船舶机舱火灾风险评估
发布日期:2010/1/20 点击次数:4679
摘要：为了对船舶机舱进行火灾风险评估，针对船舶机舱的特点建立了一套完整的综合评价指标体系。采用层次分析法对各个指标进行权重分析，并建立基于模糊识别模式的机舱火灾风险评价模型，把权广义距离之和最小的模糊识别模型用于综合评判中。以一条浮油回收船为例对该船的机舱进行火灾风险评估，结果表明，模糊综合风险评价方法是可行有效的，为船舶火灾风险评估打下了基础。
关键词：机舱；火灾；模糊综合评价；层次分析法
0前言
船舶在营运中发生火灾，由于扑救条件比陆上差，因此可能遭受的损失比较大。如果火灾发生时正遇船舶在大风浪中航行，附近又无别的船舶救助，或虽有邻船但无法靠拢，就更增加了扑救困难，这是船舶在海上发生火灾的重要特点。
机舱是船舶的心脏，是船舶防火管理的重中之重。机舱设施集中，管路纵横交错，且处于封闭状态，通路出口狭小而单一，设备的常年使用又会造成部件老化。这都是促成机舱发生火灾概率较高而且难以扑救的基本原因。本文在分析和评述国内外已有的火灾评价方法的基础上，采用了火灾风险模糊综合评价的方法对机舱火灾进行评价。
1评价指标体系的建立
机舱火灾风险评价系统应全面地反映机舱相关因素对安全的影响。由于机舱是一个复杂的系统，需要考虑的因素很多，因此，将各因素分为不同的类别和层次，进行多级综合评价。根据各因素的相互关联及作用情况分析，评价系统可由风险源因素、人员因素、管理因素、环境因素4个子系统组成。这4个子系统构成对机舱火灾风险的全方位评价，可作为机舱火灾风险评价系统的一级因素。每个一级因素下还有许多因素，按由上至下、由大到小的原则，可对各因素进行分类分层，最下层因素称为底层因素。这样既保证较全面反映各种因素对船舶机舱安全的影响，又使得综合评价过程不至于过分繁琐，评价过程与因素分析过程相反，即按照多级模糊综合评价的原则，由下至上逐层进行评价，最后得到机舱综合评价结果。机舱火灾风险评价指标体系如图1所示。
图1机舱火灾风险评估指标体系
2权重的确定——层次分析法(AHP法)
AHP法是一种定性和定量相结合的权重确定方法。AHP的基本思想是先按问题要求建立一个描述系统功能或特征的递阶层次结构，通过两两比较评价因素的相对重要性，给出相应的比例标度，构成上层某因素对下层相关因素的判断矩阵，以给出相关因素对上层某因素的相对重要序列。
递阶层次结构如图1已经给出，根据1～9级标度法取值来表示两元素间的相对重要性，1～9级标度法的意义如表1所示。由此我们可以得到两两判断矩阵A=(aij)n×n，我们称A为正互反矩阵，其中：A为准则层风险因素的相对重要度判断矩阵；n为准则层风险因素个数；aij为准则层各风险因素相对目标层的相对重要度。
表1 元素两两对比时的重要性等级及其赋值
|
序号 |
重要性等级 |
aij赋值 |
|
1 |
i，j两元素同样重要 |
1 |
|
2 |
i元素比j元素稍重要 |
3 |
|
3 |
i元素比j元素明显重要 |
5 |
|
4 |
i元素比j元素强烈重要 |
7 |
|
5 |
i元素比j元素极端重要 |
9 |
|
6 |
i元素比j元素稍不重要 |
1/3 |
|
7 |
i元素比j元素明显不重要 |
1/5 |
|
8 |
i元素比j元素强烈不重要 |
1/7 |
|
9 |
i元素比j元素极端不重要 |
1/9 |
对判断矩阵进行归一化处理，计算其特征向量W=(w1，w2，⋯，wn)T。所得的特征向量W即是各风险因素相对于其上一层风险因素的权重向量。
3机舱火灾风险综合评价
考虑到船舶机舱火灾风险评价的特点，必须建立一套能从总体上反映评价对象本质的指标体系，并能将各指标综合成一个能从总体上衡量火灾风险的综合指标，这样，选择综合评价方法作为船舶机舱火灾风险评价是理所当然的，又因为该指标体系中的许多指标都具有一定的模糊性，因此采用模糊综合评判模型对这个系统进行综合评判是符合系统的规律性的。
设待评价系统共有l个子系统，对船舶机舱火灾风险评价系统而言，即：①风险源因素子系统；②人员因素子系统；③管理因素子系统；④环境因素子系统。
设子系统①至(l)中的任一个子系统(k)中含有m个指标，每个指标均有n个样本，则该子系统性的模糊信息采样结果矩阵即指标特征向量矩阵为：
=（kxij）,i=1，2，⋯，m；j=1，2，⋯，n。 (1)
式中kxij为子系统(k)中的指标i的第j样本的指标特征值。
如子系统(k)中的m个指标按c个级别的已知指标标准特征值进行识别，则c个级别的指标标准特征矩阵为：
(2)
h=1，2，⋯，m；j=1，2，⋯，c。(2)
式中kyih为子系统(k)中指标i级别h的标准特征值，h=1，2，⋯，c；i=1，2，⋯，m。
根据综合评价的模糊性，用相对隶属度进行描述。子系统(k)中各指标的相对隶属度rij及指标特征值的相对隶属度sih可参照如下公式进行计算：
对于递减型指标：
(3)
(4)
对于递增型指标：
(5)
(6)
式中：krij为子系统(k)中指标i第j个样本对火灾危险状态的相对隶属度；kxij为子系统(k)中的指标i的第j个样本的指标特征值；ksih为子系统(k)中的指标i级别h的标准值对安全状态的相对隶属度；kyih为子系统(k)中的指标i级别h的标准值；kyi1为子系统(k)中的指标i级别1的标准值；kyic为子系统(k)中的指标i级别c的标准值。
设船舶机舱火灾风险评价系统子系统(k)的m个指标的权重向量为：
kW=(kw1，kw2，⋯，kwm) (7)
则基于权广义距离平方和最小的模糊模式识别模型为：
(8)
根据上面所推导出的模型，即可得到子系统(k)样本j对各个级别的最优相对隶属度矩阵：
(9)
应用级别特征值公式，可得
kH=(1，2，⋯，c)·kU*c×n=(1，2，⋯，c)·
(10)
式中kH为子系统(k)的火灾风险状态级别特征值，用来衡量与评价子系统(k)的火灾风险状态程度，k=1，2，⋯，l。
则船舶机舱火灾风险评价系统的风险状态特征值为：
(11)
又设 (12)
则为最终的级别特征值。
4算例
由于浮油回收船的机舱特点具有普遍性，且易发生火灾，本文将以浮油回收船为例对已建立的综合评价模型进行检验。
以风险源因素为例进行计算，首先进行专家打分，打分结果如表2所示。各因素的相对权重如表3-表6所示。
应用已建立的综合评价模型计算结果为：
1H=(3.929 3.537 3.663 3.705 3.503 3.585)
可见风险源因素处于一般安全状态。
表2 专家打分结果
|
专家 评价指标 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
电气设备布置 |
85 |
90 |
85 |
88 |
88 |
92 |
|
防火设备布置 |
80 |
80 |
86 |
82 |
90 |
85 |
|
机舱结构耐火等级 |
75 |
82 |
80 |
78 |
85 |
82 |
|
舱内物品耐火等级 |
72 |
80 |
75 |
80 |
75 |
78 |
|
火灾荷载密度/(MJ/m2) |
700 |
685 |
680 |
690 |
680 |
700 |
|
火灾荷载分布 |
80 |
88 |
88 |
85 |
90 |
85 |
表3 风险源因素
|
C1 |
C2 |
C3 |
权重 | |
|
C1 |
1 |
1/3 |
1/4 |
0.133 |
|
C2 |
3 |
1 |
1/2 |
0.293 |
|
C3 |
4 |
2 |
1 |
0.574 |
一致性检验 CR=0.0159<0.1
表4 机舱布置
|
D1 |
D2 |
权重 | |
|
D1 |
1 |
2 |
0.667 |
|
D2 |
1/2 |
1 |
0.333 |
一致性检验 CR=0<0.1
表5 机舱耐火等级
|
D3 |
D4 |
权重 | |
|
D3 |
1 |
1 |
0.500 |
|
D4 |
1 |
1 |
0.500 |
一致性检验 CR=0<0.1
表6 火灾荷载
|
D5 |
D6 |
权重 | |
|
D5 |
1 |
3 |
0.750 |
|
D6 |
1/3 |
1 |
0.250 |
一致性检验 CR=0<0.1
5结论
对船舶机舱火灾风险评估需要采用动静结合、由点到面的全面评价方式。实例计算结果表明：该船机舱火灾潜在的风险较大，但消防管理水平较高，应提高对船舶机舱消防安全的重视。模糊综合评价方法是一种对难以定量的多因素体系做出定量评价的方法，它可以将定量的问题以及人们对此问题的主观判断以数量的形式表达出来，并进行模糊运算处理。实例表明本文建立的机舱火灾指标体系和综合评价方法是合理、实用的。
作者：黄衍顺，陈梦华，马焱 来源：中国修船
