基于事故樹分析的棉花倉儲保管火災防治關鍵環節辨識研究

■ 劉妍妍 徐 捷

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州 450004〕

一、引言

棉花是關系我國國計民生的重要物資，棉花的生產、流通、加工和消費，與人民群眾的生活和廣大棉農的利益息息相關，對國民經濟的發展也有著重要影響。由于棉花易燃、陰燃、自燃等特性的存在，使得棉花倉儲環節火災頻發。據不完全統計，自2001年至2018年棉花在儲存過程中發生火災事故20多起，造成直接經濟損失超過5億元，嚴重影響了我國棉花產業的穩定發展，因此對棉花存儲時的火災問題進行系統分析進而找出防治棉花火災的關鍵環節是非常有必要的。在前期的研究中，童琦[1]基于貝葉斯網絡，構建棉花庫火災風險定量評估的拓撲結構，分析和識別棉花儲備庫致災安全隱患；湯進[2]研究了棉花加工企業火災成因，將其分為自然因素和人為因素；張金峰[3]基于L-R型模糊數對原棉庫的火災進行事故樹分析，以確立影響系統最主要因素。

在災害分析方法中，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系，成為一種工程系統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，結合對棉花倉儲管理的作業分析[5]，對引起棉花倉儲火災事故的因素進行分析，探討棉花存儲火災的關鍵防治環節，為改善棉花存儲庫的系統安全提供依據，為分析棉花倉儲火災事故提供了有效手段。

二、棉花倉儲保管火災事故樹的構建

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

圖1 棉花倉儲保管火災事故樹

表1 棉花倉儲保管火災事故樹事件編號和名稱

三、棉花倉儲保管火災事故樹分析

（一）棉花倉儲保管火災事故樹割集分析

由事故樹理論可知，如果事故樹中的全部基本事件都發生，則頂上事件必然發生。但是，大多數情況下并不是一定要求所有基本事件都發生頂上事件才能發生，而是只要某些基本事件一起發生就可以導致頂上事件的發生。事故樹的最小割集就是指能夠引起頂上事件發生的最低數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生就可以引起頂上事件發生的事故模式。根據事故樹理論，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）；當輸入變量是基本事件時，xi,j=1；當輸入變量是門K時，xi,j=xk；

λi——第i個門輸入事件的數量；

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

分析圖1的棉花倉儲保管火災事故樹，發現27個底事件可解構出最小割集876項，這說明可以導致棉花倉儲火災的因素是非常多的，必須加強棉花倉儲管理，才能有效避免火災事故的發生。

（二）棉花倉儲保管火災事故樹徑集分析

根據事故樹理論，如果事故樹中的全部底事件（基本事件）都不發生，則頂上事件一定不會發生。這一結論毋庸置疑，但是在實際應用中，要達到基本事件都不發生也是非常難的。慶幸的是，事故樹分析還認為，如果事故樹中某些基本事件不同時發生，則也可以使得頂上事件不發生。這些不同時發生就可以使頂上事件不發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生的最低數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生就可以使頂上事件不發生的安全模式。根據事故樹理論，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）；當輸入變量是基本事件時，xi,j=1；當輸入變量是門K時，xi,j=xk；

λi——第i個門輸入事件的數量；

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

分析圖1的棉花倉儲保管火災事故樹，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：領導未嚴格24小時值守。

2.（X14），X14：警消人員接報警未檢查確認。

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

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

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：作業人員未規范操作，X2：未配備消防器材，X3：動火作業未按照要求隔離，X4：地線連接不規范，X5：動火作業后未按要求檢查，X6：庫內溫度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。

結合棉花倉儲保管的實際作業含義，可以看到，集合6主要是倉庫保管作業中能產生火星的事件，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未執行到位，集合3則是倉庫內微環境（通風、溫濕度）狀況的日常監測不到位；集合1、2則是領導和警消人員職責未執行到位。可見，要使頂上事件——火災事故不發生，領導值守、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誘因的重要保障，也是保證安全隱患不能進一步演化為災害的重要保證。

（三）棉花倉儲保管火災事故樹定量分析

除對事故樹進行最小割集和徑集的分析外，運用事故樹定量分析方法計算出危險概率系數，以便了解改善系統應從何處入手。此方面的研究方便研究者根據重要程度的不同，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，以加強系統控制，使系統處于最佳安全狀態。

定量化事故的概率是非常困難的，要通過大量反復的試驗、觀測、分析和檢驗才能得到，而其準確性也受到環境和應用條件的影響。本研究中主要采用調查法和德爾菲法來定量化災害發生的危險概率。其中，專家調查法是選定本專業領域中有實際工作經驗的從業人員，將待定概率的評價指標和有關資料發給他們，請他們獨立給出各指標的頻率或后果系數，根據意見的等權或不等權的加權平均。德爾菲方法的數學運算基本思想是把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的特征向量，此特征向量即為所求的概率系數。

在本研究中，火災事件事故樹基本事件概率系數情況定義為兩種，陰燃火星產生系數用加權頻率系數來表征；其他類系數用頻率與后果加權乘算子來表征。中間層概率系數運用德爾斐算法進行計算，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個數中間的某個數，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，對于每個從業人員的評議，都可以列出關于因素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）計算優先序列得分表

設參加評議的從業人員共有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個統計值Aij組成下列優先序列得分表3。

表3 優先序列得分

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]中任意選取），則極差

（4）計算概率系數a

根據上述計算依據，得出ai的計算公式如下：

對所得數值進行歸一化，即是所需要的危險概率系數。

采用調查問卷方法對棉花在庫保管危險因素進行四級定量分析：發生頻率描述為經常發生、有時發生、偶爾才發生、一般不會發生四種情況，對應定量化賦值為：經常發生——1分，有時發生——2分，偶爾才發生——3分，一般不會發生——4分。安全后果情況描述為：非常嚴重、較嚴重、一般嚴重、不嚴重四級；對應量化賦值為：非常嚴重——1分，較嚴重——2分，一般嚴重——3分，不嚴重——4分。

問卷面向棉麻儲備庫在職管理人員發放，共發出80份，回收答卷57份，其中一份答卷為無效數據。答卷發放范圍為新疆、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。

根據德爾菲算法整理調查問卷結果，進行數據處理和歸一化，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節定量化分析

表4 棉花倉儲保管危險環節定量化分析（續）

根據棉花倉儲保管危險環節定量化分析，倉儲保管環節的危險因素依次包括：（1）節日期間燃放煙花和孔明燈進入庫區；（2）熱作業未按要求隔離；（3）熱作業時作業人員違規操作；（4）雷擊事件；（5）公路鐵路煙火和居民煙火進入庫區；（6）熱作業后未按照要求檢查等。從目前的調查數據分析來看，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，庫區需要加強熱作業人員的安全意識，進一步規范操作規程。

四、研究結論

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

（1）結合事故樹徑集分析與定量調查可以看出，不可防不可控的外來火種構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生嚴重的安全后果，而且發生頻率不可防不可控，比如節日期間燃放煙花和孔明燈進入庫區、雷擊事件；節日燃放煙花和孔明燈被調查人員認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的時間段（如節日期間）和空間范圍（公路鐵路及居民煙火與庫區的位置關系），采取預防性措施、進行周密部署，嚴防空中的不可防不可控火種進入庫區。

（2）從棉花倉儲危險因素定量調查分析還可以發現，在棉花倉儲過程中，還有一類比較危險的事件是：單次安全后果不嚴重，但由于各種原因人員不重視，發生頻率較高，最終也可以帶來較大的安全隱患，比如庫區熱作業不規范、作業后未按規定檢查等。對此類問題，需要切實加強員工安全意識，通過教育培訓嚴格規范操作規程，有效減少火災隱患。

（3）綜合棉花火災的割集和徑集分析可以看出，棉花存儲的火災災害存在環節性，具有“引入火種——巡檢、領導、警消等管理失當——火災發生”災害鏈的形式。作業火星、外來火種等構成了火災災害安全隱患，管控措施則是防治安全隱患轉化成災難的有效措施。有些可以產生嚴重后果的危險因素（比如引入火種），如果巡檢、領導等管控措施到位，可以有效截斷災害鏈，即使災變產生也能有效的降低損失，不產生嚴重后果。因此，棉花火災問題的預防和解決既是技術問題，更是一個系統管理問題，要認真在管理機制上下工夫、做文章。

（4）綜上所述，棉花倉儲火災災害的控制不僅要靠技術的提高，更重要的是抓好管理建設，其對策和建議包括：①企業應注重安全管理制度的落實執行，要從領導開始，層層落實責任制，使安全工作職責明確；②要重視火種火源控制和管理，減少庫區的火災隱患；③要重視棉花倉儲火災鏈形式，一方面加強員工安全教育培訓，調動火災災害鏈涉及的各環節員工維護安全的自覺性、積極性、創造性，形成安全齊抓共管的局面；另一方面要針對火災防治的關鍵環節，有針對性的制定出搶修、搶險、滅火的方法、手段及技術實施方案，建立起搶險救災的快速反應機制，及時避免火災災情的擴大化，有效控制火災災情后果。