基于集成DEMATEL/ISM方法的東北林區(qū)貯木場火災(zāi)風(fēng)險研究

李奇，薛偉，張華超,2

(1.東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040；2.吉林省白河林業(yè)局，吉林 延邊朝鮮族自治州，133000)

0 引言

貯木場是林場內(nèi)木材原條裝運(yùn)、卸貨、選材和造材的主要場所，其中存在大量木材原條、枝條、板材及其加工剩余物。由于貯木場地屬林區(qū)，春秋季節(jié)風(fēng)速大，加上場內(nèi)設(shè)備長時間高速運(yùn)轉(zhuǎn)、管理方式的疏漏都可能成為貯木場火災(zāi)發(fā)生的不確定因素。貯木場一旦起火，其內(nèi)大量的可燃物使火災(zāi)在很短時間內(nèi)變得無法控制，從而對人身安全和經(jīng)濟(jì)造成極大的損失。近年來，國內(nèi)外學(xué)者也逐漸開始對貯木場火災(zāi)風(fēng)險和火災(zāi)預(yù)防的實施方法展開研究，薛偉等[1]采用層次分析法對東北林區(qū)貯木場的火災(zāi)安全等級評定做出研究，建立出完整的火險安全體系；耿志偉等[2]利用可拓層次分析法對東北林區(qū)貯木場進(jìn)行研究，從而建立火災(zāi)風(fēng)險指數(shù)體系。以上對東北林區(qū)貯木場火災(zāi)風(fēng)險的研究多為分析各因素的影響比重，以此建立火災(zāi)風(fēng)險模型，但迄今為止還未有學(xué)者研究各火災(zāi)影響因素間內(nèi)部聯(lián)系及各因素之間的相互影響關(guān)系對火災(zāi)風(fēng)險的整體影響。決策實驗室分析法(Decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL)通過系統(tǒng)中各影響因素之間的邏輯關(guān)系和直接影響矩陣，可以計算出每個因素對其他因素的影響度以及被影響度，從而計算出每個因素的原因度與中心度，作為構(gòu)造東北林區(qū)貯木場火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測模型的依據(jù)，從而確定因素間的因果關(guān)系和每個因素在系統(tǒng)中的地位[3]。解釋結(jié)構(gòu)模型法(Interpretative structural modeling method，ISM)可以將各個因素之間的關(guān)系通過二維圖形表現(xiàn)出來，以最直觀的拓?fù)鋱D的方式表達(dá)事物各因素的聯(lián)系。

基于以上分析,使用集成DEMATEL/ISM方法,綜合考慮東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險影響因素的模糊性與交互性,構(gòu)建貯木場消防安全影響因素分析模型,確定東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險影響因素的重要程度與邏輯結(jié)構(gòu)，為東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險評估模型的建立與有效消防風(fēng)險的管控和監(jiān)督提供理論依據(jù)。

1 集成DEMATEL/ISM方法

結(jié)合DEMATEL/ISM 2種方法的特點，利用DEMATEL方法計算結(jié)果并引入閾值λ，獲得ISM方法所需的可達(dá)矩陣, 進(jìn)而建立因素的解釋結(jié)構(gòu)模型，使因素間的邏輯結(jié)構(gòu)劃分更為直觀清晰，便于分析決策[4]。

1.1 建立直接影響矩陣

根據(jù)研究對象確定影響指標(biāo)集A，劃分指標(biāo)間相互影響程度的等級標(biāo)度L和對應(yīng)量值，量化分析要素間的相互影響作用，建立要素間的原始直接影響矩陣。

(1)

式中：A為直接影響矩陣；m和n為影響因素；a為n因素對m因素影響程度。

若運(yùn)用專家調(diào)查法獲得R個直接影響矩陣,則利用均值法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,如公式(2)所示。

(2)

式中：R為直接影響因素個數(shù)；i和j為直接影響矩陣的行列數(shù)。

1.2 規(guī)范化直接影響矩陣

對矩陣A進(jìn)行規(guī)范化

(3)

1.3 求解綜合影響矩陣

綜合影響矩陣通過公式(4)計算。

T=A′(I-A′)-1=(tij)n×n。

(4)

式中：T為綜合影響矩陣；I為單位矩陣。

1.4 計算影響度、被影響度、原因度和中心度

根據(jù)公式(4)求得的綜合影響矩陣計算影響度、被影響度、原因度及中心度，影響度和被影響度分別指該因素影響其他因素的能力和受影響的情況。原因度表示該因素在體系中的重要性，中心度的正負(fù)是區(qū)分原因因素和結(jié)果因素的根據(jù)。影響度Bi、被影響度Di、原因度Ei和中心度Fi的計算公式依次如公式(5)—公式(8)所示[7]。

(5)

(6)

Ei=Bi-Di,(i=1,2,...,n)。

(7)

Fi=Bi+Di,(i=1,2,...,n)。

(8)

式中：tij為各因素影響程度

1.5 繪制因果圖

以中心度為x軸,以原因度為y軸,建立平面直角坐標(biāo)系，繪制各因素點，形成因果圖,并結(jié)合象限確定法,對影響因素屬性與重要程度進(jìn)行分析。

1.6 計算可達(dá)矩陣

(1)立整體影響矩陣H

H=I+T=(hij)n×n。

(9)

(2)確定閾值λ

λ=α+β。

(10)

式中：α為均值；β為標(biāo)準(zhǔn)差。

λ取值的選取大多根據(jù)專家經(jīng)驗,主觀性強(qiáng),而用基于統(tǒng)計分布的均值與標(biāo)準(zhǔn)差之和代替更具有客觀性,可降低主觀性影響。

(3)確立可達(dá)矩陣M

(11)

1.7 建立層次遞階模型

對可達(dá)矩陣進(jìn)行分解,確定影響因素的可達(dá)集X(Ci)、先行集Y(Ci)，進(jìn)而依次分級獲得東北林區(qū)貯木場消防安全影響因素的層級結(jié)構(gòu)，最終建立閾值下的解釋結(jié)構(gòu)模型。

X(Ci)∩Y(Ci)=Z(Ci)。

(12)

2 建立東北林區(qū)貯木場風(fēng)險因素體系

據(jù)東北林區(qū)貯木場的生產(chǎn)特點與火災(zāi)特性，基于德爾菲法，結(jié)合系統(tǒng)論、事故致因理論和危險源理論等[5-7]，從人員、設(shè)備、可燃物、環(huán)境和管理5個方面提取17個東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險影響因素,如圖1 所示。影響因素釋義見表1。

表1 各影響因素詳細(xì)釋義

圖1 火災(zāi)風(fēng)險影響因素圖示

3 貯木場消防安全影響因素分析

3.1 建立DEMATEL分析模型

(1)各因素對其他因素的影響根據(jù)影響性等級由強(qiáng)到弱分為L1—L8，見表2。

表2 影響等級標(biāo)度表

根據(jù)專家調(diào)查法，得到東北林區(qū)貯木場17個影響因素的直接影響矩陣A，見表3。

表3 直接影響矩陣A

(2)根據(jù)公式(5)—公式(8)，可計算得各因素影響度、被影響度、中心度和原因度。根據(jù)原因度大小計算各影響所占權(quán)重見表4和表5。

表4 各影響因素的計算值

表5 各影響因素權(quán)重比

(3)繪制因果圖。根據(jù)表4可得因果關(guān)系圖的橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)分別為中心度Fi及原因度Ei，如圖2所示。

圖2 因果關(guān)系圖

3.2 建立ISM模型

根據(jù)綜合影響矩陣的均值及標(biāo)準(zhǔn)差可得λ=0.131+0.048 8=0.179 8。按照公式(9)—公式(11)獲得可達(dá)矩陣M，運(yùn)用公式(12)獲得東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險因素的多級ISM模型，如圖3所示。

圖3 多級ISM模型

3.3 結(jié)果分析

(1)原因度分析。根據(jù)公式(11)可知，原因度大于0為原因型因素，反之則為結(jié)果型因素的原則，東北林區(qū)貯木場消防風(fēng)險因素包含8個原因因素和9個結(jié)果因素。按照原因度大小，原因因素依次為：C14濕度、C13氣溫、C12風(fēng)速、C1工作人員人數(shù)、C8木材儲存量、C4設(shè)備種類及數(shù)量、C11木材含水率、C16消防知識培訓(xùn)投入。結(jié)果因素依次為：C3工作人員防火技能、C2工作人員防火意識、C9加工剩余物存放情況、C15消防設(shè)施完好性、C5消防設(shè)施完好性、C7設(shè)備使用年限、C6設(shè)備養(yǎng)護(hù)周期、C10加工剩余物存放情況、C17防火巡邏周期。

從原因度結(jié)果可知，影響貯木場火災(zāi)風(fēng)險的原因型因素由環(huán)境、可燃物、人員、設(shè)備和管理因素共同構(gòu)成，這些因素相互影響相互制約，對東北林區(qū)貯木場火災(zāi)的發(fā)生起主導(dǎo)性作用,其中原因度前4位由大到小排列分別為：C14濕度、C13氣溫、C12風(fēng)速及C1工作人員人數(shù)，其中包括所有的環(huán)境因素，由ISM模型可知，屬于根源影響因素與深層影響因素。濕度、氣溫、風(fēng)速為非人為因素，皆屬不可控因素，造成影響的能力也是非常巨大,在惡劣環(huán)境條件下，火災(zāi)風(fēng)險直線上升，因此對環(huán)境因素的監(jiān)控也是重中之重，可在貯木場內(nèi)多處安裝傳感器，在風(fēng)速大、溫度高和干燥的情況下，提高對其他可控因素的控制，盡可能降低火災(zāi)風(fēng)險。

結(jié)果型因素由管理、人員、可燃物和設(shè)備因素構(gòu)成，這些因素是火災(zāi)發(fā)生的主要原因，對火災(zāi)的預(yù)防起重要作用。其中管理因素C15消防設(shè)施完好性、C17防火巡邏周期為表層影響因素與中層影響因素，受其他因素影響較大，是貯木場火災(zāi)發(fā)生的直接原因。貯木場的管理方式對于貯木場起火有直接的責(zé)任，其中包括防火設(shè)施的完好程度、貯木場的管理者對于員工防火知識、防火工具使用、火災(zāi)危險程度的教育投入和巡邏人員對隱藏風(fēng)險的把控。以上風(fēng)險可通過嚴(yán)格的監(jiān)管制度將其減低，如定期檢查設(shè)備，并引進(jìn)最先進(jìn)防火設(shè)備；加大對員工防火知識技能培訓(xùn)，并可請當(dāng)?shù)叵绬T手把手教工人們?nèi)绾畏阑稹⒕然?，并每個月對員工進(jìn)行考核；加大防火巡邏力量，如指派多名員工不間斷對貯木場進(jìn)行巡邏，如發(fā)現(xiàn)火源，從源頭撲滅，可把損失降為最低。

(2)中心度分析。中心度反映了各影響因素在消防風(fēng)險體系中的重要性。按照中心度從大到小進(jìn)行排序依次為：C8、C4、C16、C1，在8個原因因素中排前4位,其中包含可燃物、設(shè)備因素和人員因素,說明貯木場內(nèi)對設(shè)備及可燃物的看管和存放是預(yù)防貯木場起火的關(guān)鍵，同時也要加強(qiáng)對人員的控制，才能有效降低貯木場起火的概率。可燃物因素為中心度最大因素，是火災(zāi)的源頭,因此為最重要因素，對于可燃物的存放也是預(yù)防火災(zāi)的關(guān)鍵一步。

C9、C5、C10、C17的中心度在9個結(jié)果因素中排前4位,其中對工作人員防火意識和能力是降低火災(zāi)風(fēng)險的基礎(chǔ),提高工作人員的意識和防火能力可以有效地提高整個貯木場的防火氛圍，如在貯木場內(nèi)多處放置提醒標(biāo)語，讓安全成為員工隨時隨地提供防火意識；對員工防火技能的培訓(xùn)也是貯木場內(nèi)防火的重點，在培訓(xùn)時確保每個員工能實際操作，對各種防火報警設(shè)備及滅火設(shè)備的使用做到熟練，并聘請有經(jīng)驗并具有消防安全證的人員作為保衛(wèi)處領(lǐng)導(dǎo)，帶領(lǐng)員工做到時時刻刻把安全放到第一位。

(3)因素邏輯關(guān)系分析。根據(jù)ISM模型可將影響貯木場火災(zāi)的17個因素分為5個等級，第一級為表層影響因素，這些因素往往是導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的直接原因，分別為C5、C8、C9、C10、C16、C17，其他因素通過影響這6個因素從而影響火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險。第二級和第三級為中層影響因素，分別為C6、C15、C2、C3、C4、C7、C11，以上因素通過工作人員素質(zhì)、設(shè)備使用情況和管理力度影響火災(zāi)發(fā)生的可能性，是貯木場引發(fā)火災(zāi)事故的間接原因。C1、C13、C14為深層影響因素，C12為根源影響因素，以上因素是貯木場消防的基礎(chǔ)，是火災(zāi)發(fā)生的根本原因。

4 貯木場實際火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測

4.1 貯木場情況調(diào)查

本文以吉林省白河林業(yè)局寶馬林場貯木場(123°40'～131°E，41°～44°30'N)為研究對象，根據(jù)以上模型對其火災(zāi)風(fēng)險進(jìn)行研究。實驗數(shù)據(jù)為2019年9月18日—9月25日對寶馬林場貯木場內(nèi)一周內(nèi)的工作及環(huán)境進(jìn)行考察后得出?？疾烨?，將多組測量風(fēng)速、氣溫、濕度的傳感器放置于林場內(nèi)間隔50 m的監(jiān)測點。分別記錄該貯木場不同時刻工作人數(shù)、木材及其剩余物情況、巡邏情況及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。并詢問該廠廠長每年對設(shè)備的養(yǎng)護(hù)及使用情況、每年對工人的培訓(xùn)情況。最后向工人們發(fā)放消防知識及火災(zāi)處理問卷，對工作人員處理突發(fā)火災(zāi)的知識進(jìn)行測試。將各個影響因素分為5個等級，具體分級情況及對貯木場一周調(diào)查結(jié)果見表6。

表6 貯木場各因素火災(zāi)風(fēng)險評級及調(diào)查結(jié)果

4.2 貯木場火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測

通過本次現(xiàn)場調(diào)研，對寶馬林場貯木場進(jìn)行了為期一周以天為單位的火災(zāi)風(fēng)險預(yù)測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本周火災(zāi)風(fēng)險最高的一天為9月19日，該日氣溫24 ℃，風(fēng)速為8.14 m/s，空氣濕度為65%。根據(jù)以上火災(zāi)風(fēng)險評級和各因素對整體火災(zāi)風(fēng)險影響權(quán)重表可計算得該日火災(zāi)風(fēng)險評級得分為3.029，風(fēng)險等級為中風(fēng)險。本周火災(zāi)風(fēng)險最低的一天為9月25日，該日氣溫為16 ℃，風(fēng)速為3.2 m/s，空氣濕度為72%，火險評級得分為3.25，風(fēng)險等級為中風(fēng)險。

根據(jù)以上調(diào)研結(jié)果，可以得出結(jié)論，寶馬林場貯木場在秋季火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險為中風(fēng)險，驗證了上述模型的可行性。由表6數(shù)據(jù)可以得出，寶馬林場貯木場為小規(guī)模林區(qū)貯木場，人員設(shè)備偏少，在東北林區(qū)秋季火災(zāi)高發(fā)期，評分可穩(wěn)定為3～3.5。在此期間貯木場可做出以下調(diào)整來減少火災(zāi)發(fā)生的概率：首先可降低同時在崗人數(shù)，從而減少設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間，貯木場可在高危季節(jié)對人員做出調(diào)整，減少木材加工人員，并且增加火災(zāi)巡邏人員；其次，可預(yù)防性地準(zhǔn)備水車及消防車，以便發(fā)生火災(zāi)時進(jìn)行及時撲救，以免錯過火災(zāi)控制最佳時機(jī)；最后，可在高危季節(jié)進(jìn)行火險預(yù)防宣傳活動，對員工進(jìn)行防火措施教育，進(jìn)而預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

5 結(jié)論

(1)東北林區(qū)貯木場防火影響因素可分為5個方面：人員、設(shè)備、可燃物、環(huán)境、管理。其中可燃物因素所占影響權(quán)重最大，可達(dá)25.64%；將這5個方面分為17個影響因素，其中木材蓄積量占有最大影響比重，可達(dá)7.45%。

(2)影響東北林區(qū)貯木場火災(zāi)風(fēng)險的17個因素中有：8個原因因素，這8個原因因素是火災(zāi)發(fā)生的支配性原因；9個結(jié)果因素，對預(yù)防火災(zāi)發(fā)生有較重要的意義。其中木材蓄積量、設(shè)備種類及數(shù)量、防火培訓(xùn)投入和工作人數(shù)是原因因素中影響最大的4個因素，直接影響貯木場火災(zāi)風(fēng)險發(fā)生概率；木材加工剩余物存放方式、設(shè)備連續(xù)工作時長、木材存放方式及防火巡邏周期為結(jié)果因素中影響度最大的4個因素，是引起貯木場火災(zāi)的直接原因。

(3)為驗證該模型的實用性，本文以寶馬林場貯木場為研究對象，現(xiàn)場測量了一周的火災(zāi)因素參數(shù)，通過該模型計算后發(fā)現(xiàn)，寶馬林場在該周內(nèi)火災(zāi)風(fēng)險為中風(fēng)險，進(jìn)而提供預(yù)防措施來降低該周火災(zāi)發(fā)生概率。因此得出該模型可用于預(yù)測東北林區(qū)貯木場火災(zāi)風(fēng)險。