基于L-R型模糊數的原棉庫火災事故樹分析

鄭艷敏，張金鋒，劉慶洲

（河北科技大學環境科學與工程學院，河北石家莊 050018）

基于L-R型模糊數的原棉庫火災事故樹分析

鄭艷敏，張金鋒，劉慶洲

（河北科技大學環境科學與工程學院，河北石家莊 050018）

根據現場實際狀況的統計并依據專家經驗所提供的模糊信息，在對原棉庫發生火災事故構建事故樹的基礎上，通過運用系統工程的模糊事故樹理論中的尖型隸屬函數，對原棉庫火災事故進行了模糊可靠性分析，得出了其發生事故的模糊概率可能性分布；并對各個基本事件的結構重要度進行了分析，確立了影響系統的最主要因素，為預防火災事故的發生以及對系統進行安全分析提供了新的方法和途徑。

事故樹；火災事故；模糊概率；模糊算子

隨著生產技術的發展和生產規模的擴大，紡織企業的生產安全已成為一個社會問題。棉紡織生產工藝流程長、工序多、機械設備復雜、數量大、機器排列密集、通道窄小、機器設備轉速快；生產的原料主要是棉、麻和化纖等易燃、可燃物，因此火災危險性較大，火災發生率高。一旦發生火災，蔓延途徑多，極易發生大面積立體火災：火災事故的危害巨大、后果嚴重，輕則燒毀原料、產品，重則徹底毀壞機器設備或造成人員傷亡。

在對大型復雜系統進行事故概率分析時，事故樹各底事件發生的概率本身帶有一定的不確定性，即模糊性［1］，因此把模糊集理論引入到事故樹分析中，用模糊數描述事件發生的概率，具有較大的靈活性和適應性。在模糊數學理論中，對于那些故障發生概率低、得不到發生概率精確值的基本事件，可以認為其發生概率是模糊數。采用模糊概率方法，并結合工程技術人員的實際經驗和判斷來構造模糊數的隸屬函數，可使評價結果更趨合理和科學［2－3］。因此本文將采用模糊事故樹分析法來分析原棉庫火災事故發生的概率。

1 事故樹分析

1.1 模糊理論基礎

模糊數μω（x）有2種定義方法，一般采用的方法為設L，R為模糊數的參照函數，若有：

則稱模糊數μω（x）為L-R型模糊數，并記μω（x）（m，α，β）LR，其中m為μω（x）的均值，α，β分別稱為μω（x）的左右分布。當α，β等于0時，μω（x）不是模糊數。α，β分布越是廣泛，其μω（x）越模糊［4］。參照函數有多種形式，故L-R型模糊數的隸屬函數也有多種形式［5］，常見的有三角形、正態型和尖型。一般常用的是尖型函數，其表達式為

一般計算模糊數時有加、減、乘、除4種法則，本文用到減法和乘法法則，其中減法法則用在計算或門模糊算子中，而乘法法則用在計算與門模糊算子中。

1.2 事故樹分析與門模糊算子

對于與門，其模糊算子的遞推形式為［5－6］

其中mr是專家經驗得出的頂事件發生概率的均值；m P1，m P2，…，m Pn分別指專家對導致頂事件發生的每個基本事件的發生概率；α和β是發生概率均值的左右分布。

2 實例應用

2.1 原棉庫事故樹的構建

棉花非常容易燃燒，原棉庫的儲量又比較大，棉花發生自燃以及受引火源的影響而發生火災的危險性非常大。為此采用事故樹分析的方法進行研究，找出可能導致火災事故發生的影響因素，并對各因素間的邏輯關系作出描述，據此得出事故樹圖（如圖1所示）。

2.2 頂事件模糊概率可能性分布

因為如圖1所示的事故樹的“或門”比“與門”多，所以其最小徑集的數量比最小割集的數量要少，從最小徑集下手分析比較方便。從事故樹中可以求得最小徑集如下：

圖1 原棉庫火災事故的事故樹Fig.1 Fault tree of raw cotton plant fire

根據現場實際狀況的統計以及專家經驗得出事件發生概率的均值mi如表1所示（均值的依據），又由式（1）得知隸屬函數是對稱的，那么取均值在中間的點x的隸屬度為0.1，那么此時求得αi＝βi＝0.05mi，其αi和βi的值如表1所示。

根據表1、圖1及式（2）、式（3）計算，由事故樹的結構函數計算得出頂事件的概率如下：P T＝（0.025 6，0.006 8，0.006 8）LR＝（0.018 1，0.031 0），由此可知，頂事件發生概率大約是0.025 6，系統的可靠度約為0.974 4，頂事件的發生概率在（0.018 1，0.025 6）之間。從事故樹的基本事件以及頂事件的發生概率中可以看出發生火災的危險性較大。因此從最小徑集中找出基本事件影響頂事件發生的重要程度。

2.3 結構重要度分析

表1 原棉車間火災事故樹基本事件的故障概率均值及左右分布Tab.1 Failure probability and distribution of the basic event in the raw cotton plant fire fault tree

通過以上的理論分析可知，基本事件“人為放火、外來火源、吸煙、雷擊、擅自動火、汽車排氣管冒火星、接錯線或誤操作、絕緣層老化、用電設備上有雜物、電動機設計功率偏低、未按設備要求使用、導線過細、導線接頭不符合技術要求、氧化、松動、電氣設備接插不良、堆垛離照明燈的距離太近”發生與否對整個系統危險性大小的影響是比較大的，是防治對策的主要研究對象。

3 結 論

1）基于模糊數學理論的尖型隸屬函數，解決了以往事故樹無法解決的基本事件發生概率值的問題，對原棉庫事故進行分析，使得事故樹分析的范圍得以延伸和擴展，這將為杜絕紡織企業火災事故的發生、保證安全生產、降低災害損失具有重要的理論意義和實際應用價值。

2）通過對基本事件結構重要度的分析，確定了影響事故樹頂事件發生的主要原因，使系統安全分析更加全面，并為其提供了新的方法和途徑；確立了系統最薄弱的環節，為制定紡織企業火災事故的風險控制措施提供了理論支撐。

［1］周曉蔚，王麗萍，鄭丙輝.基于三角模糊數的沉積物污染生態風險評價［J］.環境科學（Environmental Science），2008，29（11）：3 206-3 212.

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［3］韓 達.化工企業開展危害識別及風險評估的現狀與對策［J］.化工進展（Chemical Industry and Engineering Progress），2003，22（7）：766-795.

［4］黃洪鐘.機械系統故障樹分析的一種新的模糊方法［J］.機械科學與技術（Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering），1994（1）：1-7.

［5］李 兵，朱梅林，陳曉偉，等.模糊故障樹分析法在內燃機可靠性中的應用研究［J］.內燃機學報（Transactions of CSICE），1999，17（1）：63-66.

［6］肖 丹，秦文貴，邸志強.模糊故障樹分析法及其在礦井水災評價中的應用［J］.礦業安全與環保（Mining Safety ＆Environmental Protection），2006，33（5）：43-50.

Fault tree analysis of fire accident in cotton plant based onL-Rfuzzy numerals

ZHENG Yan-min，ZHANG Jin-feng，LIU Qing-zhou

（College of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Based on the statistics of running condition of field equipment and the fuzzy information provided by experts，the fault tree of fire accident in cotton plant is constructed.A reliability analysis on fire accident is made by using sharp-state-typed membership function of the fuzzy fault tree theory，then the fuzzy probability distribution of the explosion is gained.The structural importance of each basic event is also analyzed，and the most influencing factors are determined.It provides a new way for safety analysis of the system and prevention of fire accidents.

fault tree；fire accident；fuzzy probability；fuzzy operator

X932

A

1008-1542（2012）04-0375-04

2012-02-20；

2012-03-23；責任編輯：王海云

鄭艷敏（1984-），女，河南商丘人，碩士，主要從事火災防治理論與技術方面的研究。