害鏈，即使災(zāi)變產(chǎn)生也能有效的降低損失，不產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此，棉花火災(zāi)問題的預(yù)防和解決既是技術(shù)問題，更是一個系統(tǒng)管理問題，要認(rèn)真在管理機(jī)制上下工夫、做文章。

（4）綜上所述，棉花倉儲火災(zāi)災(zāi)害的控制不僅要靠技術(shù)的提高，更重要的是抓好管理建設(shè)，其對策和建議包括：①企業(yè)應(yīng)注重安全管理制度的落實執(zhí)行，要從領(lǐng)導(dǎo)開始，層層落實責(zé)任制，使安全工作職責(zé)明確；②要重視火種火源控制和管理，減少庫區(qū)的火災(zāi)隱患；③要重視棉花倉儲火災(zāi)鏈形式，一方面加強(qiáng)員工安全教育培訓(xùn)，調(diào)動火災(zāi)災(zāi)害鏈涉及的各環(huán)節(jié)員工維護(hù)安全的自覺性、積極性、創(chuàng)造性，形成安全齊抓共管的局面；另一方面要針對火災(zāi)防治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有針對性的制定出搶修、搶險、滅火的方法、手段及技術(shù)實施方案，建立起搶險救災(zāi)的快速反應(yīng)機(jī)制，及時避免火災(zāi)災(zāi)情的擴(kuò)大化，有效控制火災(zāi)災(zāi)情后果。