基于模糊綜合評價法的實驗室火災風險評價

劉 音， 王瑞雪， 劉 洋， 馮 肖, 崔向崢

(山東科技大學 a. 礦業與安全工程學院, b. 礦業工程國家級實驗教學示范中心，山東 青島 266590)

0 引 言

隨著高等教育事業不斷普及和深入，無論從數量還是質量上，高校實驗室建設都達到了前所未有的高度，實驗室所承擔的實訓任務進一步加重，而同時實驗室安全工作也面臨著巨大的壓力和挑戰[1]。當前我國開設安全工程專業的高校達170所，而通風工程仿真實驗室是在安全工程教學過程中不可缺少的實驗場所。由于通風工程仿真實驗室一般設置在環境相對密閉的室內，且設備材質如通風管道多為可燃性較高的塑膠，具有較大的安全隱患，一旦發生火災爆炸事故，將嚴重影響到正常的教學秩序和師生身心健康，并將造成不良的社會影響[2]。

對于火災預防及評價的研究，最早出現在一些發達國家。Moshashaei等[3]基于13類期刊的93篇學術論文對目前火災風險評估所涉及的領域及方法進行了系統的總結，為火災風險評估方法的選擇和應用提供參考；我國對于火災風險評價研究的起步較晚，從20世紀80年代開始，對火災風險的評價工作逐步展開[4]；李志紅[5]通過對2001年以來的100起典型實驗室事故原因及后果分析，得出火災和爆炸是實驗室事故的主要類型；基于火災風險評價的思路和方法，尤立明等[6]從安全系統工程學的有關原理出發，采用事故樹分析法，對實驗室火災事故進行了全面的分析，得出了發生火災事故的可能途徑，為確立實驗室火災風險指標提供借鑒；李燕捷[7]分析了實驗室火災事故因果關系，繪制了火災事故因果建構圖，為預防實驗室火災的發生提供了指導。

為了切實保證實驗教學和科研的進行、有效預防和控制火災，本文以安全系統工程為理論基礎，構建通風工程仿真實驗室火災風險評價指標體系，基于模糊綜合評價，得出通風工程仿真實驗室的安全等級，結合通風仿真實驗室的特點，提出實驗室管理和預防措施。

1 通風工程仿真實驗室火災風險綜合評價模型的建立

1.1 風險識別

在遵循評價指標體系建立原則的基礎上，結合實驗室的固有特點和有關專家的意見，針對通風工程仿真實驗室，歸納出了其主要的火災風險因素：

(1) 建筑物屬性。就建筑物本身耐火性而言，發生火災的難易主要取決于建筑物的耐火等級和裝修材料的耐火性，除此之外，防火分區和防煙分區是影響火災蔓延的重要因素。

(2) 滅火能力。 滅火能力首先考慮是否安裝能進行預警和早期監測的探測報警系統，其次還包括用于滅火的設備器械，包括消火栓和滅火器。發生火災時排煙系統也是影響火災危害程度的重要因素。

(3) 火災負荷。 通俗來講，火災負荷是指在自然條件下發生火災的難易程度，主要取決于可燃物數量、超負荷電器使用率、意外點火源等因素，另外線路接頭和絕緣層是否存在破損，儀器設備是否老化也應進行考慮。

(4) 人員因素。實驗室中進行的實驗操作本身就具有一定的火災危險性，需要操作人員的大量專業知識和強大的動手能力進行把控。實驗室人員的素質、心理狀態、人員數量等都會影響火災發生的幾率和危害程度。

(5) 安全疏散能力。發生火災之后，是否能夠進行有效的人員、財產疏散對火災風險評價具有十分重大的意義，包括安全出口數量、安全疏散距離、疏散標志等因素。

(6) 安全管理。火災事故需要防患于未然，日常管理中落實是否實行消防安全責任制，是否定期進行消防演習和檢查、是否制定消防應急預案等，直接影響火災的危害程度。

1.2 評價體系的確定

評價體系框架見圖1。

圖1 通風工程仿真實驗室火災風險評價指標體系

1.3 建立通風工程仿真實驗室評價因素集和評語集

模糊綜合評價的目的在于將每個評價對象的綜合分值進行大小排序，選擇一個最佳結果，應用在本文中則是在評價結果V中挑選出最客觀合理的火災風險狀態。

評價對象的影響因素組成的集合稱為因素集[8]，表達式為：

U={u1,u2, …,un}

(1)

式中，Ui=(i=1,2,…,n)表示被評價系統的評價指標。

在通風工程仿真實驗室火災風險評價中，因素集主要包含儀器操作、建筑物結構與火災載荷、消防設施配備、實驗室人員素質、實驗室管理水平等因素。

被評價系統的各個影響因素的評判結果構成的集合成為評語集，表達式為：

V={v1,v2,…,vm}

(2)

式中，Vi=(i=1,2,…,m)表示可能的評判結果，一般劃分為3至5個等級。在通風工程仿真實驗室火災風險評價中，評語集可設定為V={安全，比較安全，一般安全，不安全，很不安全}

1.4 基于專家評分法的各級評價指標權重的確定

先由調查者擬定評價表格，然后交由各位專家獨立評分，專家之間互不交流，不受外界影響，保證評分的科學性。最后由調查者歸納整理數據，進而得出結論。

(3)

因此可以得出各模糊子集A=(a1,a2,…,an)。

通過制定調查表、請專家打分、收集整理專家打分表等過程，代入式(3)計算得出各因素重要程度系數。如表1所示。

表1 通風工程仿真實驗室火災風險評價因素集權重分配表

1.5 評價指標等級量化準則

根據專家對指標體系的打分，計算出了各指標的權重，實現了對實驗室火災風險評價的定量分析。然而對通風工程仿真實驗室進行火災風險評價的目的，是要獲得其火災風險性的高低，即需要獲得一個定性的評價結果。因此，依據相關法律法規及標準，結合有關專家建議，制定了出合理的評分等級標準，見表2。

表2 評分等級標準

若對指標的評分位于90～100分，則表示被評價指標的安全等級高，能夠起到較好的預防和控制火災的作用。若指標評分位于80～90分，則表示被評價指標的安全等級較高；若指標評分位于70～80分，則表示被評價指標的安全等級一般。如果指標評分位于上述3個等級，則其安全性處于可以接受的水平。若指標評分位于60～70分，則表示被評價指標的安全等級較低；若指標評分小于60分，則其安全水平難以接受。如果指標評分位于這2個等級，那么必須立即采取有效措施進行整改。

2 實驗室火災風險綜合評價實證研究

2.1 通風工程仿真實驗室概況

實驗室建成于2006年并投入使用，建筑結構為鋼筋混凝土結構，耐火等級為二級。該樓共4層，有眾多辦公室、機房和實驗室。被評價的通風工程仿真實驗室位于二樓東側，緊鄰疏散樓梯。

2.2 確定因素集及因素評分

通風工程仿真實驗室火災風險模糊綜合評價的因素集為通風工程仿真實驗室火災風險評價指標體系(圖1)的各評價指標。指標的定量化評分區間為90～100分、80～90分、70～80分、60～70分和不足60分，分別對應安全等級為高、較高、一般、較低、低。對于最終綜合評價結果的安全等級定位分為安全、比較安全、一般安全、存在危險、非常危險5個等級。邀請10位專家根據實驗室的具體情況進行打分，然后進行數據處理。如果7位專家人為實驗室安全等級高、2位專家認為安全等級較高、1位專家認為安全等級一般，則此評價指標的評分記為(0.7,0.2,0.1,0.0,0.0)。

2.3 模糊綜合評價

2.3.1單因素模糊綜合評判

單獨對某一個因素進行模糊評價，可以得到這個因素與評語之間的模糊關系矩陣，這個過程稱為單因素模糊評判。

從單因素Ui來進行評價，獲得對評價子集Vj的隸屬度rij，就可以得到第i個因素的單因素模糊評價集合ri=(ri1,ri2,…,rim)，那么完成對n個因素的模糊評價，即可得到模糊關系矩陣：

(4)

則綜合評判結果為：

B=AR=(b1,b2,…,bm)，i=1,2,…,m

其中，B為U對V的隸屬向量。例如

建筑物屬性U1：

B1=A1R1=(0.302,0.293,0.190,0.189)·

(0.158 6,0.498 8,0.240 6,0.076,0)

同理可得：

滅火能力U2

B2=(0.318 2,0.350 5,0.601 9,0.032 4,0)

火災負荷U3

B3=(0.335 1,0.329 3,0.201 4,0.050 2,0)

人員因素U4

B4=(0.367 8,0.301 2,0.198,0,0)

安全疏散能力U5

B5=(0.255 6,0.235 8,0.198 6,0,0)

安全管理U6

B6=(0.02,0.358 2,0.549 1,0.119 7,0)

2.3.2二級模糊綜合評價

將U1,U2,U3,U4,U5,U6看做6個綜合影響因素，將B1,B2,B3,B4,B5,B6構成其模糊矩陣R，計算如下：

B=AR=(0.294,0.246,0.264,0.286,0.245,0.339)·

(0.387 964 8,0.591 471 6,0.557 081 1,0.084 145 5,0)

根據最大隸屬度原則，綜合評價結果顯示，通風工程仿真實驗室的安全等級為比較安全。

3 實驗室火災風險控制對策

綜合評價結果顯示實驗室處于比較安全的狀態，但從專家評分可以看出，仍存在一些安全等級偏低的單項指標。比如安全管理U6，其專家評分為(0.02,0.358 2,0.549 1,0.119 7,0)，安全等級為一般安全，有較大的改進提升空間。

綜合考慮上述的評價結果，對實驗室的火災風險控制提出以下整改措施：

(1) 完善消防安全責任制。安全管理是實驗室管理的一項重要內容[9]，應從人、物、環境三方面建立消防安全責任制，將實驗室消防安全管理的責任落實到每個人和每個時間段。各實驗室應該根據自身存放實驗物品的性質、實驗條件、可燃物數量等實際情況，建立健全有針對型的消防安全管理制度并落實防火崗位責任制。

(2) 建立健全火災事故應急預案。若要充分發揮火災應急預案對事故處理的指導作用，應當確保應急預案符合實驗室的管理現狀，才能使預案具有可操作性和可執行性[10]。

(3) 加強消防安全檢查。安全檢查時要做的有章可循，根據法律法規、應急預案和相關安全檢查表的詳細項目逐條進行檢查，對于檢查過程中發現的隱患必須及時進行上報和整改[11]。同時應詳細記錄每次檢查的流程、結果和檢查人員，建檔保存并在一定時間內再次檢查整改措施的落實情況。

(4) 加大實驗室消防安全建設力度。除了配備常見的各種滅火器、火災探測警報裝置外，有條件的實驗室還應安裝自動噴淋滅火系統、將室內可燃裝修材料更換為不燃或難燃材料，抑制火災的發生和發展[12-13]。

(5) 加強師生安全教育，堅持防火演習。高校應當定期開設消防安全知識講座，普及消防安全知識和技能[14]：會使用滅火器；正確處理初期火災，爭取較多的人員疏散時間[15]；及時組織人員疏散。只有日常積累足夠的安全知識，才能在事故發生時采取正確的措施從容應對。

4 結 語

本文以通風工程仿真實驗室為例，從建筑物屬性、滅火能力、火災負荷等6個方面對通風工程仿真實驗室火災進行風險識別，建立了通風工程仿真實驗室火災風險評價指標體系。在此基礎上，通過專家評分法確定指標集的權重，結合模糊綜合評價法得出通風工程仿真實驗室模糊綜合評價模型。通過對該實驗室進行火災風險評價實證研究，得出通風工程仿真實驗室的安全等級為比較安全，最后根據綜合評價結果提出相應的對策措施，為進行實驗室火災風險評價提供了理論指導。